¡Descarga Hardware de ordenador y más Tesis de Bachillerato en PDF de Tecnología solo en Docsity!
1. Introducció Fer un treball de recerca suposa moltes hores de treball i dedicació a buscar, analitzar, interpretar i entendre la informació que estàs llegint. Tot això, per poder fer un redactat clar i entenedor. Perquè això sigui possible has d’escollir un tema que t’agradi i et sembli interessant. Jo, a finals de primer de batxillerat, pensava que ho tenia clar i a finals d’aquest mateix vaig escollir el tema que pensava que era el que volia fer (era criptografia) però a l’estiu recaptant informació em semblava molt avorrit i pesat, per això vaig decidir canviar al hardware de l’ordinador perquè és un tema que sempre el vaig trobar interessant d’ençà que vaig començar la secundària. Els meus objectius els tenia molt clars i simplement eren informar-me bé de tots els elements que compon un ordinador, saber quins diferents tipus d’aquests existeixen, el funcionament de cada component i sabent tot això ja podria saber el que verdaderament m'interessa i és el funcionament complet de l’ordinador. Tot això per poder saber amb claredat el muntatge d’un ordinador peça a peça. En el meu treball de recerca no he tingut dificultats sobre trobar dades, etc. perquè aquest tema està en auge i cada dia hi ha molta més informació. En el que sí que he tingut problemes ha sigut en entendre la informació d’algunes parts perquè són peces bastant complexes. La gran majoria de les meves fonts d’informació han sigut vídeos explicant el funcionament de les diferents parts, però he hagut de consultar alguna pàgina web per petites coses, ja que és molta informació. Tampoc he tingut la necessitat de mirar un altre cop informació que ja coneixia perquè és un tema que ja m’interessava anteriorment i ja estava més o menys informat. Finalment després de moltes hores d’investigació aquest és el resultat.
2. Introducció al hardware Per poder entrar en matèria, començaré explicant uns termes bàsics sobre hardware perquè no tothom sap o ha investigat sobre hardware per poder saber el que és. 2.1. Què vol dir hardware? Quan parlo de hardware m’estic referint només a aquells objectes elèctrics i electrònics que són físics, és a dir, que tenen forma i es poden tocar per tal de constituir un sistema informàtic, com per exemple, un ordinador, mòbil, etc. 2.2. A què es pot aplicar? Avui dia el hardware està a tot arreu i té moltes aplicacions, com poden ser, per exemple, qualsevol sistema informàtic com tanmateix un ordinador, un mòbil, una televisió, etc. L’únic que canvia és la mida, ja que si és un mòbil, haurà de ser tot molt més petit i depenent del sistema informàtic els components.
3.1.1. Tipus de torre Hi ha diferents varietats de torres, tot depenent de les seves formes, dimensions, col·locació i, molt important, el format de la placa mare. Avui dia els quatre formats més utilitzats són: E-ATX ( Extended- advanced technology eXtended en anglès) o torre, ATX o semi torre, micro ATX o sobretaula i mini ITX ( Information Technology eXtended en anglès) o mini torre. Cadascuna té les seves mesures establertes, escrites de més gran a més petit. Com he mencionat abans, és molt important saber de l'espai que disposes per poder escollir molt bé les mesures de la teva torre. La gran majoria de torres tenen forma de prisma rectangular, per no dir gairebé totes i les mides poden ser molt variades, de 40x100x60mm fins a 80x210x300mm. 3.2. Placa mare o base Si obrim un ordinador ja muntat, el primer que veurem no serà la placa mare, tot i ser un dels components interns més grans, però això és així perquè, pràcticament, tota la resta d’elements estan connectats a ella i es fa d’aquesta manera perquè ella és l’encarregada de sincronitzar aquestes peces, administrar, controlar i distribuir d’una forma correcta l’energia elèctrica a cada component, comunica les dades necessàries en el moment precís, temporització, etc. Perquè tot això i altres funcions no mencionades per la seva relativa importància siguin possibles, té instal·lat un software molt bàsic anomenat BIOS ( Basic Input/Output System en anglès). El que ens permet aquest petit software, a part de fer possibles les funcions mencionades prèviament, és donar-nos la possibilitat de configurar les funcions que realitza manualment, és a dir, si en un cas, per exemple, volem pujar el voltatge que rep alguna part en específic del nostre ordinador, gràcies a aquest petit i simple, però útil software ho podem fer. Per poder connectar les diferents peces a la placa mare i que funcioni correctament, aquesta ha de tenir diferents tipus de ranures i altres elements com poden ser:
- El sòcol del processador o més comunament conegut, el socket. Aquesta és la ranura on anirà instal·lat el processador, però té alguns inconvenients com, per exemple, no és compatible amb tots els processadors, ja que depenent del model del processador, l’arquitectura amb la qual es fabrica pot variar i si volem comprar un ordinador per peces en comptes d’un premuntat, hem de fixar-nos molt bé en aquesta comptabilitat si no en muntar-ho tot, l’ordinador no s’encendria. Aquesta compatibilitat ve indicada a la fitxa tècnica d’ambdues parts. Hi ha sockets 1151, 1150. AM4, etc. i perquè siguin compatibles han de coincidir.
- Els VRM ( voltage regulator module ) són una part molt important de la placa mare, ja que aquests petits mòduls són els que li donen el voltatge exacta a les diferents peces. Les plaques mares més comunes tenen entre 3 i 6 VRM , localitzats a prop del sòcol del processador. Tenen altres VRM per la memòria RAM i altra per regular el voltatge dels connectors.
- Els busos són els encarregats de transferir les dades d’un element a un altre del nostre ordinador i poden ser, tant els cables mateixos, com els camins del circuit imprès de la placa mare i aquests circuits impresos estan fets de transistors, condensadors i circuits integrats (xips). Els més comuns utilitzats avui dia són els SATA , uns busos amb una velocitat no tan alta, comunament utilitzats per unitats d’emmagatzematge del tipus HDD i SSD (s’explicarà més endavant en el seu apartat corresponent).
- El chipset és, més que res, tot el conjunt de xips més importants i també el culpable que la placa mare sigui capaç de sincronitzar i repartir l’energia, ja que ell té la informació de la placa mare. Es pot dividir en dues parts, el pont nord i el sud. El nord és el més important dels dos perquè és l’encarregat de controlar el bus del processador, la memòria RAM i la connexió PCI-Express , per tant la targeta gràfica (ja que aquesta sempre va connectada a aquest port) i també Imatge 1. Diferents tipus de bussos actuals.
importants perquè és la que aconsegueix les velocitats de transmissió de dades més altes. En tenen diferents formats, tot depenen de la quantitat de pins que tingui, les més comunes són de 16, 4 i 1 pin , tot i haver més formats, com el de 8, per exemple. Com més pins , més velocitat de transmissió de dades, però més espai necessita. Amb pins em refereixo a la terminal de cadascun dels contactes metàl·lics d’un component, es fabrica d’un material conductor per no tenir la necessitat de soldar. 3.2.1. Tipus de plaques mare Les plaques modernes es poden classificar en dos grans grups: les plaques fabricades per processadors AMD i les creades per processadors Intel. Intel i AMD , són bàsicament les dues empreses més importants que fabriquen processadors i cadascuna té la seva pròpia arquitectura i dins de cada empresa hi ha diferents models de processadors que tenen una arquitectura diferent. També hi hauria altres dos grups que serien les plaques monoprocessadors, que com indica la paraula mateixa, només tenim la possibilitat d’instal·lar un processador, en canvi, les multiprocessadors, en podríem col·locar més d’un processador, normalment nombres parells (dos, quatre, vuit, etc.). Tampoc s’ha d’oblidar els diferents tipus de format que poden arribar a tenir els quals han sigut esmentats prèviament. El format escollit depèn, majoritàriament, de l’espai que disposis. 3.2.2. El funcionament de la placa mare Com la principal funció de la placa mare és connectar i sincronitzar els elements connectats a ella, té un funcionament relativament simple, ja que Imatge 3. Diferents formats de placa mare.
aquest només es basa en la correcta connexió dels cables, inclosos els camins del circuit imprès. En qualsevol placa mare es pot observar la presència de dos cables provinents de la font d’alimentació, que són el de la placa mare general (20+4 pins ) i el del processador (4+4 pins ). El del processador donarà corrent exclusivament als VRM del processador, llavors aquest rebrà la corrent d’una forma exacta. El cable d’energia general per a la placa mare hi va connectat, mitjançant els camins de la placa, fins a una VRM que donarà tensió als diferents ports i connexions de la placa. També hi anirà cap al VRM de la memòria RAM , que en té un exclusiu per ella, la majoria de vegades. L’últim lloc on anirà serà al pont sud i a partir d’aquest es donarà energia als llocs on connecta el pont sud. En algunes plaques mare pot anar també al pont nord, però seria en les antigues, ja que en les modernes el pont nord està integrat en el processador, per tant s’utilitza la seva alimentació exclusiva per ell i tindria una connexió directa amb la RAM, ranures PCI-E i els diferents bussos que té. 3.3. La font d’alimentació La font d’alimentació seria fàcilment comparable amb el cor humà, ja que aquesta és la que dona tota la potència necessària perquè els components siguin funcionals, és a dir, tinguin l’energia suficient i exacta. Suficient per poder complir la seva comesa i exacta per a no escalfar-se exageradament. Aquesta té inclosa un ventilador per poder refrigerar-se amb molta més facilitat, un botó per apagar i encendre-la i els cables que proporcionen el corrent necessari. Els cables tenen una quantitat diferent de pins i forma per donar el voltatge necessari al component els quals vagin destinats. Tota font d’alimentació ha d’incloure uns cables mínims per a poder connectar tot d’una manera correcta i còmoda, i en són els de 20+4 pins, connectat directament a la placa mare i aquesta mateixa s’encarregarà de repartir energia a molts altres components, el de 4+4 pins que s’utilitza per als processadors, els SATA , que són un cable utilitzat per a les unitats d’emmagatzematge i per últim, els 6+ pins de PCI-Express, utilitzats per aquestes mateixes ranures.
Les estàndard són les més comunes i barates i és que no et donen la possibilitat d’extreure o acoblar algun cable, les semi modular et donen la possibilitat d’extreure alguns cables, normalment els menys necessaris i els que s’utilitzen amb seguretat solen estar fixes, i per últim les modulars pots extreure tots els cables inclosos al teu gust, però tenen el desavantatge de què són més cares. També es podrien considerar tipus diferent les fonts d’alimentació externes, utilitzades normalment per portàtils i poder estalvia espai i les SFX , que simplement són fonts més petites perquè hi càpiguen dins de les torres més petites. 3.3.2. El funcionament de la font d’alimentació El que es vol aconseguir amb la font d’alimentació són tres coses molt importants: convertir el corrent alterna que proporciona la xarxa elèctrica en corrent continua, reduir la tensió, és a dir, el voltatge que ens proporciona la xarxa elèctrica, 220V en el cas d’Espanya, i estabilitzar el corrent de sortida perquè els components on és destinat aquest corrent tinguin la major vida útil possible gràcies a rebre el voltatge exacta. El primer que trobem en aquest circuit (imatge 5) és el transformador, que intenta reduir el voltatge i ho aconsegueix gràcies al fenomen d’inducció electromagnètica produït per la bobina. Hi segueix el rectificador que el que fa es canvia aquest corrent altern en corrent continu i evitar les produccions d’oscil·lacions de l’ona, tot això amb un element denominat pont rectificador, el filtre és el pròxim element a trobar i aquí Imatge 5. Esquema elèctric d’una font d’alimentació.
s’intenta aplana el senyal al màxim i s’aconsegueix amb condensadors, que retenen el senyal i la deixen anar lentament, i per últim trobem el regulador, que l’únic que fa és estabilitzar-la completament. 3.4. Unitats d’emmagatzematge Les unitats d’emmagatzematge són una part essencial en l’ordinador, ja que sense elles no es podrien guardar ni llegir les dades que guardem, per tant si no existissin, cada vegada que engeguem l’ordinador, només podríem accedir al BIOS que ve amb la placa mare. Llavors, com he dit abans, les unitats d’emmagatzematge serveixen per guardar i llegir aquestes dades, ja que si no fan alguna d’aquestes funcions, seran inservibles. Un ordinador comú sol tenir només una unitat d’emmagatzematge d’una mida estàndard, ja que un ordinador d’ús diari no en necessita tant espai. Les mesures més comunes 500 GigaByte (S’abrevia GB i byte és la mesura de la unitat d’informació del Sistema Internacional) o 1 TeraByte (S’abrevia TB i equivaldria a 1024 GB , tot i que a vegades s’arrodoneix a 1000GB per fer uns càlculs més simples). També, hi pots combinar diferents tipus d’unitats d’emmagatzematge perquè una et doni una velocitat molt alta en un moment determinat, per exemple encendre l’ordinador, i altra no tan ràpida però amb més espai per guardar documents, fotos, entre altres. 3.4.1. Tipus d’unitat d’emmagatzematge Hi ha quatre diferents tipus d’unitats d’emmagatzematge i varien en la seva mida, preu, velocitat de llegir i escriure dades i tecnologia de fabricació i són els discs durs o HDD ( hard drive disk ), unitats d’estat sòlid o SSD ( solid-state drive ) i els SSD M.. a) HDD Aquesta unitat d’emmagatzematge és la més comuna, juntament amb els SSD, i simple de totes, això també comporta que és la més barata i lenta de totes a l’hora de llegir i escriure dades. És una peça mecànica i no elèctrica i això és el que comporta les més baixes velocitats, però té com a conseqüència que són
processador i altres funcions com mantenir constant la velocitat del plat. Aquest circuit imprès té inclòs una petita memòria caché que accelera moltíssim la velocitat de transmissió de dades i també el que ser sol fer per augmentar aquesta velocitat és també, augmenta la velocitat de gir dels plats. b) SSD Les unitats d’estat sòlid o SSD són una unitat d’emmagatzematge, en comparació amb els discos durs, molt ràpida, això és degut al fet que no té una fabricació mecànica, sinó totalment elèctrica. La diferència de velocitats entre aquesta i els discos durs és més del doble, normalment d’uns 500 MB/s. La seva capacitat d’emmagatzematge és molt variada, d’uns 128 GB fins a 4 TB , sempre amb números que són potències de 2, és a dir, 128 GB, 256 GB , etc. Tot i que la majoria de vegades el que es fa és arrodonir aquest nombre. Una de les causes que fa que es redueixi el rendiment d’aquestes unitats d’emmagatzematge és la seva connexió, i és que es connecta mitjançant un bus de dades SATA , i com he mencionat abans, són uns busos amb velocitats reduïdes. El funcionament dels SSD es basa en memòries NAND flash, anomenades així pel tipus de porta lògica que té, NAND en aquest cas. Això és degut al fet que aquestes memòries no són volàtils, és a dir, les dades no es perdran inclòs si no tenen energia i perquè consumeixen poca energia. Aquestes memòries flash NAND es basa en una matriu de cel·les i cada cel·la té dos tipus de portes, la flotant i la de control, les quals estan aïllades una de l’altre per un material aïllant. Més avall del circuit estaria el que es denomina el canal, el qual els seus extrems estan carregats elèctricament, però entremig hi ha un material del tipus p , és a dir, un semiconductor, que pot actuar com un material aïllant o com un Imatge 7. SSD o unitat d’estat sòlid.
conductor, tot depenent d’altres factors com la temperatura, càrrega elèctrica, etc. L’estat inicial de la cel·la és com es veu en la imatge 8 i estaria emmagatzemant un sol bit (1 byte equival a 8 bits ), és a dir, un 1 o un 0 en codi binari (un 0 o un 1, en codi binari, representa una dada o una altra per a l’ordinador) i com no rep cap càrrega elèctrica en aquest cas és un 0. En aplicar-se un voltatge positiu al canal, els electrons que es troben en els extrems podran moure’s i alguns d’aquests electrons seran capaços de passar a la porta flotant. Tenir electrons en la porta flotant vol dir que estem emmagatzemant un 1. Per poder tornar ha tenir un 0, hi caldria aplicar voltatge negatiu al canal, però si el sistema vol saber si aquesta cel·la està emmagatzemant un 1 o un 0, el que fa és aplicar voltatge a la porta de control i si hi ha electrons en la porta flotant, el corrent es veurà lleugerament alterat, en cas contrari, no passarà res i sabrem que estarà emmagatzemant un 0. Caldria recalcar que totes aquestes operacions van desgastant la memòria, per tant les memòries SSD tenen una vida útil limitada. Actualment aquesta vida útil és bastant llarga, d’uns 10 anys esprement-la al màxim cada dia, per tant, és una vida útil bastant llarga. Un altre problema dels SSD és que aquestes memòries NAND flash són relativament lentes, només poden treballar amb 1 o 2 bytes a la vegada, però la solució que han fet és posar-hi moltes d’aquestes memòries connectades paral·lelament, llavors això augmenta moltíssim el rendiment dels SSD. Com he mencionat abans els SSD són molt més cars, un HDD de 1 TB sol estar al voltant d’uns 40€, en canvi el mateix espai però en SSD sol costar uns 120€, Imatge 8. Circuit elèctric de memòria NAND flash.
elevada, reduint la seva eficiència i, fins i tot, deixant-los inútils perquè s’han cremat o altres aspectes semblants o no tan comuns. És per això què moltes parts necessiten tenir una refrigeració exclusiva per elles, és el cas del processador o la targeta gràfica. Una funció molt útil que tenen alguns components de l’ordinador és que, a l’arribar a temperatures molt altes, aquest mateix baixa el seu rendiment per evitar cremar-se o danyar-se. Aquest fenomen es denomina thermal throttling , en anglès, o estrangulament tèrmic en català, però la manera més comuna és l’anglesa. En els components més comuns on passa això solen ser els processadors, targetes gràfiques i SSD M.2 NVMe. També caldria dir que no hi ha res que t’indiqui que el teu ordinador té temperatures molt altes, només ho pots intuir tu mateix, mitjançant la baixada de rendiment que tindrà o el soroll de la refrigeració. 3.5.1. Tipus de refrigeració Hi ha dues maneres per poder refrigerar les peces de l’ordinador, amb aire, mitjançant ventiladors, i per via líquida. a) Refrigeració per aire Aquest tipus de refrigeració és la més comuna i barata de totes, però evidentment és la menys eficient. La majoria de torres solen tenir entre 1 i 4 ventiladors per a poder refrigerar-se d’una manera correcta, tot depenent de la potència dels components. En el moment d’instal·lar els ventiladors dins de la torre, hi ha que crea un flux d’aire òptim dintre de la torre, tot per aconseguir l’ambient el més fred possible i perquè això sigui possible els ventiladors de la part de davant i la de baix han d’estar ficant aire fred dins la torre i els de la part de dalt i de darrere han d’estar extraient aire. També es podria fer a la inversa, però no seria molt eficient fer-ho així perquè l’aire més fred està localitzat més abaix perquè l’aire fred és més dens que el calent i per tant l’aire fred es Imatge 10. Flux d’aire ideal dins la torre.
localitzaria en la part de baix i el calent en la de dalt. S’haurien de donar unes situacions determinades per poder fer-ho a la inversa. Altres elements que tenen ventiladors exclusius per a ells sols poden ser el processador i la targeta gràfica. En el moment que compres un processador, en la capsa hi ha un ventilador que va connectat a un dissipador i el processador. Aquest ventilador és especial per a processadors perquè abaix del ventilador hi ha el dissipador al qual es traspassa la calor de l’aire perquè aquest es pugui refreda ràpidament. Els ventiladors de la targeta gràfica se semblarien més als de la torre, ja que aquests agafen aire fred, dins de la torre, en la part de baix, i després l’expulsarien pels costats. Es veu molt millor a la imatge adjuntada a un costat. Les SSD M.2 , com he mencionat abans, també pateixen problemes de temperatures altes, però no són tan extremes com en aquests dos casos, per tant no inclouen cap refrigeració exclusiva per elles, només en alguns casos on, en la placa mare, hi ve inclòs un petit tros metàl·lic que es posa a sobre d’aquesta unitat i transmet la calor al material metàl·lic i la refrigeració de la torre refreda aquest material, però aquesta petita refrigeració només ve inclosa en comprar les plaques mare de més alta gama. També cal recalcar que absolutament tots els ordinadors tindran almenys un ventilador per poder crear un flux d’aire correcte i refrigerar bé els components que no tinguin una refrigeració exclusiva, tot i que aquestes refrigeracions exclusives poden ser líquides també. b) Refrigeració líquida La refrigeració líquida és molt més especial que la d’aire i és perquè només es pot aplicar a objectes en concret com el processador i la targeta gràfica, per exemple. Imatge 11. Ventilador i dissipador de processador. Imatge 12. Flux d’aire de la targeta gràfica.
3.6. Memòria RAM La memòria RAM ( Random access memory , sense abreviar o memòria d’accés aleatori, en català) és, en veritat, un tipus d’unitat d’emmagatzematge volàtil, és a dir, que si no rep energia, perdrà tota la informació que tenia. La funció que realitza aquesta memòria és simple però al mateix temps molt important. El que fa és agafar les dades que s’estan utilitzant en aquell moment, és a dir, si obres un programa, la memòria RAM es traspassarà els fitxers o dades d’aquest programa per a donar-li al processador les instruccions del que ha de fer, tot això amb l’objectiu d’accelerar el rendiment de l’ordinador i de què funcioni, perquè la memòria RAM és imprescindible, si la placa mare no la detecta, començarà a xiular i l’ordinador no serà capaç de donar imatge. Un avantatge que té la memòria RAM és que té la capacitat de llegir les dades d’una manera no seqüencial, és a dir, no segueix cap ordre a l’hora de llegir dades, per tant pot llegir qualsevol classe de dades en el moment que sigui precís i amb la mateixa velocitat en tots els casos. Les RAM més modernes tenen una tecnologia anomenada DDR ( Double Data Rate ), aquest nom se li dona per la funció que fa, i és que per cada cicle que realitza la RAM , és capaç d’enviar les dades més d’una vegada, tot depenent de la generació del DDR. Això augmenta significativament la velocitat de transferència de dades i, també, és una tecnologia relativament barata. Hi ha 6 generacions de DDR i la més utilitzada avui dia és la 4ª ( DDR4 ), però això és degut a que la 5ª i la 6ª estan en investigació per poder portar-les al mercat i augmentar l’eficiència. En el moment de comprar una RAM , seria convenient que et fixessis en diversos aspectes, primer la generació de DDR que és, la més recomanable la 4ª generació, la freqüència a la qual treballen i la velocitat a la qual transmet les dades. Tot això ve indicat d’una manera molt simple, per exemple, si tinc una memòria RAM DDR4 que treballa a 3200 MHz ( MegaHertz , número total de cicles que fa en un segon) i transmet les dades a 15000 MB/s s’indicaria de la
següent forma: DDR[ el número de la generació, 4 en aquest cas] [la freqüència a la qual treballa, 3200 (sempre estan en MHz )] PC[el nombre de la generació, 4]-[velocitat de transmissió de dades, 15000 (sempre s’indica en MB/s )] i el resultat final seria; DDR4 3200 PC4-15000, tot això amb el nom de la memòria al davant de tot. L’aspecte més important de les RAM , juntament amb la generació, és la quantitat d’espai que té. La quantitat més comuna avui dia són 8 GB , en dos mòduls de 4 GB. Es posen dos mòduls idèntics en comptes d’un perquè, en posar dos mòduls, el sistema pot treballar amb ambdós mòduls de manera simultània, per tant l’eficiència augmenta significativament, on aquesta pujada d’eficiència serà més perceptible si tenim una targeta gràfica dedicada. En posar dos mòduls en comptes d’un s’anomena dual channel o canal doble. Perquè sigui possible les memòries RAM hauran de ser idèntiques, si no pot donar problemes i que la placa mare suporti el canal doble. 3.6.1. Tipus de memòria RAM Avui dia, només hi ha dos tipus diferents de RAM ; les SRAM ( Static random access memory ) i les DRAM ( Dynamic random access memory ). Les SRAM estan basades en semiconductors com els díodes i són capaces de mantenir les dades sense circuit de refresc, és a dir, no li fa falta un circuit que li faci fer una lectura periòdica de les dades, en canvi, les DRAM , basades en condensadors, sí que és necessari que tinguin un circuit de refresc. La necessitat d’aquest circuit prové perquè els condensadors van perdent la seva càrrega progressivament. Les més utilitzades en l’ordinador són les DRAM , les SRAM s’utilitzen més en sistemes industrials, integrades en chips, etc. Les SRAM , com que no tenen circuit de refresc, són més petites i més simples, però la seva aplicació és molt més difícil. Imatge 15. Exemple de nomenclatura a la RAM.
