Ho deciso di creare questa guida abbastanza elementare per due motivi:
- forse qualcuno di voi sa benessimo come funziona la CPU, cos'è il system clock, come mai la RAM è una memoria volatile e cose simili.. ma credo non proprio tutti... questa guida vuole essere una spiegazione semplificata di tutto cio.
- fra poco il prof di informatica (che lui preferisce chiamare matematica con mezzi informatici) ci farà una verifica su queste cose... per sicurezza preferisco riportare tutti i dati in forma digitale cosi mentre scrivo ripasso un po e almeno tutto il mio lavoro non viene buttato al vento...
cominciamo con qualcosa di semplice, come la definizione di computer... che ci aiuterà ad andare avanti..
COS'È UN COMPUTER?
Un computer è un sistema digitale di elaborazione dati; quindi un dispositivo che:
-riceve dati in ingresso (Input)
-memorizza e rielabora
-comunica i risultati (Output)
ARCHITETTURA DEL COMPUTER
Dati e comandi sono forniti al computer tramite dispositivi di input e sono memorizzati temporaneamente nella memoria RAM (Random Access Memory).
Il processore (o Unità Centrale di Elaborazione, CPU) preleva dati e comandi da questa memoria centrale e li elabora eseguendo le istruzionu del software, quindi trasferisce nuovamente alla RAMi risultati dell'elaborazione.
Da qui i risultati possono essere comunicati all'esterno, attraverso dispositivi di output, oppure vengono memorizzati in modo permanente nella memoria di massa.
Tutte queste azioni sono controllate dal software, e precisamente dai programmi che fanno parte del Sistema Operativo del computer.
IL SOFTWARE ORGANIZZA IL FUNZIONAMENTO DELL'HARDWARE
L'hardware del computer, per svolgere il proprio compito, deve ricevere istruzioni precise su come interagire con il mondo esterno e su come lavorare, cioè trasformare i dati ricevuti, queste informazioni sono fornite dai programmi che descrivono in dettaglio tutte le operazioni che il computer deve eseguire. Tali programmi costituiscono il software.
Il sistma operativo è il software che è essenziale per il funzionamento dell'hardware. Esistono poi moltissimi altri programmi che fanno parte del software applicativo, ci consentono cioè di usare il computer per applicazioni specifiche.
COSA C'È NEL COMPUTER
-circuiti integrati: i componenti elettronici del computer sono i circuiti integrati, detti processori o microprocessori, chip o microchip.
Si tratta si elementi di circuiti elettronici (conduttori, resistenze, condensatori, transistor, ecc.) disposti su un supporto di materiale semiconduttore come il silicio.
Il circuito integrato è inserito in un contenitore di plastica o ceramica ed è collegato ad altri circuiti del computer tramite dei "pin".
-scheda madre: i circuiti integrati sono collocati su una scheda elettronica chiamata scheda madre. La scheda madre ospita la CPU che esegue le operazioni sui dati e controlla l'intero processo di elaborazione, e la memoria centrale (o RAM) che funge da magazzino temporaneo per tutti i dati durante l'elaborazione.
Questi componenti sono collegati tra loro mediante una serie di circuiti chiamati "bus". La scheda madre comunica poi con tutte le periferiche del computer, da cui può ricevere dati in input.
DATI
NUMERICI: costituiti da numeri su cui è possibile svolgere operazioni aritmetiche.
ALFANUMERICI: sono sequenza di lettere, simboli e numeri che rappresentano informazioni ma non sono oggetto di calcoli.
SISTEMI DI CODIFICA DEI CARATTERI
Esistono tabelle di conversione standard o di codifica, che specificano come passare dal sistema binario alle lettere dell'alfabeto, ai numeri decimali e agli altri simboli che usiamo nella scrittura, e viceversa. Per esempio, i caratteri alfanumerici possono essere rappresentati all'interno del computer tramite l'ASCII (Codice Standard Americano per lo Scambio delle Informazioni)
Nel codice ASCII ogni carattere equivale a 1 byte (8 bit), quindi, poichè 2^8 = 256... i caratteri del codice ASCII sono appunto 256.
Un altro codice, che si chiama UNICODE, comprende i caratteri di quasi tutti gli alfabeti umani. Usa 16 bit per ciascun carattere, può quindi rappresentare 65536 simboli diversi.
CODIFICARE ALTRI TIPI DI DATI
OLtre a numeri e lettere, il computer può elaborare informazioni di ogni tipo, purchè digitalizzate, cioè espresse in base 2.
Per digitalizzare un'immagine, per esempio, la si può suddividere in qudratini (pixel), a ciascuno dei quali si assegna un colore. Se l'immagine è in bianco e nero, è sufficiente descrivere ciascun pixel con 1 bit i informazione. Se si usano 8 bit per pixel ogni quadratino si rappresenta con 256 colori diversi. Se si aumenta il numero di bit per pixel la qualità dell'immagine migliora perchè si hanno a disposizione piu graduazioni di colore. In generale, la rappresentazione digitale è tanto più fedele quanto maggiore è il numero di bit usato per descrivere l'informazione.
I monitor possono visualizzare immagini con 65000 colori(16 bit per pixel) oppure 16000000 (24bit per pixel).
Nel secondo caso il computer deve elaborare il 50% di dati in più, quindi la sua potenza di calcolo e la capacità di memoria della scheda video devono essere proporzionalmente maggiori.
MEMORIA RAM
Dispositivo elettronico che funge da magazzino temporaneo per tutti i dati elaborati dalla CPU.
A COSA SERVE LA RAM
La RAM è usata per memorizzare, durante l'elaborazione, tutte le istruzioni del sistema operativo e delle applicazioni, nonchè i dati stessi.
Come funziona: consiste in un gran numero di condensatori, ognuno dei quali memorizza 1 bit: se è carico il bit vale 1, altrimenti 0.
La RAM è una memoria volatile, nel senso che conserva i dati temporaneamente, soltanto quando il computer è acceso. Quando lo si spegne,il contenuto della RAM viene cancellato.
GLI INDIRIZZI E IL RANDOM ACCESS
All'interno della RAM ogni gruppo di 8 condensatori (1 byte) è caratterizzato da un gruppo ben definito. Attraverso questo indirizzo il computer può localizzare ciascun byte di dati; l'accesso ai dati nella RAM è detto casuale, ovvero i dati vengono inseriti in modo non sequenziale, direttamente tramite il loro indirizzo, senza dover leggere tutto il contenuto della memoria.
MEMORIE
ROM
CMOS
Vi sono conservte informazioni sull'hardware che fa parte del computer.
Quando accendiamo il computer esso ha bisogno di alcune informazioni per l'avviamento (boot process).
Queste informazioni si trovano nella memoria ROM (Read Only Memory, ovvero memoria di sola lettura) che risiede in un circuito integrato collocato sulla scheda madre. Si tratta di una memoria permanente, contiene istruzioni non modificabili, predisposte dal produttore del computer. Alcune informazioni indispensabili per l'avviamento (come la configurazione dell'hard disk e di altre periferiche) inveve non sono permanenti e sono conservate nella memoria CMOS (Semiconduttore Complementare di Ossido Metallico), qui sono registrate le informazioni del BIOS (Basic Input/Output System) che consistono principalmente in un elenco di periferche di sistema.
Per poter conservare i dati anche quando il computer è spento, la memoria CMOS è alimentata da una pila ricaricabile. In alcuni computer essa è sostituita da una memoria FLASH, con funzioni analoghe, ma con il vantaggio di non richiedere alimentazione.
L'AGGIORNAMENTO DELLA CMOS
La memoria CMOS, a differenza della ROM, è riscrivibile. Se si cambia l'hardaware, il software della COMS viene aggiornato usando un'apposito programma di configurazione.
LA MEMORIA VIRTUALE
Se una aprte dell'hard disk è libera, essapuò essere usata per simulare la RAM, in tal caso si parla di MEMORIA VIRTUALE. Rispetto alla RAM la MEMORIA VIRTUALE è più lenta.
LA MEMORIA HA DELLE SCHEDE
Poichè sul computer si usano spesso applicazioni multimediali, anche le schede video e audio devono avere una propria dotazione di memoria.
La capacità di memoria della scheda video determina la qualità delle immagini sul video (risoluzione).
MICROPROCESSORI O CPU
La CPU, chiamata anche processore/microprocessore/chip, è un circuito integrato che contiene due componenti principali: l'Unità Logico Aritmetica (ALU) e L'Unità di Controllo (CU), che hanno funioni complementari e insieme rendono possibile l'elaorazione dei dati.
L'ALU è l'insieme di componenti elettronici che svolge le operazioni aritmetiche e le operazioni logiche.
La CU dirige il processo di elaborazione dei dati coordinando tutte le attività di input/output:
-trasferisce le istruzioni dalla RAM nell'area chiamata REGISTRO DELLE ISTRUZIONI
-interpreta le istruzioni e organizza il caricamento dei dati nell'ALU
-indica all'ALU quale operazione eseguire in ogni momento
-trasferisce alla RAM i dati elaborati dall'ALU.
LA LUNGHEZZA DELLA WORD E LA CACHE
Il processore conserva i dati che sta elaborando nei cosiddetti registri, la cui capacità determina il numero di bit che il processore può trattare simultaneamente, cioè la lunghezza della word.
L cavhe è una memoria "superveloce": velocizza l'elaborazione assicurando che i dati siano disponibili appena la CPU li richiede, ed evitando così che il processore debba attendere l'arrivo dei dati dalla RAM.
OGNI PROCESSORE È DOTATO DI UN OROLOGIO DI SISTEMA (SYSTEM CLOCK)
Il system clock ha un ruolo fondamentale: i suoi segni elettrici danno il via a ogni singola azione che avviene nella scheda madre; in questo modo il system clock garantisce la sincronizzazione di tutti i dispositivi e determina, in particolare, la velocità con cui può essere eseguito ciascun ciclo di informazioni.
BUS E TRASFERIMENTO DEI DATI
I dati memorizzati devono essere trasferiti al processore per essere elaborati, e devono poi ritornare ai diversi dispositivi di memorizzazione al termine dell'elaborazione.
L'insieme dei circuiti su cui viaggiano questi inpulsi (0 e 1) si chiama BUS.
Il BUS è quindi la componente dell'hardware che rende possibile la trasmissione di informazioni tra le diverse parti del computer (i BUS sono delle strisce grigie e larghe, giusto per daarvi un'idea, li potete anche vedere quando smontate un computer, sono quelle striscie che connettono la scheda madre all'hard disk)
Il BUS è un'insieme di circuiti ce collega tra loroi vari dispositivi della scheda madre; il BUS è suddiviso in:
-linee di trasporto dati: trasportano gli inpulsi elettrici che rappresentano dati.
-linee di indirizzi: trasmettono informazioni sulla collocazione dei dati nei diversi supporti, cosicchè il processore opssa rintracciali quando li deve elaborare.
LE PRESTAZIONI DEL BUS
L'efficienza e la rapidità del funzionamento di un BUS sono determinate da:
-numero di bit che il BUS trasporta in ogni trasferimento
-numero di trasferimenti che il BUS può completare in un secondo
BUS DI ESPANSIONE
Ai fini dell'elaborazione dei dati, il ruolo più importante del BUS è quello di trasferire i dati dalla RAM alla CPU e viceversa.
Tuttavia, il BUS, non si limita a questo ruolo, ma collega tra loro anche gli altri dispositivi del computer.
In paritcolare, si chiama BUS di ESPANSIONE la parte del BUS che permette alla RAM di scambiare dati con le altre periferiche.
BUS LOCALE
I computer più recenti hanno il BUS LOCALE (Local BUS).
Questo BUS ad alta velocità, rende possibile una comunicazione diretta tra RAM e quei dispositivi, come il monitor o il disco fisso, che richiedono una particolare rapidità nel trasferimento dei dati.
SCHEDE E PORTE DI ESPANSIONE
Espandere: aggiungere nuovi dispositivi periferici.
SLOT DI ESPANSIONE
I circuiti elettronici del BUS terminano con i cosidddetti slot di espansione. Questi connettori permettono di collegare al computer, aggiungendole direttamente sulla scheda madre, nuove periferiche dette dchede di espansione.
PORTE DI ESPANSIONE
Ogni porta di espansione è un punto di collegamento che permette lo scambio di dati tra il computer e una periferica.
LE PORTE SERIALI
Unaq porta seriale trasmette i dati in serie, cioè uno dopo l'altro, un bit per volta. Può essere usata epr trasmissioni di dati monodirezionali (come nel caso del mouse, che è un dispositivo di input) oppure bidirezionali, come nel caso del modem, che è un dispositivo sia di input che di output.
LE PORTE PARALLELE
Una porta parallela trsmette 1 byte per volta a un cavo che contiene 8 linee dati separate poichè gli 8 bit vengono trasferiti simultaneamente, la trasmissione parallela può essere più veloce rispetto a quella seriale.
LA PORTA PCMIA
All'interno dei portatili non c'è lo spazio per ospitare slot e schede di espansione. Per questa ragione sono state sviluppatele cosiddette porte PCMIA. Un aporta PCMIA è uno speciale connettore nel quale inserire piccole schede delle dimensioni di una carta di credito. Queste schedine possono contenere modem, espansioni di memoria o dischi rigidi rimovibili.
PORTE USB
Con l'affermazione dell' USB, per il BUS dei computer è diventato possibile collegare molte periferiche a qualsiasi di numerose porte uguali, usando spinotti di dimensioni ridotte e di facile inserimento.
MEMORIZZAZIONE DEI DATI
Le memorie di massa sono dischi, nastri magnetici, e gli altri supporti sui cui il computer può registrare i dati in modo permanente.
Gli apparecchi capaci di registrare idati su un supporto o di leggere dati da un supporto si chiamano dispositivi di memorizzazione.
Il disco rigido, il lettore floppy e il masterizzatore CD/DVD sono dispositivi di memorizzazione che consentono la lettura/scrittura dei dati.
CAPACITÀ E TEMPO DI ACCESSO
Si chiama capacità di un supporto di memorizzazione la maassima quantità di dati che esso può contenere. L'unità di misura della capacità è il byte. Il tempo di accesso è il tempo che il computer impiega per leggere i dati da un gruppo di memorizzazione.
Questo intervallo di tempo è tipicamente dell'ordine dei millesimi di secondo.
I CLUSTER
Il modo in cui i file sono conservati materialmente su un supporto, per esempio un disco magnetico, è chiamato memorizzazione fisica. I file sono memorizzati in zione del disco chiamate cluster (ammasso).
Ogni cluster di un disco è etichettato da un indirizzo che lo identifica in modo univoco. Quando salviamo un nuovo file, il sistema operativo lo memorizza in un cluster libero da altri dati. Se il file occupa più di un cluster, il sistema operativo cerca di inserire la parte in più nel cluster successivo, se questo è già occupato saranno utilizzati i cluster non adiacenti al primo.
LA FAT
Quando memorizziamo su un disco un file, il suo nome e la posizione dei cluster usati sono registrati dal computer nella FAT (File Allocation Table) che sarebbe una tabella di collocazione dei file. Questa tabella rappresenta in sostanza una mappa del disco: contiene un elenco di tutti i file e della loro posizione fisica sul supporto. Il sistema operativo del computer usa questa mappa per leggere i file.
MEMORIA LOGICA
La memoria logica è una scheda che il sistema operativo usa per archiviare i file.
DISCHI OTTICI
I dischi ottici (come per esempio CD e DVD) sono memorie di massa che vengono scritte e lette con dei laser speciali.
Questi dischi ottici sono più resistenti dei dischi magnetici.
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L'unico computer sicuro, è un computer spento.
Nel software esiste sempre almeno un bug, generalmente è localizzabile tra la tastiera e la sedia
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