Concetti di base delle tecnologie I.T.C. 2. Hardware

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1 Concetti di base delle tecnologie I.T.C. 2. Hardware

2 Indice generale HARDWARE...3 Concetti...3 Comprendere il termine hardware...3 Alcuni componenti hardware...3 ROM (Read Only memory)...3 Chip...3 Tipi di computer...3 Come si classificano i computer...3 Quali sono le unità fondamentali che compongono un sistema di elaborazione?...5 Il Megahertz (MHz)...5 Il Gigahertz (GHz)...5 Porte input/output...5 Porte...5 Prestazioni di un computer...6 Fattori che influenzano le prestazioni di un computer...6 Velocità della CPU...6 Dispositivi di memorizzazione...7 RAM (Random Access Memory) e ROM (read only memory)...7 Unità di misura...7 Dispositivi di memorizzazione di massa...7 Dischi magnetici...8 Dischi ottici...8 Dischi magneto-ottici...9 Nastri magnetici...9 Memorie flash...9 Unità di memorizzazione online...10 Periferiche di input/output...10 Periferiche input...10 Periferiche output...10 Periferiche di input/output...11 Pag. 2

3 HARDWARE Insieme dei dispositivi elettronici e meccanici del computer. Comprendere il termine hardware Concetti Con hardware, in ingegneria elettronica e informatica si indica la parte fisica di un personal computer, ovvero tutte quelle parti magnetiche, ottiche, meccaniche ed elettroniche che ne consentono il funzionamento (dette anche strumentario). Più in generale il termine si riferisce a qualsiasi componente fisico di una periferica o di una apparecchiatura elettronica. L'etimologia del vocabolo nasce dalla fusione di due termini della lingua inglese, hard (duro) e ware (manufatto, oggetto), in contrapposizione con il software, la parte logica (e perciò soft, "morbida") che compone il personal computer. Alcuni componenti hardware Mouse, RAM, ROM, hard disk, scheda madre, monitor, scheda video, scheda audio, scheda di rete, CPU, tastiera, lettore/masterizzatore CD/DVD, modem, stampante scanner, ecc. ROM (Read Only memory) Tipo di memoria a sola lettura non volatile contenuta in un chip che non perde i dati con lo spegnimento del computer. Chip Circuito integrato, cioè un circuito elettronico realizzato in microminiatura con materiali semiconduttori e contenuto all'interno di un parallelepipedo nero di dimensioni variabili e con un numero variabile di piedini per essere saldato o per essere inserito in un connettore. Tipi di computer Come si classificano i computer I computer possono essere idealmente divisi in alcune categorie molto generali, a seconda delle loro caratteristiche salienti, dell'uso che in generale se ne fa, del software e dei sistemi operativi che fanno girare e dell'epoca in cui sono comparse. Le definizioni nel tempo sono molto cambiate e i confini non sono mai così netti. A) Computer fissi: Il computer fisso, ovvero un elaboratore stazionario, è solitamente dotato ad hoc di un involucro stabile e robusto, di una alimentazione permanente e continuativa, e viene collocato in un ambiente sicuro, consono o adattato al suo funzionamento (e non viceversa). 1. Supercomputer: è un tipo di sistema di elaborazione progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate, dedicato ad eseguire calcoli particolarmente onerosi. 2. Mainframe: o Sistemi Centrali sono computer utilizzati per applicazioni critiche Pag. 3

4 soprattutto da grandi aziende e istituzioni, tipicamente per elaborare con alte prestazioni ed alta affidabilità grandi moli di dati, come quelle in gioco nelle transazioni finanziarie, nei censimenti, nelle statistiche di industrie e clienti, nelle applicazioni ERP(Enterprise Resource Planning), etc. 3. Microcomputer è un computer generalmente dotato di un singolo microprocessore (µp), di costo abbastanza limitato da poter essere acquistato e utilizzato da un singolo utente, inoltre occupa generalmente poco spazio. Di questa famiglia fanno parte personal computer, console per videogiochi, tablet PC e quelli che una volta erano detti home computer Il computer desktop, spesso abbreviato in desktop, anche chiamato più raramente computer da scrivania ("desktop" in italiano significa "scrivania"), è una tipologia di computer contraddistinto dall'essere general purpose (cioè non destinato a specifici compiti; è quindi esclusa ad esempio la console per videogiochi), monoutente (cioè utilizzabile da un solo utente alla volta), destinato ad un utilizzo non in mobilità (sono quindi esclusi ad esempio il computer portatile e il computer palmare) e principalmente produttivo (è quindi escluso l'home computer, destinato ad un utilizzo principalmente didattico/ludico, e la prima generazione di microcomputer, destinata ad un utilizzo hobbistico), e di dimensioni tali per cui l'installazione in una scrivania risulta la più appropriata per un comodo utilizzo. La workstation (termine di origine inglese), o più raramente stazione di lavoro (traduzione letterale di "workstation"), è una tipologia di computer contraddistinto dall'essere general purpose (cioè non destinato a specifici compiti), monoutente (cioè utilizzabile da un solo utente alla volta), destinato principalmente ad un utilizzo produttivo, e dall'avere alte prestazioni. Caratteristica quest'ultima che rende la workstation un computer utilizzato da professionisti in ambiti che necessitano di grandi potenze di calcolo come ad esempio il CAD, la ricerca scientifica, la produzione audio/video. B) Computer Mobili: I computer mobili sono una particolare categoria di computer, che pur mantenendo elevate capacità di calcolo e di interfacciamento con l'esterno, rinunciano ad alcune delle capacità di robustezza, di espansione, di sicurezza e di adattabilità dei computer fissi, sacrificandole a beneficio della trasportabilità, e unendo tutte le componenti esterne di input ed output, ma soprattutto minimizzando i consumi energetici, per ottimizzare l'utilizzo e l'autosufficienza in mobilità. 1. Il Mini-portatile o Subnotebook è un computer portatile di peso e dimensioni limitati, possiede solo le capacità essenziali di un portatile ma è notevolmente meno ingombrante e più leggero (per questo detto anche ultraportatile). 2. Un computer portatile, spesso abbreviato in portatile, anche chiamato notebook o, più raramente, laptop, è un personal computer dotato di display, tastiera e alimentazione a batteria, tutto integrato nello stesso telaio e caratterizzato da dimensioni e peso ridotti in modo da permetterne un facile trasporto ed un uso in mobilità. 3. Netbook, Ultraportatile o Mini-portatile vengono indicati alcuni particolari computer portatili destinati soprattutto alla navigazione in Internet e videoscrittura e pensati soprattutto per un pubblico non professionale. 4. Un computer palmare (detto anche palmare), spesso indicato in lingua inglese con l'acronimo PDA (Personal Digital Assistant), o con l'ormai desueto termine palmtop, è un computer di dimensioni contenute, tali da essere portato sul palmo di una mano, dotato di uno schermo sensibile al tocco (o Touch Screen). Pag. 4

5 Quali sono le unità fondamentali che compongono un sistema di elaborazione? 1. Le memorie: per conservare i dati da elaborare ed elaborati 2. Il processore: è l unità che controlla e sovrintende a tutte le funzioni della macchina. Esegue tutte le operazioni di calcolo e rappresenta quindi il parametro principale (ma non solo) per valutare le prestazioni di un computer. 3. Dispositivi di Input/Output: per comunicare con l'esterno in forma più comprensibile all'uomo. tutte le interfacce messe a disposizione dal sistema operativo, o più in generale da qualunque sistema di basso livello, ai programmi per effettuare uno scambio di dati o segnali con altri programmi, con l'utente (a livello sensoriale), col computer o con lo stesso sistema. Sono anche i due componenti fondamentali del lavoro effettuato. 4. Il Clock: determina la velocità alla quale il processore compie il suo lavoro di elaborazione. In pratica rappresenta la velocità massima di lavoro del computer. Viene misurato in MHz (Megahertz) o in GHz (Gigahertz). Il ciclo di clock è il tempo che intercorre tra il verificarsi di due colpi di clock successivi. La frequenza o velocità di clock è il numero di colpi di clock che vengono eseguiti in una determinata unità di tempo. L'unità di misura usata è lo hertz, ovvero il numero di cicli di clock eseguiti in un secondo. Poiché i clock sono in genere molto veloci, si usano comunemente i multipli kilohertz (Khz), megahertz (Mhz) e gigahertz (Ghz) per indicare rispettivamente mille, un milione e un miliardo di cicli al secondo. Il Megahertz (MHz) Unità di misura della frequenza equivalente a un milione di cicli per secondo; la velocità dei microprocessori è quasi sempre espressa in Mhz. Equivale ad un milione di Hertz (cicli) al secondo. Il Gigahertz (GHz) Unità di misura per la frequenza degli impulsi in un processore. Un Giga sono MHz. Porte input/output Porte Le porte di I/O (Input/Output)sono una serie di prese, localizzate sul lato posteriore del computer (a volte anche sul lato frontale), che vengono utilizzate per collegare alla macchina tutti dispositivi esterni (monitor, tastiera, mouse, ecc.). La disposizione delle porte varia da computer a computer. Generalmente sono poste direttamente sulla scheda madre le seguenti porte: Porte PS/2 per il collegamento del mouse e della tastiera (una è dedicata al mouse e l'altra alla tastiera; non si possono invertire). Porta Seriale per il modem, o in generale per dispositivi che non richiedono un flusso di dati molto veloce (fino a qualche anno fa veniva usata anche per il mouse). Porta Parallela si usa quasi sempre per la stampante, ma in generale è adatta per qualunque dispositivo che richieda un flusso di dati più veloce rispetto alla capacità della porta seriale. Porta USB (Universal Serial Bus), è adatta per connettere al computer qualunque tipo Pag. 5

6 di dispositivo (purché compatibile col collegamento USB!). La tecnologia USB consente di creare "catene" di dispositivi collegati tutti su un'unica porta (fino a 127), inoltre consente il collegamento "a caldo" (cioè a computer acceso), mentre tutti i dispositivi non USB devono sempre essere collegati a computer spento. Si tratta di uno standard di comunicazione ideato da Apple e sviluppato insieme a IEEE (e quindi conosciuto anche come standard IEEE 1394). Si tratta di un Bus digitale di comunicazione che permette un transfer rate massimo di 400 Mbit/secondo e di collegare 64 periferiche in cascata (similmente a quanto accade per l'usb ); essendo scalabile, facile da implementare ed a basso costo, non riguarda solamente connessioni per periferiche di PC e MAC, ma anche videocamere e macchine fotografiche digitali, dispositivi audio, lettori DVD... Le schede di espansione che vengono montate sulla scheda madre rendono poi disponibili molte altre porte, fra cui le principali sono: Porta Video (talvolta integrata direttamente sulla scheda madre, soprattutto nei modelli di marca) per connettere il monitor al computer. Porta di Rete per collegare la macchina direttamente ad una rete di computer, senza usare il modem. Ne esistono di vari tipi, ma ormai la presa RJ45 ha di fatto rimpiazzato tutte le altre. Porta SCSI per dispositivi che richiedono un flusso di dati molto veloce (scanner, masterizzatore esterno, ecc.). La tecnologia SCSI consente inoltre, come la USB, il collegamento di dispositivi a catena (fino a 7), ma non il collegamento a caldo. Fattori che influenzano le prestazioni di un computer Prestazioni di un computer Le prestazioni di un computer, cioè la sua velocità nell'eseguire le operazioni richieste, dipendono da vari fattori, tra cui: la velocità della CPU (tanto maggiore è la velocità della CPU, tanto maggiore è la velocità del computer); dimensione RAM: la RAM contiene tutti i dati ed i programmi che sono coinvolti nell'elaborazione corrente. Per poter essere elaborato un dato deve essere prima trasferito nella memoria RAM, lo stesso vale per un programma per poter essere eseguito. Perciò una RAM veloce e capiente rende il computer più veloce; numero di applicazioni in esecuzione: maggiore è il numero di applicazioni in esecuzione, maggiore è il tempo necessario a portare a termine una singola elaborazione. Velocità della CPU (vedi sopra: quali sono le unità fondamentali di un computer) Pag. 6

7 Dispositivi di memorizzazione RAM (Random Access Memory) e ROM (read only memory) I dati ed i programmi vengono conservati nella memoria per essere disponibili al momento opportuno. La memoria la possiamo dividere in almeno tre categorie: ROM, RAM e DI MASSA. - La memoria ROM (read only memory) rappresenta la memoria di sola lettura, scritta dal costruttore utile per le fasi di avvio dell elaboratore. Per questo il suo contenuto non può essere modificata e quindi è permanente. - La RAM (random access memory) rappresenta la memoria principale ed quella ad accesso rapido. I dati vengono scritti, letti e modificati in base all indirizzo del byte nel quale sono collocati. La sua capacità è limitata dal costo anche se i computer sono sempre di più dotati di capacità maggiori. La capacità è misurata in MByte (milioni di byte) dove ogni byte rappresenta otto bit. Il bit è la quantità di memoria necessaria per conservare una informazione binaria, vero o falso. La sua volatilità, cioè i dati si perdono se il computer viene spento, obbligano a salvare i dati alla fine di ogni sessione di lavora sulla memoria permanente di massa. Unità di misura Simbolo In bit In Byte In potenze di 2 1 b 1 1/8 2 1 = 2 stati (acceso - spento) 1 B = 256 caratteri 1 KB (kilobyte) byte 1 MB (megabyte) byte 1 GB (gigabyte) byte 1 TB (terabyte) byte Dispositivi di memorizzazione di massa Vengono detti memorie di massa tutti i supporti (dischi e nastri) su cui vengono registrati dati, documenti e programmi che si vogliono conservare, sono quindi memorie di massa i floppy, i CD, gli hard disk, gli zip, ecc. Lo spazio di memoria, come abbiamo già accennato in precedenza, viene espresso in Byte (memoria richiesta da un carattere) e multipli. Multipli del Byte sono: il KiloByte (KB) pari a 1024 Byte (circa 1000 Byte) il MegaByte (MB) pari a Byte (circa un milione di Byte) il GigaByte (GB) pari a Byte (circa un miliardo di Byte) e sta cominciando ad affacciarsi all'uso anche: il TeraByte (TB) pari a Byte (circa mille miliardi di Byte) Nel gergo informatico si usano quasi sempre i nomi abbreviati di "Kappa", "Mega", "Giga" e "Tera". Ogni multiplo vale 1024 volte il precedente (più avanti, nella pagina sui bit e byte verrà spiegato come mai si usa proprio il fattore 1024 invece della cifra tonda 1000). Per la cronaca, dopo il Tera viene il PetaByte (PB), ma ancora non si usa praticamente mai. Pag. 7

8 Dischi magnetici Sono dischi sui quali la memorizzazione dei dati avviene magnetizzando la superficie, tramite un apposita testina di lettura/scrittura. Sullo stesso disco i dati possono essere scritti, cancellati e riscritti per un numero indefinito di volte senza logorare il supporto. I dischi magnetici sono volatili per natura, un forte campo magnetico è sufficiente a cancellarne l'intero contenuto in pochi istanti, per questo motivo vanno tenuti distanti dalle fonti di campo, come trasformatori di potenza o grosse calamite. Floppy: Sono i comuni dischetti, possono contenere fino a 1,44 MByte (dei vecchi modelli, ormai fuori commercio, potevano contenere solo 720 KB). Sono caratterizzati da una velocità di lettura/scrittura molto bassa rispetto a quella degli altri dischi. Il foro in basso a sinistra serve per proteggere il disco da scrittura nel caso si volessero preservare dei dati importanti da cancellazioni accidentali; quando il foro è scoperchiato il disco è protetto da scrittura, quando il foro è coperto il disco è nuovamente scrivibile. Tutti i supporti magnetici estraibili possiedono un meccanismo di protezione simile a questo. Hard disk: sono dischi contenuti all interno del computer e non sono normalmente estraibili né visibili dall esterno. I primi modelli avevano una capacità di pochi MByte, i modelli oggi in commercio arrivano fino ad alcune decine di GByte, ma escono continuamente modelli nuovi di capacità sempre maggiore. Gli hard disk vengono realizzati secondo 2 diverse tecnologie: EIDE e SCSI; questi ultimi sono più veloci, ma costano anche un po' più degli altri (oltretutto richiedono la scheda SCSI montata sul computer, mentre i dischi EIDE si connettono direttamente alla scheda madre). Zip: Somigliano ai dischetti floppy ma sono un po' più grandi e la forma è un po diversa. Esistono da 100 e 250 MByte e necessitano di un drive apposito, diverso da quello dei floppy. Sono piuttosto costosi. Sia i dischi che i drive Zip vengono prodotti esclusivamente dalla Iomega. LS-120: Sono simili agli Zip, ma, a differenza di questi, usano un drive che è in grado di leggere anche i normali floppy. Contengono fino a 120 MByte. Non si sono molto diffusi. Dischi ottici Sono dischi su cui la memorizzazione dei dati avviene bruciando con un laser la superficie, che da lucida diviene così opaca. Normalmente i dati scritti su un disco ottico non possono più essere cancellati, esistono tuttavia dei dischi particolari (CD riscrivibili) che consentono la cancellazione e la riscrittura per un numero comunque limitato di volte (ad ogni cancellazione la superficie tende a deteriorarsi sempre di più finché non diventa inutilizzabile). CD-ROM (Compact Disk): sono esattamente gli stessi CD usati per la musica, la sigla ROM (Read Only Memory) indica il fatto che i dati, una volta scritti su CD, sono indelebili e potranno essere soltanto letti. La capacità tipica è di 650 MByte (che nei CD audio corrisponde a 74 minuti di registrazione), ma esistono anche modelli leggermente più capienti. Un CD vergine (scrivibile con un masterizzatore) costa da 50 centesimi a 2 Euro, a seconda della marca e della qualità. I più economici sono ovviamente più soggetti a difetti di fabbricazione. Esistono anche modelli che presentano un lato stampabile (usando stampanti particolari). Pag. 8

9 La scrittura su CD è sempre un'operazione piuttosto complessa e delicata in quanto deve avvenire seguendo un ritmo costante e senza interruzioni. Se, per qualunque motivo, il flusso di dati durante la scrittura rimane bloccato, il CD è da buttare e bisogna ricominciare tutto da capo con uno nuovo. Mini CD: sono CD con diametro ridotto (8 cm) e capacità di 180 MByte o 21 minuti. Sono perfettamente compatibili con i normali lettori CD (eccetto quelli in cui il CD va inserito attraverso una fessura). Esistono in commercio anche le CD Card, dischetti di forma rettangolare (!) grandi all'incirca come una carta di credito e con capacità che va da 30 a 80 MByte. DVD (Digital Versatile Disk): Esteriormente sono in tutto simili ai CD-ROM, ma possono contenere da 4 a 17 GByte (cioè fino a 25 volte la capacità di un normale CD). Sono usati da alcuni anni soprattutto per i film digitali, tuttavia possono benissimo contenere anche i normali dati come i CD-ROM. Per leggere i DVD occorre un lettore CD appropriato (i normali drive per CD non sono in grado di farlo). Il lettore DVD è invece sempre in grado di leggere anche i normali CD-ROM. Blu-ray Disc è il supporto ottico proposto dalla Sony agli inizi del 2002 come evoluzione del DVD per la televisione ad alta definizione. Grazie all'utilizzo di un laser a luce blu, riesce a contenere fino a 54 GB di dati, quasi 12 volte di più rispetto a un DVD Single Layer - Single Side (4,7 GB). Dischi magneto-ottici Sono dischi a supporto magnetico, su cui però la scrittura dei dati può avvenire solo dopo un forte riscaldamento della superficie con un fascio laser. A temperatura ambiente i dischi magneto-ottici non sono sensibili ai campi magnetici e questo li mette al riparo dalle cancellazioni accidentali. I dischi magneto-ottici esistono in numerosi modelli, con capacità che arriva fino ad alcuni GByte, e richiedono la presenza di un apposito drive. Furono messi in commercio nella seconda metà degli anni '80, prima dell'avvento dei CD-ROM, ma non hanno mai preso campo, sia per il costo eccessivo (soprattutto del drive), sia per la contemporanea affermazione degli hard disk e dei CD. Rimangono in uso solo in alcuni sistemi dove è richiesto il frequente salvataggio di una grande quantità di dati in condizioni di sicurezza (per es. nelle banche). Nastri magnetici Vengono usati dagli amministratori di grandi sistemi di computer per creare periodicamente copie (Backup) del contenuto degli hard disk, in modo da salvare i dati qualora se ne guastasse uno. La lettura/scrittura è però molto lenta (può richiedere alcune ore), per questo l'operazione di backup viene lanciata tipicamente durante la notte. DAT (Digital Audio Tape): Può contenere alcune decine di GByte. È a forma di cassetta, un Po più grande e tozza di una cassetta audio. Il nome deriva dall'utilizzo originario del supporto, usato negli studi di registrazione professionali per l'audio digitale di alta qualità. Memorie flash La memoria flash, anche chiamata flash memory, è una tipologia di EEPROM, quindi di memoria non volatile, che per le sue prestazioni può anche essere usata come memoria a lettura-scrittura. Quando viene utilizzata come ROM viene anche chiamata flash ROM. La memoria flash è particolarmente indicata per la trasportabilità proprio in virtù del fatto che non richiede alimentazione elettrica per mantenere i dati e che occupa poco spazio. È infatti molto usata Pag. 9

10 nelle fotocamere digitali, nei lettori di musica portatili, nei cellulari, nei pendrive, nei palmari, nei moderni computer portatili e in molti altri dispositivi che richiedono un'elevata portabilità e una buona capacità di memoria per il salvataggio dei dati. Una chiave USB, o penna USB, o pendrive, è una memoria di massa portatile di dimensioni molto contenute (qualche centimetro in lunghezza e intorno al centimetro in larghezza) che si collega al computer mediante la comune porta USB. Unità di memorizzazione online Si tratta infatti di un servizio in linea in grado di offrirvi un unità di archiviazione virtuale con 1Gb. di storage (capacità). In questo modo potrete accedere ai vostri file, modificarli e scaricarli direttamente da Internet, visualizzando l unità virtuale all interno dell esploratore di archivi, proprio come se fosse un dispositivo fisico. Periferiche di input/output I dispostitivi di I/O, o di Ingresso/Uscita, o Periferiche esterne sono tutti quegli apparecchi che servono per il trasferimento di dati e informazioni fra il computer e il mondo esterno. Molti dispositivi sono collegati al computer dall'esterno (attraverso le porte di I/O). ma talvolta alcuni possono essere inseriti all'interno del computer stesso: per esempio il modem può avere la forma di una scheda d'espansione. Periferiche input La trackball è un tipo di periferica di puntamento per computer. La sua componente principale è una sfera, libera di ruotare in una cavità dell'involucro dove si trovano sensori che ne rilevano il movimento, e parzialmente accessibile dall'esterno in modo da potere essere comandata dalla mano; in prossimità della sfera si trovano pulsanti e rotelline. Tutte queste componenti sono molto simili a quelle di un mouse; inoltre, la procedura di installazione della maggior parte delle trackball è del tutto analoga a quella di un mouse. Lo scansionatore (in inglese scanner) è una periferica esterna in grado di acquisire in modalità ottica una superficie piana (fogli stampati, pagine di libri e riviste, fotografie, diapositive, ecc.), di interpretarla come un insieme di pixel e, quindi, di restituirne la copia fotografica sotto forma di immagine digitale. Il touchpad (traduzione letterale: "tappetino tattile") è un dispositivo di input presente nella maggior parte dei portatili. Viene utilizzato per spostare il cursore captando il movimento del dito dell'utente sulla superficie del touchpad; sostituisce completamente il mouse. Il joystick è una periferica che trasforma i movimenti di una leva manovrata dall'utente in una serie di segnali elettrici o elettronici che permettono di controllare un programma, un'apparecchiatura o un attuatore meccanico. Periferiche output Monitor, la stampante e le casse audio sono dispositivi di Output. Pag. 10

11 Periferiche di input/output Il touchscreen, o schermo tattile, o schermo a sfioramento, è un dispositivo hardware che consente all'utente di interagire con un computer toccando lo schermo. Lo si può dunque considerare come l'unione di un dispositivo di output (lo schermo) e un dispositivo di input (il sistema che rileva il contatto con lo schermo stesso, ricavandone la posizione). Quest'ultimo meccanismo è alternativo all'uso di altri dispositivi di puntamento come il mouse o la touch pad. Luigi Congi ( Marzo 2009 Realizzato utilizzando il software OpenOffice.org (ver. 3.0) Pag. 11