Arquitectura de sistemes

110 Pages·2012·8.78 MB·Spanish

Arquitectura de sistemes
Joan Alfred Noll Obiol
Fonaments de maquinari

Fonamentsdemaquinari Arquitecturadesistemes
Índex
Introducció 5
Resultatsd’aprenentatge 7
1 Esquemafuncionaliestructurad’unordinador 9
1.1 Informacióisistemesinformàtics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.1 Elementsdelainformació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.2 Elsordinadors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Unitatsfuncionalsdelsordinadors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Lamemòriaprincipalielsseuselements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.2 Launitatcentraldeprocessament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.3 Busosdelsistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2.4 Suportsiunitatsd’entradaisortida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3 Estructuraexternad’unsistemamicroinformàtic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.3.1 L’estructurafísicad’unequipinformàtic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2 Componentsfísicsdelssistemesinformàtics 43
2.1 Cicledevidad’unsistemainformàtic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Anàlisiidefiniciódelsrequerimentsdel’equip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Anàlisiderequeriments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.2 Definiciódelapotènciadel’equip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3 Definiciódelperfildel’equip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4 Triadecomponentssegonselsrequerimentsfuncionals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.1 Processador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2 Placabase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.3 ElprogramadeconfiguraciódelaBIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4.4 Memòriadetreball(memòriainterna) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.4.5 Mitjansd’emmagatzematge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.4.6 Targetagràficaitargetadeso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.4.7 Caixaifontd’alimentació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.4.8 Perifèricsbàsics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.5 Modeld’equip. Llistadecomponents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5.1 ComponentsOEMiretail(aldetall) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.5.2 Proveïdorsdelscomponents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3 Configuració,diagnòsticiinterconnexiód’equips 75
3.1 Elsperifèrics. Classificació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.2 Perifèricsd’emmagatzematge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.1 Eldiscdur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.2 Discosòptics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2.3 Unitatsbasadesenmemòriaflaix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.3 Perifèricsdecomunicacions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.3.1 Latargetadexarxa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.3.2 Elmòdem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Fonamentsdemaquinari Arquitecturadesistemes
3.3.3 Connexióaxarxes. Componentsbàsics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4 Altresperifèrics. Targetesd’expansió . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4.1 Latargetagràfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.2 Latargetadeso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5 Configuració,provesidocumentaciódelmuntatge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.1 Configuraciódelmaquinari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.5.2 Provesdefuncionament. Verificaciódelprocésdemuntatge. . . . . . . . . . . . . . . 97
3.5.3 Procésdedocumentaciódelmuntatge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Fonamentsdemaquinari 5 Arquitecturadesistemes
Introducció
L’evoluciódelatecnologiaenlesúltimesdècadesenshaportataunaomnipresèn-
ciadelatecnologiaalnostrevoltant. Elsordinadors,enlessevesmidesiformats
diferents, són una constant en les nostres vides, encara que de vegades potser no
ensadonemfinsaquinpunt.
Elsordinadorsdesobretaulajafatempsquesónentrenosaltresiespodentrobar
tant en entorns domèstics com en els llocs de treball, però darrerament tenim
ordinadors en altres llocs abans impensables. Els telèfons mòbils, per exemple,
hanarribataseradiad’avuipetitsordinadorstotalmentconfigurablesonespoden
instal·laraplicacions,ferconfiguracionsoinstal·larperifèrics. Finsitotelselec-
trodomèstics,comtelevisorsoneverespocapocinclouenmicroprocessadorsmés
potents que permeten ajustar a les nostres necessitats el funcionament d’aquests
aparells. Ens centrarem, a l’hora de configurar equips, en els PC compatibles,
ja que són els més accessibles i utilitzats, però existeixen com hem dit altres
plataformesinteressants.
Quan a l’agost de 1981 va sortir al mercat el primer IBM PC, es tractava d’un
equip de baix cost destinat al mercat domèstic, nascut en resposta a l’èxit dels
models Apple, i amb un enfocament corporatiu heretat de l’entorn empresarial
de l’època, on tots els productors d’ordinadors de 8 bits que havien comportat
la primera onada informàtica al mercat domèstic venien solucions completes de
maquinariiprogramari.
La generalització d’un sol tipus de maquinari compatible ha fet que aparegués
un mercat de fabricants de recanvis i actualitzacions actiu i populós. Aquests
recanvispodeninstal·lar-seenqualsevold’aquestsequipshereusdelprimerIBM
PC,ques’haacabatimposantmésenllàdelmercatdomèstic,perexemplealsector
servidors,ihafetdesaparèixeraltresplataformes.
La varietat de maquinari que podem trobar al mercat avui dia permet que,
amb els coneixements apropiats sobre components físics bàsics, de seguretat i
sobre l’electricitat, puguem assemblar el nostre propi equip informàtic utilitzant
components compatibles. En aquesta unitat formativa coneixerem l’estructura
funcional dels sistemes informàtics, el procés de disseny d’un equip, a partir de
components compatibles, i també la configuració final i proves de funcionament
d’unsistemainformàtic.
A l’apartat “Esquema funcional i estructura d’un ordinador” veureu l’esquema
funcional bàsic d’un ordinador genèric. Es tracta d’una primera aproximació
queenspermetràentendrelesfuncionalitatsdelsdiferentscomponentsfísicsque
desprésnecessitarempermontarunordinadoroperatiu.
A l’apartat “Components físics dels sistemes informàtics” podeu aprendre les
etapes del cicle de vida d’un sistema informàtic. Aquestes comprenen l’anàlisi
Fonamentsdemaquinari 6 Arquitecturadesistemes
de requisits i la definició de la potència necessària per a l’equip, el disseny
de l’equip situant-lo en un perfil de treball, i l’especificació de components,
queinclouprocessador, placabase, memòriaRAM,mitjansd’emmagatzematge,
targeta gràfica i de so, caixa i font d’alimentació, així com perifèrics bàsics. Un
copdisposemdelmodeld’equip,veureuelstipusdecomponentsutilitzables,iels
proveïdorsaquepodemacudirpercomprar-los.
L’apartat “Configuració, diagnòstic i interconnexió d’equips” parteix de la base
quedisposemd’unequipjamuntatcorrectamentivolemavaluar-neelrendiment
adequat i documentar el muntatge realitzat. Per a això cal que configureu
correctament tot el maquinari instal·lat, sigui mitjançant jumpers (ponts) o amb
el programa de la BIOS per tot seguit passar a realitzar els tests. Aquesta
comprovació de rendiment o benchmarks es pot realitzar en entorn GNU/Linux
o Windows, depenent de la destinació de l’equip i de les nostres capacitats
tècniques. Veureu el funcionament de diverses eines destinades a cadascun dels
sistemes operatius. També coneixereu el procés de documentació del muntatge
realitzat, que inclou documentació per al tècnic i per a l’usuari i aprendreu les
característiquesd’unadocumentaciódequalitat.
Fonamentsdemaquinari 7 Arquitecturadesistemes
Resultats d’aprenentatge
Enfinalitzaraquestaunitatl’alumne/a:
1. Configura equips microinformàtics, components i perifèrics, analitzant les
sevescaracterístiquesirelacióambelconjunt.
• Identificaicaracteritzaelsdispositiusqueconstitueixenelsblocsfuncionals
d’unequipmicroinformàtic.
• Descriu la funció dels elements físics i lògics que intervenen en el procés
deposadaenmarxad’unequip.
• Analitza l’arquitectura general d’un equip i els mecanismes de connexió
entredispositius.
• Estableix els paràmetres de configuració (maquinari i programari) d’un
equipmicroinformàticamblesutilitatsespecífiques.
• Avalualesprestacionsdel’equip.
• Executautilitatsderevisióidiagnòstic.
• Identificaavariesilessevescauses.
• Classificaelsdispositiusperifèricsielsseusmecanismesdecomunicació.
• Utilitzaprotocolsestàndarddecomunicaciósensefilsentredispositius

Fonamentsdemaquinari 9 Arquitecturadesistemes
1. Esquema funcional i estructura d’un ordinador
Els sistemes informàtics permeten un tractament automatitzat de les dades que
no seria possible sense aquestes eines. Els éssers humans intentem aprendre
del nostre entorn. Mitjançant la comunicació incrementem o modifiquem els
coneixements que tenim. Els ordinadors es poden descriure segons les unitats
funcionals que els componen, i que en part fan el tractament de la informació
i en part permeten la comunicació entre la persona i l’eina informàtica. Es pot
considerarlainformàticacomunaeinaperalacomunicacióil’ordinadorelmitjà
peraaconseguir-ho.
1.1 Informació i sistemes informàtics
Contínuamentensarribainformacióperdiferentscanals. Lesviespodensermolt
variades: lesimatges,elssons,elsescrits,elssenyals,etc. Sipoguéssimmesurar
aquestvolumd’informació,alfinaldeldiacomprovaríemqueésmoltalaquantitat
querebem.
Heusacíduesmaneresdedefinirlainformació:
La informacióéselresultatdelamanipulaciódelesdades.
La informació és qualsevol forma de representació de fets, objectes,
valors,idees...,quepermetlacomunicacióentrepersonesil’adquisiciódel
coneixementdelescoses.
Totainformacióconstadedadesounitatsrelacionades.
1.1.1 Elements de la informació
La informació està formada per les dades. Les dades s’utilitzen per a produir
Lesdadessóntotallòque
informació,queensajudaaprendredecisions. formalainformació.
Uncaràcteréscadaundels
Lesdadessónfetsoobjectesquenohanestatmanipulats. símbolsqueformenpartde
lainformació.
Nototeslesdadessóndelmateixtipus. Sipensemenlanostraadreçapostal(per
exemple, c/ Muntaner, 100, 3r), podem comprovar que hi ha diferents tipus de
caràcters. Aleshores,podemclassificarlesdadessegonselstipussegüents:
Fonamentsdemaquinari 10 Arquitecturadesistemes
• Numèriques. Formadespernombres(0,1,... ,9).
Ladiferènciaentreun
nombreiunnombre
alfanumèricésqueambels • Alfabètiques. Formadesperlletres(a,b,... ,z).
alfanumèricsnoespoden
feroperacions
matemàtiques. • Alfanumèriques. Formadespertotselscaràcters.
Tractamentdelainformació
La informació ha estat manipulada i tractada de diferents maneres, segons el
momenthistòricielsavençostecnològicsdecadaèpoca.
Podemdefinireltractamentdelainformaciócomelconjuntd’operacions
ques’hand’efectuarsobrelesdadesquecomponenlainformació.
En tot procés de tractament de la informació hi ha d’haver tres elements impres-
cindiblesperquèaquestsiguieficient:
• L’emissor és el responsable de generar la informació (per exemple, una
personaquanparla,unllibrequellegim,etc.).
• Elcanalésl’elementquepermetlatransmissiódelainformació(perexem-
ple,l’airequanparlem,elfildetelèfonenlescomunicacionstelefòniques,
etc.).
• El receptor és l’element que rep la informació (per exemple, en aquest
moment,souvosaltres,queesteuestudiantaquestaunitatdidàctica).
Quanesprocessalainformacióesdiferencientresoperacions,talcomespotveure
alataula1.1.
Taula1.1.Operacionsdetractamentdelainformació
Operacions Funcions
Entrada Recollidadelainformació
Depuraciódelesdades
Emmagatzematgedelesdades
Procés Aritmètic
Lògic
Sortida Recollidadelsresultats
Distribuciódelsresultats
Unprogramaésunconjunt Les característiques més importants de cadascuna de les operacions que hem
d’accionsexecutades
indicatsónlessegüents:
segonsunordredeterminat,
quepermetenresoldreun
problemadeterminat.
• Entrada. Operacióquepermetadreçarcapaunllocdeterminatlainforma-
cióqueestractarà(perexemple, quanllegimrevistes, llibres...). Elprocés
que segueix és el següent: selecció de la informació, comprovació de la
informacióicol·locaciódelainformacióenunsuport.