Computadors personals

PC (Personal Computer) es refereix a una arquitectura d'ordinadors creada per IBM a principis dels 80. En aquella època els computadors personals o domèstics eren màquines molt poc potents i poc fiables. En alguns casos eren més un joguet que una ferramenta de treball. No obstant, van obrir les portes a la informàtica per aficionats i molta gent volia tindre un en casa. IBM tenia una posició de quasi monopoli en el mercat del mainframes. Però en els computadors personals altres empreses van començar abans.

Els pioners van ser Apple i Apple II, aquest últim en l'any 1977. Després estaven els Texas Instruments, Commodore, Atari... Aquests ordinadors podien connectar-se a la televisió, tenien molt poc processador i RAM i no tenien ni disc dur.

El primer intent d'IBM va ser un "portatil" anomenat 5100 amb bones prestacions però molt car. (El Apple II, dos anys després, costava quasi 10 vegades menys). Va ser un fracàs comercial.

Van canviar l'estratègia en 1980, van integrar components d'altres fabricants. El processador el van encarregar a Intel i el Sistema Operatiu a Microsoft. Microsoft va acceptar l'encarreg i va fer el PC DOS 1.0, més endavant MS/DOS.

En 1981 va eixir el primer PC amb un Intel 8088, 4,77MHz, 16Kb de memòria i disquetera. Va aprofitar la potència comercial per a publicitar i vendre els PC a empreses que ja tenien ordinadors grans d'IBM. Tenien una certa qualitat i un preu alt. Molt prompte van eixirles peces fetes per altres fabricants per a IBM PC i, lògicament, el clònics. Els ordinadors clònics són compatibles amb els fets per IBM però més barats. La qualitat va baixar, però el preu va baixar més. Amés, Microsoft ja era suficientment potent com per a colocar el seu MS/DOS en clònics i més tard el Windows.

Actualment, IBM no fabrica PC. Es respecten els estàndard i factors de forma per part dels fabricants de components i alguns ensambladors. Altres marques fan les plaques i caixes de manera no estandar, però utilitzen els components estàndard de PC. Ha perdut quota de mercat al aparèixer els Smartphones i tablets. Encara es pot comprar un PC muntat o comprar-lo per peces. En quant als sistemes operatius, Windows domina el mercat indiscutiblement. Donat que els Apple es poden considerar PC actualment, OSX és un competidor. L'altre és GNU/Linux, que té una quota de mercat molt menuda però que augmenta poc a poc.

Tipus de PC

Anem a classificar els PC per varis criteris.

Fabricants i assembladors

El PC mai ha sigut un producte exclusiu d'IBM, no obstant, al principi, mantenia els estandards i els altres fabricants seguien únicament les indicacions de disseny d'IBM.

Els primers anys es parlava de PC i PC clònics. Encara que altres fabricants feren peces per a IBM, algunes coses se les reservava i els PC IBM eren els més compatibles en els components i els sistema MS-DOS. Per això, la diferència entre un PC IBM i in clònic era considerable en qualitat i rendiment. No obstant, les dos companyies que dominaven realment el mercat dels PC: Microsoft i Intel van marcar un altre ritme i van aportar nous estàndars que van fer encara més genèric el PC.

Durant molts anys podíem distingir entre tres tipus:

• El PC IBM, que era com qualsevol altre PC, però fabricat per IBM (i de molta qualitat).
• Els PC compatibles, Wintel o White-box fabricats per Dell, HP, Acer... que tenen les seues pròpies plaques base (o no) i que sols són assembladors. Encara que les connexions són compatibles i estàndard, venen ja muntats i poden tindre alguna modificació en els factors de forma de plaques, caixes o fonts d'alimentació.
• Els PCs muntats a peces. Són muntats per les tendes minoristes o per els propis usuaris. Solen ser més barats en la suma dels components i són completament personals. Les plaques base són d'empreses com ASUS, MSI, Gigabyte...

Actualment, la divisió de IBM de PCs ha sigut venuda a Lenovo, que encara manté alguns dels models més existosos d'IBM. Per tant, podem dir que ja no existeix el PC IBM

Amés, s'ha afegit un altre fabricant als PC: Apple. Des de 2006 fabrica en Intel x86 i per tant, no hi ha una diferència significativa entre els Macs i els PC.

Busos i Registres

A nivell intern es pot classificar en moltes categories, encara que la més directa és per L'amplaria del bus de dades o per l'amplaria dels registres interns. Aquestes dos amplàries són les que més afecten als programes que pot executar i la seua potència.

Quant un processador llig o escriu dades, aquestes van per un bus anomenat FSB o Front Side Bus que, tradicionalment és paral·lel. Quants més bits té aquest bus, més informació pot trametre per un cicle de rellotge. Actualment aquesta distinció ha perdut sentit, ja que els busos nous que han substituït al FSB són en serie i, encara que tenen menys bits, van més ràpids. No obstant, encara és una tecnología crítica en el disseny dels processadors i plaques base i els canvis solen ser molt significatius en l'arquitectura de tot el PC.

L'altre factor és l'amplària dels registres (o ample de paraula), al principi eren de 8 bits, més tard de 16, la major part del temps han sigut de 32 i ara són de 64 bits. Això fa que el programari tinga que ser recompilat o reescrit i els canvis totals d'arquitectura duren anys.

Aquestes dos amplàries no tenen perquè estar relacionades. Per exemple, hi ha Pentiums de 64 bits del FSB i 32 bits d'ample de paraula. I hi ha processadors de 64 bits en els registres que poden operar en els dos modes. Els x86, es fan per a ser retrocompatibles i els processadors de 64 bits poden córrer programes de 32, 16 o 8 bits (un altra cosa és que el SO o suporte)

Components

Els PC són fàcils de muntar i, a canvi, tenen una gran complexitat interna en els seus components. Aquesta complexitat intenta solucionar els problemes de compatibilitat i de configuració a l'hora de muntar o ampliar un PC.

Plaques base

Es tracta del circuit principal d'un computador. Com el seu nom indica, és la base de els altres components. Determina, per tant, les capacitats d'expansió del PC i les característiques del processador i la memòria.

A nivell teòric, la placa implementa, entre altres coses, els busos del sistema.

La manera de connectar els components a la placa base és amb els sockets, ports per a emmagatzemament secundari o els ports externs.

Els sockets principals són els DIMM per a memòria RAM i els de les targetes d'expansió, que poden ser AGP, PCI o PCI-Express, que és el dominant actual, deixant els anteriors obsolets.

Els connectors per a emmagatzemament secundari poden ser IDE o ATA, Serial ATA, SAS o SCSI. Actualment els PC solen tindre molts SATA i pot ser que algun IDE per retrocompatibilitat. SAS o SCSI està més indicat per a servidors.

Els ports externs són molt diversos: PS2, Serie, Paral·lel, Connectors jack o òptics per a só, VGA, HDMI, DVI, Firewire, Ethernet RJ-45 o USB 2.0 i 3.0. Aquests últims estan substituint a quasitots els demés. Actualment és fàcil trobar una placa amb molts USB, VGA, DVI, audio i 1 o 2 Ethernet. Poden tindre PS2, Serie o Paral·lel per retrocompatibilitat, sobretot en PC per a entorn empresarial.

plaques base

Factor de forma

Les plaques estan estandaritzades per a tindre una forma i una disposició dels components compatible i fer més senzill la construcció de nous components. El factor de forma és el que defineix els tipus de plaques que es poden fabricar. Per tant, també determina la mida de les caixes, els connectors de les fonts d'alimentació o la disposició de tots els components dins de la caixa per donar cabuda a la placa

Les caixes, per tant, seran torres, semitorres, minitorres, sobretaula, etc.

El factor de forma actual més extens és el ATX i les seues variants. Aquest determina una font d'alimentació amb un connector de 20 o 24 pins i unes mides determinades.

Alguns fabricants modifiquen el factor de forma per fer les seues pròpies caixes personalitzades.

BIOS

Els PC sempre executen programes. Inclús les funcions més bàsiques són implementades per programes. La BIOS és el programa básic que s'executa quant arranquem el ordinador abans del sistema operatiu. Aquesta proporciona, també un control sobre el hardware. Per a molts, la BIOS són esencialment el drivers.

La BIOS es troba en una memòria no volàtil EEPROM situada en la placa base, la ROM. L'ordinador pot accedir a ella a través de posicions de memòria reservades.

Quant un PC arranca, s'executen les primeres ordres de la BIOS, aquesta fa un POST que és una comprobació de que els components funcionen correctament. A continuació els configura. Després dona el control al sector d'arranc del disc dur, el qual enllaça amb el Sistema Operatiu. Per a configurar la BIOS es pulsa una tecla a l'inici i s'entra en un menú de configuració.

Encara que ROM signifique Read Only Memory, es pot reescriure. És possible actualitzar la BIOS, encara que és una tasca perillosa.

Per actualitzar la BIOS trobem ferramentes per a Windows, per a la propia BIOS, CDs o USB booteables... En cas de que falle, la placa base queda inutilitzada. Algunes tenen solucions amb jumpers. Aquestes solucions passen per dos ROMs intercanviables, Un Jumper que la deixa a valors de fàbrica o canviar el xip de la ROM. Si podem llevar-lo, trobem en el mercat reprogramadors de ROMs com ara els de http://www.arlabs.com/

Actualment el ordinadors poden tindre Unified Extensible Firmware UEFI, que és el substitut de la BIOS. Aquest incorpora les necessitats actuals i no té les limitacions de la BIOS, per exemple el MBR. Amés, compta amb una interficie gràfica més amigable.

La BIOS es carrega durant d'arranc de tres possibles fonts: La ROM, la ROM de les targetes d'expansió (per exemple la de video) i la RAM des del disc amb els drivers. La ROM conté els drivers necessaris per al funcionament mínim del sistema. Pot ser que no puga controlar una targeta de video afegida, però aquesta també té la seua ROM, per tant, també es pot redireccionar. En els dispositius que no tenen la seua ROM i no és tan important que funcionen des del principi, tenim els drivers que són carregats pel sistema operatiu i enllaçats a la BIOS. Aquest drivers són subrutines que es criden quan es produeix una interrupció. Com que afegir coses a la ROM eś difícil ja que no hi ha molt d'espai, la majoria de les empreses creen targetes d'expansió amb drivers que es carreguen en la RAM.

La ROM de la placa base i de les targetes es diu moltes vegades firmware a diferència dels drivers que es carreguen en la RAM, que són volàtils.

En els sistemes actuals, la BIOS conserva drivers per a arrancar, però una vegada està el sistema operatiu en marxa, aquest reemplaça tots els drivers per els que ell té a la RAM. Per un altra banda, la propia ROM de la BIOS és copiada a la RAM perquè aquesta és més ràpida i es deshabilita la ROM (ROM shadowing).

No cal confondre la BIOS amb la CMOS RAM. Aquesta confusió ve del fet que el programa de configuració de la BIOS guarda les opcions en la CMOS. No obstant són dos components separats. Per tant, tenim un xip per a la ROM de la BIOS i un altre anomenat RTC/NVRAM que gestiona el rellotge de forma no volàtil (sempre que no li falle la pila). Al principi eren tot xips per separat, però ara sol estar dins del southbridge o del Platform controller hub en el xipset de la placa base.

La ROM es pot fabricar de varies maneres:

• ROM: Es fabrica amb la programació invariable per fotolitografia. És molt barata de produir, però qualsevol canvi necessita canviar el xip i el procés de fabricació. No és la millor per a la BIOS.
• PROM: Es fabrica en blanc i es programa després amb un dispositiu especial anomenat ROM programmer. Una vegada programat no es pot reprogramar (one-time programable OTP).
• EPROM: És una PROM esborrable. es pot reconeixer fàcilment perquè tenen un vidre on es veu el nucli del xip. Si llevem la pegatina, la llum ultraviolada esborra el programa i cal reprograma-lo.
• EEPROM o Flash ROM: Aquest es pot esborrar elèctricament. Aquest permet reprograma fàcilment la ROM d'un PC.

Els fabricants de la major part de les BIOS són:

• American Megatrends (AMI)
• Phoenix Techonologies
• Award Software (comprat per Phoenix)
• Insyde Software

Intel ha anat canviat de AMI a Phoenix al llarg del temps. Phoenix i Award ara són la mateixa empresa, encara que Phoenix es centra en productes de més alt nivell. Cada PC o servidor necessita BIOS distintes i els fabricants les adapten a les necessitats dels fabricants de plaques base.

Altres dispositius tenen les seues propies BIOS en ROMs i són carregades a l'inici si són detectades. Aquest solen ser les GPUs, els RAIDs, Les targetes de xarxa o els SATA.

UEFI

La BIOS dels PCs orginals sols era de 8KB en codi de 16 bits que arrancava en mode real. Encara que els PCs van avançar molt, per compatibilitat el mode real era de 16 bits i la BIOS va creixer sols fins a 128KB. En eixe espai tan menut ha de estar el POST, BIOS, Setup i altres programes d'arranc. Per tant, la informació és en mode text i no molt amigable.

Un alta limitació és el fet de que, sense SO, un PC no pot fer res productiu, no es pot escriure en fitxers o fer diagnòstics avançats, per exemple.

Però el major problema són les limitacions que imposa al maquinari aquestes BIOS. El més important és que sols pot arrancar de discs durs amb MBR. MBR sols deixa 4 particions primaries i fins a 2.2TB. UEFI permet arrancar de discos en GPT en el que les particions tenen GUID (globally unique identifier). Aquest permet fins a 128 particions de més de 9.4Zettabytes.

UEFI no ha reemplaçat totalment a BIOS. Corre damunt reemplaçant el carregador d'arranc i altres servicis com el Setup. Ara es pot trobar en moltes UEFI ferramentes de diagnosis amb més detall, actualitzacions en línia, Copies de seguretat, Overclocking i modificacions del Boot Logo. UEFI es pot extendre amb aplicacions de navegació per Internet i altres coses útils.

El suport de UEFI en quasi totes les plaques va ser al voltant de 2011 amb els xipsets Intel 6x. Molt abans ja hi havien plaques, però no existia molt d'interès perquè els discos no eren de més de 2TB i els sistemes no eren tots de 64 bits.

Processador

Article del processador.

Memòria RAM

Podem considerar la memòria com l'espai de treball del processador, on deixa les dades temporals i d'on agafa les instruccions. La majoria de la memòria principal està en la RAM o Random Access Memory. Es diu que és Random perquè es pot accedir a qualsevol direcció de memòria en el mateix temps. La ROM també és accessible aleatòriament, sols que la RAM és volàtil.

La RAM en els PC està en mòduls separats del processador. Aquests mòduls tenen uns xips de memòria anomenada DRAM o Dynamic RAM. Dynamic significa que pot ser reescrita indefinidament a llarg del temps i perquè necessita ser refrescada cada pocs milisegons. La tecnologia de fabricació és distinta a la SRAM (Static RAM) que sols necessita alimentació elèctrica. En general, la DRAM és més lenta que la SRAM per el temps de refresc.

La RAM en els PCs implementa la major part de la memòria principal. Aquesta memòria principal és mapada per la BIOS junt a la ROM i les memòries dels controladors de dispositius.

La DRAM és la utilitzada per al mòduls de RAM. Aquesta és densa i barata. Està composta per una matriu de condensadors molt menuts. Aquests es carreguen i han de ser realimentats per a que no es descarreguen. El temps de refresc sol ser de 15ms, és a dir, cada 15 mil·lisegons cal refrescar. El temps de refresc és temps perdut de CPU, antigament fins un 10%, però ara molt menys. En alguns sistemes (antics) deixen modificar el temps de refresc, però fer-lo massa larg pot significar pérdues de memòria, anomenades soft errors. Cada bit depèn sols d'un transistor i d'un condensador. El transistor llig la càrrega del condensador, si està carregat és un 1 i si no un 0. Això causa una descàrrega del condensador que necessita ser refrescat. És la utilitzada en els PC per ser barata i densa, però és més lenta que el processador. Per això s'han desenvolupat tècniques per fer-la més ràpida.

La SRAM és la utilitzada dins del processador per a la Cau. No necessita refresc i és molt més ràpida, de fet és tan ràpida com el processador. Cada bit necessita fins a 6 transistors. La SRAM és molt més ràpida però menys densa i més cara. Per exemple, en el lloc de 4GB de DRAM caben 9MB de SRAM.

Fins a 1986, la DRAM era igual de ràpida que els processadors, per tant, no era necessària la memòria cau. A partir de 386, els sistemes començaren a utilitzar SRAM per a la cau.

Per fer que totes les memòries siguen compatibles, es va crear un estàndar per el JEDEC, Joint Electron Engineering Council. Aquests han creat els anomenats DDR, DDR2, DDR3... Que una memòria complisca els estàndards no garateix la total compatibilitat, per tant, cal buscar taules de compatibilitat o d'aprovació per el fabricant de la placa base.

Velocitat i Rendiment

El problemes de rendiment i la velocitat solen confondre a la gent, ja que aquesta s'expressa de varies maneres. Pot calcular-se en nanosegons (ns) i també en Megahertzs o Megabytes per segon. La velocitat del processador s'expressa en GHz. No obstant, no és molt complicat traduir aquestes velocitats.

Actualment, amb DDR3 o DDR4 l'ample de banda de la memòria és capaç d'igualar el bus extern del processador. En els Pentium II, la memòria era de 16Mhz i el processador de 300Mhz amb un bus de 66Mhz, resultant una gran diferència i una perduda de cicles del bus i del processador. La SDRAM ja anava a 66Mhz o a 100Mhz i era capaça d'anar a la velocitat del bus. En l'any 2000 el bus era de 133MHz i la ram s'anomenava PC133 SDRAM. En el 2001, la Double Data Rate (DDR) SDRAM anava a 200 i 266Mhz fins a 400MHz en 2003. En 2004 es va introduir la DDR2 fins a 800Mhz o 1066Mhz en 2006. En 2007 apareix la DDR3 amb velocitats de 1066 fins a 2133Mhz. LA DDR4 va eixir en 2013 amb una velocitat de 1600MHz fins a 3200MHz

Aquesta és la taula de les més populars:

Tipus	Anys	Mòduls	Mòduls de laptop	Volts	Velocitat	Velocitat de transferència d'un canal	Velocitat dual channel	Velocitat triple channel
Fast Page Mode (FPM) DRAM	1987-1995	30 o 72 pins SIMM	72 o 144 pins SODIMM	5V	22MHz	177MBps	Extended Data Out (EDO) DRAM

Fonts d'alimentació

fonts d'alimentació

Microprocesador en la Wikipedia