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, o 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 2
m 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 xarxa i compartir
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.
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
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 |
|
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.
** 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