2 - El sistema ordinador


2.1 El Hardware. Arquitectura de l'ordinador

    2.1.1.  La unitat central de procés (UCP/CPU) i les instruccions digitals
    2.1.2. Esquema Von Neuman
    2.1.3 Els primers ordinadors. Evolució fins al PC actual
    2.1. 4 Els elements que composen el PC
            2.1.4.1 Placa base
            2.1.4.2 La font d'alimentació
            2.1.4.3 La CPU
            2.1.4.4 Els DIMM de RAM
            2.1.4.5 Els xips de ROM
            2.1.4.6 Discs Durs Locals, magnètics i òptics
            2.1.4.7 Slots (ranures) d’expansió i targetes
            2.1.4.8 Ports E/S, o ports de comunicacions
2.2 El Software. Sistemes operatius
    2.2.1. Què és el software?
    2.2.2. Què és un sistema operatiu?
    2.2.3. L’ordinador en funcionament. El procés de boot (arrencada):
                2.2.3.1. El POST (Power On Self Test).
                2. 2.3.2. Càrrega del nucli (kernel)
    2.2.4. Funcions del sistema operatiu.
                2.2.4.1. Interface amb l’usuari
                2.2.4.2. Sistema d’arxius. Què és un fitxer? Sectors del disc dur i FAT.
                2.2.4.3. Execució de processos.
                2.2.4.4  Control de perifèrics. Els drivers.
    2.2.5 Plataformes usuals
    
2.3 Programes aplicatius
    2.3.1. Fitxers de programa i fitxers de dades.
    2.3.2. Nomeclatura de fitxers, extensions i icones.
    2.3.3. Ofimàtica: textos, càlculs i fitxes.
    2.3.4. Reproductors multimèdia
    2.3.5. Altres.



Hem definit  l'ordinador com un aparell electrònic capaç de manipular  informació basant-se en el codis digitals binaris, i hem vist algunes maneres de representar text, números, audio,  imatges i video de forma digital.  Per a manipular les dades, l'ordinador es val de conjunts d'instruccions també digitals binàries. Una instrucció d'aques estil és una paraula de 1s i 0s que "tria" un circuit electrònic per aquè executi la seva funció. Uns seqüència d'instruccions és un programa.

Els programes són el que donen utilitat a l'ordinador. Si usam un programa d'edició de text, l'ordinador es converteix en una màquina d'escriure molt sofisticada. Si usam un programa de full de càlcul, l'ordinador es converteix en una calculadora molt flexible. Si usam un programa de gestió de bases de dades, l'ordinador és un classificador de fitxes amb funcions d'ordenació i cerca molt potents. Existeixen programes de reproducció i edició d'imatges, d'audio i video. L'ordinador es pot conectar a una xarxa de telecomunicacions i intercanviar dades amb altres ordinadors.

Els dispositius electrònics físics que conformen l'ordinador es coneixen amb el nom genèric de hardware, o maquinari. Els programes són el software o programari. Els programes s'han d'instal·lar a l'ordinador, i després la persona que l'usa, l'usuari, decideix quin programa fa servir. Es pot passar d'un a un altre programa amb molta facilitat, fins i tot es pot executar més  d'un programa simultàniament. Normalment l'usuari té la possibilitat de demanar al programa qué ha de fer, i també de veure'n el resultat. Aquest concepte es diu interactivitat

2.1 El Hardware. Arquitectura de l'ordinador.


2.1.1.  La unitat central de procés (UCP/CPU) i les instruccions digitals


La Unitat Central de Procés (UCP/CPU)
és el circuit encarregat d'executar les instruccions digitals binàries i de processar les dades que són necessaries per a totes les funcions de l'ordinador. Es pot dir que és el "cervell" de l'ordinador. És un circuit electrònic que pot aceptar instruccions i dades en format digital i produir un resultat en el mateix format

Exemple de funcionament de instruccions digitals en un circuit simple. 
X,Y són entrades de 4 bits. Z és una sortida de 4 bits.  I és una entrade de 2 bits.  Segons els valors de I, que té 22=4 possibilitats,  tendrem que:

i1 i0

      Z

0 0

X+Y

0 1

X-Y

1 0

X*Y

1 1

X mod Y


Aquest circuit digital és una Unitat Aritmètica de 4 bits

Els circuits de la CPU executen funcions que es basen en l'àlgebra de Boole, la part de la matemàtica que estudia les funcions de variables binàries.  Aquestes funcions són aritmètiques (+,-,*, quocient de la divisió sencera) o lògiques (és adir, comparacions entre dos valors que donen un resultat V o F, els operadors són  >,<, >=, <=, =). Un circuit que pot executar els dos tipus d'operacions és una Unitt Aritmètico-Lògica, en anglès, ALU.

Un circuit com aquest es diu sistema digital, i a nivell electrònic s'han construit amb diferents tecnologies:

Vàlvules de buit.  Són els primers dispositius que es varen utiltizar, entre els anys 40 i 60 del segle XX. Són voluminosos i cars, i consumeixen molta energia Transistors. Vàren apareixer a nivell comercial cap als anys 60. Fan el mateix que les vàlvules, però són molt més petits i barats, i consumeixen molta menys energia.  Circuits integrats (microxips). És una pastilla (xip) de silici, on el circuit que s'hi dissenya equival a la conexió de transistors. Segons el número de transistors equivalents, es tenen tenen xips de baixa, mitja, alta o molt alta escala d'integració. La tecnologia actual permet integrar l'equivalent a milions de transistors en un sol xip.

El que més costa d'un circuit electrònic és el seu disseny. Una vegada dissenyat, i construïts i provats els primers prototipus, fabricar-lo a gran escala és fàcil i poc costós. Les plaques electròniques es repliquen  fent-ne còpies d'una manera semblant al que seria "imprimir-les".  Per això, de vegades a les plaques electròniques, i també als mateixos xips, se'ls anomena "circuits impresos".   

2.1.2. Esquema Von Neuman L'arquitectura de Von Neumann és el disseny teóric d'una computadora que utilitza el mateix dispositiu d'emmagatzematge temporal tant per les instruccions com per les dades, donat que totes dos són "tires de 1s i 0s". Aquest zona d'emmagatzematge és la Memòria Principal,RAM, Random Access Memory, Memòria d'Accés Aleatori. Aleatori vol dir que qualsevol posició de la RAM pot ser sol·licitada enqualsevol moment.

 


Els components d'aquest esquema són:

- Unitat central de procés  (Central Processing Unit, CPU). És un component del computador i altres dispositius programables, que interpreta les instruccions contingudes en els programes i processa les dades. Conté una ALU que executa instruccions sobre dades que emmagatzema internament,  un sistema de recollida i dipòsit de dades a la Memòria Principal, l'adreça de la instrucció que s'està executant (comptador de programa), i accés a i des dels perifèrics d'entrada/sortida.

- Memòria principal de treball.  És el tipus de memoria a on l'ordinador guarda informació mentres está fent feina. Quan s'apaga l'ordinador s'esborra el seu contingut. Se li diu  RAM , Random Acces Memory,  que significa Memoria d'Acces Aleatori. Aixo vol dir que qualsevol posició d'aquesta memoria pot accedida de forma directa. Una posició de memoria conté 1, 2, o 4 bytes (8, 16 o 32 bits). Té dos canals de comunicació amb la CPU:
    1) El bus de dades, per on s'envia des de la CPU la dada digital que es vol escriure, o per on es recull la dada digital  que s'envia a la CPU
    2) El bus d'adreces, el conjunt de m bits que identifiquen una posició entre 2m posicions.



Per exemple, per identifcar una posició entre 1024, tenim que m=10. Si  en un xip de RAM que es conecta a un bus d'adreces de 10 bits tenim paraules binàries de longitud 8 bits, elque tenim és un xip de 1kb de memòria. Per ampliar la longitud de paraula a emmagatzemar, es poden combinar xips i ampliar el bus de dades. Per a ampliar l'espai RAM,  es poden tenir més xips i adreçar-los de manera composta: BASE+Desplaçament, és a dir: Quin xip + quins m bits d'adreça dins el xip.

 - Perifèrics d’entrada/sortida. Els perifèrics són els aparells auxiliars i independents conectats a la CPU i els perifèrics de entrada/sortida serveixen bàsicament per a la comunicació de l'ordinador amb el medi extern. Exemples d'entrada: Teclat, Ratolí, Escaner, Joystick, Gamepad, Webcam, Micrófon.Exemples de sortida: Pantalla, Altaveus. En aqust disseny, també es consideren dispositius d'E/S les unitats d’emmagatzemament permanent,  els discs durs i altres dispositius que conserven la informació que s'emmagatzema quan s'apaga l'ordenador.

El llenguatge màquina és el "significat" que la CPU dona a una instrucció de 1s i 0s. Si diferents CPS donen el mateix significat al mateix llenguatge màquina, es diu que són plataformes compatibles, i poden "entendre" els mateixos programes. Si no entenen el mateix llenguatge màquina, es diu que són incompatbiles. (Com veurem més endavant, aquesta és la diferència fonamental entre, per exemple, els PCs i els Apple Mc Intosh)


2.1.3 Els primers ordinadors. Evolució fins al PC actual.

Hi ha alguns precedents històrics interessants en el que es refereix al disseny i construcció de màquines per a automatitzar càlculs, però es pot dir que els primers ordinadors tal com es coneixen avui en dia daten de la dècada de 1940.  El fet que va impulsar el seu desenvolupament és la IIª Guerra Mundial.

En aquesta imatge de baix es veu un exemple d'aquests ordinadors, l'ENIAC,
Electronic Numerical Integrator And Computer, que la Marina de Guerra dels Estas Units usava per a calcular trajectòries de tir balístic. Aquests ordinadors eren de construcció única, es basaven en circuits de vàlvules de buit, ocupaven molt d'espai i consumien molta energia.  El que avui és la "torre" de l'ordinador que coneixem podia ser una habitació sencera, i els seus usuaris, que havien de rebre formació específica sobre el sistema amb el que treballaven,  per a manejar-lo entraven físicament "dins l'ordinador".

                                               


Lector/Escriptor de targetes

Els primers perifèrics d'entrada/sortida també eren molt poc sofisticats comparats amb els que coneixem avui. Un dels més utiltizats, per exemple, era el lector/escriptor de targetes perforades, inspirat en les targetes amb que es codificava el trenat de teixits per als telers Jacquard, inventats durant la Revolució Industrial. Les tires de forats i no-forats representaven els 0s i 1s.

Perifèrics com la pantalla i el teclat, coneguts conjuntament com a terminal, varen aparèixer cap als anys 50.  En els terminals, el teclat es conecta directament a la pantalla, i un sol cable conecta aquesta a l'ordinador, que pot estar en una altra habitació. 




Terminal VT-220 de DEC


Gràcies a l'enorme avantage que suposava emmagatzemar i processar informació de manera organitzada, els ordinadors es varen desenvolupar molt en els anys 60 i 70 del segle XX  per ser usats en l'administració pública (estadística,censos de població...) i el sector bancari. Empreses com IBM (Industrial Bussines Corporation), o DEC (Digital Equipment Corporation) varen dissenyar models d'ordinadors que es carateritzaven per:

    1)  Tenien el seu propi sistema operatiu i els seus propis programes, eren màquines motl cares, i els usuaris havien de fer cursos de formació especialitzada per a manejar-los.  Només se'ls podien permetre les grans empreses.

    2) Un sol ordinador podia atendre a molts usuaris a la vegada, conectant-hi més d'un terminal dins el mateix edifici. Aquest concepte informàtic es coneix com a multitasca aplicada al treball multiusuari.  L'ordinador executa vàries tasques simultàniament, cada una en un terminal d'usuari diferent. Molts terminals es poden conecten a un sol ordinador central, que està dins una habitació climatitzada, separada de la dels usuaris.

Aquest tipus d'ordinadors encara existeixen, i reben el nom genèric de mainframes

     
Sistema 360 de IBM, al que es podien conectar desenes de terminals dins el mateix edifici.

Als anys 80, IBM va dissenyar un ordinador barat i petit, al que va anomenar PC, acrònim de Personal Computer, amb la intenció de ser usat per un sol usuari a la vegada. La CPU la va encarregar a l'empresa Intel, que va construir el processador 8086, precedent de l'actual Pentium. El sistema operatiu el va encarregar a l'empresa Micro-Soft, que va dissenyar el MS-DOS, (Micro Soft - Disk Operating System).

Per la mateixa època, la marca Apple ja havia dissenyat un ordinador de prestacions semblants a l'IBM-PC, l'Apple Mac Intosh, però amb CPU i Sistema operatiu distints. És a dir, amb llenguatge màquina diferent, la qual cosa volia dir que eren ordinadors incompatibles. El processador de l'Apple Mac Intosh el va dissenyar l'empresa Motorola. Els programes que podien executar-se en un PC no es podien executar en  el Mac, i viceversa. Els primers Macs ja incorporaven un dispositiu senyalador, els primers mouse,  i el primer interface gràfic d'usuari (GUI, graphic user interface).

         
                         Primers IBM-PC i Apple MacIntosh, dels anys 80

Altres empreses del sector de l'electrònica també varen intentar construïr el seu propi ordinador personal amb processador i llenguatge màquina propis, però comercialment no varen sobreviure. 

En canvi, el que sí va tenir èxit va ser  la comercialització d'ordinadors personals compatibles amb el llenguatge màquina de l'IBM-PC. 
Alguns models usaven les mateixes CPUs Intel,  i d'altres usaven CPUs d'altres marques, però compatibles a nivell llenguatge màquina. L'avantatge era que, poguent usar el mateix programari, tant de sistema com aplicatiu, es podien comercialitzar a més baix cost que l'IBM-PC original. Això també va propiciar que apareguessin molts fabricants de components electrònics específics (per exemple, xips de memòria RAM, perifèrics d'audio)  que es podien muntar sobre ordinadors PC de qualsevol marca.

Aquests dos fets, 1) la possibilitat de comercialitzar ordinadors personals a cada vegada més baix preu, i 2) l'existència d'una gran quantitat de software compatible, juntament amb 3) la millora tecnològica que suposa la alta escala de integració dels circuits digitals actuals (la "potència de càlcul" dels ordinadors millora cada vegada més), i amb 4) l'enorme
facilitat de conexió dels PCs actuals en xarxacompartir informació entre ells,  són els que han convertit la informàtica en el que és avui. 


2.1. 4 Els elements que composen el PC

Els ordinadors personals actuals són una evolució de l'IBM-PC dels anys 80, són cada vegada més barats, potents, versàtils, i fàcils d'utiltizar, i pràcticament tothom hi té accés. N'hi ha de dos tipus principals, els sobretaula o desktop, (les conegudes "torres"), i els portàtils, que a les mateixes prestacions d'un sobretaula hi afegeixen la portabilitat i la possibilitat de treballar desconectat de la xarxa elèctrica gràcies a les seves bateries.

Hi ha multitud de fabricants i marques, i la majoria no fabriquen tots els seus components, sinò que , dissenyen els equips i després els ensamblen a les seves plantes de muntatge. L'arquitectura que anam a descriure a continuació és la típica d'un sobretaula actual:    

2.1.4.1 Placa base
. La placa base (motherboard) és la placa electrònica on estan conectats directament tots els altres components interns de l'ordinador: microprocesadors, slots (ranures) d'expansió, adaptadors de gráfics, adaptadors de só, memoria RAM, discs durs, ports de comunicacions, etc.


Alguns dels xips que es conecten sobre la placa base s'escalfen tant que necessiten un sistema de refrigeració, els petits ventiladors que fan corre l'aire directament sobre la seva superfície, de vegades amb l'ajut d'un dissipador de calor

A la placa base també hi ha una petita bateria que, quan l'ordinador està apagat, manté actius circuits com per exemple el rellotge que indica la data i hora del sistema.

2.1.4.2 La font d'alimentació. És un dispositiu que transforma el corrent elèctric altern de la xarxa de subministrament, 220V, en tensions de 12V i 5V de corrent continu, per a  alimentar elèctricament la placa, els ventiladors, els discs durs, i i en oacasions també algun altre component intern. 


2.1.4.3 La CPU  Les CPUs típiques de PC són una evolució de la primera CPU del PC original.  L'empresa Intel té el model Pentium, però hi ha altres marques i models com l'Athlon de AMD o el PR200 de Cyrix que són compatibles amb el disseny de Intel. És a dir, entenen el mateix llenguatge màquina, (la "tira de 0s i 1s" que identifica el circuit "suma" és la mateixa.)

Una característica important de la CPU és la seva "velocitat de rellotge".  Ja hem vist que les CPUs són circuits electrònics digitals que funcionen admetent entrades per petites conexions elèctriques de dades, processant-les i generant un resultat  que surt igualment per altres conexions elèctriques. Aquesta seqüència d'accions està regulada pels impulsos del "rellotge de sistema" (no confondre amb el rellotge que dona la data i l'hora).  Aquest rellotge és un dispositiu oscil·ador que sinconitza tota l'activitat de l'ordinador, i que proporciona a la CPU una quantitat de cicles/segon en els quals pot actuar. Aquesta magnitdu es diu freqüència, es mesura en Hertzs, i dona una idea molt clara de la velocitat a la qual pot treballar la CPU. Mesures típiques són des dels 260Mhz fins als 4.5Ghz dels processadors més capaços.

Altres característiques constructives de la CPU:
    - Número de bits que conformen una instrucció digital. Així, podem tenir processadors de 8, 16, 32 o 64 bits. 
    - Quantitat de memòria RAM interna que poden tenir, coneguda com a memòria cache. És una petita RAM d'accés ultraràpid construïda dins la mateixa CPU.  Pot tenir 256Kb o 512 Kb.

2.1.4.4 Els DIMM de RAM. Els DIMM (Double In-Line Memory Module) de RAM són les petites plaques de circuit imprès on hi ha instal·lats els xips de memòria,  i que s'inserten en ranures específiques de la placa base. Quan l'ordinador està treballant, aquí és on es "carreguen" les dades i instruccions a les que la CPU tendrà accés. Un amateixa placa pot tenir diferents configuracions de RAM, segons els DIMMS que Mesures típiques de RAM en un sistema PC són 512Mb, 1Gb, 2Gb, 4Gb.



2.1.4.5 Els xips de ROM. A la placa base també hi trobam alguns xips de ROM, (Read Only Memory, memòria només de lectura). Són circuits on hi ha impresa informació permanent, que es llegeixen igual que els xips de RAM, però on no s'hi pot escriure. Contenen informació que no canvia mai, com per exemple la definició dels caràcters que l'ordinador ha d'interpretar, que sol ser la codificació ASCII. De xisp de ROM n'hi ha un d'importanstíssim, la ROM-BIOS (Basic Input Output System, sistema bàsic d'entrada i sortida), que conté les instruccions per posar en marxa l'ordinador.



2.1.4.6 Discs Durs Locals, magnètics i òptics. Són els dispositius on s'emmagatzema de forma permanent la informació.

    - Els magnètics codifiquen els 1s i 0s en forma de marques de polaritat magnètica distinta, s'hi pot escriure i esborrar informació, i abans de ser usats per primera vegada necessiten que se'ls digui quins serà el seu bloc mínim de informació, operació que es coneix amb el nom de formatejat. El disc es foramteja en sectors de, per exemple, 512 bytes, i cada fitxer ocuparà un número sencer de sectors. La superfície on s'escriu la informació és  en realitat un conjunt de discs metal·lics, amb els capçals de lectura/escriptura i l'electrònica que els fa funcionar incorports en el mateix dispositiu. Capacitats típiques de disc dur són 250Gb, 500Gb, 1Tb, 2Tb.
    - Els òptics són d'escriptura única, i el medi on es diposita la informació és extraïble. Són els CD, Compact Disc de 720Mb o 1.4 Mb, els DVD, Digital Video Disc, de 4.7 o 8.5 Gb de capacitat.
    - També exitsteixen els discs magnètics extraïbles, els antics disquettes de 3.5" i 720Kb, que han caigut en desús degut a les millors prestacions d'altres dipositius extraïbles més moderns (memòries USB)

    - Un PC pot contenir fins a 4 unitats de disc internes, conectats al canal de dades de l'equip. Aquest canal és un cable que des de la placa base va des d'un disc a l'altre, establint la precedència amb que l'ordinador els coneixerà (en sistemes Windows, unitat A:, B:, C:, D:, etc...) El nom d'aquests canals és IDE que està entrant en desús, i el més modern SATA que és més eficient i més senzill d'instal·lar.

disc   entrada sata i ide
2.1.4.7 Slots (ranures) d’expansió i targetes. Els slots d'expansió són  ranures que té la placa base a on s'insereixen les targetes d'expansió, plaques de circuit imprès que "amplien" les seves funcions. Serveixen, per exemple, per a decidir quin tipus de video volem que el nostre ordinador gestioni,  per a millorar les funcions d'audio, o per a afegir ports de comunicacions que la placa base pot no tenir.

Tipus de Slots:
    - PCI: Peripheral Graphic Interface, és el que més s'utilitza
    - AGP: Acceleration Graphics Port, exclussiu per a targetes de video
    - ISA: Industry Standard Architecture, ja en desús
tarjeta de video
         Tipus de slots d'expansió                                                 Targeta d'àudio                                                 Targeta de vídeo


2.1.4.8 Ports E/S, o ports de comunicacions. Un port E/S és un port d'entrada sortida al qual se li connecten per exemple una impressora o un escanner. (També anomenat Ports I/O; Input/Outoput ). La majoria són a la part posterior de l'ordinador, però també pot haver-ni algun a la part frontal.

Hi ha dos tipus de comunicacions per cablejat informàtic, sèrie i paral·lel.  En la transmissió de de dades en sèrie, els bits s'envien per un sol fil, un darrere l'altre, i els altres fils del cable tenen funcions de control, tipus "Inicia transmissió", "atura", "espera"...  En la transmissió en paral·lel, els fils de control també existeixen, però els bits s'envien simultàniament per més d'un fil, (per exemple 8, i així s'envia un byte simultàniament)

         
Contràriament al que es pot pensar, és molt més ràpida la conexió sèrie que la paral·lela. Això es deu a què, treballant en sèrie, els bits arriben un a un però en ordre, i es pot augmentar la velocitat de comunicació (mesurada en cicles de rellotge, el mateix que fa funcionar la CPU) tant com toleri l'equip. En canvi, en la comunicació en paral·lel, mai es pot garantir quin dels bits arribarà primer, i per evitar solapaments s'han d'anar retinguent i agrupant els de cada bloc original, la qual cosa ralentitza molt la comunicació. La conseqüència d'això és que, malgrat que encara hi ha ports de comunicacions paral·lels en els PCs actuals, els cables paral·lels són més cars i més ineficaços que els sèrie, per la qual cosa cada vegada s'usen menys.

En un PC actual podem trobar:

* Ports sèrie i para·lel bàsics.  Els primers PCs vàren incorporar ports que ja s'utilitzaven en altres dispositius electrònics. Això facilitava per una banda la seva implantació, i per l'altra la posibilitat de conectar a l'ordinador dispositius ja existents. 
Conexió Tipus Cable Utilitat
RS-232-C S
N'hi ha de 9 pins, de 25 i altres.
Terminals per a ordinadors multiusuari.

Els primers teclasts i mouse eren de conexió RS232C.

Els primers modems (dispositius de comunicació telefònica) també.  

A alguns equips, per donar a servei a més terminals, podien incorporar una targeta PCI amb ports RS232 extra
Centronics P La conexió a la placa base és de pins, l'altre extrem del cable té els pins al voltant d'una boca de plàstic. Es va usar molt en impressores als anys 80 i 90, donat que són dispositius lents. Ara ja pràcticament no s'utilitza, però moltes plaques base encara l'incorporen.

* Conexions mini-DIN. Donada la importància del teclat i el mouse com a perifèrics d'entrada, es va adoptar la conexió mini-DIN de 6 pins, que ocupa menys espai a la placa base.  
Conexió Tipus Cable Utilitat
mini-DIN
també coneguda com
PS2
S
mini din
Teclat i ratolí, normalment codificats per colors,  lila el teclat i verd el mouse.

Les conexions Super-Video, de càmeres digitals i reproductors de video, poden tenir una conexió miniDIN, que es codifica amb el color groc.

* Ports USB.  La conexió USB,  Universal Serial Bus, és l'evolució de la RS-232C.  Hi ha diferents standards electrònics, USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0,  cada un millorant  prestacions de l'anterior com la velocitat, però  la conexió és la mateixa. Donada la seva versatilitat, les plaques base actuals en poden incorporar fins a 6
Conexió Tipus Cable Utilitat
USB  S

Els teclats i ratolins més moderns són USB. Impresores i scanners. Discs durs externs Les memòries flash, conegudes com a pen drives. Conexions de dispositius portàtils que emmagatzemen dades, com per exemple els ipods.

       
* Conexió de video. Els primers monitors d'ordinador, basats en la tecnologia CRT (Catodic Ray Tube, pantalles com les dels antics televisors) no eren digitals, sinò analògics. La placa base, o la targeta d'expansió de video que es s'instal·lés, usaven la conexió analògica VGA, encara present a la majoria de plaques. Actualment, però hi ha altres sistemes de video digital que ofereixen més qualitat, i que funcionen sobre els monitors plans actuals, basats en tecnologia TFT. Un PC actual pot tenir vàries d'aquetes conexions.  
Nom Sigla
VGA Video Graphics Array (matriu de gràfics per video)* Conexió de video. Els primers monit
Targeta d'expansió PCI VGA
HDMI High Definition Mulimedia Interface
VDI Visual digital interface

* Conexió Audio.  
Hi ha plaques base que porten audio incorporat, però els ordinadors que necessiten tractar el so amb qualitat professional sempre han d'usar alguna targeta d'expansió. Els conectors solen ser els minijacks analògics típics dels equips de so, i n'hi ha més o menys segons la qualitat de la targeta. 

Les conexions solen anar codificades també de colors: blau l'entrada principal, rosa l'entrada de micròfon, verd la sortida cap als altaveus

Algunes targetes tenen conectors molt especialitzats:


Conector MIDI (Musical Instrument Digital Interface), amb extensió per joystick, i conector RCA per a audio stereo (blanc/vermell).



* Conexió de xarxa. Hi ha hagut diferents tipus de conector de xarxa des de que es va inventar el PC, i també targetes d'expansió per a les plaques base que tenien els circuits necessaris. Actualment, però l'ús de xarxes és tan important que totes les plaques tenen aquests circuits, i el conector és gairebé sempre l'RJ-45, semblant al conector de cable telefònic però un poc més gran, i que forma part del que es coneix com a standard Ethernet.

RJ45                              


** Aquest és l'aspecte que pot tenir la zona de conexions d'un PC actual




2.2 El Software. Sistemes operatius.

2.2.1. Què és el software?
L'hem descrit abans com el conjunt de programes que donen utilitat a l'ordinador.  A nivell real, és un conjunt d'instruccions digitals binàries, és a dir, "tires de 1s i 0s" que la CPU que els accepta és capaç d'interpretar com a "utilitza aquesta part dels meus circuits". Si diferents processadors entenen la mateixa instrucció per a fer el mateix, es diu que tenen el mateix llenguatge màquina

Els programes s'emmagetzemen dins fitxers informàtics, i es poden replicar, enviar per línies de comunicacions, etc, exactament igual que els fitxers de informació digital (números, lletres, imatges, audio, video) que vàrem estudiar el passat trimestre. Quan la CPU ha de tenir accés a un programa, s'ha de "traslladar" una còpia d'aquest programa des d'allí on estigui emmagatzemat (disc dur, CD, disc remot.. ) fins a la RAM. Això és el que es diu executar un programa.  La CPU trobarà les instruccions dins la RAM direcionant-les a través del bus d'adreces i llegint-les a través del bus de dades que hem explicat abans. Recordem també que, segons el disseny Von Neuman, dins la RAM poden allotjar-s'hi a la vegada,  en diferents posicions, diferents programes i diferents fitxers de dades digitals.

         
El llenguatge 8086 és el llenguatge màquina de la família de processadors Pentium. Aquesta imatge és el bolcat en pantalla d'un progrma executable. La finestra Offset:Hex mostra posicions de memòria RAM, i la Dissasemble mostra instruccions directament convertibles a 1s i 0s. El que estam veient és una llista d'instrucions dins la RAM de l'ordinador.

La creació de programes, la programació, és una feina especialitzada dins el món de la informàtica. Existeixen els llenguatges de programació, que permeten usar instruccions d'alt nivell, cada llenguatge té les seves. Llenguatges de programació n'hi ha molts: BASIC; Pascal, C, PHP, Visual BASIC, Java... Una vegada dissenyat un programa, s'executa un procés que es diu compilació, que consisteix en traduïr aquestes instruccions d'alt nivell a instruccions de llenguatge màquina.  El resultat es guarda dins un fitxer, i allò és el programa. Les extensions de fitxers de programa són .exe, .com, . dll, i algunes altres.
         
Exemple de programa en llenguatge Turbo Pascal for Windows

El següent diagrama resumeix com s'arriba des d'una idea inicial per a un programa fins a la seva creació i execució, i explica els elements que hi intervenen.



Segons per a què estiguin dissenyats, hi ha 2 tipus de programes:
         - Operatius. Es pot dir que "formen part de l'ordinador" i són necessaris per fer-lo funcionar.  Un ordinador amb hardware i sense software operatiu no està complet.
         - Aplicatius. Són els que realment proprocionen una utilitat a l'usuari. 

Segons com s'utiltitzen, hi ha 3 tipus de programes:
         - Interactius. Sempre estan pendents del que demani l'usuari, i han de respondre immediatament al que els demani. La majoria de programes que utiltizam són d'aquest estil. El software ofimàtic i els jocs, en són exemples.
         - Background. Treballen sense que l'usuari els hagi de prestar atenció, com per exemple un reproductor d'audio.
         - Batch o execució per lots (grups). Són background encadenats en un cert ordre. Són processos que es porten a terme sobretot en els centres de càlcul d'empresesque manegen molta informació emmagatzemada en BBDD. Exemple: a) Actualització massiva d'una BBDD de moviments comptables, b) Generació de rebuts, c) Impressió. 

Per a què un programa estigui disponible en un ordinador, ha d'estar instal·lat en aquest ordinador. Això siginifca que, en prinicipi, en el disc dur de l'ordinador s'hi ha fet una còpia del fitxer executable de programa. L'origen d'aquesta còpia pot ser  el CD de distribució del programa, o un grup d'arxius baixat d'internet. Normalment, hi ha un programa instal·lador, setup, que desempaqueta els arxius de programa, crea automàticament les carpetes necessàries, genera els accessos directes, i col·loca la icona d'accés directe a l'escriptori. 




2.2.2. Què és un sistema operatiu?
Un Sistema Operatiu (S.O.) és el conjunt de diferents programes que controlen l'ordinador. Complementa el hardware i és imprescindible per al seu funcionament.

Quan es configura un ordinador nou, o s'en vol reconfigurar completament un que ja estava en servei, deprés d'instal·lar el hardware necessari el primer que s'ha de fer és instal·lar-li el sistema operatiu. Normalment, això es fa posant l'equip en marxa, col·locant el CD o DVD que conté els arxius del sistema operatiu en la seva unitat de lectura del sistema,  i deixant que s'executi el procediment automàtic d'instal·lació, que copiarà tots els arxius de l'SO al disc dur principal del PC.  

Canviar el sistema operatiu a un equip és una feina tècnica reltivament senzilla, i amb això es pot aconseguir que un mateix ordinador obtengui un aspecte totalment diferent. De tota manera, no qualsevolhardware funciona amb qualsevol SO, hi ha configuracions hardware que requereixen sistemes amb prestacions determinades.
 
2.2.3. L’ordinador en funcionament. El procés de boot (arrencada)
El procediment d'arrencada de l'ordinador es diu procés de boot, és el procés que inicia el sistema operatiu quan l'usuari engega l'ordinador, i consta de dues passes:  

    2.2.3.1. El POST Quan l'ordinador es posa en marxa i la font d'alimentació comença a enviar corrent elèctric als diferents dispositius de l'ordinador, el primer que es fa és llegir un programa que es troba al xip ROM-BIOS de la placa base anomenat POST (Power On Self Test - AutoTest de Engegada). És la seqüència de comprovacions que es fan per a verifcar l'existència i correcta conexió dels dispositius essencials del sistema: la RAM, els discs durs, la targeta de vídeo... Apareixen una sèrie de missatges en pantalla que informen del resultat del test, i en cas d'error greu, es pot aturar el sistema. Per exemple, si es posa en marxa un equip que no té sistema operatiu instal·lat,  apareix un missatge que ho indica i el boot s'atura.



Procés de POST de la ROM-BIOS, i missatge d'eror "Non system disk"

    2. 2.3.2. Càrrega del kernel (nucli ) El kernel del sistema operatiu és la seva part essencial,  el programa que proveeix els serveis més bàsics del sistema. El darrer pas del POST consisteix en anar a buscar el kernel a un sector específic del disc dur prinipal del sistema, conegut com a boot sector, fer-ne una còpia a les primeres posicions de la RAM, i transferir el control a l'usuari. En aquest moment, l'ordinador ja està encès i preparat per a treballar.

Aquest esquema resumeix els dos passos del procediment de boot:


2.2.4. Funcions del sistema operatiu
       
Se'n poden especificar moltes, però bàsicament són 4:
        1 - Interface amb l'usuari
        2 - Sistema d'arxius
        3 - Execució de processos
        4 - Control de perifèrics

2.2.4.1. Interface amb l’usuari. La paraula "interface" literalment significa "entre cares", i en informàtica significa la conexió entre dos equips o dos punts. Un interface d'usuari és la conexió entre un dispositiu i l'usuari. Això significa que l'SO és, efectivament, qui "mostra" a l'usuari el hardware de l'ordinador, i li proporciona la manera de treballar.  L'usuari veu, per exemple, els arxius del disc dur perquè l'SO és qui els li mostra i li permet manipular-los.  L'SO també fa d'interface entre els programes que s'estan executant  i el hardware. Quan l'usuari utilitza, per exemple, el procés de textes, i vol accedir a les funcions de fitxer, qui realment les porta a terme és l'SO.  Els sistemes tipus Windows permeten "encarar" una o altre tasca activa, inclós el mateix sistema operatiu.

                                     
Existeixen dos tipus d'interface d'SO, els alfanumèrics i els iconogràfics.  Els primers només disposen de caràcters alfanumèrics per a mostrar a l'usuari l'estat de l'ordiandor, i responen a ordres concretes que s'han de teclejar. Els segons usen gràfics i pictogrames (icones) per a mostrar l'estat de l'ordinaro, i l'usuari es pot valer d'un dispositiu senyalador  per a executar funcions (el mouse).  Se'ls coneix també com a sistemes GUI (Graphic User Interface)

Estils d'interface de diferents sistemes operatius, MS-DOS 1.0 (alfanumèric), i Windows XP,  Mac OS X Snow Leopard, i Linux Ubuntu (gràfics)

* Avantatges i desavantatges de cadascun:

Els sistemes operatius alfanumèrics són els primers que varen existir. Requereixen que l'usuari tengui coneixements avançats sobre el maneig de l'ordinador, ha de conèixer les ordres disponibles i la seva sintaxi, però poden funcionar sobre màquines molt poc potents. Encara s'utilitzen en ordinadors molt especialitzats

Els sistemes GUI són més recents, i l'objectiu principal del seu disseny és que siguin molt més fàcils d'usar, la qual cosa ha posat el maneig d'ordinadors a l'abast de tothom. De fet, els GUI són tan eficaços en aquest sentit que ja s'incorporen en dispositius com les PDAs (Personal Digital Assistant, agendes electròniques), terminals de telefonia mòbil (Sistemes Android i i-phones de Mac Intosh) i fins i tot alguns electrodomèstics, i han impulsat la creació d'un nou tipus de perifèric: la pantalla tàctil.  El desavantatge que tenen és que requereixen que l'ordinador que tengui instal·lat un SO amb GUI tengui també una bona capacitat de tractar gràfics; és a dir, fa falta un hardware més potent dedicat a funcions operatives, no d'aplicació. Una altre desavantatge, algunes tasques de manteniment no es poden executar de forma gràfica. Per això, aquests sistemes encara tenen tots la possibilitat  d'executar ordres teclejades. En Windows XP, per exemple, es fa al menú Inicia/Executa..., i demanant l'ordre cmd se'ns obri la finestra de MS-DOS.



2.2.4.2. Sistema d’arxius. Què és un fitxer? El fitxer o arxiu és la unitat d'informació que emmagatzema les dades resultants d'utilitzar un programa d'aplicació (processament de textos, base de dades...). La superfície de lectura/escriptura del disc dur s'accedeix a través dels seus capçals de L/E, normalment més d'un disc superposat, i es subdivideix en sectors de grandària concreta definits en el procés de formatació, cada un amb identificat amb una adreça numèrica.  Un arxiu ocupa un número de sectors concret, segons la seva grandària, i l'SO manté una llista de noms d'arxius, indicant quin és el seu primer sector, i com s'encadenen fins a l'últim per a contenir l'arxiu complet. Aquesta llista pot tenir diferents noms segons com es gestioni i quin sigui l'SO que ho fa. Les dos més conegudes són FAT (File Allocation Table, Taula d'Ubicació d'Arxius) i NTFS (New Technology File System, Sistema de Fitxers de Nova tecnologia). El que l'SO ofereix a l'usuari és una manera fàcil de identificar i manejar els seus arxius.




        

2.2.4.3. Execució de processos. Executar un programa és traslladar-lo, copiar-lo o "carregar-lo" en memòria RAM i transferir-li el control. La transferència de control consisteix en posar les seves instruccions a disposició de la CPU, i fer que els perifèrics ara interactuin amb ell.  És a dir, que les entrades de teclat i mouse ara siguin acceptades pel programa.

Els documents que tracten els programes d'aplicació són espais de RAM que poden estar o no vinculats a un fitxer dels que l'SO té identificats.  Recordem que la convivència de dades i instruccions a la memòria principal és el fonament del disseny Von Neumann. 


2.2.4.4 Control de perifèrics. Drivers. Aquesta és una funció més "tècnica". Un driver o controlador és un petit programa que gestiona un element de hardware concret, sovint un perifèric. Es pot dir que el driver fa d'interface entre el perifèric i el sistema operatiu. Quan s'instal·la un nou perifèric en un equip, s'ha d'instal·lar també el seu driver.  El driver és un programa específic per perifèric i SO.

Existeix, per exemple:  el driver de la targeta de xarxa "Realtek RTL8168/8111 PCI-E Gigabit Ethernet NIC" per al sistema operatiu Windows XP. Si volem canviar el SO de XP a W7 del mateix equip, ens hem d'assegurar de que  tenim el driver per  a aquesta targeta per al sistema W7.

Els drivers instal·lats en un PC sempre es poden visualitzar, actualitzar i modificar. Sistemes com l'XP permeten per exemple, saber si undriver està mal configurat, mostrant  un símbol d'error. 

2. 2.5. Plataformes usuals Ja hem dit abans que canviar el sistema operatiu d'un ordinador personal és una feina prou fàcil si es disposa de tot el necessari: la font d'instal·lació del nou sistema (en CD/DVD o fitxers en un pen-drive), els drivers necessaris, i la possibilitat d'indicar a la BIOS que la pròxima arrencada hem d'instal·lar nou sistema, i no carregar el sistema que ja estigui instal·lat.

Amb això es pot aconseguir donar a un ordinador un aspecte totalment diferent: distint interface, distint sistema d'arxius, potser aprofitar millor algun component hardware, com per exemple una targeta gràfica. També hem dit, però, que no qualsevol hardware funciona amb qualsevol SO, i que hi ha configuracions hardware que requereixen sistemes amb prestacions determinades.

2.2.5.1. Intel, amb MS-DOS i família Windows. Intel és l'empresa multinacional que va fabricar el primer microprocesadors per a PC, i el seu primer SO va ser MS-DOS. Windows és l'evolució de MS-DOS cap a GUI, i n'hi ha hagut ja moltes versions: Windows 1.0, Windows 3.0, Windows 3.1,Windows 98, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows 7.  El desenvolupament dels processadors Intel ha anat al pas dels sistmes operatius de Micro Soft: 8086, 286, 386, 486, Pentium...  Actualment, Intel + Windows és la configuració més usades per a PCs, tant portàtils com sobretaules.

2.2.5.1. Intel, amb Unix alfanumèrics i derivats GUI. Unix és un SO que neix  als anys 70 amb la idea de substituir als SOs d'alguns mainframes i millorar el seu rendiment. És el primer sistema que va plantejar la possibilitat de ser instal·lat sobre màquines diferents, de forma que l'interface d'usuari sempre fos semblant. L'MS-DOS original està inspirat en els primers sitemes Unix. Alguns sistemes Unix són comercials, com HP-UX, Solaris o AIX, però altres s'han dissenyat i promogut dins el món del freeware, amb vocació de projecte col·laboratiu i de distribució gratuïta. Varen plantejar el dilema entre sistemes propietaris (sistemes que es paguen a l'empresa que els dissenya i instal·la, i aquesta es fa responsable del seu bon funcionament) i el sistemes oberts (els sistemes es dissenyen entre gent que col·labora gratuitament, però cada usuari és responsable del seu equip). És per això que els sistemes Unix solen ser més barats, fins i tot gratuits, però només els utiltizen usuaris  un poc avançats. L'evolució dels sistems Unix cap als GUI ha originat sistemes com Linux, Mandriva, GNU i Ubuntu, sovint disponibles de forma gratuita a servidors Internet. Un dels problemes que presenten aquests sistemes és que, no sent comercials, no sempre hi ha disponible la mateixa diversitat de software que per a sistemes Windows.

2.2.5.2. Apple Mac Intosh (Motorola), amb SO Mac Intosh Motorola, és una empresa electrònica multinacional que, a més de circuits per a telefonia mòbil i comunicacions, també fabrica microprocesadors. Tenen un llenguatge màquina diferent als microprocessadors d'Intel, i són els que incorporen el equips Mac Intosh des dels anys 80. És per això que els Macs només poden usar el seu propi SO, el Mac OS X,  i necessiten el seu propi software.  Els sistemes Mac són els primers que varen incorporar GUI, i de fet els primers sistemes Windows varen ser una còpia funcional dels Mac (imitaven el seu aspecte i prestacions). L'evolució de la família de processadors 6800 ha anat també al mateix pas que la dels sistemes operatius de Mac, que tenen noms com Puma, Jaguar,Tiger i Leopard.

Tipus d'ordinador personal Marca de la CPU Model S.O.
PC Intel 8086, 286, 386, 486,
Pentium, Pentium II,
Pentium Dual Core i posteriors
* MS-DOS, i les diferents versions de Windows
* Unix i derivats GUI: Linux, Mandriva, GNU, Ubuntu. 
AMD Athlon
Cyrix PR200
Apple Mac Intosh Motorola 6800 i posteriors
* Mac OS X, diferents versions


2.3 Programes d'aplicació
L'ordinador està concebut epr ser una màquina molt  flexible que pot fer qualsevol tasca de manipulació d'informació per a la se'l prepari. Els programes d'aplicació són els que vertaderament li donen una utilitat a l'ordinador.

2.3.1. Fitxers de programa i fitxers de dades. Els fitxers de programa són aquells que contenen instruccions en llenguatge màquina comprensible per la CPU. Executar-los o "obrir-los" vol dir carregar-los en RAM, com ja hem vist.  Els fitxers de dades són aquells que contenen informació digital dels diferents tipus que hem vist al tema anterior

2.3.2. Nomeclatura de fitxers, extensions i icones.
En sistemes MS-DOS, l'extensió d'un arxiu són les tres lletres del final del nom (de vegades ocultes) i determinen quin tipus de dades digital conté aquest arxiu. En els sistemes Windows, el que representa el tipus de dades és una icona gràfica.

       
Si el sistema està ben configurat, els arxius es vinculen per extensió a l'aplicatiu que els tracta. Així, per a "obrir" un document, podem seleccionar-lo i carregar-loa la RAM a la vegada que aquest aplicatiu. (Doble click sobre el document en sistems windows)

2.3.3. Ofimàtica: textos, càlculs i fitxes.
L'ofimàtica és el conjunt de tècniques, aplicacions i eines informàtiques que s'utilitzen en funcions d'oficina per a automatitzar i millorar els procediments o tasques típics que s'hi porten a terme.  La idea és "automatitzar l'oficina".  En concret són programes ofimàtics:
    - El procés de textes, (és a dir, la màquina d'escriure computeritzada)
    - El full de càlcul, (la calculadora programable)
    - Els Sistemes de Gestió de Bases de Dades (SGBBDD). (El gestor de fitxes, agenda, factures, o qualsevol altre tipus d'informació estructurada)

Els programes ofimàtics de vegades es presenten en conjunt, d'altres com a programes separats. Els dos exemples més coneguts són el Microsoft Office, que inclou el MS-Word, MS-Excel i l'MS-Access, i l'Open Officeque té els seus propis processador de text, full de càlcul i SGBBDD, i que és un paquet ofimàtic freeware que té la versió Windows i la versió Linux.

2.3.4. Reproductors multimèdia

Un reproductor multimedia és una aplicació encarregada de reproduir fitxers multimedia (video, so, imatge, ...). N'hi ha moltíssims de  diferent origne, i gairebé tots amb la capacitat de reproduïr diferents tipus de medi en formats distints.
Exemples:
- Windows Media Player, complement dels sistemes Windows
- VLC, de distribució gratuïta
- Quick  Time Player, originalment per a Mac, i per al que tamb'e n'exiteis la versió per a PC.

N'hi ha molts altres.

2.3.5. Altres aplicatius  Hi ha tantes aplicacions per a ordinador com tipus de dades digitalitzables se'ns puguin ocòrrer: editors de partitures musicals,  programes de CAD (computer Asited Design) per a arquitectes i enginyers, programes d'ajut a la diagnosi mèdica, programes de TPV (terminal punt de venda) per a restaurants i comerços... És per això que en l'actualitat qualsevol feina pot requerir coneixemnents d'informàtica a nivell usuari.


ANAR AL TEMA ANTERIOR             
ANAR A L'ÍNDEX D'INFORMÀTICA                   ANAR AL TEMA SEGÜENT