Computadors y Supercomputadors

48
Unordinadorocomputadoraesunaparel lquemanipuladadesseguintunallistadin struccionstransformantunconjuntdeda desdentrdadaaunconjuntdedadesdesort ida.elssupercomputadorssoncomputad oresambunnivelldeprocessamentmolt superioralconvencionalperaquestmoti usonmescaresdeconstruirhihdostipus computadorsfemhistoriatipusdarquite cturadecomputadorsarquitecturadeha rvardarquitecturadevonneumanmetod edevonneumannorganitzaciodelspcam blarquitecturavonneumanncpualuunit atcentraldeprocesregistrememoriasist emesdentradaisortidaevoluciodelscom ponentsmotherboardchipsetcpurefrig eradorsidisipadorsramgraficadiscdurs cvbncvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvb Computadors i Supercomputadors L’arquitectura de Von Neumann Per Kevin Cala Sánchez Tutor: Pere Clèries IES CASTELLBISBAL Castellbisbal

Transcript of Computadors y Supercomputadors

Page 1: Computadors y Supercomputadors

Unordinadorocomputadoraesunaparel

lquemanipuladadesseguintunallistadin

struccionstransformantunconjuntdeda

desdentrdadaaunconjuntdedadesdesort

ida.elssupercomputadorssoncomputad

oresambunnivelldeprocessamentmolt

superioralconvencionalperaquestmoti

usonmescaresdeconstruirhihdostipus

computadorsfemhistoriatipusdarquite

cturadecomputadorsarquitecturadeha

rvardarquitecturadevonneumanmetod

edevonneumannorganitzaciodelspcam

blarquitecturavonneumanncpualuunit

atcentraldeprocesregistrememoriasist

emesdentradaisortidaevoluciodelscom

ponentsmotherboardchipsetcpurefrig

eradorsidisipadorsramgraficadiscdurs

cvbncvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvb

Computadors i Supercomputadors

L’arquitectura de Von Neumann

Per Kevin Cala Sánchez

Tutor: Pere Clèries

IES CASTELLBISBAL Castellbisbal

Page 2: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 2

Taula de Continguts

Taula de Continguts ....................................................................................................................... 2

1. Introducció ............................................................................................................................ 4

2. Ordinadors i Computadors.. Fem història ............................................................................. 5

2.1. Primera Generació de Computadors ............................................................................. 6

2.2. Segona Generació de Computadors .............................................................................. 6

2.3. Tercera Generació de Computadors .............................................................................. 6

2.4. Quarta Generació de Computadors .............................................................................. 7

3. Arquitectura de computadors ................................................................................................ 8

4. Arquitectura de Harvard ........................................................................................................ 8

5. Arquitectura de Von Neumann .............................................................................................. 9

5.1. Computador en base Von Neumann .............................................................................. 9

5.2. Organització dels ordinadors amb l'arquitectura Von Neumann ...................................... 10

5.3.1. Unitat Central de Processament (CPU) ................................................................... 11

5.3.2. Unitat Aritmètic -Lògica ......................................................................................... 11

5.3.3. Unitat de Control ..................................................................................................... 12

5.3.4. Registre ................................................................................................................... 12

5.3.5. La memòria .............................................................................................................. 13

5.3.6. Components d’entrada i Sortida .............................................................................. 14

Page 3: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 3

6. Evolució dels components informàtics ................................................................................ 15

6.1. MotherBoard o Placa Base .......................................................................................... 15

6.2. Chipset de Control ....................................................................................................... 16

6.2.1. NorthBridge ......................................................................................................... 16

6.2.2. SouthBrigde ......................................................................................................... 17

6.3. Dissipadors de Temperatura ........................................................................................ 18

6.4. RAM (Random Access Memory) .................................................................................. 19

6.5. Adaptador Gràfic ......................................................................................................... 21

SUPERCOMPUTACIÓ .................................................................................................................... 24

7. Supercomputació ................................................................................................................ 25

8. Mare Nostrum ....................................................................................................................... 26

9. Comparativa dels SuperComputadors i Computadors de casa ........................................... 31

10. Glossari de paraules tècniques ............................................................................................ 33

11. Conclusió ......................................................................................................................... 34

12. Bibliografia ...................................................................................................................... 35

13. Annex d’imatges.......................................................................................................36

Page 4: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 4

1. Introducció

Aquest treball ha sigut realitzat per Kevin Cala Sánchez, jo. Les meves motivacions a

l'hora de realitzar aquest treball han sigut molt senzilles, m'agrada la informàtica i vull

estudiar-la quan acabi el curs lectiu. Els objectius d'aquesta recerca eren ampliar els

meus coneixements i els del lector, per aquest motiu, he intentat explicar-ho tot amb

claredat, sense dir cap terme molt tècnic, i, si no ha sigut el cas, explicar-ho per que una

persona que no sap res del que es parla, ho pugui comprendre.

Les fonts han sigut clares, un munt de pagines d’Internet, contrastades amb dades

físiques, com professors o amics que coneixien de la matèria. M'he basat en el llibre "El

PC: Hardware y componentes (edición 2008) de Juan E. Herrerías Rey amb l'ajut del

meu tutor Pere Cléries.

Al treball trobarem l'explicació teòrica de la pregunta, Que és un ordinador i com es per

dins? Podem trobar aspectes coneguts com els discs durs o el processador, però també

altres punts, com el registre o el chipset, per explicar-los ens em basat en la teoria més

elemental dels computadors, ja que si més no, gran part del treball són de coneixement

cultural, hi ha parts, que la gent no coneix, o no vol conèixer per la seva complicació.

Page 5: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 5

2. Ordinadors i Computadors.. Fem història Un ordinador o computadora és un aparell que manipula dades seguint una llista

d'instruccions, transformant un conjunt de dades d’entrada a un conjunt de dades de

sortida.

Un dels primers dispositius mecànics per comptar va ser l'àbac, la història del qual es

remunta a les antigues civilitzacions grega i romana. Aquest dispositiu és molt senzill,

consta de comptes enfilats en barnilles que al seu torn estan muntades en un marc

rectangular. En desplaçar els comptes sobre barnilles, les seves posicions representen

valors emmagatzemats, i és mitjançant les esmentades posicions que aquest representa i

emmagatzema dades. A aquest dispositiu no se li pot anomenar computador per mancar

de l'element fonamental anomenat programa.

Un altre dels invents mecànics va ser la Pascalina inventada per Blaise Pascal (1623 -

1662) de França i la de Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 -1716) d'Alemanya. Amb

aquestes màquines, les dades es representaven mitjançant les posicions dels

engranatges, i les dades s'introduïen manualment establint les esmentades posicions

finals de les rodes, de manera similar a com llegim els números al comptaquilòmetres

d'un automòbil.

Els primers aparells que més s'assemblen als ordinadors actuals són de meitat del segle

XX (durant el període de la segona guerra mundial, de 1940 a 1945) ,tot i que el

concepte de computador ja existia, ja que altres instruments servien per al mateix us que

l'ordinador com l'àbac, va ser el principi d'una era automàtica on la maquina feia gran o

tota la part de càlcul i la persona, simplement, dirigia aquests càlculs.

El 1947 es va construir a la Universitat de Pennsylvania l'ENIAC (Electronic Numerical

Integrator And Calculator) que va ser la primera computadora electrònica, Aquesta

màquina ocupava tot un soterrani de la Universitat, consumia 200 KW d'energia

elèctrica i requeria tot un sistema d'aire condicionat, però tenia la capacitat de realitzar

cinc mil operacions aritmètiques en un segon.

El projecte, afavorit pel departament de Defensa dels Estats Units, va culminar dos anys

després, quan es va integrar a aquest equip l'enginyer i matemàtic hongarès John von

Neumann (1903 -1957). Les idees de von Neumann van resultar tan fonamentals per al

seu desenvolupament posterior, que és considerat el pare de les computadores.

Page 6: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 6

L'EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) va ser dissenyada per

aquest nou equip. Tenia aproximadament quatre mil bulbs i usava un tipus de memòria

basada en tubs plens de mercuri per on circulaven senyals elèctrics subjectes a retards.

2.1. Primera Generació de Computadors

En aquesta generació n'hi havia una gran desconeixement de les capacitats de les

computadores. Es coneix com la primera generació que ocupa la dècada de 1950.

Aquestes màquines tenien les següents característiques:

- Aquestes màquines estaven construïdes per mitjà de tubs de buit.

- Eren programades en llenguatge de màquina.

El 1951 apareix l'UNIVAC (UNIVersAl Computer), va ser la primera computadora

comercial, que disposava de mil paraules de memòria central i podien llegir cintes

magnètiques, es va utilitzar per processar el cens de 1950 als Estats Units. Aquests

inicialment ocupaven grans espais, com un soterrani d’un edifici, o una habitació molt

gran

2.2. Segona Generació de Computadors

A prop de la dècada de 1960, les computadores continuaven evolucionant, es reduïa la

seva mida i creixia la seva capacitat de processament. També en aquesta època es va

començar a definir la forma de comunicar-se amb les computadores, que rebia el nom

de programació de sistemes.

Les característiques de la segona generació són les següents:

- Estan construïdes amb circuits de transistors.

- Es programen en nous llenguatges anomenats llenguatges d'alt nivell.

Cada nova computadora, reduïa l’espai requerit per poder instal·lar-hi una computadora,

tot i així, encara ocupaven grans espais dels edificis on s’instal·laven.

2.3. Tercera Generació de Computadors

Amb els progressos de l'electrònica i els avenços de comunicació amb les computadores

en la dècada dels 1960, sorgeix la tercera generació de les computadores. Les

característiques d'aquesta generació van ser les següents:

Page 7: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 7

- La seva fabricació electrònica aquesta basada en circuits integrats.

- El seu maneig és per mitjà dels llenguatges de control dels sistemes operatius.

La tercera generació de computadors, reduïa l’espai a mides inimaginables en aquell

temps. Durant les dues primeres generacions, els computadors eren grans màquines que

ocupaven centeners de metres quadrats, a la tercera, i més endavant a la quarta, els

computadors van reduir la seva mida de forma considerable, arribant inclús a ocupar

menys de varis metres quadrats.

2.4. Quarta Generació de Computadors

Aquí apareixen els microprocessadors que és un gran avenç de la microelectrònica, són

circuits integrats d'alta densitat i amb una velocitat impressionant. Les

microcomputadores amb base en aquests circuits són extremadament petites i barates,

per la qual cosa el seu ús s'estén al mercat industrial. Aquí neixen les computadores

personals que han adquirit proporcions enormes i que han influït en la societat en

general sobre l'anomenada "revolució informàtica".

El 1981 es van vendre 80,000 computadores personals, al següent en va pujar

1,400,000. Entre 1984 i 1987 es van vendre al voltant de 60 milions de computadores

personals, per la qual cosa no queda dubte que el seu impacte i penetració han estat

enormes.

El futur previsible de la computació és molt interessant, i es pot esperar que aquesta

ciència continuï sent objecte d'atenció prioritària de governs i de la societat en conjunt.

Page 8: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 8

3. Arquitectura de computadors

L'arquitectura de computadors es el disseny conceptual i l'estructura de les operacions

fonamentals d'un sistema de computador. Això vol dir que es un model i una descripció

de la organització i disseny de les parts d'una computadora, amb especial interès a la

forma de treball de la unitat central de procés (Central Processing Unit, també

anomenada CPU). També però, se la sol definir d'una altra forma, com la forma de

seleccionar i interconnectar els components de la computadora segons els requeriments

de la seva funcionalitat, el seu rendiment i per el seu baix cost.

Dins de la informàtica, hi han dues arquitectures conegudes de les quals explicarem

ambdues, donant a conèixer la segona, ja que es la que s’utilitza actualment per a la

gran majoria de les computadores.

Arquitectura de Harvard

Arquitectura de Von Neumann

4. Arquitectura de Harvard

El terme Arquitectura Harvard fa referència a les arquitectures de computadores que

utilitzen dispositius d'emmagatzematge físicament separats per a les instruccions i per a

les dades (a diferència de l’arquitectura de Von Neumann). El terme, Arquitectura de

Harvard prové de la computadora Harvard Mark I, que emmagatzemava les

instruccions en cintes perforades i les dades en interruptors. Aquests ordinadors tenien

un espai d’emmagatzematge de dades contingut dins la unitat de procés de dades i no

tenien accés a les instruccions com a dades.

En l’arquitectura de Harvard no cal que ambdues memòries comparteixin

característiques. En particular l’amplada del bus, la latència, tecnologia i estructura

podien ser diferents. En alguns sistemes Harvard, les instruccions s’emmagatzemen en

memòries de només lectura, i les dades a memòries de escriptura La memòria

d’instruccions sovint es més gran que la memòria d’escriptura

Page 9: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 9

5. Arquitectura de Von Neumann

L'arquitectura de Von Neumann, a diferència de l'arquitectura de Harvard, és la família

d'arquitectures de computadors que empren el mateix dispositiu de emmagatzemament

per a les instruccions i la informació.

La gran part dels computadors actuals son basats en aquesta arquitectura, això però

s'han inclòs diferents dispositius externs com el ratolí. Com que la gran part dels

computadors moderns segueixen aquest sistema, ens centrarem en l'explicació

exhaustiva d'aquest mètode.

5.1. Computador en base Von Neumann

Un computador en base Von Neumann és un dispositiu electrònic compost bàsicament

d'un processador, memòria i dispositius d'entrada/sortida (I/O) (In/Out). La

característica principal de la computadora, respecte a altres dispositius similars, com

una calculadora no programable, és que amb ell es poden realitzar tasques molt

diverses, carregant diferents programes en la memòria perquè els executi el processador.

Sempre es busca optimitzar els processos, guanyar temps, fer-ho més fàcil d'usar i

simplificar les tasques rutinàries.

Els dispositius d'entrada/sortida (també anomenats perifèrics, però veurem que aquesta

nomenclatura no es del tot correcte) serveixen per intercanviar informació amb

l'exterior. Una computadora normalment utilitza un programa informàtic especial

denominat sistema operatiu dissenyat, construït i provat per gestionar els recursos de la

computadora: memòria, dispositius d'E/S, dispositius d'emmagatzematge, etc,...

La separació entre la CPU i la memòria porta a l'embús del computador, a lo que es

coneix tècnicament com a Von Neumann bottleneck, per això el rendiment del

processador ve determinat per la tarifa de transferència de dades entre la CPU i la

memòria, la tarifa de transferència de dades és la velocitat en que el processador i la

memòria comparteixen informació.. Es a dir, si tens el processador més nou del mercat

però per contra tens molt poca memòria se’t crea l’embús del processador. Es important

tenir un processador i una memòria ajustades entre elles mateixes. En la gran majoria de

les computadores modernes, que qualsevol pot aconseguir i ficar a casa seva, el

rendiment del o dels processadors és molt més petit que la tarifa de transferència.

Page 10: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 10

Aquest aspecte limita seriosament la velocitat de treball de la CPU quan aquesta es

requereix per realitzar un procés mínim amb una gran quantitat d’informació. Aquest

problema és solucionat en part per la caché entre la CPU i la memòria principal.

5.2. Organització dels ordinadors amb l'arquitectura Von Neumann

Els ordinadors amb l’arquitectura Von Neumann consten de quatre parts, una d’elles pot

ser dividida en tres parts més, en total tenim sis parts, més endavant explicarem

cadascuna d’elles.

- CPU

o La unitat ALU.

o La unitat de control

o Registre

- La memòria

- Controladora d’entrada/sortida

El bus de dades es la part que proporciona un mitjà de transport de les dades entre les

diferents parts. Això però no forma part d’aquest esquema realment.

Un ordinador amb aquesta arquitectura realitza els següents passos, un darrere l’altre

per executar un programa:

1. Obté la següent instrucció des de la memòria en la direcció indicada pel

comptador de programa i la guarda en el registre d’instrucció.

Page 11: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 11

2. Augmenta el comptador de programa en la longitud de la instrucció per apuntar

la següent.

3. Descodifica la instrucció enviada des de la memòria mitjançant la unitat de

control.

Aquesta s’encarrega de coordinar la resta de components de l’ordinador per

realitzar una funció determinada, en aquest cas iniciar l’ordinador.

4. S’executa la instrucció. Aquesta instrucció pot canviar el valor del comptador

del programa abans esmentat.

5. Torna al pas 1 i repeteix tots els passos fins la desconnexió del sistema.

5.3.1. Unitat Central de Processament (CPU)

La unitat central de Processament o CPU (per l’acrònim en anglès de “central

processing unit”), o simplement processador o microprocessador, és el component del

computador i altres dispositius programables, que interpreta les instruccions

contingudes en els programes i processa les dades. Els CPU proporcionen la

característica fonamental de la computadora general, la programabilitat, i són un dels

components necessaris trobats a les computadores de qualsevol temps, junt a

l’emmagatzemament primari i els dispositius d’entrada i sortida.

Es coneix com a microprocessador la CPU manufacturada amb circuits integrats. Des de

mitjans els anys 1970, els microprocessadors d’un sol xip han reemplaçat gairebé

totalment tots els tipus de CPU, i avui en dia, el terme CPU es aplicat a tots els

microprocessadors.

5.3.2. Unitat Aritmètic -Lògica

En computació, la unitat aritmètic –Lògica, també coneguda com ALU (sigles en anglès

de “Arithmetic Logic Unit”), és un circuit digital que calcula per una banda, operacions

aritmètiques, com suma, resta i multiplicacions, i per un altre banda, operacions

lògiques. Una ALU ha de processar números utilitzant el mateix format que la resta del

circuit digital. Per als processadors moderns, aquest format gairebé sempre és la

Page 12: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 12

representació del número binari. En molts dissenys també pren o genera com entrades o

sortides un conjunt de codis de condició des de o cap a un registre d’estat. Aquests codis

són emprats per indicar casos overflow d’informació. L’ overflow d’informació és la

saturació o el “desbordament” del sistema.

5.3.3. Unitat de Control

La unitat de control (UC del anglès “Unit Control”) té com a funció buscar les

instruccions de la memòria principal, interpretar les instruccions i executar-les, emprant

la unitat de procés.

Existeixen dos tipus d’unitats de control, les cablades i les microprogramades. Les

primeres són utilitzades generalment en màquines senzilles. Les segones, les unitats de

control microprogramades són pròpies de màquines més complexes, la

microprogramació de la unitat de control es troba emmagatzemada en una

micromemòria, a la qual s’estableix un sistema seqüencial, amb la qual, s’accedeix de

manera també seqüencial per a posteriorment anar executant cada una de les

microinstruccions.

5.3.4. Registre

Un registre és una memòria d’alta velocitat i poca capacitat integrada al

microprocessador, que permet guardar transitòriament i accedir a valors molt utilitzats.

Els registres estan a la cima de la jerarquia de memòria, i són la manera més ràpida que

té el sistema d’emmagatzemar dades. Quan diem que un microprocessador és “de 32

bits”, normalment, ens referim a que cada registre pot emmagatzemar aquesta quantitat

de memòria. S’ha posat el terme “normalment” ja que a vegades trobem processadors

amb altres sistemes de bits.

Page 13: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 13

5.3.5. La memòria

En l’informàtica, la memòria és refereix als components d’una computadora, dispositiu i

mitjans d’emmagatzemament que retenen dades informàtiques durant algun interval de

temps. Les memòries d’una computadora proporcionen unes de les principals funcions

de la computació moderna, aquesta és la retenció o emmagatzemament de dades. És un

dels components fonamentals de totes les computadores modernes que, acoblats a la

unitat central de procés (CPU), implementa el fonamental model de Von Neumann.

En l’actualitat, memòria sol referir-se a una forma d’emmagatzemament d’estat sòlid,

no virtual, conegut com a memòria RAM (memòria d’accés aleatori, acrònim de

l’anglès "random access memory”. La memòria principal és el dispositiu de l’ordinador

on s’acumulen la informació que s’estan emprant en el instant actual, aquests son els

famosos “2048MB” o “2GB” que tant apareixen en els anuncis d’ordinadors.

Les principals diferències entre la memòria RAM i els altres sistemes

d’emmagatzemament de dades com els discs durs són que la memòria RAM es

infinitament més ràpida i que el seu contingut s’elimina permanentment quan s’atura el

programa. L’altre diferència important entre la memòria RAM i els altres sistemes

d’emmagatzemament és la seva capacitat, en els computadors normals la memòria

RAM sol estar entorn al 1 o 4GB mentrestant els discs durs tenen una capacitat de fins

500 vegades més.

La memòria RAM és un element imprescindible dels computadors, fins al punt de que

aquest no podria iniciar-se sense ella, mentrestant que si podria iniciar-se sense discs

durs. A més, el tipus i la capacitat de la memòria són dos factors que poden tindre gran

importància al rendiment, incloent l’estabilitat, de tot el sistema.

Evidentment, per que la memòria funcioni necessitem a la vegada un controlador de

memòria, aquest sistema és imprescindible a l’esquema de funcionament de la memòria:

un dispositiu electrònic s’encarrega de gestionar les peticions de dades de la memòria

realitzades per el microprocessador i altres elements del computador autoritzats per

aquest procés (dispositius com el DMA, Direct Memory Access, accés directe a la

memòria).

Page 14: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 14

5.3.6. Components d’entrada i Sortida

Anomenem components d’entrada o sortida als aparells o dispositius auxiliars i

independents connectats a la unitat central de processament d’una computadora.

Aquests components també reben el nom de perifèrics.

Es consideren perifèrics tant a les unitats o dispositius a través dels quals la

computadora es comunica amb el món exterior, com els sistemes que emmagatzemen o

arxiven la informació, servint de memòria auxiliar la memòria principal. En definitiva,

son components d’entrada i/o sortida tots aquells components que no siguin CPU o

memòria, tals que discs durs, targetes de video, targetes de so. Alguns d’aquests

components són imprescindibles, com la placa base, altres són menys importants, com

les targetes de video o de so.

Page 15: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 15

6. Evolució dels components informàtics

Actualment, un ordinador es el conjunt de diversos elements que units funcionen com a

un de sol, realitzen tasques i programes en conjunt. Molts d’aquests sistemes poden no

ser inclosos, però d’altres són necessaris per el funcionament:

6.1. MotherBoard o Placa Base

La placa base, placa mare, targeta mare o MotherBoard és una targeta de circuit imprès

on es connecten les altres parts de la computadora. Té instal·lats una sèrie de circuits

integrats, entre els quals es troba el chipset, que serveix com centre de connexió entre el

processador, la memòria RAM, la targeta gràfica, els discs durs i altres components

La placa base, a més, inclou un programa anomenat BIOS (acronim de l’anglès Basic

Input-Output System), que li permet realitzar proves bàsiques, com proves dels

dispositius, vídeo, control del teclat, reconeixement de dispositius i càrrega del sistema

operatiu.

Una placa base està formada per silici, un material

sintètic a la qual s’adhereixen circuits elèctrics, alguns

dels quals com per exemple:

- Un o diversos connectors d’alimentació

- Un socket de CPU, per insertar la CPU.

- Ranures de memòria RAM

- Chipset de control, una sèrie de circuits

electrònics que gestionen les transferències, sistema imprescindible, tant, que

hem dedicat un apartat.

Page 16: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 16

6.2. Chipset de Control

El “Chipset” és el conjunt (set significa conjunt en anglès) de chips que s’encarreguen

de controlar gran quantitat de les funcions de la computadora. La forma en que

interacciona el microprocessador amb la memòria caché , o el control dels ports de

connexió interns i externs, com els AGP, PCI, PCI-E, USB, etc,...

Antigament, a l’ inici de la computació,

aquestes funcions eren relativament

senzilles de realitzar, per lo qual, el chipset

era l’últim element amb el qual els

compradors comptaven per decidir entre

dues plaques base.

El conjunt de chips que formen el chipset ha

consistit normalment en dos chips,

denominats northbridge i southbrigde, anomenats així per la seva localització al

diagrama de blocs del chipset, que coincideix amb la seva localització física.

6.2.1. NorthBridge

El NorthBridge inclou normalment són claus pel rendiment del computador. (a la dreta

podem veure un NB protegit per un dissipador) Les funcions que té són:

- Suport per a una determinada família de microprocessadors: Per exemple un

chipset fabricat per un Pentium II funcionés amb un Pentium IV, ja que els

dissenys dels processadors són diferents i a més ofereixen una sèrie de

velocitats de bus.

- Controlador de memòria: Amb suport d’un o varis tipus de memòria (que

més endavant explicarem).

- Suport de sistemes de consum energètic: Per exemple, calibrar la tensió que

es subministra al microprocessador o a la memòria, reduir el consum si no

s’està emprant.

- Controladora gràfica integrada: Només integrada a alguns northbridge per a

PC d’oficina, donada la seva poca velocitat gràfica

Page 17: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 17

El northbridge és un chip que s’escalfa molt, per aquest motiu normalment el trobem

sota un dissipador de temperatura i, fins i tot,

podem trobar ventiladors per refrigerar-lo

dràsticament.

6.2.2. SouthBrigde

El SouthBrigde s’encarrega de quasi tota la

resta. Actualment, ofereix, entre altres, les

següents funcions: (a la dreta, veiem un SB)

- Suport per a bus d’expansió: Com les PCI, PCI-E o els prehistòrics ISA.

- Controladores per a dispositius: Almenys un IDE/ATA a més de SATA

(perifèrics), red Ethernet i so.

- Control de connexions externs per a perifèrics: Com ports USB, FireWire.

- Controladors basics: Com DMA, sistema de teclat i ratolí, abans controlat

per chips independents.

El SouthBrigde no para de créixer ja que aquest incorpora en ell mateix, chips que abans

eren independents.

Page 18: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 18

6.3. Dissipadors de Temperatura

La dissipació és l’acció que fem quan intentem reduir la temperatura d’un component o

de l’ordinador, podem trobar dos tipus de refrigeració, passiva i activa.

Els sistemes de dissipació de temperatura passius es basen en el moviment de l’aire

natural, per aquest sistema emprem els dissipadors, elements de material altament

conductor de calor (alumini o coure) amb moltes “aletes” que els hi atorguen més

superfície de dissipació de temperatura. Es localitzen en molts “punts de temperatura”,

com el chipset, alguns mòduls de memòria i sobretot als microprocessadors, on es

col·loquen uns dissipadors.

Per poder eliminar la capa d’aire que hi ha

entre el component i el dissipador, es posa una

pasta anomenada silicona tèrmica (thermal

grease o thermal coumpound en anglès).

Existeixen models de dissipadors de grans

dimensions per substituir els conjunts de petits dissipadors i sorollosos ventiladors que

empren molts chips gràfics.

Altres models de refrigeració passiva són els anomenats heatpipe, tubs buits quasi

sempre de coure amb un fluid refrigerant. (per veure més imatges de dissipadors, podeu

mirar a l’annex)

Finalment tenim els elements actius, els més coneguts són els ventiladors, que els

podem trobar en qualsevol component amb un treball constant. A més trobem

ventiladors per fer moure l’aire.

Page 19: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 19

6.4. RAM (Random Access Memory)

Si voleu conèixer que és la memòria RAM, podeu anar a la pàgina 10, on s’explica que

és.

A més del tipus de memòria utilitzat (SDRAM, DDR, etc.) existeixen una sèrie de dades

tècniques que diferencien les memòries que poden ser del mateix tipus, paràmetres que

les classifiquen com millors o pitjors, més o menys ràpides. Els paràmetres que

coneixem i explicarem són:

- La Velocitat d’Accés (ns) és el temps mínim per realitzar un cicle d’accés a

la memòria. Aquesta velocitat es mesura en unitats de nanosegons (ns).

Quant menys temps es necessiti per completar un cicle, més rapida serà la

memòria.

- La Velocitat de Rellotge (MHz) és la velocitat en cicles per segon

(mesurades en Hz) en que una memòria realitza operacions bàsiques

- Latència i CAS són mesures d’espera entre una acció i una altre. De totes les

latències que podem definir, la més important per a una memòria RAM és la

latència CAS (Column Access Strobe latency) per ser un tems de retard

inevitable en tot accés a la memòria, mentre que la resta de latències es

produiran només en alguns casos.

- L'Ample de Banda senzillament és la màxima quantitat de memòria que

teòricament podria traslladar-se per segon expressada en MB/s. La regla d’or

és “Contra més MB/s, millor”

- Dual Channel és l’aprofitament doble de la velocitat de rellotge, per

exemple, la memòria DDR2-667 opera amb un bus de 333 MHz i dual

channel, això vol dir que aprofita dues vegades el mateix bus, donant una

equivalència de 667 MHz, amb un bus de 64bis (8bytes) amb el qual podrà

transportar fins els 5333MBytes/s. Algunes motherboard permeten utilitzar

dues targetes RAM en Dual Channel. D’això podem extreure que si tenim

dues targetes de doble aprofitament, tindrem xifres molt més altes de

transmissió de dades.

Page 20: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 20

- El voltatge no pot escollir-se amb llibertat, ja que depèn del tipus de

memòria instal·lada a l’ordinador. Un voltatge superior porta un major

consum i temperatura del component, però a vegades millora l’estabilitat,

sobretot quan es realitza overclocking

De memòria RAM existeixen de molts tipus. Alguns dels tipus que nombrarem són ram

desfasades, però són importants per veure l’evolució

- SRAM (RAM estàtica) s’utilitza generalment com a memòria cache

- FPM (Fast Page Mode)

- EDO (Extended Data Out)

- BEDO (Burst Extended Data Out), no va triumfar.

- SDRAM (Synchronous Dinamic Random Acces Memory)

- DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

- RDRAM (Rambus Dinamic RAM)

- DDR2 SDRAM (Double Data Rate 2 SDRAM)

- DDR3 SDRAM (Double Data Rate 3 SDRAM)

Altres alternatives de futur:

- MRAM (RAM Magnetoresistiva)

- PRAM (RAM de canvi de fase)

- Z-RAM (RAM sense condensadors)

Moltes de les anteriors són millores de les primeres, per exemple, EDO-BEDO, o

SDRAM-DDRSDRAM-DDR2SDRAM-DDR3SDRAM.

Cada tipus de memòria sol tenir un tipus de mòdul associat un tipus de mòdul doncs

varien molt. Per evitar confusions els mòduls de memòria i les ranures on s’inserten els

mòduls són diferents per a cada tipus de memòria. (Si voleu veure les imatges de cada

gràfica, podeu veure l’annex)

Page 21: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 21

6.5. Adaptador Gràfic

L’adaptador Gràfic és l’encarregat d’interpretar les dades que li arriben des de el

processador i expressar-les en forma de d’un rectangle de mida determinada (el

monitor) compost per punts individuals de diferents colors anomenats pixels.

L’adaptador gràfic por ser integrat al computador en tres formes:

- Integrats al chipset; Cada vegada més freqüents, són dirigits per un mercat de

computadors d’oficina, portàtils i ordinadors de dimensions molt reduïdes.

Qualsevol ordinador que no tingui un rendiment molt elevat en tres

dimensions (3D). Aquest sistema és emprat en la gran majoria dels

ordinadors del mercat.

- Integrats a la placa base: Però no al chipset de la placa base, sinó com un

chip independent. El rendiment es molt altern, però no s’integren chips

gràfics molt impressionants. És una alternativa en el camp dels servidors, ja

que no necessiten d’una capacitat gràfica molt important.

- Targetes d’expansió: Normalment només una, la targeta gràfica, antigament

s’utilitzava més d’una per poder tindre més d’un monitor. La targeta es

connecta mitjançant una ranura de la placa base, quasi sempre d’alta

velocitat (PCI-Express x16, abans AGP). No es el més emprat per als

computadors. Això si, si es necessita un potencial gràfic molt gran, aquest es

el millor mètode de realització, ja que es pot connectar fins a 4 gràfiques

augmentant la potencia de gràfics. El nombre màxim de gràfiques

connectades a l’ordinador, depèn completament de la placa base, ja que si

aquesta no ho accepta, no podem connectar dues.

La resolució de pantalla és el nombre de punts, pixels, que forma la imatge que es

representada al monitor. Això vol dir que una resolució de 1280x1024 pixels vol dir que

les imatges es representaran al monitor amb una matriu màxima de 1280 punts per 1024

punts. A major resolució de pantalla, més detall hi haurà al monitor.

Determinats objectes son representats sempre amb un nombre fix de pixels, de manera

que si emprem una resolució molt elevada, aquests objectes es tornaran molt petits. Els

Page 22: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 22

sistemes operatius actuals tenen aquest problema, qui sap si els sistemes del futur ho

repararan.

Cada resolució té una determinada relació d’aspecte (aspect ratio), la relació entre la

grandària horitzontal i la grandària vertical. Clàssicament s’utilitzava les relacions

d’aspecte 4:3 (1024/768 = 1’33 = 4:3) i 5:4 (1280/1024 = 1’25 = 5:4), però actualment

s’utilitzen les resolucions panoràmiques com les relacions 16:10 (1400/900).

La memòria de vídeo és la memòria dedicada exclusivament al ús de la targeta gràfica,

on s’emmagatzema la informació dels càlculs del chip gràfic. Funciona quasi igual que

la memòria RAM normal.

Les gràfiques han millorat molt en els últims anys, a la següent llista nombrarem els

primers avenços de la millora de l’adaptador gràfic.

- Mode Text

- CGA (Color Graphics Adapter) Resolucio de fins320x200 en 4 colors

- MDA (Monochrome Display Adapter) Res. de fins 80x25 en 1 color

- Hercules. Resolució de fins 720x348 en 1 color

- EGA (Enhanced Graphics Adapter) Res. de fins 640x350 a 16 colors

- VGA (Video Graphics Array) Res estandar 640x480 a 16 colors

o SVGA (Super VGA) 800x600 a 16 colors

o 8514. 1024x768 a 256 colors

o XGA (eXtended Graphics Array) 1024x768 a 256 colors

Junt amb les gràfiques amb les gràfiques hi ha una evolució en el pas de l’adaptador al

monitor. Aquí entren els connectors externs, coneixem 6, dels quals s’utilitzen 4. (per

veure imatges sobre els connectors, veure anex)

- D-Sub mini de 9 pins. D’us fins EGA

- D-Sub mini de 15 pins. D’us convencional en VGA

- DVI (Digital Visual Interface). Hi ha tres tipus, segons el nombre de pins:

Page 23: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 23

o DVI-D (DVI-Digital) : de 18 a 24 pins, només monitors LCD.

o DVI-A (DVI-Analogic): de 22 a 28 pins, monitors LCD i CRT.

o DVI-I (DVI-Analogica I digital) 16 pins, només monitors CRT.

- HDMI (Hight-Definition Multimedia Interface)

- Sortida de TV (S-Video mini DIN)

Si el que volem és aconseguir un rendiment superior, o tindre millors gràfics amb un

cost inferior, es pot utilitzar la tecnologia doble gràfica, la tecnologia SLI (Scalable list

interface) si tenim nVidia i CrossFire si tenim gràfiques ATI.

Page 24: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 24

SUPERCOMPUTACIÓ

Page 25: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 25

7. Supercomputació

Els SuperComputadors son aquells ordinadors amb capacitats de càlcul molt superiors

a les normals, segons l'època.

Les supercomputadores van ser introduïdes a la dècada dels seixanta i van ser

dissenyades principalment per Seymour Cray a la companyia Control Data

Corporation, la qual va dominar el mercat durant aquella època, fins que aquest va

deixar la CDC per formar la seva pròpia empresa, Cray Reserach, amb aquesta va

continuar dominant el mercat amb els seus nous dissenys.

El terme està a constant canvi. Les supercomputadores d'avui tendeixen a convertir-se a

les computadores ordinàries del demà. Les primeres màquines de CDC van ser

simplement processadors escalars molt ràpids, i molts dels nous competidors van

desenvolupar els seus propis processadors escalars a un baix preu per poder penetrar al

mercat.

En l'última part dels anys vuitanta i principis dels noranta, l'atenció va canviar de

processadors vectorials a sistemes de processadors massivament paral·lels amb milers

de CPU «ordinaris». En l'actualitat, dissenys paral·lels estan basats en

microprocessadors de classe servidor que estan disponibles actualment (2010).

Exemples de tals processadors són PowerPC, Opteron o Xeon, i la majoria dels

superordinadors moderns són avui en dia clústers de computadors altament afinades

usant processadors comuns combinats amb interconnexions especials. Fins ara l'ús i

generació de les mateixes s'ha limitat a organismes militars, governamentals, acadèmics

o empresarials.

Aquestes s'usen per a tasques de càlculs intensius, tals com problemes que involucren

física quàntica, predicció del clima, investigació de canvi climàtic, modelatge de

molècules, simulacions físiques tal com a la simulació d'avions o automòbils en el vent

(també conegut com Computational Fluid Dinamics), simulació de la detonació d'armes

nuclears i investigació en la fusió nuclear.

Page 26: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 26

8. Mare Nostrum

El Mare Nostrum és el nom que rep el supercomputador més potent d'Espanya i un dels

més potents a Europa, segons la llista TOP500 de Supercomputació. És va posar en

marxa el 12 d'abril de 2005, i va assolir el cinquè lloc el novembre d'aquell mateix any.

Va ser creat per l'empresa IBM, des de llavors s'utilitza en la investigació del genoma

humà, l'estructura de les proteïnes, el disseny de nous medicaments, entre d'altres.

El seu ús està disponible per a la comunitat científica nacional i internacional.

Mare Nostrum (mare significa mar)és el nom que els romans empraven per anomenar al

mar Mediterrani. Va ser escollit utilitzant la metàfora de el "mar" de dades.

El supercomputador Mare Nostrum utilitza nodes BladeCenter JS21 amb processadors

duals IBM Power PC 970 2300 MHz (9.2 GFlops) de 64 bits a una velocitat de rellotge

de 2'2GH(una velocitat de processament que podem trobar a un ordinador de casa

nostra). El supercomputador compta amb una capacitat de càlcul de 62'63 TeraFlops

amb puntes de 94'208 TeraFlops. A la vegada, el supercomputador, té 20 TeraBytes de

memòria central i 400 TeraBytes de disc dur.

Amb tants nodes, necessitem un sistema que pugui fer que els processadors treballin

junts al mateix ritme, aquí entra la xarxa Myrinet, una xarxa de computadors de molt

baixa latència.

L'ordinador està físicament instal·lat en l'interior d'una antiga capella, sense ús religiós,

que va ser construïda a començaments del segle XX al campus de la universitat. És

Page 27: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 27

troba en un cub de vidre de 9x18x5 metres construït amb més de 19 tones de vidre i 26

tones de ferro. El supercomputador ocupa una instal·lació de 180m2 i té una massa de

40.000 kilograms.

Inicialment, el Mare Nostrum va ser engegat el 2005 amb 2406 nodes de computació

JS20. Disposava de 9 TeraBytes de memòria RAM i 140 TeraBytes de disc dur. L'any

següent a la seva encesa, el supercomputador va ser ampliat, duplicant la seva capacitat

de càlcul nominal original. Els 4812 processadors van ser reemplaçats per altres 10240

nodes JS21. El novembre de 2006, es van augmentar a la vegada la capacitat de la

memòria i del disc dur, arribant fins als 20480 GB de memòria ram i 280 TeraBytes de

disc dur.

(Cal recordar, que un node JS20 té dos processadors, per tant, quan diem 2406 nodes,

parlem de 4812 processadors, el mateix succeeix amb els 10240 processador JS21, però

com són de quatre processadors, hi ha un total de 2560 nodes.)

Actualment s'està planificant una altra ampliació, marcada dins el projecte Mare

Incognito, firmat entre BSC (Barcelona Super Computing Center) i IBM. A canvi de la

compra de la nova màquina, IBM finançaria diversos projectes d'investigació del BSC

per millorar l'actual arquitectura del processador Cell perquè siguin aplicables en

computació d'altres prestacions.

El supercomputador Mare Nostrum són

44 racks i ocupa un espai de 120m2. A

la imatge anterior, podem veure la

distribució dels racks:

- El supercomputador Mare

Nostrum té 31 racks

dedicats a calcular, aquests racks tenen un total de 10240 processadors

Power PC 970 amb una freqüència de 2’3 GigaHertz i tenen un total de

20TeraBytes de Memòria RAM. Cada rack està format per 6 Blade Center.

Cada rack té un total de 336 processadors i 672

Gigabytes de memòria. Amb una velocitat

màxima de 3’1 TeraFlops. Els racks Blade Center

Page 28: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 28

són representats en blau.

- Els 2560 nodes JS21 estan connectats a gran

velocitat amb una connexió anomenada Myrinet. Els

diferents nodes estan connectats amb fibra òptica.

Quatre dels racks de Mare Nostrum estan dedicats a

la interconnexió dels nodes amb la Tecnologia

Myrinet. Aquests racks estan localitzats al centre del

supercomputador. Els racks Myrinet estan

representats en vermell.

- Cada node té una capacitat de 36 Gigabytes. Mare Nostrum té un sistema de

7 racks, un total de 20 servidors. Aquests tenen una

capacitat de 512Gigabytes cada disc dur, multiplicats

per els 560 discs durs que tenen, ens surt una capacitat

externa de 280 TeraBytes. Aquests discs treballen amb

el sistema GPFS (Global Parallel File System) que

globalitza els arxius a tot el sistema del

supercomputador. Els 2560 nodes tenen accés a través

de la xarxa Gigabit. Els 7 racks de capacitat estan

representat en color verd a l’esquerra de la imatge.

- A cada filera de racks, hi ha un

ordinador d’operacions.

- Un dels racks, està orientat a connexió

externa del computador, es el rack

representat en color verd

Damunt, la localització dels racks d’operacions

A l’esquerra, el rack Giga Bit

Page 29: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 29

El supercomputador Mare Nostrum està integrat a una xarxa de Supercomputació

anomenada Spanish Supercomputing Network (Xarxa Espanyola de Supercomputació)

Normalment, el supercomputador Mare Nostrum s’utilitza per a investigacions

científiques, amb això podem concloure que no tothom pot anar a la central del

supercomputador i demanar que aquest li faci una feina. Es necessita completar molta

paperassa i tindre una raó molt important per sol·licitar que es realitzi la teva

investigació.

A la següent taula agafada el dia 27 d’octubre de 2010, podem veure la llista d’espera

del computador. A la imatge, podem veure el nombre de treballs a la llista d’espera, que

divendres 21 era d’ aproximadament 1250 treballs, i com s’ha anat reduint amb el pas

dels dies. Aquesta gràfica es complementa amb les següents.

Amb aquesta imatge, podem comprovar que entre els dies Dijous 21 i Dissabte 23, hi

havia un nombre de treballs per cpu, al voltant de 55.000 (55 k ) treballs per CPU. Es a

dir, hi havia treballs per realitzar amb 55.000 CPU. Com el Supercomputador només té

10240 processadors, la llista d’espera es mantenia. Veiem com ha anat descendint els

projectes per al Supercomputador Mare Nostrum fins als 20.000 (20 k), només el doble

de la seva capacitat! A la vegada, tenim la repartició de treballs per nombre de CPU.

Page 30: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 30

Cada projecte enviat al Mare Nostrum no utilitza només un únic processador, utilitza un

nombre determinat. Amb això trobem la següent gràfica, on es divideixen els projectes

en tres grups segons el nombre de processadors que es necessitin per completar cada

tasca que es precisi. Trobem el grup de tasques de menys de 32 processadors, tasques

d’entre 32 i 512 processadors i per últim les tasques que utilitzen més de 512

processadors. Podem comprovar que en els dies 21, 22, 23 i 24, els dies on abans hem

pogut comprovar que hi havia una gran quantitat de projectes a la cua, el nombre de

tasques per al Mare Nostrum amb un nombre de processadors superior a 512 (en

vermell) era més nombrós. Però que quan aquest nombre de tasques, les que

necessitaven un nombre de processadors superior a 512, s’ha reduït, la cua de projectes

s’ha escurçat.

Page 31: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 31

9. Comparativa dels SuperComputadors i Computadors de casa

Tot seguit, farem una comparativa entre un computador de casa, amb el

supercomputador Mare Nostrum. A més, integro la comparativa amb el meu portatil, ja

que hi ha molts portatils similars al meu, de les mateixes característiques, i serveix la

comparació. En la taula central he posat la generalització de computadors normals a

casa, per aquest motiu, hi ha rangs de possibilitats, per exemple (sistema operatiu,

arquitectura de CPU

Mare Nostrum Un ordinador El meu portatil

Arquitectura BladeCenter JS21 n.p. n.p.

Processadors Core 2’2GHz Core ~2’5GHz Core 1’6GHz

Nº de Processadors 10240 (Dual) 1 (Dual/ Quad) 1

Sistema Operatiu SUSE Linux Enterprise

Server

Qualsevol sistema

operatiu Windows / Linux

Arquitectura de

CPU 64 bits 32/64 bits 32 bits

Capacitat de Càlcul 62’63 TeraFlops ~10~50 GigaFlops n.p.

Memòria RAM 20.000 GB 1-8 GB 1 GB

Capacitat Disc Dur 280.000GB 100-1000GB 150GB

Latència Inapreciable Reduïda, però visible Visible

Espai 160m2

0’7m2

0.15m2

Massa 40.000 Kg 2-10Kg >1Kg

n.p. : no procedeix, hem introduït això quan no ha sigut possible troba la dada que faltava per

completar el quadre. A vegades ha sigut problema extern i altres vegades (capacitat de càlcul)

que l’ordinador directament no podia executar el programari.

Page 32: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 32

Com podem veure, la diferència entre un computador normal i corrent, dels que tenim a

casa, i un supercomputador, com Mare Nostrum es el factor amb el que trobem els

components, a casa, simplement tenim una placa base amb un processador i dos o tres

targetes de memòria RAM. Al supercomputador Mare Nostrum, trobem les mateixes

característiques, però això sí, multiplicades per 10000. Mentre que a casa només tenim

un únic processador, al Mare Nostrum tenim 10240 processadors, podríem dir que

l’arquitectura d’aquests i la construcció es molt similar, ja que s’utilitzen els mateixos

components. El mateix passa amb la memòria RAM i la capacitat d’emmagatzemament,

si cada processador fos un ordinador independent, el sistema de Mare Nostrum i el

sistema d’un ordinador convencional, no es diferenciarien massa.

A la vegada, trobem que el sistema operatiu de Mare Nostrum es Suse Linux, una

revisió de Linux disponible per a qualsevol persona que el vulgui instal·lar. Amb una

infraestructura tan gran, es molt comprensible que l’espai ocupat i la massa d’aquest

sigui molt superior al d’un ordinador estàndard. El supercomputador Mare Nostrum, té

una massa de 40.000 Kg, mentrestant un ordinador no supera, com a molt, els 4 Kg, al

mateix temps, l’espai ocupat per un computador, que no supera els 0.5m2 i el

supercomputador utilitza 160m2

Page 33: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 33

10. Glossari de paraules tècniques

Aquest és un treball tècnic informàtic, per això hi ha paraules relacionades amb la

informàtica que no són de domini públic. Aquest apartat s’ha realitzat amb la intenció

de facilitar la comprensió del treball:

- El codi binari és un sistema de numeració en el qual totes les quantitats es

representen utilitzant com base dues xifres: zero i un (0 i 1). En altres paraules,

és un sistema de numeració amb base 2, per contra el sistema de numeració que

decimal, el que emprem normalment, es un sistema amb base 10.

- Un bit és la unitat mínima d’informació a l’informàtica, capaç d’emmagatzemar

un dels dos estats informàtics, zero o un.

- En informàtica, un byte és un grup de bits, generalment 8 bits. En aquest cas

s'anomena també octet.

- TeraFlop : Un ordinador capaç d'executar un bilió d'operacions|funcionaments al

segon. Un gigaflop són mil milions. Les màquines de taula de treball poden fer

un segon a tens de milions de tals operacions|funcionaments.

- Rack: Un rack es un bastidor destinat a emmagatzemar l’equipament electrònic,

informàtic i de comunicacions. La mesura mitjana es de 19’’ i es normalitzada.

- Overflow: desbordament del buffer

- Overclocking: augment de la velocitat de rellotge del per aconseguir més

potència

Page 34: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 34

11. Conclusió Al març de 2009, l’objectiu que em vaig fixar era comprovar la variació dels

computadors amb el pas del temps.

Ara, vuit mesos després, podem dir..:

- Podem dir que els ordinadors no han evolucionat gens, ja que l’arquitectura dels

ordinadors no ha evolucionat gaire, des de fa més de seixanta anys,

l’arquitectura era l’anomenada Arquitectura de Von Neumann, Actualment,

s’utilitza la mateixa arquitectura de computadors, no ha canviat gens, emprem el

mateix esquema de relació CPU-RAM-I/O.

- Podem dir que els computadors sí que han evolucionat, si ho mirem des de

l’evolució dels components. Veiem una gran evolució si comparem els sistemes

actuals de processament i emmagatzemament de dades, ara podem controlar i

executar infinitament més que fa cinquanta anys. L’emmagatzemament, s’ha

multiplicat per més de un milió. La RAM s’ha augmentat fins a 8000 vegades

més, fa més de 30 anys Bill Gates va dir 640kb deberían ser suficientes para

todo el mundo. Ara aquesta frase no seria del tot correcte, però fa trenta anys, era

la capacitat de RAM estàndard, ara sense 2GB (2.000.000KB) no pots executar

qualsevol programa.

En definitiva, els computadors evolucionen, sí, però només els seus components. Estem

utilitzant un esquema de més de seixanta anys, i encara funciona! Qui sap, potser

s’utilitzi aquest sistemes durant cent anys més, o directament, no durarà ni un any més.

Aquest es l’enigma de l’informàtica. Potser ara funcioni, però demà, qui sap..

Page 35: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 35

Bibliografia Wikipedia , The free encyclopedia

- http://ca.wikipedia.org/wiki/Ordinador

- http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_de_von_Neumann

- http://es.wikipedia.org/wiki/MareNostrum

- http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_Harvard

- http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_architecture

Monografias

- www.monografias.com/trabajos28/arquitectura-von-neumann/arquitectura-von-

neumann.shtml?monosearch

Barcelona Supercomputing Center

- www.bsc.es

Universidad de Córdoba

- uco.es/~el1movim/docencia/arquitectura_computadores_gestion/ac/tema1.pdf

Llibre: El PC: Hardware y Componentes ( edición 2008), Autor Juan E. Herrerías Rey

Page 36: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 36

Computadors i

Supercomputadors Annex

L’arquitectura de Von Neumann

Per Kevin Cala Sánchez

Tutor: Pere Clèries

IES CASTELLBISBAL

CASTELLBISBAL

Page 37: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 37

Índex

Dissipadors .................................................................................................................................. 38

RAM (Random Access Memory) ................................................................................................. 39

Memòries amb alternatives de futur ...................................................................................... 41

Adaptador Gràfic ......................................................................................................................... 42

Connexions de l’adaptador gràfic ................................................................................................ 43

Adaptadors .............................................................................................................................. 44

Page 38: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 38

Dissipadors

12.

Disipador Grafica

Dissipador CPU

13.

Dissipador Cooler

Page 39: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 39

Refrigeració Liquida

RAM (Random Access Memory)

Memòria SRAM

Memòria estàtica

Memòria FPM

8MB

Data introducció: 1990

Velocitat de transferència: 200MB/s

Memòria EDO

32MB

Data introducció: 1994

Velocitat de transferència 320MB/s

Page 40: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 40

Memòria BEDO

Data introducció: 1997

Velocitat de transferència:

533~1066MB/s

Memòria SDRAM

Data introducció: 1997-99

Velocitat de transferència:

533~1066MB/s

Bus de dades de 66 a 130 MHz

Memòria DDR-SDRAM

32MB-256MB

Data introducció: 2001-2004

Memòria DDR2-SDRAM

256MB-4GB

Data introducció: 2004-2006

Memòria DDR3-SDRAM

1GB-8GB

Data introducció: 2009

Page 41: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 41

Memòria DDR2 amb dissipador Memòria DDR3 amb dissipador

Memòries amb alternatives de futur

MRAM

Memòria magnetorresistiva o magnètica

PRAM

Z-RAM

Page 42: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 42

Adaptador Gràfic

CGA

MDA

Hercules

EGA

Page 43: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 43

VGA

Connexions de l’adaptador gràfic

D-Sub 9 pins

D-Sub 15 pins

DVI

Page 44: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 44

HDMI

D-Sub Video

Adaptadors

VGA to S-Video

VGA to DVI

Page 45: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 45

VGA to HDMI

VGA to RGB

DVI to RGB

DVI to HDMI

Page 46: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 46

HDMI to RGB

HDMI to RCA

Processadors

Intel Pentium 80386

Intel Pentium II

Page 47: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 47

Intel Pentium IV

Intel Core i7

Intel Bi Xeon

AMD Turion 64 X2

Page 48: Computadors y Supercomputadors

Kevin Cala Sánchez Els Computadors i SuperComputadors

IES CASTELLBISBAL TREBALL DE RECERCA D’INFORMÀTICA 48

AMD Phenom X64 4

AMD Athlon 64