Apuntes presentacion modulo, Apuntes de Informática

¡Descarga Apuntes presentacion modulo y más Apuntes en PDF de Informática solo en Docsity!

Components d’un equip

microinformatic

Joan Alfred Noll Obiol

Muntatge i manteniment d’equips

• Introducció
• Resultats d’aprenentatge
• 1 Sistemes informàtics. Unitats funcionals
  • 1.1 Informació i sistemes informàtics
    • 1.1.1 Elements de la informació
    • 1.1.2 Els ordinadors
  • 1.2 Unitats funcionals dels ordinadors
    • 1.2.1 La memòria principal i els seus elements
    • 1.2.2 La unitat central de processament
    • 1.2.3 Busos del sistema
    • 1.2.4 Suports i unitats d’entrada i sortida
  • 1.3 Estructura externa d’un sistema microinformàtic
    • 1.3.1 L’estructura física d’un equip informàtic
• 2 Placa base: components i configuració
  • 2.1 Placa base
    • 2.1.1 El joc de xips
    • 2.1.2 BIOS
    • 2.1.3 Connector del processador
    • 2.1.4 Ranures o sòcols de memòria
    • 2.1.5 Busos
    • 2.1.6 Ranures d’expansió
    • 2.1.7 Connectors interns
    • 2.1.8 Connectors externs
    • 2.1.9 Connector d’alimentació
    • 2.1.10 Pila
    • 2.1.11 El pont
  • 2.2 El processador
    • 2.2.1 Freqüència del rellotge
    • 2.2.2 Alimentació
    • 2.2.3 Registres
    • 2.2.4 Memòria cau (cache)
    • 2.2.5 Joc d’instruccions
    • 2.2.6 Segmentació
    • 2.2.7 Processadors superescalars
    • 2.2.8 Paral·lelisme de fils (threads) o hyperthreading
    • 2.2.9 Multiprocessament i xips multinucli
    • 2.2.10 Fabricants
  • 2.3 La memòria
    • 2.3.1 Jerarquia de memòria
    • 2.3.2 Memòria principal
    • 2.3.3 Limitacions en la quantitat de memòria
    • 2.3.4 MMU
    • 2.3.5 Tipus de memòria RAM
    • 2.3.6 Memòria virtual
    • 2.3.7 Fabricants de memòria RAM
    • 2.3.8 Memòria ROM
• 3 Perifèrics i comunicacions
  • 3.1 El disc dur
    • 3.1.1 Estructura interna d’un disc dur
    • 3.1.2 Característiques dels discos
    • 3.1.3 Format i particions
    • 3.1.4 Estàndards d’interfícies i de control
    • 3.1.5 Modes de transferència
    • 3.1.6 Memòria cau de disc
  • 3.2 La disquetera
  • 3.3 Discos òptics
    • 3.3.1 Tipus de discos òptics
    • 3.3.2 Tipus de dispositius de lectura/escriptura de discos òptics
  • 3.4 Unitats basades en memòria flaix
  • 3.5 La targeta gràfica
    • 3.5.1 Conceptes importants per a gràfics
    • 3.5.2 Components de la targeta gràfica
  • 3.6 La targeta de so
    • 3.6.1 Components
  • 3.7 Connectors
    • 3.7.1 Interfícies amb la placa base
  • 3.8 La targeta de xarxa
    • 3.8.1 Targetes Ethernet
    • 3.8.2 Targetes sense fils
  • 3.9 El mòdem
    • 3.9.1 Monitor
    • 3.9.2 Teclat
    • 3.9.3 Ratolí
  • 3.10 Carcassa
  • 3.11 Font d’alimentació

Introducció

L’ordinador personal ha esdevingut en els últims anys un company de viatge per a tots nosaltres. En la unitat “Components d’un equip microinformàtic” estudiarem els components que formen un ordinador físicament, i ens centrarem en aquells que s’utilitzen en l’entorn domèstic o de consum. Veurem també el concepte ampliat de sistema informàtic , que inclou tant l’ordinador com els usuaris que l’han d’utilitzar.

El maquinari, la matèria que ara ens ocupa, és la part física de l’ordinador. Consta de diversos sistemes o components electrònics, que examinarem al llarg d’aquesta unitat. Hem de tenir en compte que l’evolució de la informàtica és molt ràpida, de manera que no podem aspirar més que a fer una fotografia de l’estat actual dels components i mirar d’endevinar cap a on aniran les coses en un futur proper. És important conèixer tant els elements físics com els elements lògics de l’ordinador (el microprocessador, la memòria principal, el bus del sistema, la placa base, etc.), i la seva importància en el món informàtic.

En l’apartat “Sistemes informàtics. Unitats funcionals” començareu treballant els conceptes d’ informació , dades i tractament de la informació. Tot seguit s’introdueix el concepte d’ informàtica , els seus objectius i els elements que s’hi poden trobar, i a continuació es defineix l’ordinador i les seves parts funcionals.

L’apartat “Placa base: components i configuració” us permetrà conèixer i avaluar les plaques base i cadascuna de les seves parts, els processadors i els diferents tipus de memòries dels ordinadors. Aquests són els components fonamentals de qualsevol sistema informàtic, tal com estan construïts actualment. La placa base és un component fonamental perquè és el que controla i interconnecta la resta de dispositius del sistema. Així, començarem per la memòria principal: n’analitzarem el funcionament, la importància i els tipus. Tot seguit, treballarem sobre el microprocessador, la seva funció, i la seva importància, i també dels elements que el componen, dels tipus de microprocessadors i de com funcionen. Veurem també els camins de comunicació que té el processador amb la memòria de treball i amb els perifèrics, com són els diferents busos i la resta de components de la placa base.

En l’apartat “Perifèrics i comunicacions” estudiareu les principals característiques i el funcionament dels suports i dispositius d’entrada i sortida utilitzats en l’entorn informàtic. L’ordinador per si mateix no pot gestionar la informació: li calen altres elements, que anomenem perifèrics. En concret, veurem els tradicionals discos durs o disquets, els CD, DVD i memòries USB. Examinarem la tecnologia que empra cadascun d’aquests sistemes com a base del seu funcionament. Això ens permetrà diferenciar-los i associar-los funcionalitats específiques. També ens introduirem en les targetes d’expansió –com ara les targetes gràfiques, les targetes de so o les de xarxa, i els mòdems. A més a més, farem una introducció

Resultats d’aprenentatge

En finalitzar aquesta unitat l’alumne/a:

1. Selecciona els components d’integració d’un equip microinformàtic es- tàndard, descriure les seves funcions i comparar prestacions de diferents fabricants. - Descriu els blocs que componen un equip microinformàtic i les seves funcions. - Reconeix l’arquitectura de busos. - Descriu les característiques dels tipus de microprocessadors (freqüèn- cia, tensions, potència, sòcols, entre d’altres). - Descriu la funció dels dissipadors i ventiladors. - Descriu les característiques i utilitats més importants de la configura- ció de la placa base. - Avalua tipus de xassís per a la placa base i la resta de components. - Identifica i manipular els components bàsics (mòduls de memòria, discos fixos i els seus controladors, suports de memòries auxiliars, entre d’altres). - Analitza la funció de l’adaptador gràfic i el monitor. - Identifica i manipular diferents adaptadors (gràfics, LAN i mòdems, entre d’altres). - Identifica els elements que acompanyen un component d’integració (documentació, controladors, cables i programari d’utilitats, entre d’altres).

Programa Un programa és un conjunt d’accions executades segons un ordre determinat, que permeten resoldre un problema determinat.

• Numèriques. Formades per nombres (0, 1, ... , 9).
• Alfabètiques. Formades per lletres (a, b, ... , z).
• Alfanumèriques. Formades per tots els caràcters.

Tractament de la informació

La informació ha estat manipulada i tractada de diferents maneres, segons el moment històric i els avenços tecnològics de cada època.

Podem definir el tractament de la informació com el conjunt d’operacions que s’han d’efectuar sobre les dades que componen la informació.

En tot procés de tractament de la informació hi ha d’haver tres elements impres- cindibles perquè aquest sigui eficient: l’emissor , el canal i el receptor.

1) L’emissor és el responsable de generar la informació (per exemple, una persona quan parla, un llibre que llegim, etc.). 2) El canal és l’element que permet la transmissió de la informació (per exemple, l’aire quan parlem, el fil de telèfon en les comunicacions telefòniques, etc.). 3) El receptor és l’element que rep la informació (per exemple, en aquest moment, sou vosaltres, que esteu estudiant aquesta unitat didàctica).

Quan es processa la informació es diferencien tres operacions, tal com es pot veure a la taula 1.1. Taula 1.1. Operacions Funcions

Entrada Recollida de la informació Depuració de les dades Emmagatzematge de les dades Procés Aritmètic Lògic Sortida Recollida dels resultats Distribució dels resultats

Les característiques més importants de cadascuna de les operacions que hem indicat són les següents:

• Entrada. Operació que permet adreçar cap a un lloc determinat la informa- ció que es tractarà (per exemple, quan llegim revistes, llibres...). El procés que segueix és el següent: selecció de la informació, comprovació de la informació i col·locació de la informació en un suport.
• Procés. Operació que permet manipular la informació. Hi ha dos tipus

de tractament de la informació: de càlcul matemàtic (sumes, restes...) i d’operacions lògiques (el resultat només pot ser vertader o fals).

• Sortida. Operació destinada a fer conèixer de manera externa els resultats de la manipulació.

D’altra banda, el tractament de la informació no ha estat el mateix al llarg de la història.

Podem diferenciar tres tipus de tractament:

L’ordinador

• Manual. La manipulació de la informació es fa tota manualment. Per exemple, emplenar un rebut, una factura...
• Mecànic. El tractament de la informació rep el suport de les maquines; ara bé, perquè funcionin, hi ha d’haver una intervenció humana. Per exemple, la calculadora, la màquina d’escriure...
• Automàtic. Cap als anys quaranta, va sortir al mercat un altre tipus de màquines, les màquines automàtiques, que tracten la informació sense la participació de les persones. Per exemple, la màquina automàtica de rentar la roba –en què seleccionem un programa i aquest fa tot el procés de rentat–, els ordinadors...

En el moment en què es comença a utilitzar el concepte de tractament automàtic de la informació , també es comença a utilitzar el terme informàtica.

1.1.2 Els ordinadors

La física , la química , la meteorologia , etc., són ciències que expliquen, que justifiquen determinats fets i situacions del nostre entorn; així mateix, hi ha una ciència, la informàtica , que estudia el tractament de la informació i això és possible gràcies a la utilització, entre altres eines, de l’ ordinador.

La informàtica

La informàtica neix amb la idea d’ajudar les persones en els treballs rutinaris i repetitius, generalment de càlcul i de gestió, en què és freqüent la repetició de tasques. La idea és que una màquina pot fer la feina millor, per la seva exactitud i la rapidesa; ara bé, sempre sota el control de la persona.

El terme informàtica va aparèixer a França l’any 1962 sota la denominació de informatique. Aquesta paraula sorgeix de la contracció de les paraules:

INFOR mation auto MATIQUE

Computer science és la ciència dels ordinadors.

Els ordinadors no han nascut en els últims anys. En realitat, les persones sempre han buscat dispositius que els ajudin a efectuar càlculs precisos i ràpids. Des de l’aparició de les calculadores binàries fins als nostres dies, hi ha molt poques activitats humanes que no estiguin lligades d’una manera o altra a les màquines electròniques. Això ens permet definir l’ordinador de moltes maneres. Seguidament, n’indiquem algunes:

• L’ordinador és una màquina formada per una sèrie d’elements físics connec- tats de manera lògica i racional que tracten la informació automàticament.
• L’ordinador és una màquina electrònica ràpida i exacta que és capaç d’ac- ceptar dades per un mitjà d’entrada, processar-les automàticament sota el control d’un programa prèviament emmagatzemat i proporcionar la informació resultant a un mitjà de sortida.
• L’ordinador és un dispositiu electrònic capaç de rebre un conjunt d’instruc- cions i executar-les, fer càlculs sobre les dades numèriques i relacionar- les amb altres tipus d’informació per a obtenir un altre conjunt de dades o informació com a resposta.
• L’ordinador és un sistema electrònic que fa operacions aritmètiques i lògiques a alta velocitat d’acord amb les instruccions internes, que són executades sense intervenció humana. A més, té la capacitat d’acceptar i emmagatzemar dades d’entrada, processar-les i produir resultats de sortida automàticament. La seva funció principal és el processament de dades.

Les característiques principals d’un ordinador són les següents:

• Fa una acció a la vegada.
• Pot fer càlculs matemàtics: sumar, restar, multiplicar i dividir.
• Pot fer operacions lògiques, és a dir, comparar lletres i nombres.
• Opera a alta velocitat.
• És exacte i precís –fa exactament el que se li indica.
• És eficient –pot treballar sense parar.
• Té capacitat per a manipular grans quantitats d’informació.
• És fiable –té la capacitat de verificar l’exactitud de les seves operacions internes, és a dir, autocomprovació.
• Pot manipular símbols.
• Cada vegada són més petits, més útils i menys costosos.

El conjunt d’accions que s’ordena i que executa un ordinador es coneix amb el nom de programa.

Processament de dades equival a manipulació.

La UCP o CPU (central processing unit) és la unitat central de processament.

En general, un programa és un conjunt d’accions que s’han de fer seguint un ordre determinat per a resoldre un problema determinat.

Relacionat amb aquest concepte, tenim el de aplicació informàtica.

Una aplicació informàtica és un conjunt d’un o més programes per a fer un treball determinat en un sistema informàtic.

L’ordinador està format per dos elements fonamentals: l’element físic o maquinari, i l’element lògic o programari, encara que podem trobar-ne d’altres de manera implícita:

• El maquinari ( hardware ). Fa referència a tot allò que podem veure i tocar (el monitor, el teclat, la CPU ...).
• El programari ( software ). Fa referència als elements que no tenen existèn- cia física, com les idees, els conceptes, els programes, les aplicacions...
• L’usuari i el programador. L’usuari és la persona que utilitza l’ordinador, i el programador és la persona que escriu els programes en un determinat llenguatge de programació perquè els ordinadors els puguin executar.
• Les dades i la informació. Les dades són fets o materials originals que no han estat processats. La informació és el producte de les dades ja processades.
• Documentació. És el conjunt d’instruccions o manuals de procediment que ensenyen a l’usuari com ha d’utilitzar l’ordinador i els programes informàtics.

A continuació, classificarem els elements físics o dispositius que formen l’ordina- dor segons les seves funcions:

• Dispositius d’entrada ( input )
• Dispositius de sortida ( output )
• Dispositius de processament
• Dispositius d’entrada/sortida
• Dispositius de comunicacions (busos)

A la figura 1.1, es mostra l’esquema d’un ordinador.

Operacions de la CPU Les operacions de la CPU poden ser:

• Lògiques. Totes les operacions en què el resultat pot ser vertader o fals.
• Matemàtiques. Operacions de càlcul matemàtic (per exemple, sumes i restes).

Figura 1.2. Esquema de la CPU

A continuació, detallem les característiques més importants dels components de la CPU:

a) Processador (microprocessador). És el cervell de l’ordinador. Coordina i dirigeix la feina que s’ha de fer en cada moment, i també fa totes les operacions aritmètiques i lògiques. Són els circuits que controlen la interpretació i l’execució de les instruccions. Hi podem distingir dues parts:

• CU (unitat de control). La unitat de control s’encarrega de governar la resta d’unitats, és a dir, interpreta les instruccions i en controla l’execució i la seqüència.
• ALU (unitat aritmètica i lògica). La unitat aritmètica i lògica és on es fan les operacions de càlcul matemàtic i les operacions lògiques.

b) Memòria principal. És l’encarregada d’emmagatzemar les dades i els programes mentre s’estan executant en l’ordinador. És important recordar que un programa només pot ser executat per un ordinador. Per tant, cal que el programa i les dades que necessita manipular siguin a la memòria.

5) Dispositius de comunicacions (busos). Enllacen tots els elements del sistema i permeten la comunicació amb el món exterior. El bus representa bàsicament una sèrie de cables que serveixen per a carregar dades en la memòria i, des d’allà, transportar-les a la CPU. És l’autopista de les dades dins del PC, ja que comunica tots els components de l’ordinador amb el processador. El bus es controla i manipula des de la CPU.

1.2 Unitats funcionals dels ordinadors

L’estructura bàsica d’un microprocessador està formada pel conjunt de placa base i microprocessador, la memòria i les unitats d’entrada i sortida, i tots aquests elements estan interconnectats per mitjà del bus d’adreces, el bus de dades i el bus de control.

Les principals unitats que formen un ordinador són les següents:

• Unitats d’entrada
• Unitat de processament i emmagatzematge
• Unitat de sortida
• Unitat d’entrada/sortida

Definim com a unitats funcionals de l’ordinador el conjunt d’elements del maquinari imprescindibles per al seu funcionament correcte. Els elements del maquinari es poden classificar segons la funció que tinguin en:

• Unitat central de processament
• Memòria principal
• Unitats d’entrada i sortida

Unitat central de processament També es coneix amb les sigles UCP (unitat central de processament), o bé CPU (de l’anglès central processing unit). Alguns autors consideren la memòria central com un element més de la CPU per la relació que tenen i per les seves característiques i funcions. En realitat, però, no és així, ja que avui dia la memòria principal no forma part de la CPU.

Tots els elements que formen les unitats funcionals necessiten algun tipus de comunicació per a funcionar correctament; això s’aconsegueix gràcies al bus del sistema.

També, perquè la comunicació entre aquests dispositius i altres màquines sigui eficient, a vegades cal que altres màquines la gestionin. Això és el que fan els anomenats controladors.

Podem veure aquests elements i les relacions que estableixen a la figura 1.3, figura 1.4 i figura 1.5.

Figura 1.3. Esquema dels elements de les unitats funcionals d’un ordinador

El bus del sistema és el mitjà de comunicació entre els diferents elements que formen les unitats funcionals.

Controladors Dispositius que gestionen el funcionament de determinats maquinaris i fan la comunicació entre elements de les unitats funcionals i dispositius perifèrics (per exemple, els monitors, les impressores, etc.).

La memòria principal té un paper molt important dintre de la unitat central de pro- cessament. És un dispositiu totalment electrònic i, per tant, qualsevol informació que contingui és accessible quasi instantàniament. Per això, a vegades, també és coneguda amb el nom de dispositiu d’emmagatzematge d’accés immediat.

D’altra banda, la memòria principal té una capacitat limitada i, en determinats moments, ha tingut uns preus bastant elevats en comparació d’altres elements del maquinari. Per això i per altres factors, aquesta memòria es complementa amb la memòria externa o memòria secundària.

La memòria principal està formada per xips de silici. Els xips són dispositius electrònics formats per circuits integrats.

Elements de la memòria

La memòria està formada per cel·les o posicions de memòria numerades de manera consecutiva, que tenen la capacitat de retenir la informació mentre l’ordinador està connectat a una font d’energia elèctrica.

Cada cel·la té un nom que s’anomena posició de memòria i un identificador o número d’ordre anomenat adreça de memòria. A la figura 1.6, teniu un esquema.

Figura 1.6. Esquema bàsic de la memòria principal

Cel·la de la memòria Cada posició de la memòria està formada per dispositius electrònics de base binària, de manera que, en cada instant, cada un pot adoptar un dels dos estats binaris: on per a representar l’1 binari, i off per a representar el 0 binari. Com a conseqüència de tot això, el conjunt complet dels dispositius de dos estats que forma cada posició de la memòria principal proporciona un mètode per a codificar les dades d’una manera semblant al d’un llum encès o apagat. Cada posició de memòria té una quantitat determinada de bits, de manera que totes les posicions tenen el mateix nombre de bits (per exemple, 8 bits, 16 bits, 32 bits...).

La manera de gestionar cada posició de la memòria, quan es manipula la memòria en operacions de lectura o escriptura, s’anomena paraula.

La memòria principal disposa dels elements següents per a dur a terme les seves funcions:

• registre d’adreça de memòria (RAM)
• registre d’informació o intercanvi de memòria (RIM)

Circuit integrat Un circuit integrat és un conjunt de components electrònics amb funcions determinades. Hi ha milers de components electrònics en una integració en miniatura.

Capacitat de la memòria A fi de mesurar la capacitat de la memòria principal o central, es fan servir les mateixes unitats que les que hem utilitzat per a la mesura de la informació. Per tant, podem parlar de capacitats de la memòria principal d’uns 512 bytes, 1.024 KB, 32 MB, 64 MB, 128 MB, etc.

Podeu consultar més dades sobre la memòria DRAM a la secció Recursos de Contingut de la web del mòdul, incloent el seu funcionament i els tipus de mòduls existents.

• selector o descodificador de memòria

Analitzem més detalladament cada element:

1) Registre d’adreça de memòria. Abans de fer qualsevol operació de lectura o escriptura en la memòria, s’ha de col·locar l’adreça de la cel·la que s’utilitzarà en l’operació en aquest registre, tant si és per a gravar-hi com si és per a treure’n dades.

2) Registre d’informació o intercanvi de memòria (RIM). Aquest registre rep la informació obtinguda de la lectura de la memòria. Aquest registre ha de contenir la informació que volem escriure i desar en la memòria.

3) Selector de memòria o descodificador. Aquest dispositiu s’activa cada vegada que es produeix una ordre de lectura o escriptura. Connecta la cel·la de memòria –indicada per l’adreça del registre d’adreça de memòria– amb el registre d’informació de memòria, la qual cosa fa possible la transferència de dades en un sentit o en l’altre (memòria a RIM, RIM a memòria).

Bàsicament, hi ha tres paràmetres que permeten mesurar la velocitat de resposta d’una memòria:

• Temps d’accés (Ta). És el temps màxim que es tarda a llegir o escriure el contingut d’una posició de memòria.
• Temps de cicle (Tc). És el temps mínim entre dues lectures.
• Amplada de banda (Ab). És el nombre de paraules que es transfereixen entre la memòria i la CPU en cada unitat de temps: Ab = 1 / Tc.

**Seqüència de passos per a llegir o escriure una dada en la memòria principal

1. Llegir** Per a llegir una dada se segueixen els passos següents: a) Es posa l’adreça en el registre d’adreça. b) Mitjançant el descodificador, s’accedeix a l’adreça de memòria. c) Se situen les dades en el registre de dades. 2) Escriure Per a escriure una dada se segueixen els passos següents: a) Es transfereix l’adreça en què s’escriurà al registre d’adreça. b) Es transfereixen les dades al registre d’informació. c) Es descodifica l’adreça de memòria. d) Es passa el contingut del registre d’informació a l’adreça que conté el registre d’adreça.