IL COMPUTER. OGGETTO RELAZIONE: Analisi dei componenti hardware di un computer.

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1 IL COMPUTER OGGETTO RELAZIONE: Analisi dei componenti hardware di un computer.

2 PREFAZIONE: In questa relazione, è analizzato il personal computer per quel che riguarda l HARDWARE. L HARDWARE è l elemento fisico del computer ovvero tutto ciò che compone quest ultimo e che si può toccare con mano. L altro aspetto del computer che non andremo ad analizzare, ma che è anch esso importantissimo per il PC è il SOFTWARE cioè i programmi, che fanno funzionare l HARDWARE. Questi programmi che danno il funzionamento corretto di tutti i componenti del computer si chiamano sistemi operativi (Windows NT, 98, 95, 2000; Linux, ecc). Ora andiamo ad analizzare i singoli elementi HARDWARE di un computer. INDICE: In un Personal Computer possono distinguersi, in modo sintetico, le seguenti parti: 1. CASE: il contenitore all interno del quale sono montati diversi elementi; 2. FLOPPY DRIVE: lettore dischi da 3,5 ; 3. LETTORE DI CD-ROM: lettore dischi da 5.25, indispensabile per installare il sistema operativo ed il software che verrà in seguito utilizzato; 4. HARD-DISK: nel quale vengono caricati il software e salvati i dati; 5. MOTHERBOARD: il vero e proprio centro vitale del computer alla quale vengono collegate, in modo differente tutte le periferiche presenti nel sistema; 6. MEMORIA: per lo scambio di dati tra periferiche e processore; 7. PROCESSORE: cuore centrale dove vengono elaborati i dati; 8. SCHEDA VIDEO: si ha solo 2D che dotata di funzione di accelerazione 3D; 9. SCHEDA AUDIO: permette l elaborazione dei file in suoni; 10. SCHEDA DI RETE E MODEM: permette lo scambio di dati tra PC; 11. ALIMENTATORE: fornisce le tensioni necessarie per alimentare tutte le parti presenti all interno del PC; 12. CABLAGGI VARI: flat, alimentazione, cavetti case. ALTRE PERIFERICHE: 1. MOUSE: il più utilizzato delle periferiche esterne per il suo veloce metodo di interfaccia grafico; 2. TASTIERA: utilizzata maggiormente per la videoscrittura; 3. MONITOR: interfaccia video principale, 4. CASSE ALTOPARLANTI: per l audio del computer; 5. MICROFONO: registratore di suoni; 6. STAMPANTE: stampa i dati inviati dal PC (es: stampante a getto d inchiostro, laser e ad aghi); 7. SCANNER: acquisisce immagini; 8. MODEM: modulatore e demodulatore di dati, permette la navigazione in Internet, spedizione di fax collegato alla linea telefonica; 9. JOISTICK: periferica di gioco.

3 Ora analizziamo ogni singola parte: 1. CASE: Struttura all interno del quale sono presenti tutti i componenti Hardware del computer (scheda video, scheda di rete ). A B C D E F G H I J Connettore USB frontale Pulsante espulsione disco floppy Spia unità floppy Unità floppy Spia unità CD-ROM* Unità CD-ROM* Pulsante espulsione CD-ROM* Pulsante modalità Suspend Spie alimentazione/disco rigido/modalità Suspend Pulsante Soft Power On/Off 2. FLOPPY DRIVE: L unità Floppy ad alta densità (unità A:) da 3.5, 1.44 MB, permette la lettura e la scrittura di dati salvati sul dischetto. Si inserisce il Floppy con l etichetta rivolta verso l alto; quando il computer sta leggendo il contenuto del Floppy, la spia unità Floppy è accesa. 3. LETTORE DI CD-ROM: L unità CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) memoria a sola lettura su disco compatto. Un disco del diametro di 12 cm che memorizza le informazioni in modo permanente su uno strato metallico leggibile mediante raggio laser. Il sottile foglio metallico è racchiuso tra due dischi di plastica trasparente, così da conferirgli rigidità e al tempo stesso permettere il passaggio della luce di cui è composto il raggio di lettura. Questi dischi contengono dati, suono (anche nella forma di brani musicali), immagini e filmati video. Un CD-ROM contiene 650 MB di dati.

4 4. HARD DISK (MEMORIA DI MASSA): Un disco di alluminio o di altro metallo con rivestimento magnetico che memorizza in modo permanente le informazioni registrate in formato digitale sulla sua superficie e che le restituisce a richiesta in tempi molto brevi. Le operazioni lettura/scrittura vengono eseguite da una testina elettromagnetica che vola sospesa sulla superficie magnetica del disco, senza mai toccarla così da non rovinare lo strato magnetico di registrazione. I dischi moderni sono composti da diversi piattelli magnetici, disposti uno sopra l altro e fissati allo stesso perno centrale che li fa ruotare ad altissima velocità (fino a giri al minuto e oltre). Ciascun piattello dispone di una testina per faccia. Ogni singolo piattello è suddiviso in tacce e settori: le tracce sono i dischi concentrici verso il perno, mentre il settore suddivide in spicchi i piattelli. L Hard disk è una memoria di massa non volatile, mantiene l informazione in modo stabile per un tempo illimitato, è una memoria ad accesso diretto/casuale perché è possibile accedere direttamente a qualsiasi dato indipendentemente dalla posizione in cui esso si trova. 5. MOTHERBOARD: La scheda interna, detta motherboard (Piastra madre), che contiene i principali circuiti per il funzionamento del computer. Su tale scheda è presente anche una serie di connettori (detti slot di espansione) su cui vengono inseriti gli altri elementi necessari per ampliare la struttura del PC. Con tale sistema è possibile aggiornare determinati elementi senza tuttavia cambiare la piastra principale. Sulle moderne motherboard, sono situati i seguenti dispositivi: La CPU (guardare capitolo 7); Un certo quantitativo di memoria veloce di tipo SRAM (RAM statica): SRAM è la sigla inglese ("Static RAM" ovvero "RAM statica") che indica uno dei due modi principali di implementare in un circuito elettrico una memoria RAM. Si basa su una serie di 4 o 5 semiconduttori che devono essere mantenuti in tensione per conservare l'informazione. A differenza della DRAM (RAM dinamica) che aggiorna continuamente i dati che contiene (consumando una piccola percentuale del tempo di lavoro), la SRAM non effettua nessun lavoro per trattenere l'informazione ma solamente mantiene il proprio stato. Cio'

5 comporta tempi di accesso leggermente superiori a scapito di un consumo alquanto superiore; La memoria centrale di tipo DRAM (RAM dinamica) con tempi di accesso maggiori della SRAM ma meno costosa: DRAM e' la sigla inglese ("Dynamic RAM" ovvero "RAM dinamica") che indica uno dei due modi principali di implementare in un circuito elettrico una memoria binaria. Si basa su un condensatore che deve venire ricaricato elettricamente dinamicamente per mantenere l'informazione. Il meccanismo di ricarica è automatico ed è trasparente per l' utente come per l' altro hardware del computer. Il vantaggio è che per questo tipo di circuito basta un semiconduttore per ogni bit di informazioni memorizzate, mentre una SRAM (RAM statica) ne necessita 4 o 5; La memoria o di tipo ROM, o come si è detto, di tipo Flash EEPROM, che permette di aggiornare il BIOS via software senza togliere il chip dalla piastra madre; La memoria RAM C-MOS e il real time clock con una piccola batteria tampone. Nella memoria C-MOS vengono memorizzate le informazioni di base del BIOS che possono essere modificate con il BIOS setup. Il real time clock è un dispositivo che aggiorna in continuazione, anche con il computer spento, la data e l orario del sistema; Gli integrati d interfaccia del microprocessore con la memoria centrale, con il BUS di espansione e con alcune delle periferiche I/O (denominate chipset). Con la parola chipset si indica l insieme dei circuiti integrati che sono di ausilio al processore per la gestione dei dispositivi presenti nella scheda madre; Un chip che contiene integrati i circuiti di interfaccia I/O per la porta parallela, le porte di comunicazione seriali. Nei sistemi più vecchi le funzioni del chip I/O sono svolte da una scheda da inserire negli slot di espansione. Ogni PC è dotato di un bus di espansione su cui l utente può connettere liberamente le proprie schede. Questo bus di espansione ha subito, dalla sua nascita, notevoli trasformazioni seguendo l evoluzione stessa dei PC. Si è passati così dal bus tipo XT a quello AT e poi al VESA ed infine al bus PCI. Le trasformazioni sono dovute al fine di rendere idoneo il bus a nuove applicazioni sfruttando in modo più consono la crescente potenza e velocità dei processori utilizzati nei PC e inoltre al trasferimento dei dati con numero sempre maggiore dei bit. Nei più moderni PC sono sempre presenti un certo numero di connettori di tipo ISA in cui è possibile inserire anche schede di tipo XT. Infatti il bus ISA è costituito da due sezioni separate, di cui una fa capo ad un connettore a pin che implementa il bus di espansione di tipo XT, e l altra ad un connettore a pin con segnali propri del bus ISA. Negli slot di espansione previsti si possono inserire varie schede (audio, video )

6 AGP ATX PWR Connettore AGP (porta grafica accelerata) Ingresso alimentazione primaria IDE 2 BAT Batteria di sistema ISA1 CPU Fan Connettore ventola CPU Connettore IDE secondario JT3 IR non utilizzato JWOL ISA2 DIMM1 Slot DIMM 1 JBAT1 DIMM2 Slot DIMM 2 JCASE DIMM3 Slot DIMM 3 JGS1 FDD FP IDE 1 Connettore unità floppy JKBV Connettore pannello frontale Connettore IDE primario JMDM1 JRMS1 Slot espansione scheda ISA Slot espansione ISA/PCI condiviso (con PCI5) Jumper Ripristino CMOS Connettore intrusione nel telaio Connettore interruttore riduzione consumi Jumper Wake-up da tastiera Connettore Wake on Ring Interruttore ON/OFF alimentazione remota non utilizzato Connettore a pin Wakeon-LAN LEDS 2-5 LED di diagnostica PCI1-4 PCI5 PS Fan SLOT 1 SW1 SW2 Slot espansione scheda PCI da 1 a 4 Slot espansione ISA/PCI condiviso (con ISA2) Connettore ventola alimentatore Connettore cartuccia CPU PII/PIII Jumper selezione frequenza bus CPU (1) Jumper selezione frequenza bus CPU (2) Sys Fan Connettore ventola di sistema 6. MEMORIE: Mentre i produttori di CPU si battono a colpi di GHZ, però, l evoluzione della RAM procede molto più lentamente. Si è passato così dai moduli di tipo SIMM a 30 pin, ai SIMM a 72 pin e infine ai DIMM a 168 pin. Attualmente sono presenti sul mercato moduli da 16, 32, 64, 128, 256 e 512 MB, che funzionano con una frequenza di 133 MHZ. Le recenti piastre

7 madri contengono in genere sia alloggiamenti per moduli di tipo SIMM a 72 pin che quelle di tipo DIMM. Contemporaneamente c è stata l evoluzione anche delle tecnologie costruttive delle memorie RAM. Si è avuto un forte incremento della capacità dei singoli chip e contemporaneamente una riduzione dei tempi di accesso. La RAM impiegata nei moduli è del tipo DRAM (RAM dinamica). Dalle prime DRAM di tipo FPM (Fast Page Mode) si è passati alle DRAM di tipo EDO (Extended Data Output) che offrono migliori prestazioni ed infine alle SDRAM (Synchronous Dynamic Ram cioè delle DRAM di tipo sincrono) con tempi di accesso ancora più ridotti. La memoria RAM nei computer non viene aggiunta come singoli chip: più spesso si aggiungono (o sostituiscono) dei circuiti stampati che contengono a loro volta svariati chip di memoria. Queste schede di memoria assumono fondamentalmente diversi formati quanto a dimensioni e collegamenti elettrici. Ciascuna scheda di memoria può contenere diverse quantità di byte a seconda dei chip che vi trovano posto mentre le dimensioni fisiche e le connessioni rimarranno le stesse. Ciò consente un rapido ed efficiente sistema di upgrade ed espansione del computer, permettendo di sostituire ad una scheda di memoria un altra che occupa lo stesso slot ma offre maggiori quantità di RAM. 7. MICROPROCESSORE: La struttura generale di un elaboratore comprende la CPU, la memoria e i dispositivi di ingresso-uscita (I/O) interconnessi attraverso linee di comunicazione comuni (BUS) per i dati, per gli indirizzi delle locazioni di memoria e degli organi di I/O e per i necessari segnali di controllo. Il microprocessore costituisce il cuore della capacità elaborativa di un PC. Il termine a volte si riferisce anche al contenitore fisico (ceramico, plastico) che ospita tale chip. Le CPU interne e compatibili contengono la execution unit (unità di esecuzione delle istruzioni) e la control unit (unità di controllo). Il microprocessore è un circuito realizzato con alto livello di integrazione (LSI o VLSI) su un unico chip, che contiene tutti i principali elementi funzionali tipici della CPU di un elaboratore. La potenza di un µp, intesa come capacità di elaborare dati binari, viene valutata in primo luogo considerando il numero di bit di cui è composto ciascun dato (parallelismo) ossia la lunghezza della parola di dati. Un'altra caratteristica da considerare è la dimensione della memoria che il microprocessore può indirizzare ovvero il numero di parole o di byte di memoria a cui può accedere per immagazzinare programmi e dati. Un terzo importante fattore è la velocità con cui il microprocessore esegue le istruzioni. Essa dipende per buona parte dalla massima frequenza del segnale di clock che il microprocessore è in grado di accettare; poiché il rapporto fra ciclo di clock e

8 durata di un istruzione (CICLO DI ISTRUZIONE) non è costante e uguale per tutti i microprocessori, un confronto più significativo dovrà basarsi sulla valutazione del tempo richiesto da microprocessori diversi per eseguire la stessa istruzione. La struttura di un microprocessore comprende essenzialmente un unità aritmeticalogica ALU, un unità di controllo e vari registri connessi attraverso un BUS interno. L ALU esegue operazioni aritmetiche e logiche su uno o due operandi che sono contenuti temporaneamente in registri, uno dei quali, detto accumulatore, a un rapporto di comunicazione preferenziale con l ALU. L unità di controllo comprende il decodificatore di istruzioni e i circuiti di temporizzazione che generano segnali di comando e sincronizzazione sia per il microprocessore che per la memoria e gli altri organi esterni. Tutte le operazioni dell unità di controllo sono a loro volta regolate e sincronizzate da un clock, che può essere fornito dall esterno o generato all interno del microprocessore. I registri sono elementi di memoria molto veloci che consentono di immagazzinare temporaneamente vari tipi di informazione, principalmente dati e indirizzi, utilizzati dal microprocessore nelle diverse fasi operative. La varietà dei registri e delle loro configurazioni costituisce forse uno dei fattori che maggiormente differenzia fra loro i microprocessori; tuttavia si possono individuare registri presenti in tutti i microprocessori, le cui funzioni sono essenziali in qualsiasi tipo di architettura: contatore di programma, registri istruzioni, registro indirizzo di memoria, registro dati di memoria, registro di stato, puntatore di stack e registri di uso generale. 8. SCHEDA VIDEO: La SCHEDA VIDEO è quella serie di circuiti che, in un computer, si occupa della visualizzazione delle immagini sul monitor. Mentre i primi computer (e tuttora i computer di costo più basso) integravano sulla scheda madre (motherboard) anche i circuiti di gestione del video, ora quasi tutti i computer utilizzano delle schede per tale funzione. Queste SCHEDE VIDEO possono venire cambiate agevolmente, consentendo di acquistarne un modello economico per l'uso domestico oppure una versione costosa per necessità professionali. Consentono di migliorare le prestazioni grafiche cambiando la sola scheda video e non tutto il computer. Consentono l'eventuale utilizzo di più di un monitor. Esistono ormai centinaia di schede video diverse, con prezzi e prestazioni di ogni livello. Solitamente una scheda video monta un processore, un convertitore digitale-video, una memoria VRAM (video RAM) ed i componenti necessari a farle funzionare. Il processore è in grado di pilotare il

9 convertitore digitale-video in modo che produca un immagine seguendo le indicazioni contenute nella VRAM, solitamente come bitmaps. VRAM è la sigla che indica la Video RAM, ovverosia quella parte di memoria RAM che è destinata alla creazione delle immagini da riprodurre sul video. Maggiore è la quantità di VRAM e maggiori saranno le dimensioni, la risoluzione grafica e la risoluzione cromatica che un computer sarà in grado di visualizzare. Se si calcola che un pixel RGB32 occupa 4 bytes, una immagine di 640x480 pixels (= pixels) richiederà più di un mega di VRAM per venire memorizzata e visualizzata. Le più moderne schede video montano 8, 16 o più mega di VRAM sia per poter visualizzare schermi più grandi (1024x800 o più pixels) sia per avere risoluzioni migliori, sia e soprattutto per mantenere in VRAM anche textures, patterns ed altri oggetti in modo da poter visualizzare più velocemente, grazie a dei coprocessori, grafica 3D in tempo reale. 9. SCHEDA AUDIO: La SCHEDA AUDIO è quella serie di circuiti che, in un computer, si occupa della riproduzione di suoni, rumori o musiche. Mentre i primi computer (e tuttora i computer di costo più basso) integravano sulla scheda madre (motherboard) anche i circuiti di gestione dell'audio, ora quasi tutti i computer utilizzano delle schede separate per tale funzione. Queste SCHEDE AUDIO possono venire cambiate agevolmente, consentendo di acquistarne un modello economico per l'uso domestico oppure una versione costosa per necessità professionali. Consentono di migliorare le prestazioni audio cambiando la sola scheda e non tutto il computer. Consentono l'eventuale implementazione di funzioni di acquisizione o l'utilizzo di innumerevoli canali audio. Esistono ormai centinaia di schede audio diverse, con prezzi e prestazioni di ogni livello. Spesso le schede audio implementano anche alcune porte per giochi (Joystick, paddles eccetera). Solitamente una scheda audio monta un processore, un convertitore digitale-audio, un poca di memoria RAM ed i componenti necessari a farle funzionare. Il processore è in grado di pilotare il convertitore digitale-audio in modo che produca dei suoni seguendo le indicazioni contenute nella RAM, solitamente come campioni sonori.

10 10. SCHEDA DI RETE E MODEM: La scheda di rete è utilizzata per il collegamento in rete locale di più computer, mentre il modem consente il collegamento del PC con la rete telefonica, utilizzandolo così per Internet, per inviare fax o, a volte, come segreteria telefonica. 11. ALIMENTATORE: L alimentatore ha subito, dalla sua nascita, trasformazioni minime; difatti esistono solo due tipi di alimentatori: AT: privo di interruttore, provoca danni permanenti al PC in caso di sovraccarico (es: temporale); ATX: ultimo modello con interruttore di accensione/spegnimento, molto più adatto per salvaguardare il computer. Valsecchi Daniele, Ferraresi Cristiano, Brini Stefano.

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