Un ordinador (del frances ordinateur ) o computadora (del llati computare , calcular ) es una maquina electronica que rep i processa dades per a convertir-les en informacio util.

Esta formada per un conjunt de circuits integrats i d'altres components relacionats que pot executar amb exactitud, rapidesa i d'acord amb les instruccions que rep per part d'un usuari o d'un programa . Els ordinadors son aparells digitals en tant que es basen en l' algebra de Boole i el sistema binari . La principal caracteristica que el diferencia d'altres maquines similars es que es una maquina de proposit general, es a dir, que pot complir diverses tasques segons les possibilitats del llenguatge de programacio i el maquinari. El model en que es basen els ordinadors actuals es arquitectura de Von Neumann , es a dir, que utilitzen la memoria principal per emmagatzemar dades i instruccions alhora, caracteristica que els permet executar programes diferents, sent per tant una maquina de proposit general. Aixo els diferencia d'altres aparells com les calculadores no programables.

Etimologia [ modifica ]

La paraula 'ordinador' prove del frances 'ordinateur', que al seu torn procedeix de 'ordonnateur' (qui dona ordres). En part per questions de marqueting, ja que la descripcio d'IBM per a la seva introduccio a Franca en 1954 situava les capacitats d'actuacio de la maquina prop de l'*omnipotencia, idea equivocada que perdura avui dia en considerar que la maquina universal de *Turing es capac de computar absolutament tot. El 1984, academics francesos van reconeixer en el debat "Les jeunes, la technique et nous" que l'us d'aquest substantiu es incorrecte, perque la funcio d'un PC es la de processar dades, no la de donar ordres. Mentre que d'altres, com el catedratic de filologia llatina Jacques Perret, coneixedors de l'origen religios del terme, el consideren mes correcte que les alternatives. La utilitzacio de la paraula 'ordinateur' s'ha exportat a llengues com el catala, el castella i el basc. D'altres idiomes europeus com el portugues, l'alemany o el neerlandes, fan servir derivats del terme computadora. D'aquesta manera aconsegueixen parlar amb mes propietat i definir correctament la funcio dels PC's.

Historia [ modifica ]

Els primers aparells que mes s'assemblen als ordinadors actuals son de meitat del segle XX (1940-1945), encara que el concepte de computador ja existia previament (vegeu abac i altres calculadores mecaniques). Es una maquina electronica que rep i processa dades per a convertir-los en informacio util. Un ordinador es una col·leccio de circuits integrats i altres components relacionats que pot executar amb exactitud, rapidesa i d'acord amb el que li indiqui un usuari o automaticament un altre programa, una gran varietat de sequencies o rutines d'instruccions que son ordenades, organitzades i sistematitzades en funcio d'una amplia gamma d'aplicacions practiques i precisament determinades. Aquest proces s'ha denominat amb el nom de programacio i al qui el duu a terme se li diu programador. Els primers ordinadors electronics eren de la mida d'una cambra gran, i consumien l'energia equivalent a la de centenars d' ordinadors personals (PC) actuals. Els ordinadors moderns estan basats en circuits integrats minusculs i son molt mes potents (milions de vegades mes) que abans, mentre que ocupen molt menys espai. Fins i tot poden ser de la mida d'un rellotge de polsera i alimentats per una pila. Els ordinadors personals son avui dia la icona de la societat de la informacio i es en aixo pensa la majoria de gent en sentir la paraula ordinador , si be be avui dia la forma mes comuna d'ordinadors son els ordinadors encastats . Aquests ordinadors son petits i simples, i normalment son utilitzats per a controlar altres dispositius: des d'avions de combat, robots industrials o cameres digitals fins a joguines infantils.

Generacions d'ordinadors [ modifica ]

La primera generacio d'ordinadors (1944-1950), anomenada tambe ordinadors primitius, estava constituida per circuits amb milers de valvules per a processar la informacio. ^[1] Com a consequencia, les seves dimensions eren de gran magnitud i, alhora, l'escalfament que produien ocasionava avaries molt complexes i de manera frequent. S'arriba a la conclusio, doncs, que el que es necessitaven eren dispositius que fossin mes petits, mes rapids i mes freds.

Els operadors introduien les dades i programes en un codi especial per mitja de targetes perforades. L'emmagatzematge intern s'aconseguia amb un tambor que girava rapidament sobre el qual un dispositiu de lectura i escriptura col·locava marques magnetiques.

L'any 1948 , el transistor inventat per William Shockley , John Bardeen i Walter Brattain , fisics estatunidencs, va demostrar que podia substituir les valvules de buit. Ben aviat s'aplica el transistor al disseny dels ordinadors i fou d'aquesta manera com s'origina la segona generacio d'ordinadors . La mida de la segona generacio d'ordinadors (1950-1964) tambe era destacable, pero, tanmateix, eren mes segurs, freds i rapids que no pas els de la generacio anterior.

Alguns dels primers models que es van comercialitzar varen ser el TXO del Massachusetts Institute of Technology, l’ IBM serie 7000 i el LEO Mark 3 . Durant aquesta mateixa epoca, es varen introduir avencos que van ser fonamentals en els components de maquinari auxiliar; per exemple, l' emmagatzematge en disc magnetic, la memoria permanent, la modularitat dels components etc. En paral·lel, es van desenvolupar tambe els primers llenguatges de programacio d'alt nivell, com FORTRAN , COBOL , ALGOL , entre d'altres.

Els llenguatges de programacio d'alt nivell que estaven basats en una logica, propera a la humana, van facilitar que els departaments d'informatica poguessin fer de manera mes senzilla mes aplicacions per a la seva corporacio. Algun exemple n'es el del llenguatge COBOL , amb el que es feien programes de comptabilitat a mida de l'empresa. Tambe, amb el llenguatge FORTRAN , per exemple, es feien calculs cientifics especialitzats pel mon academic.

En consequencia, doncs, amb l'aparicio dels llenguatges de programacio i d'aplicacions especialitzades, la necessitat de tenir coneixements informatics especifics va anar disminuint notablement.

L'any 1958 , l'invent del primer circuit integrat de Jack Kilby , informatic estatunidenc, permete combinar en plaques de silici de dimensions reduides circuits sencers amb tots els seus elements -transistors, resistencies, condensadors etc-. Amb aixo, l'any 1964 s'origina la tercera generacio d'ordinadors , la qual fou anomenada, per primera vegada, miniordinadors . La serie mes comercialitzada va ser la 360 de l'IBM . El circuit integrat va permetre abaratir els costos i reduir-ne les dimensions.

A principis de 1970 , la tecnica d’integracio a gran escala va permetre integrar milers de components en un petit circuit o xip. L'any 1971 l'empresa INTEL inventa el primer microprocessador . En un sol xip hi cabien totes les funcions de la unitat central de proces d’un ordinador -CPU-. Aquest, doncs, va ser el principi de la quarta generacio d'ordinadors .

Des d'aleshores, la integracio ha avancat de manera considerable; avui dia es poden integrar milions de components electronics en un sol xip. Tot i que encara ens situem a l'epoca del microprocessador , des de principis de 1980 es pot distingir una cinquena generacio d'ordinadors -coneguda tambe com a FGCS-, en que les tecniques d'integracio a gran escala permeteren integrar desenes de milers d'elements en un mateix xip.

Funcionament [ modifica ]

El que defineix els ordinadors antics i els diferencia de la resta de maquines es que aquests poden ser programats o hakejats. Es pot donar una llista d'instruccions (el programa) a l'ordinador i aquest les guardara i les dura a terme en algun moment.

En la majoria de casos, les instruccions dels ordinadors son simples: afegir un nombre a un altre, moure unes dades d'un lloc a un altre, enviar un missatge a un dispositiu extern, etc. Aquestes instruccions es llegeixen des de la memoria, i en general son executades en el mateix ordre en que han estat donades. Hi ha pero instruccions especials per a indicar a l'ordinador que ha de saltar (endavant o endarrere) cap a algun altre punt del programa, i continuar d'executar-se des d'alla. Aquestes instruccions s'anomenen instruccions de salt (o branques). Fins i tot es pot fer que aquestes instruccions siguin condicionals, de manera que es poden executar diverses instruccions en funcio del resultat d'alguna operacio anterior, o d'algun esdeveniment extern. Molts ordinadors suporten directament subrutines, donant un tipus de salt que "recorda" el lloc des d'on ha saltat cap a una altra instruccio, per a retornar-hi quan la subrutina hagi acabat i continuar executant des d'aquell punt.

L'execucio d'un programa es pot comparar amb llegir un llibre. Malgrat que una persona normalment llegira cada lletra i linia sequencialment, tambe pot tirar enrere en el text, o saltar paragrafs sencers d'escas interes. De manera similar, un ordinador pot anar enrere i repetir les instruccions d'alguna seccio del programa una vegada i una altra, fins que es compleixi alguna condicio interna. Aixo s'anomena flux de control del programa, que es el que permet a l'ordinador d'executar tasques repetidament sense intervencio humana.

Comparativament, una persona usant una calculadora pot fer les operacions aritmetiques basiques com sumar dos nombres amb pocs passos. Pero sumar tots els nombres de l'1 al 1000 requeriria milers de petjades de tecla i molt de temps, amb la quasi-certesa de cometre algun error. En canvi, un ordinador es pot programar per a fer aixo amb nomes unes poques instruccions. Per exemple:

mov #0,sum; posa sum a 0
mov #1,num; posa num a 1
loop: add num,sum; suma num a sum
add #1,num; suma 1 a num
cmp num,#1000; compara num amb 1000
ble loop; si num ≤ 1000, torna enrere a 'loop'
halt; fi del programa. para.

Quan s'indica d'executar el programa, l'ordinador fa la tasca repetitiva de sumar sense mes intervencio humana. Practicament mai no s'equivocara. Un PC modern pot enllestir la tasca en una milionesima de segon.

Noteu, pero, que un ordinador no pot "pensar" per ell mateix, sino que nomes resol els problemes exactament de la manera que ha estat programat per a fer-ho. Un huma intel·ligent que es trobes amb el problema de dalt aviat es podria adonar que en lloc de sumar tots els nombres un per un, pot simplement usar l'equacio

${\displaystyle 1+2+3+\cdots +n={{n(n+1)} \over 2}}$

i arribar a la resposta correcta (500500) sense gaire esforc. Es a dir que no tindria en compte solucions alternatives mes eficients. Sovint es fan intents de crear programes que puguin esquivar aquesta limitacio fonamental de les computadores. Aquest programari, que imita l'aprenentatge i l'adaptacio humanes, forma part de la intel·ligencia artificial .

El codi anterior (mov, add, cmp) es escrit en assemblador . Es el llenguatge en que es programa la CPU, i esta intimament lligat amb cada model i marca de CPU, encara que el mes usual es el x86 . Per simplicitat, s'han creat llenguatges d'alt nivell que permeten de programar mes facilment, com el C o el C++ . Com que la CPU nomes enten el codi assemblador, un programa compilador fa la traduccio del llenguatge d'alt nivell a assemblador. En llenguatges mes moderns com C# o Java , el programa es compila nomes a un codi intermediari, que posteriorment sera traduit a assemblador, en temps d'execucio, per un interpret o maquina virtual.

Llenguatge de programacio

Llenguatges d'alt nivell mes usats	BASIC , C , C++ , C# , COBOL , Fortran , Java , Lisp , Pascal
Llenguatges script mes usats	Bourne script, JavaScript , Python , Ruby , PHP , Perl

Arquitectura [ modifica ]

Encara que les tecnologies emprades en les computadores digitals han canviat molt des que van apareixer els primers models en els anys quaranta, la majoria encara utilitza l' Arquitectura de von Neumann , publicada a principis dels anys 1940 per John von Neumann, que altres autors atribueixen a John Presper Eckert i John William Mauchly.

L'arquitectura de Von Neumann descriu un ordinador amb quatre seccions principals: la unitat aritmetic logica (ALU per les seves sigles de l'angles: Arithmetic Logic Unit), la unitat de control, la memoria central, i els dispositius d'entrada i sortida (E/S). Aquestes parts estan interconnectades per canals de conductors anomenats busos:

La memoria es una sequencia de cel·les d'emmagatzematge numerades, on cada una es un bit o unitat d'informacio. La instruccio es la informacio necessaria per fer allo que es desitja amb el computador. Les cel·les contenen dades que es necessiten per dur a terme les instruccions, amb el computador. El nombre de cel·les varien molt d'ordinador a ordinador i les tecnologies emprades per a la memoria han canviat forca, van des dels reles electromecanics, tubs plens de mercuri en els quals es formaven els polsos acustics, matrius d'imants permanents, transistors individuals a circuits integrats amb milions de cel·les en un sol xip. En general, la memoria pot ser reescrita diversos milions de vegades (memoria RAM); s'assembla mes a una pissarra que a una lapida (memoria ROM) que nomes es pot escriure una vegada. El processador (tambe anomenat Unitat central de processament o CPU) consta de:

Un tipic simbol esquematic per a una ALU: A i B son operands, R es la sortida; F es l'entrada de la unitat de control; D es un estat de la sortida. La unitat aritmetic logica o ALU es el dispositiu dissenyat i construit per dur a terme les operacions elementals com les operacions aritmetiques (suma, resta…), operacions logiques (I, O, NO), i operacions de comparacio o relacionals. En aquesta unitat es on es fa tot el treball computacional. La unitat de control segueix la direccio de les posicions en memoria que contenen la instruccio que l'ordinador esta a punt de seguir en aquell moment, recupera la informacio posant-la en la ALU per a l'operacio que ha de desenvolupar. Transfereix despres el resultat a ubicacions apropiades en la memoria. Una vegada que passa aixo, la unitat de control va a la seguent instruccio (normalment situada a la seguent posicio, a menys que la instruccio sigui una instruccio de salt, informant a l'ordinador que la propera instruccio estara ubicada en una altra posicio de la memoria). Els dispositius E/S serveixen a l'ordinador per obtenir informacio del mon exterior i / o comunicar els resultats generats per l'ordinador a l'exterior. Hi ha una gamma molt extensa de dispositius E/S com teclats, monitors, unitats de disc flexible o cameres web.

Programes [ modifica ]

El tret que defineix els ordinadors moderns que els distingeix de totes les altres maquines es que poden ser programats. S'ha de dir que algun tipus d'instruccions (el programa) es pot donar a l'ordinador, i comportara un proces en ells. Mentre alguns ordinadors poden tenir conceptes estranys "instruccions" i "imprimir" (vegi computacio de quantum), els ordinadors moderns basats en l'arquitectura de von Neumann, sovint tenen un codi maquina en forma d'un llenguatge de programacio imperatiu.

En termes practics, un programa informatic poden ser just unes quantes instruccions o estendre's a molts milions d'instruccions, per exemple com fer els programes per a processadors de textos i navegadors web. Un ordinador modern tipic pot executar milers de milions d'instruccions per segon (gigaflops) i rarament comet una equivocacio durant molts anys de funcionament.

Components [ modifica ]

L'ordinador esta compost pel maquinari ( hardware ) i el programari ( software ).

Maquinari [ modifica ]

Un ordinador de proposit general te quatre parts principals: la unitat aritmeticologica (ALU), la unitat de control, la memoria i les entrades i sortides dels diversos dispositius (de forma abreujada, Entrada/Sortida). Totes aquestes parts son interconnectades mitjancant busos , que normalment son conjunts de cables.

El conjunt de la unitat de control, l'ALU, els registres , i l'E/S basica es conegut com la Unitat Central de Proces (CPU) o processador . Originariament les CPUs es construien separades, pero des de mitjans dels 70 s'han construit en un unic circuit integrat anomenat microprocessador .

Unitat de Control [ modifica ]

La Unitat de Control (tambe anomenat sistema de control o controlador central ) dirigeix els diferents components d'un ordinador. Llegeix i interpreta (descodifica) les instruccions del programa una per una i les converteix en una serie de senyals de control que operen les altres parts de l'ordinador. Els sistemes de control d'ordinadors avancats poden arribar a reordenar instruccions per tal d'optimitzar-ne l'execucio.

Una peca clau de tota CPU es el comptador de programa, una cel·la de memoria (registre) especial, que mante l'adreca de la memoria on esta situada la seguent instruccio del programa.

La funcio del sistema de control es com es descriu a continuacio. Noti's que es tracta d'una versio simplificada, i que alguns d'aquests passos es poden executar concurrentment o en un diferent ordre depenent del tipus de CPU:

1. Llegeix el codi per la seguent instruccio de la cel·la indicada pel comptador de programa
2. Descodifica el codi numeric de la instruccio en un conjunt de comandes o senyals per cada un dels altres sistemes.
3. Incrementa el comptador de programa de forma que apunti a la seguent instruccio.
4. Llegeix les dades que la instruccio necessiti de les cel·les de memoria (o potser d'un dispositiu d'entrada).
La ubicacio d'aquestes dades habitualment s'emmagatzema junt amb el codi de la instruccio.
5. Proporciona les dades necessaries a l'ALU o a un registre.
6. Si la instruccio requereix una ALU o un maquinari especialitzat, ordena al maquinari de dur a terme l'operacio demanada.
7. Escriu el resultat des de l'ALU a una posicio de memoria o a un registre, o a un dispositiu extern.
8. Es torna al punt (1) i es repeteix el procediment.

Com que el comptador de programa es (conceptualment) un conjunt com qualsevol altre de cel·les de memoria, pot canviar-se amb les operacions de l'ALU. Sumar 100 al comptador de programa faria que la seguent instruccio es llegis 100 posicions mes endavant en el codi del programa. Les instruccions que modifiquen el comptador de programa normalment es coneixen per "salts" i permeten fer bucles (instruccions que es repeteixen) que son tambe sovint instruccions condicionals (ambdos, exemples de control de flux).

Aixi doncs, la sequencia d'operacions que la CPU du a terme per executar una instruccio ve a ser un altre programa en si. I de fet, en els dissenys de CPU mes complexos hi ha una part encara mes petita, anomenada microsequenciador, que s'encarrega d'executar un programa de microcodi com el de dalt.

Unitat aritmeticologica [ modifica ]

La ALU es capac de fer dos tipus d'operacions: aritmetiques i logiques.

El conjunt d'operacions aritmetiques que una ALU suporta pot estar limitada a sumar i restar, o be pot incloure funcions per multiplicar, dividir, funcions trigonometriques i arrels quadrades. Algunes nomes poden operar en nombres enters ( integer ) mentre que d'altres usen punt flotant amb una precisio limitada. Tot i aixi, qualsevol ordinador que pugui fer les operacions basiques pot ser programat per efectuar operacions mes complexes descomponent-les en diverses operacions simples que l'ordinador pugui executar. Per tant qualsevol ordinador pot programar-se per fer qualsevol operacio aritmetica, tot i que un ordinador que la suporti directament per maquinari l'executara mes rapid (en menys passos).

El conjunt d'operacions logiques retornen true o false (cert o fals). Les comparacions entre nombres (mes gran que, mes petit que, igual) com ara "64 es mes gran que 65?".

O altres operacions logiques com AND , OR , XOR , NOT . Que son utils entre altres coses per construir predicats condicionals, a partir del qual s'executaran unes instruccions si es retorna true o unes altres si es retorna false.

Els ordinadors superescalars contenen diverses ALUs que els permeten processar moltes instruccions alhora. Algunes targetes grafiques i ordinadors disposen d'instruccions SIMD i MIMD que els permeten executar operacions sobre vectors i matrius.

Memoria principal [ modifica ]

La memoria la podem imaginar com una llista de cel·les en que poden llegir-se i escriure nombres. Cada cel·la, numerada amb una adreca, pot emmagatzemar un unic nombre. A aquesta memoria se li envien ordres de l'estil "posa el nombre 123 a la cel·la numero 1357" o "afegeix el nombre que hi ha a la cel·la 1357 al nombre que hi ha a la cel·la 2468 i posa el resultat a la cel·la 1595". La informacio que es guarda a la memoria pot representar qualsevol cosa, amb la mateixa facilitat. Des de lletres a nombres, o les mateixes instruccions del programari que indiquen a l'ordinador que fer. En tant que la CPU no diferencia entre els diferents tipus d'informacio, es responsabilitat del programari donar significat a allo que la memoria tan sols veu com a nombres.

En la majoria d'ordinadors moderns, cada cel·la de memoria guarda els nombres binaris en grups de vuit bits (anomenat byte o octet en catala). Cada octet pot representar fins a 256 nombres diferents; o be des de 0 a 255 o des de -128 a +127. Per emmagatzemar nombres grans, es poden usar diversos octets consecutius (normalment, dos, quatre o vuit). Habitualment els nombres negatius es guarden en format complement a dos . Son possibles altres formats, pero normalment no es veuen fora d'aplicacions especialitzades o contextos historics. En definitiva, un ordinador pot emmagatzemar qualsevol informacio que es pugui representar d'alguna manera mitjancant nombres. Els ordinadors moderns tenen de milers de milions a un bilio de bytes de memoria.

La CPU conte un conjunt especial de cel·les de memoria anomenats registres que es poden llegir i escriure molt mes rapidament que la memoria principal. Tipicament hi ha de 2 a 100 registres depenent del tipus de CPU. Aquests registres s'usen per les dades que es necessiten mes frequentment, per evitar haver d'accedir a la memoria principal, molt mes lenta. Aixo produeix grans guanys en velocitat. La distancia creixent de temps d'acces entre els registres i la memoria principal es un problema anomenat memory wall.

La memoria principal pot ser de dos tipus: memoria d'acces aleatori (RAM) o read-only memory (ROM) ( memoria de nomes lectura ). La CPU pot llegir i escriure a la RAM en qualsevol moment que se li ordeni, mentre que la ROM ja ve carregada amb programari i dades que mai canvien i que per tant son de nomes lectura . La ROM tipicament s'usa per a les instruccions que l'ordinador executa en arrencar. En general, els continguts de la RAM s'esborren quan es talla l'alimentacio electrica, mentre que la ROM preserva les dades indefinidament.

Entrada/Sortida [ modifica ]

L'Entrada/Sortida (abreujat E/S, en angles I/O) es la manera que te l'ordinador d'enviar i rebre informacio del mon exterior. Els components d'E/S s'anomenen periferics , i son de tres tipus: d'entrada, de sortida, i d'entrada i sortida:

1. Els periferics d'entrada tipics d'un ordinador personal son el teclat , el ratoli , la palanca de control ( joystick ), l' escaner , el microfon o la camera web .
2. Els periferics de sortida mes habituals son el monitor , els altaveus o la impressora .
3. Entre els periferics d'entrada i sortida hi ha les xarxes informatiques , les pantalles tactils i la memoria secundaria , categoria de la qual formen part tota una serie de dispositius d'emmagatzematge com els disquets , discs durs , CD ( disc compacte ), DVD , cintes, memories flaix .

Molts dispositius d'E/S es poden considerar ordinadors en si: independents, amb la seva propia memoria i CPU.

Ratoli [ modifica ]

El ratoli (de la traduccio de mouse en angles) es un dispositiu periferic d'ordinador, generalment fabricat en material plastic, que podem considerar, al mateix temps, com un dispositiu d'entrada de dades i de control, depenent del programari que maneja en cada moment.

Sol estar dotat de dos o tres botons de pulsacio que permeten activar fent-hi clic diverses accions depenent del boto premut (esquerre, central, dret) i de l'area en el que es troba la puntera . Actualment la majoria de ratolins tenen una roda central que substitueix al tercer boto, aixo permet mes comoditat en l'us d'algunes aplicacions (com per exemple, els processadors de text o les finestres dels navegadors d' Internet ) a l'integrar accions relacionades amb el moviment ascendent i descendent del contingut de la pantalla .

Teclat [ modifica ]

Un teclat de computadora es un dispositiu periferic, fisic o virtual (com, per exemple, els teclats de pantalla o tactils), utilitzats per a la introduccio d'ordres i dades en una computadora. Te el seu origen en els teletips i les maquines d'escriure electriques, que es van utilitzar com a teclats dels primers ordinadors i dispositius d'emmagatzematge (gravadors de cinta de paper i targetes perforades).

Impressora [ modifica ]

Una impressora es un dispositiu periferic d'una computadora que permet generar una copia fisica de textos o grafics de documents guardats en format electronic, imprimint en paper les dades, utilitzant cartutxos de tinta o tecnologia laser. Moltes impressores son utilitzades com a periferics, i estan permanentment unides a la computadora per un cable.

Multitasca [ modifica ]

Mentre que un ordinador pot nomes executar un programa, normalment es necessari executar diversos programes alhora o si mes no simular-ho. Aixo s'aconsegueix amb la multitasca : tot i que l'ordinador executa un sol programa a cada moment, el fet que els diferents programes es vagin succeint en ordre molt rapidament (mitjancant canvis de context ) provoca la sensacio que aquests diferents programes s'executen en paral·lel, tot i nomes executar-se'n un en qualsevol instant donat.

Aixo s'aconsegueix amb un senyal especial anomenat interrupcio , que provoca la interrupcio del codi actualment en execucio per donar pas a un altre codi. El punt del codi on s'ha interromput es desa de manera que mes tard es pugui reprendre l'execucio en aquell mateix punt. Quan s'executen diversos programes, hi ha interrupcions centenars de vegades per segon, per distribuir entre els diferents programes l'us del recurs limitat que es el processador. Aquest concepte de comparticio s'anomena time-sharing .

Abans de l'era dels ordinadors barats, el principal us de la multitasca era el de permetre a diverses persones compartir el mateix ordinador.

A primera vista podria semblar que la multitasca provoca que els diferents programes s'executin molt mes lentament - en proporcionalitat directa amb el nombre de programes que s'estan executant. Pero aixo no es dona, ja que els programes es passen la majoria del seu temps esperant que els dispositius d'entrada/sortida (molt lents en comparacio amb el processador) acabin la seva tasca. Si per exemple un programa esta esperant que l'usuari cliqui amb el ratoli o premi una tecla, aleshores a aquest programa no se li assignara temps d'us del processador fins que el fet que s'esta esperant s'esdevingui. Aixo allibera temps per als altres programes, de manera que es poden executar diversos programes alhora sense que l'alentiment global del sistema sigui inacceptable.

Multiprocessament [ modifica ]

Alguns ordinadors son dissenyats per distribuir la seva carrega entre diverses CPU, una tecnica que abans s'usava nomes en ordinadors grans i potents, com els supercomputadors , els mainframes i els servidors . Avui dia ja hi ha molts ordinadors portatils i de sobretaula amb sistemes multiprocessador i multi-core (multiples CPUs en un sol circuit integrat ).

Els supercomputadors en particular, normalment ofereixen arquitectures uniques que difereixen significativament de les arquitectures basiques de programa emmagatzemat i dels ordinadors de proposit general. Normalment disposen de milers de CPUs, interconnexions d'alta velocitat customitzades, i maquinari especialitzat. Aquests dissenys pero acostumen a ser utils nomes per a certes tasques especifiques, degut a la gran organitzacio necessaria dels programes per aprofitar tots els recursos disponibles alhora. Les supercomputadores s'acostumen a fer servir per simulacions a gran escala, renderitzacio de grafics, aplicacions criptografiques , i altres tasques molt "paral·lelitzables".

Xarxes informatiques i Internet [ modifica ]

Els ordinadors s'han fet servir per coordinar la informacio de diversos llocs des dels anys 50. El sistema SAGE de l'exercit dels Estats Units va ser el primer sistema a gran escala d'aquest tipus. Aquest sistema va conduir al desenvolupament d'altres sistemes especialitzats d'us comercial, com Sabre.

Els anys 70, informatics d'instituts de recerca al llarg dels Estats Units van comencar a connectar els seus ordinadors entre ells fent servir tecnologies de telecomunicacions . Aquest esforc fou fundat per l'ARPA (avui dia DARPA ), resultant en la xarxa informatica anomenada ARPANET. Les tecnologies que feren Arpanet possible s'estengueren i evolucionaren.

Amb el temps, la xarxa s'estengue mes enlla dels entorns academics i militars i es converti en Internet . L'emergencia de les xarxes informatiques van comportar la redefinicio de la naturalesa i les fronteres de l'ordinador. Els sistemes operatius i les aplicacions es van modificar per fer possible accedir a recursos ubicats en altres ordinadors de la xarxa, com ara dispositius periferics o informacio emmagatzemada, com a extensio dels recursos de l'ordinador. En un inici, aquestes facilitats nomes eren disponibles per a treballadors en entorns d'alta tecnologia, pero els anys 90, la difusio d'aplicacions com el correu electronic o la World Wide Web , combinat amb el desenvolupament de tecnologies de xarxa rapides i barates com l' Ethernet o l' ADSL , significa la implantacio de xarxes informatiques d'una manera quasi ubiqua. De fet, el nombre d'ordinadors en xarxa esta en continu creixement. Una gran part dels ordinadors personals es connecten regularment a Internet per comunicar i rebre informacio. La xarxes sense fils, usant xarxes amb tecnologia WiFi o xarxes de telefonia mobil , ha significat que les xarxes informatiques estiguin esdevenint comunes fins i tot en entorns de computacio mobil.

Programari [ modifica ]

Es coneix com programari (programari) a l'equipament logic o suport logic d’una computadora digital; compren el conjunt dels components logics necessaris que fan possibles tasques especifiques, en contraposicio als components fisics del sistema, anomenats maquinari. El programari (en angles Software ) es la part immaterial de l'ordinador. De vegades al programari fix se l'anomena firmware (el programari dels drivers o de la BIOS ). El primer programari en executar-se es el de la BIOS, seguit pel sistema operatiu .

El sistema operatiu es un tipus especial de programa. Essencialment serveix per oferir multitasca, repartint els recursos de l'ordinador entre les diferents aplicacions. Actualment, Windows es el sistema operatiu mes utilitzat amb un 90 % de quota. El segueixen Linux i MacOS . Les llibreries son col·leccions de programari que contenen funcions d'us comu, i permeten de reaprofitar codi.

Programari

Sistema Operatiu	Unix / BSD	openBSD , NetBSD , FreeBSD , Solaris
	GNU/Linux	Debian , Fedora , Gentoo , Mandriva , Red Hat , Slackware , SuSE , Ubuntu , Lliurex
	Microsoft Windows	Windows 95 , Windows 98 , Windows NT , Windows 2000 , Windows XP , Windows Vista , Windows CE , Windows 7 , Windows 8 , Windows 10
	DOS	PC-DOS , MS-DOS i altres
	Mac OS	Mac OS classic , Mac OS X
	Altres	SO Experimentals, en Temps Real i Encastats
Llibreries	Multimedia	DirectX , OpenGL
	Programacio	C standard library , Standard Template Library , .NET
Dades	Protocol	TCP/IP , FTP , HTTP , SMTP
	Format de fitxer	HTML , XML , JPEG , MPEG , PNG
Interficie d'usuari	Interficie grafica d'usuari	Microsoft Windows , GNOME , KDE , QNX Photon , Common Desktop Environment, Graphical Environment Manager
	Interficie de text	Linia d'ordres , shells
Aplicacions	Paquet ofimatic	Processador de text , Autoedicio , Presentacions , Base de dades , Scheduling & Time management, Full de calcul , Comptabilitat
	Internet	navegador web , Client E-mail , servidor web , Missatgeria instantania
	Disseny i produccio	Computer-aided design , Computer-aided manufacturing , ERP , Plant management, Robotic manufacturing, Supply chain management
	Grafics	Editor raster , Vector graphics editor , Modelador 3D , grafics 3D , Edicio de video , Processament d'imatges
	Audio	Digital audio editor , Audio playback , Mixing, Audio synthesis , Informatica musical
	Enginyeria del programari	Compilador , Assembler , Desassemblador , Interpreter , Debugger , editor de text , Entorn integrat de desenvolupament , Performance analysis , Revision control , Software configuration management
	Videojoc	Videojoc esportiu , Videojoc de rol tactic , Videojoc d'aventures , Videojoc de plataformes , Videojoc d'accio
	Altres	Intel·ligencia artificial , Antivirus , educatius, Installer / Package management systems , Gestor d'arxius

La imatge a l'ordinador [ modifica ]

Codificar imatges en forma binaria no es tan senzill com codificar numeros o textos. En qualsevol cas, com tota la informacio que pot manipular un ordinador, haura de ser convertida a forma digital i guardada per a la seva visualitzacio en una zona de la memoria volatil, la RAM, o en un dispositiu permanent.

Per a poder controlar la imatge de l'ordinador, imaginarem la pantalla dividida en files i columnes. Cada interseccio d'aquestes s'anomena pixel (contraccio de la locucio anglesa picture element ).

Per poder tenir en algun lloc de l’ordinador la informacio corresponent a una imatge cal reservar-hi una zona de la memoria per representar la pantalla. S'anomena memoria de pantalla o memoria de video o videoRAM . La quantitat de memoria necessaria per emmagatzemar una imatge es forca gran.

Per produir una visualitzacio a partir de la memoria de video, uns circuits, anomenats multiplexors d'exploracio, llegeixen la memoria de pantalla sincronitzats amb l'exploracio de trama del monitor o la corresponent en una pantalla LCD. En el cas d'un tub de raigs catodics, els circuits de display de video modulen la intensitat dels feixos d’electrons en funcio del contingut d’aquesta memoria de pantalla, de la mateixa manera que en un televisor ho feien a partir del senyal de video compost estret del senyal d'antena.

Naturalment, per aconseguir imatges mes realistes necessitarem la capacitat de produir colors , o com a minim diversos nivells de gris entre el blanc i el negre estrictes. Aixo s'aconseguira enviant diversos nivells de potencial del senyal que modula el feix d'electrons del tub per canviar la velocitat dels electrons i per tant la intensitat de la llum del fosfor sobre el qual incideixen aquests electrons. Naturalment, la memoria de video haura de poder distingir tants valors numerics diferents com nivells de gris es vulgui reproduir.

Per tant haurem d’ augmentar el nombre de bits dedicats a cada pixel de la pantalla. Cada bit que s'afegeix duplica el nombre de nivells disponibles. Amb tres plans de bits podem representar a la pantalla imatges fins a 8 (2 ³ ) nivells de gris. Es convenient pensar que la memoria esta distribuida en plans de bits , de manera que a cada pixel li pertoca un bit de cada un dels tres plans. ^[2]

Tipus d'ordinador [ modifica ]

En baixa s'enumeren alguns dels molts tipus d'ordinadors. Algunes d'aquestes distincions son mes historiques que actuals. ^{[3] [4]}

• Supercomputador , son els ordinadors amb mes capacitat de calcul i per tant els mes cars, mes voluminosos i escassos.
• Ordinador central , tambe anomenat mainframe: acostumen a formar part d'una xarxa amb altres ordinadors centrals, miniordinadors o microordinadors. A les empreses punteres, serveixen per als calculs que empren major memoria. Aquests calculs acostumen a ser sol·licitats des de microordinadors pels usuaris de la xarxa.
• Miniordinador : Tots els usuaris es connecten al miniordinador. En desus, per la popularitzacio de les xarxes i l'augment de capacitat dels microordinadors.
• Ordinador personal , categoria en que estan inclosos l' ordinador de sobretaula i l' ordinador portatil .
• Micrordinador un tipus d'ordinador personal enfocat al mercat domestic. Eren els ordinadors mes barats, mes petits i mes populars. Tambe coneguts com a home computer , s'endollaven directament a la televisio.
• Microcontrolador , ordinador de poca potencia i baix consum integrat en un sol xip, usat per rentadores, torradores, rellotges, etc.
• Estacio de treball ( Workstation ), similars que els PC's pero amb mes potencia. Per a professionals que usen aplicacions intensives com CAD , renderitzacio 3D, etc.
• Organitzador personal
• Telefon mobil
• Tauleta tactil

Curiositats [ modifica ]

Alguns ordinadors mes grans es diferencien del model anterior en un aspecte important: tenen diverses CPU i unitats de control que treballen alhora. A mes, alguns, sobretot utilitzats per a la recerca, son molt diferents del model anterior pero no tenen gaires aplicacions comercials.

Procediments analogics i digitals de l'ordinador ^[5] [ modifica ]

Els ordinadors actuals poder encabir-se en dues categories generiques, "analogics" i "digitals", en funcio de la manera en que estan representats els nombres en la maquina que els fa servir.

El procediment analogic [ modifica ]

En la maquina analogica, cada nombre esta representat per la quantitat fisica corresponent, el valor de la qual, mesurat en una unitat predeterminada, es igual al nombre en questio. Aquesta quantitat pot ser l'angle de rotacio d'un disc concret, la intensitat d'un corrent o el valor d'un voltatge (relatiu), etcetera. Perque la maquina computi, es a dir, operi amb aquests nombres segons una pauta preestablerta, cal que li proporcionem els components que puguin calcular amb aquestes quantitats representatives les operacions matematiques basiques.

Les operacions basiques convencionals

Aquestes operacions basiques se sol entendre que son les quatre operacions aritmetiques: la suma (l'operacio x + y), la resta (x - y), la multiplicacio (xy) i la divisio (x/y).

Es evident que no resulta dificil sumar o restar dos corrents (ajuntant-los en direccions paral·leles o antiparal·leles). La multiplicacio (de dos corrents) es mes dificil, pero hi ha diversos components electronics que permeten aquesta operacio. I passa el mateix amb la divisio (d'un corrent per un altre). (Tant per a la multiplicacio com per la divisio -pero no per a la suma i la resta- es clar que es rellevant la unitat en que es mesura la corrent.)

Operacions basiques poc habituals

Un tret forca notable d'algunes maquines analogiques es el seguent: de vegades la maquina esta construida sobre operacions "basiques" que no son les quatre operacions aritmetiques que acabem d'esmentar. Per exemple, el classic "analitzador diferencial", que expressa els nombres mitjancant els angles en que giren uns discs determinats, funciona aixi: en comptes de sumar, x + y, o restar, x - y, el que fa son operacions del tipus (x +- y) / 2 perque les produeix un mecanisme facil de trobar i senzill, "l'eix diferencial" (el mateix mecanisme que es fa servir a l'eix posterior dels automobils). En comptes de fer multiplicacions xy, s'utilitza un metode molt diferent: en l'analitzador diferencial, totes les quantitats apareixen com a funcions del temps, i l'analitzador diferencial fa servir un organ anomenat integrador, que, per al es quantitats x(t), y(t), calcula la integral de Stieltjes z(t) = l ^t x(t) dy(t).

Aquest esquema es important en tres sentits:

Primer: les tres operacions anteriors, adequadament combinades, reprodueixen tres de les quatre operacions aritmetiques basiques habituals, es a saber, la suma, la resta i la multiplicacio.

Segon: en combinacio amb alguns trucs de realimentacio, tambe generen la quarta operacio, la divisio.

Tercer: i aquesta es la justificacio basica de l'analitzador diferencial: les seves operacions basiques, (x +- y) / 2 i integracio son, per a moltes classes de problemes, mes economiques que les operacions aritmetiques (x + y, x - y, xy, x / y). Mes en concret, qualsevol ordinador que hagi de resoldre problemes matematics complexos cal "programar-lo" perque ho faci, i aixo vol dir que la complexa operacio de resoldre el problema s'ha de substituir amb una combinacio de les operacions basiques de la maquina.

Aixo sol comportar una cosa encara mes subtil: aproximar-se a aquesta operacio -en la mesura desitjada (prescrita)- amb combinacions d'aquesta mena. Ara be, per a una classe de problemes un conjunt d'operacions basiques pot resultar mes eficient, es a dir, pot permetre l'us de combinacions mes simples i menys extenses que un altre conjunt. Aixi, per exemple, per a sistemes d'equacions diferencials ordinaries -per a les quals es va idear l'analitzador diferencial-, les operacions basiques son mes eficients que les operacions aritmetiques basiques ja esmentades.

El procediment digital [ modifica ]

En les maquines digitals, cada nombre es representa de la mateixa manera que en l'escriptura o la impressio convencionals, o sigui, com una sequencia de digits decimals, cadascun dels quals als seu torn, esta representat per un sistema de "marcadors".

Els marcadors i les seves combinacions i agrupacions

Un marcador que pugui apareixer de deu maneres diferents es suficient per representar un digit decimal. Una marcador binari, o sigui, que nomes pugui apareixer de dues formes diferents, s'haura d'utilitzar agrupant-lo amb d'altres per aconseguir un digit decimal. (Un grup de tres marcadors binaris permet formar vuit combinacions, un nombre insuficient, mentre que un grup de quatre marcadors binaris ens permet obtenir 16 combinacions, una quantitat mes que suficient. Per tant, cal fer servir grups d'un minim de quatre marcadors per cada digit decimal, encara que hi pugui haver raons per fer servir grups mes nombrosos). Un exemple de marcador de deu valors seria un impuls electric que aparegues en una de deu linies preassignades, mentre que un marcador binari seria un impuls electric en una linia preassignada, de manera que la seva presencia o absencia en definis la informacio (el "valor" del marcador). Un altre marcador binari possible seria un impuls electric que pot tenir una polaritat positiva o negativa i, es clar, hi ha molts altres possibles marcadors igualment valids.

Un altre cosa sobre els marcadors: els marcador amb deu valors diferents que acabo d'anomenar es evident que no es sino el resultat d'agrupar deu marcadors binaris, es a dir, que es altament redundant en el sentit que hem explicat. El grup minim, que esta format per quatre marcadors binaris, tambe quedaria enquadrat en el mateix esquema. Agafem, per exemple, un sistema de quatre linies preassignades tals que hi puguin apareixer impulsos electrics simultanis en qualsevol combinacio. Se'n podrien formar 16, de combinacions, 10 qualsevol de les quals es podria establir que corresponguessin als digits decimals.

Fixeu-vos que aquests marcadors, que solen ser impulsos electrics (o tambe voltatges o corrents electrics amb la durada necessaria perque siguin valids com a indicadors), s'han de controlar amb circuits de porta.

Classes de maquines digitals i els seus components basics

En les diferents etapes de desenvolupament fins avui, s'han fet servir successivament reles electromecanics, valvules, diodes, nuclis ferromagnetics i transistors -alguns d'ells en combinacio amb els altres, i alguns preferentment en els organs de memoria de la maquina, mentre que altres es feien servir preferentment fora de la memoria (en els organs "actius"), la qual cosa ha donat origen a les corresponents varietats de maquines digitals.

Esquemes en serie i en paral·lel

Cada nombre es representa en la maquina mitjancant una sequencia de marcadors de deu valors diferents (o grups de marcadors), que poden estar organitzats de manera que apareguin simultaniament en diferents organs de la maquina -en paral·lel- o de manera successiva en un mateix organ de la maquina -en serie. Si la maquina esta feta per processar, per exemple, nombres decimals de dotze xifres, amb sis digits "a l'esquerra" de la coma i sis "a la dreta", llavors caldra dotar-la de dotze marcadors (o grups de marcadors) en cada canal d'informacio de la maquina que hagi de processar aquests nombres.

Les operacions basiques convencionals

Les operacions de les maquines digitals s'han basat sempre en les quatre de l'aritmetica. Pel que fa als procediments, prou coneguts, que s'hi fan servir, conve dir el seguent:

Primer, pel que fa a la suma: contrariament als processos fisics que donen lloc a aquesta operacio en les maquines analogiques, en aquest cas l'operacio se cenyeix a regles molt estrictes de caracter logic, sobre com formar sumes digitals, quan es genera rossec i com repetir i combinar aquestes operacions. El caracter logic de la suma digital resulta encara mes evident quan es fa servir el sistema binari en comptes del decimal. De fet, la taula de la suma binaria (0+0= 00, 0+1= 1+0= 01, 1+1= 10) es pot definir aixi: el digit suma es 1 si els dos digits sumands son diferents, si no, es 0; el digit de rossec es 1 si els dos digits sumands son 1, si no, es 0. A causa de la possible presencia d'un digit de rossec, es fa necessaria una taula de suma binaria per a tres elements (0+0+0= 00, 0+0+1=0+1+0=1+0+0= 01, 0+1+1=1+0+1=1+1+0= 10, 1+1+1=11), que es definiria aixi: el digit suma es 1 si el nombre d'1 entre els digits sumands (inclos el rossec) es senar (1 o 3), si no, es 0; el digit de rossec es 1 si els 1 entre els digits sumands (inclos el rossec) son majoria (2 o 3), si no, es 0.

En segon lloc, pel que fa a la resta: l'estructura logica es molt semblant a la de la suma. Fins i tot es pot reduir a una suma -i sovint es fa- amb una simple "complementacio" del subtrahend.

En tercer lloc, pel que fa a la multiplicacio: el seu caracter fonamentalment logic es encara mes evident -i la seva estructura esta mes desenvolupada- que en el cas de la suma. Amb cada digit del multiplicador es formen els productes (del multiplicand), que solen estar precalculats per a tots el digits decimals possibles mitjancant diversos tipus d'addicio, i despres es fa la suma total, amb els desplacaments que s'escaiguin. De nou, en el sistema binari es fa encara mes pales i transparent el seu caracter logic. Com que els unics digits possibles son 0 i 1, s'omet el producte digital quan el multiplicand es 0 i te el valor del mateix multiplicand quan es 1.

Tot aixo s'aplica al producte de factors positius. Quan tots dos factors poden tenir tant signe positiu com negatius, les quatre situacions possibles estan regulades per regles logiques addicionals.

Quart, pel que fa a la divisio: la seva estructura logica es comprable a la de la multiplicacio, llevat que en aquest cas hi intervenen diversos procediments de subtraccio iteratius de prova i error, amb regles logiques especifiques (per a la formacio dels digits del quocient) en les diverses situacions alternatives que es poden produir i que cal tractar amb un esquema en serie repetitiu.

En resum, totes aquestes operacions son radicalment diferents dels processos fisics que es fan servir en les maquines analogiques. Son totes models d'accions alternatives, organitzades en sequencies molt repetitives i es regeixen per regles logiques estrictes. Sobretot en els casos de la multiplicacio i al divisio, aquestes regles tenen un caracter logic forca complex.

Referencies [ modifica ]

Bibliografia [ modifica ]

• Lavington , Simon. A History of Manchester Computers . 2a edicio. Swindon: The British Computer Society, 1998. ISBN 0850121558 .  
• Stokes , Jon. Inside the Machine: An Illustrated Introduction to Microprocessors and Computer Architecture . San Francisco: No Starch Press, 2007. ISBN 978-1-59327-104-6 .  
• Stern , Nancy. From ENIAC to UNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchly Computers (en angles). Digital Press, 1981. ISBN 0-932376-14-2 .  

Vegeu tambe [ modifica ]

• Aplicacio informatica
• Compaq Portable
• Internet
• Llista d'ordinadors ficticis
• Maquinari
• MareNostrum

Enllacos externs [ modifica ]

• Warhol & The Computer

En altres projectes de Wikimedia :
	Commons (Galeria)
	Commons (Categoria)
	Viccionari
	Viquidites