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OPTIMIZACION DE HARDWARE

Optimizar el rendimiento de las computadoras en cuanto a su velocidad mediante una  técnica de software llamada cluster y así mismo reducir un gasto económico que podría generarse en la compra de equipo de computo nuevo a la par de esto reducir la contaminación ambiental.

 

***image1:center***

 

Índice

TEMA

Problema de investigación

Objetivos del proyecto

Preguntas de investigación

Justificación del estudio

Marco teórico

Cluster

Multiprogramación y multiprocesamiento

Componentes de un cluster

Nodos

Sistemas operativos

Conexiones de red

Middleware

Instalación de software

Definición del tipo de investigación

Hipótesis

Características

Computadora de bajo rendimiento

Computadoras de mediano rendimiento

Computadoras de alto rendimiento

Recolección de los datos

Análisis de los datos

Distribución

Materiales

Inversión con Proyecto

Inversión sin proyecto

Ahorro

Resultados.

Conclusiones

Bibliografía


Problema de investigación

Actualmente en el Tribunal Unitario Agrario existen computadoras que con el paso del tiempo se han quedado rezagadas, ya que a través de los años el software va evolucionando y necesitando más rendimiento en hardware. Debido a esto esta institución necesita una inversión económica en cuanto a la adquisición de equipos de cómputo nuevo para acelerar sus tareas cotidianas. Ya que las actividades de los que laboran en esta institución se vuelven tardadas y desesperantes.

Por otro lado esta institución no cuenta con una red LAN que ayuda a la comunicación e interacción entre los empleados que laboran.

No dejemos a un lado la cantidad de basura que los electrónicos generan en todo el mundo y que a su vez son altamente contaminantes, ya que contienen elementos excesivamente contaminantes, tales como plomo, mercurio y cadmio, que son extremadamente dañinos para el ser humano.

Objetivos del proyecto

Objetivo General

Optimizar el rendimiento de las computadoras en cuanto a su velocidad mediante una técnica de software llamada cluster y así mismo reducir un gasto económico que podría generarse en la compra de equipo de computo nuevo a la par de esto reducir la contaminación ambiental.

Objetivos específicos

· Conectar en red todas las computadoras de la institución.

· Acelerar los procesos computacionales.

· Ahorro económico en la adquisición de equipos de cómputo nuevos.

· Reutilización de hardware de bajo rendimiento.

Preguntas de investigación

· ¿En que consiste la técnica cluster?

· ¿La técnica cluster se puede utilizar en todo tipo de computadoras?

· ¿La conectividad por red Lan tiene buena velocidad para la comunicación de cluster?

· ¿Qué ventajas trae implementar la tecnología cluster en esta institución?

Justificación del estudio

Este proyecto surge a partir de la necesidad de reutilizar los equipos de cómputo de bajo rendimiento debido a que estos equipos muchas veces son desechados y no aprovechan al máximo sus capacidades, fue así entonces como surgió este proyecto de poder encontrar una forma de cómo poder reutilizar estos equipos, y así es que se encontró una técnica para poder optimizarlos llamada cluster.

Por otra parte esta técnica además de ayudar a reutilizar estos equipos también se reducirían los contaminantes ambientales.

¿Que es un cluster?

Es un tipo de sistema paralelo o distribuido que consiste en una colección de computadores interconectados, trabajando juntos, como si fueran un único recurso.

Marco teórico

Cluster

El concepto clustering se refiere a una técnica que permite combinar múltiples sistemas para que trabajen en paralelo y se comporten como un recurso informático unificado para servir a un grupo de tareas, proporcionar tolerancia a fallos y/o tener disponibilidad continua. Dentro de esta técnica existen una serie de conceptos fundamentales que se describen a continuación.

Se comienza por explicar el concepto de paralelismo, que consiste en el procesamiento de una serie de instrucciones de un programa, que son ejecutadas por múltiples procesadores que trabajan de manera independiente. El objetivo principal del paralelismo es el reducir el número de ciclos de por instrucción (CPI) o aumentar la cantidad de instrucciones por ciclo cada ciclo de reloj (IPL) de un programa en relación al número de elementos de proceso que existen en el sistema. De allí es que podemos tener paralelismo temporal o espacial. Como limitación al paralelismo podemos mencionar los data hazard, control hazard y estructural hazard estudiados por [ARQ-PAT].

El paralelismo a su vez puede ocurrir en dos niveles: paralelismo del hardware y el software. El primero depende básicamente de la tecnología de cómputo disponible, mientras el segundo se refiere a la habilidad del programador para encontrar áreas bien definidas del problema por resolver, de tal forma que éste pueda ser dividido en partes autónomas que serán distribuidas entre los nodos del cluster, obteniendo un sistema de alto rendimiento computacional. En [SOP-STA] podemos encontrar una clasificación más profunda acerca del paralelismo a nivel de sincronización.

Por un lado está el concepto de multiprocesamiento, una característica del sistema operativo que controla el hardware. El software asegura la interacción entre los procesadores a nivel de carga y descarga de datos, además de realizar la descarga de trabajos en forma múltiple, independiente y simultánea.

Por otro lado está el concepto de multiprogramación que una característica del planificador del sistema operativo para permitir la ejecución “simultánea” de tareas.

Multiprogramación y multiprocesamiento

Otro concepto fundamental es la programación de hilos (programming threads). Un hilo (thread) es una secuencia de instrucciones ejecutables que pueden correr independientemente, compartiendo recursos computacionales con otros hilos. En un programa existe la posibilidad de ejecutar varios hilos simultáneamente. En un programa multihilo se pueden ejecutar varios hilos paralelamente compartiendo la memoria del proceso y otros recursos comunes.

Aquí surge otro concepto muy importante que no se debe confundir con el de paralelo y que a veces se encuentra como sinónimo de éste de manera incorrecta, que es el término concurrente. La concurrencia de procesos o hilos tienen lugar en un intervalo común de tiempo durante el cual pueden tener que compartir recursos alternativamente. La programación multihilo (multithread) trae como consecuencia la concurrencia entre hilos y tiene una gran importancia en el cómputo paralelo.

Componentes de un cluster

En general, un cluster necesita de varios componentes de software y hardware para poder funcionar:

· Nodos (los ordenadores o servidores)

· Sistemas Operativos

· Conexiones de Red

· Middleware (capa de abstracción entre el usuario y los sistemas operativos)

· Protocolos de Comunicación y servicios.

· Aplicaciones (pueden ser paralelas o no)

Nodos

Pueden ser simples ordenadores, sistemas multi procesador o estaciones de trabajo

Sistemas operativos

Debe ser de fácil uso y acceso y permitir además múltiples procesos y usuarios. Ejemplos:

· GNU/Linux

· Unix: Solaris / HP-Ux / Aix

· Windows NT / 2000 / 2003 Server

· Mac OS X

· Cluster OS's especiales

Conexiones de red

Los nodos de un cluster pueden conectarse mediante una simple red Ethernet con placas comunes (adaptadores de red o NICs) , o utilizarse tecnologías especiales de alta velocidad como Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Myrinet, Infiniband, SCI, etc.

Middleware

El middleware es un software que generalmente actúa entre el sistema operativo y las aplicaciones con la finalidad de proveer a un cluster lo siguiente:

· Una interfaz única de acceso al sistema, denominada SSI (Single System Image), la cual genera la sensación al usuario de que utiliza un único ordenador muy potente;

· Herramientas para la optimización y mantenimiento del sistema: migración de procesos, checkpoint-restart (congelar uno o varios procesos, mudarlos de servidor y continuar su funcionamiento en el nuevo host), balanceo de carga, tolerancia a fallos, etc.;

· Escalabilidad: debe poder detectar automáticamente nuevos servidores conectados al cluster para proceder a su utilización.

Existen diversos tipos de middleware, como por ejemplo: MOSIX, OpenMOSIX, Cóndor, OpenSSI, etc.

El middleware recibe los trabajos entrantes al cluster y los redistribuye de manera que el proceso se ejecute más rápido y el sistema no sufra sobrecargas en un servidor. Esto se realiza mediante políticas definidas en el sistema (automáticamente o por un administrador) que le indican dónde y cómo debe distribuir los procesos, por un sistema de monitorización, el cual controla la carga de cada CPU y la cantidad de procesos en él.

El middleware también debe poder migrar procesos entre servidores con distintas finalidades:

· balancear la carga: si un servidor está muy cargado de procesos y otro está ocioso, pueden transferirse procesos a este último para liberar de carga al primero y optimizar el funcionamiento;

· Mantenimiento de servidores: si hay procesos corriendo en un servidor que necesita mantenimiento o una actualización, es posible migrar los procesos a otro servidor y proceder a desconectar del cluster al primero;

· Priorización de trabajos: en caso de tener varios procesos corriendo en el cluster, pero uno de ellos de mayor importancia que los demás, puede migrarse este proceso a los servidores que posean más o mejores recursos para acelerar su procesamiento.[1]

Instalación de software.

Seleccionamos el equipo de computo que tiene el mas alto rendimiento para instalar el sistema operativo Windows Server 2003 donde también instalaremos el software middleware que es el que se va a encargar de monitorear todas las estaciones de trabajo para detectar cuales son las computadoras que pueden prestar sus recursos de hardware y así mismo localizar cuales son los equipos que requieren el préstamo de dichos recursos.

En las demás estaciones de trabajo se instalara el middleware cliente que es el que enviara la información pidiendo recursos al server para que el server le preste los recursos de la computadora que los tenga disponibles y así realizar sus procesos y tareas en el menor tiempo posible.

Definición del tipo de investigación

Este proyecto es de tipo descriptivo y exploratorio ya que trata de explicar como se puede implementar la técnica cluster en la institución para poder resolver su problema de ahorro económico y reutilización de equipos de cómputo de bajo rendimiento, además de que en ningún otro lado se a registrado que utilicen esta técnica para le reutilización de equipos de computo de bajo rendimiento.

Hipótesis

Se probara que las computadoras de bajo rendimiento que se consideraban basura o inservibles podrá ser reutilizadas mediante la técnica cluster. Y así mismo se comprobara un ahorro económico.

Características

Computadora de bajo rendimiento:

Es un equipo con procesadores muy lentos con poca memoria RAM son muy lento en sus procesos.

Ejemplo:

Procesador 486 a 400 Mhz

Memoria RAM de 32 MB

Monitor 15”

Disco Duro 2 GB

Computadoras de mediano rendimiento.

Estas computadoras son más rápidas y tienen más memoria RAM ejemplo:

Ejemplo:

Procesador Intel Pentium 4 a 2.0 Ghz

Monitor 15”

Memoria RAM 256 MB

Disco duro 40 GB

Computadoras de alto rendimiento:

Estas son mas potentes muy rápidas en sus procesos y con una excelente cantidad de memoria RAM.

Ejemplo:

Procesador Intel® Pentium® D A 925 (2x2mb L2 Cache, 3.00GHZ/800Mhz)
Memoria Ram 1 GB
Disco duro de 160gb
Monitor LCD DE 17"

Recolección de los datos:

En el Tribunal Unitario Agrario Distrito XII ubicado en esta Cd. De Chilpancingo Gro. Existen 13 equipos de cómputo:

Equipo

Tipo

Marca

Año de Adquisición

Clasificación

COMPUTADORA

ESCRITORIO

COMPAQ

1999

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2000

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2001

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2001

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2001

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2001

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2002

BAJO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2004

MEDIANO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

LANIX

2004

MEDIANO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

H.P.

2004

MEDIANO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

H.P.

2004

MEDIANO RENDIMIENTO

COMPUTADORA

ESCRITORIO

H.P.

2004

ALTO RENDIMEINTO

COMPUTADORA

LAP-TOP

TOSHIBA

2004

MEDIANO RENDIMIENTO

En esta tabla podemos ver cuantos equipos hay en la institución, instalados y funcionando, si como su tipo, marca, el año en que fue adquirida y la clasificación en base a su desempeño y hardware.

 

En la grafica podemos ver que en su mayoría existen más equipos de cómputo de bajo y mediano rendimiento las cuales son muy lentas en cuanto a los procesos que realizan.

Análisis de los datos

Por otro lado pudimos observar que en estas institución no existe una red local cada computadora esta por su lado y no se pueden comunicar entre si, así como tampoco pueden compartir archivos, impresoras, Internet, etc. Por eso habrá que diseñar una red que sea discreta para no perder la estética de las instalaciones, ya que la técnica Cluster consiste en enviar y recibir ordenes mediante una red Lan, para lograrlo haremos lo siguiente:

Distribución

Las oficinas de esta dependencia cuentan con cuatro niveles en la planta baja esta la entrada, en el primer piso hay 5 computadoras distribuidas de la siguiente forma.

 

El segundo piso las computadoras y las oficinas están distribuidas de la siguiente forma:

 

En esta imagen se muestra como se distribuiría el cable y la canaleta tomando en cuenta donde están ubicados los equipos de cómputo.

Con esta red estaríamos logrando que todas las computadoras estén comunicadas entre si y puedan compartir sus recursos como los son: impresoras, archivos, Internet, y lo mas importante y la razón de este proyecto los recursos de hardware.

Materiales

Cantidad

Articulo

Precio Unitario

Total

1

Suministros de red

$ 900.00

$ 900.00

1

Switch Hub

$ 1,500.00

$ 1,500.00

13

Cajas de registro

$ 69.00

$ 897.00

13

Jack de red RJ-45

$ 110.00

$ 1,430.00

13

Tapas para registro

$ 65.00

$ 845.00

1 Bobina

Cable UTP Niv. 5

$ 1,800.00

$ 1,800.00

1 Caja

Conectores RJ45

$ 200.00

$ 200.00

65 Pzas

Canaleta

$ 35.00

$ 2,275.00

1

Mano de Obra

$ 9,000.00

$ 10,000.00

Total

$ 19,847.00

Inversión con Proyecto

CANTIDAD

CONCEPTO

COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

1

RED LAN

$ 19,847.00

$ 19,847.00

1

INSTALACION DE SERVER

$ 500.00

$ 500.00

12

CONFIGURACION TERMINALES

$ 300.00

$ 3,600.00

TOTAL

$ 23,947.00

Esta tabla muestra los costos por la implementación del proyecto en la instrucción

Nota. La institución debe proveer la licencia del software, de lo contrario se instalara un software con licencia libre y será responsabilidad de la institución.

Inversión sin proyecto

Aquí hay una comparación en cuanto a los gastos que tendrían que hacerse en caso de que se quisiera desechar las computadoras de bajo rendimiento por otras que sean de alto rendimiento.

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

COSTO UNITARIO

COSTO TOTAL

9

COMPUTADORAS CON PROCESADOR CORE D 2 MEMORIA RAM DE 1 GB DISCO DURO DE 160 GB MONITOR DE 17" LCD MARCA HP

$12,000.00

$108,000.00

Esto tabla muestra el costo que tendríamos por cada computadora de alto rendimiento.

Ahorro

GASTO COMPRA DE EQUIPOS NUEVOS

$108,000.00

GASTO POR IMPLEMENTACION DE PROYECTO

$23,947.00

AHORRO

$84,053.00

En la ultima tabla podemos darnos cuenta que el ahorro económico que presenta este proyecto es muy grande y con la ventaja de que nuestros equipos estarán equilibrados sin la necesidad de renovarlos.


Resultados.

 

Esta grafica muestra como las computadoras de esta oficina quedarían equilibradas en cuanto al proceso de tareas sin importar si son de bajo, mediano o alto rendimiento después de implementar la técnica cluster.

También lograremos que 7 maquinas que son clasificadas como de bajo rendimiento no sean desechadas de la institución, así mismo pueden seguir siendo útiles en las labores para las cuales las adquirieron, sin la preocupación de que serán lentas ya que gracias a esta técnica podrán ganar velocidad con los recursos de otras computadoras.

Conclusiones

Implementando este técnica le daría un gran beneficio a las instituciones que actualmente se encuentran rezagados en cuanto a sus equipos de computo, pueden ser escuelas, dependencias de gobierno, empresas, oficinas, etc., además de que la mayoría de las instituciones cuentan con redes para su funcionamiento, así que la implementación de esta técnica ayudaría a obtener un ahorro económico, ya que no se necesitarían renovar los equipos de computo, si no mas bien reutilizar al máximo los que ya se tienen.

Es muy recomendable el utilizar esta tecnología para optimizar nuestros equipos de cómputo, asimismo aprovechar al máximo todos los componentes de una computadora, utilizando los tiempos muertos ya que es indispensable que en cualquier institución los equipos de computo sean muy eficientes en todas sus tareas.

Así mismo si se aplica este proyecto en las instituciones mencionas se reduciría considerablemente la contaminación ambiental por parte de los componentes electrónicos.
Bibliografía.

· Metodología de la investigación
autor: Roberto Hernández Sampieri

· Http://es.wikipedia.org/wiki/cluster_de_computadores

· Htp://www.openmosik.com

· Manual server 2003 Microsoft



[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Cluster_de_computadores