Architettura del computer

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1 Architettura del computer Dispositivi elettronici Un computer o dispositivo elettronico è una macchina in grado di svolgere operazioni logiche e matematiche ad elevatissime velocità. I dispositivi elettronici ad uso civile si distinguono per grandezza, potenza di calcolo e portabilità. I Desktop sono computer installati su una scrivania, di elevata potenza. Sono considerati dispositivi fissi. I Notebook sono computer delle dimensioni di un libro, di media potenza. considerati dispositivi mobili. Sono I Tablet sono computer delle dimensioni di una agenda, di media potenza. Gli Smartphone sono a tutti gli effetti computer tascabili, di bassa potenza. Svolgono inoltre le classiche funzioni di un telefono. Le parti fisiche che costituiscono un computer vengono definite Hardware, mentre i programmi che ne permettono il funzionamento vengono definiti Software. 1

2 2 Hardware Tutti i computer condividono la medesima architettura di base, e contengono alcuni specifici componenti elettronici. La potenza di calcolo di un computer dipende dall insieme delle caratteristiche dei suoi componenti. Durante il suo funzionamento il computer genera una grande quantità di calore, che deve essere dissipata tramite ventole e dissipatori di calore, per evitare il surriscaldamento della macchina; per questo motivo i componenti interni devo essere tenuti puliti e areati. La CPU (Central Processing Unit) è il componente principale del computer, che svolge tutti i calcoli matematici e logici; la CPU è estremamente veloce e spesso all interno di un computer sono inserite due o più CPU per aumentarne le prestazioni. La velocità di una CPU si misura in GHz (GigaHertz), nel 2018 un Personal Computer ha una velocità di circa 3GHz, cioè 3 miliardi di operazioni al secondo. La RAM (Random Access Memory) è la memoria a breve termine del computer, che contiene tutti i dati dei programmi aperti; la RAM deve essere allo stesso tempo veloce e capiente per permettere il funzionamento contemporaneo di più programmi. La capienza della RAM si misura in GB (GigaByte), nel 2018 un Personal Computer ha una memoria a breve termine di circa 16 GB, cioè 16 miliardi di informazioni. La MS (Mass Storage) è la memoria a lungo termine del computer, che contiene tutti i file, le cartelle e le applicazioni installate; la Mass Storage deve essere molto capiente per memorizzare un gran numero di file. La capienza della Mass Storage si misura in GB (GigaByte), nel 2018 un Personal Computer ha una memoria a lungo termine di circa GB, cioè 2 mila miliardi di informazioni. Esistono due tipi principali di Mass Storage: HDD (Hard Disk Drive) economica ma di lento accesso; SSD (Solid State Drive) costosa ma di veloce accesso. La Mother Board è la scheda elettronica principale sulla quale vengono installati gli altri componenti per dialogare tra loro. Simbolo Conversione Capienza Byte B 8 bit un carattere Kilobyte KB 1024 byte un terzo di pagina Megabyte MB 1024 kilobyte 300 pagine Gigabyte GB 1024 megabyte 300 mila pagine Terabyte TB 1024 gigabyte 300 milioni di pagine Tabella 1: Capienza delle Mass Storage Porte di comunicazione Il computer comunica con l esterno attraverso delle porte di comunicazione alle quali sono collegate delle periferiche. Le porte si distinguono per la loro forma e velocità. La porta USB (Universal Serial BUS) permette di collegare un grandissimo numero di periferiche di controllo e di trasferimento dati, come: mouse, tastiera, stampante, stereo, scanner, smartphone, ecc.

3 0.2. HARDWARE 3 La porta VGA (Video Graphics Array) permette di collegare periferiche video come lo schermo. La porta HDMI (High Definition Multimedia Interface) permette di collegare periferiche audio e video come: schermo, proiettore, altoparlanti. La porta Ethernet permette di collegare il computer ad una rete locale o internet. Periferiche Il computer utilizza le periferiche per ricevere e trasmettere segnali all esterno. Le periferiche dialogano con il computer attraverso le porte di comunicazione. Le periferiche si distinguono per la loro funzione e possono essere suddivise in due categorie. Le Periferiche di input permettono all uomo di impartire comandi o trasmettere informazioni al computer; ad esempio tastiera, mouse, microfono. Le Periferiche di output permettono al computer di mostrare il risultato dell elaborazione all uomo; ad esempio schermo, stampante, altoparlanti.

4 4 Figura 1: Porte di comunicazione

5 0.2. HARDWARE 5 Figura 2: Periferiche di input e output

6 6 Software I computer utilizzano un codice binario, detto linguaggio macchina, cioè trasmettono le informazioni in lunghissime sequenze di 0 e 1. Per un computer le lettere, la musica, i colori, le immagini sono semplici sequenze di codice binario. Il codice binario viene trasformato in numeri e lettere, tramite le quali i programmatori possono fornire comandi al computer, utilizzando i linguaggi di programmazione. I programmi sono sequenze di codici, scritte dai programmatori, che permettono al computer di ricevere input e fornire output. Il software di sistema è l insieme dei programmi necessari per il funzionamento della macchina e la gestione delle periferiche; il software applicativo è l insieme dei programmi che svolgono una specifica funzione. Software di sistema Il sistema operativo è il programma principale del computer, che gestisce le risorse hardware principali (CPU, RAM, Mass Storage) e secondarie (periferiche). Il sistema operativo deve essere installato sul computer, cioè memorizzato nella Mass Storage. I sistemi operativi moderni sono multitasking, cioè permettono l apertura contemporanea di più applicazioni; ogni applicazione appare all interno di una finestra, che l utente può gestire separatamente. Esistono diversi tipi di sistema operativo, ma tre sono i sistemi più diffusi: Windows della Microsoft, per computer e dispositivi portatili. MacOS e ios della Apple, rispettivamente per computer e dispositivi portatili. Linux e Android open source, rispettivamente per computer e dispositivi portatili. Software applicativo Le applicazioni sono programmi destinati ad una specifica funzione. Una applicazione deve essere compatibile con il sistema operativo sulla quale viene utilizzata, pertanto una stessa applicazione può avere versioni diverse. Esistono milioni di applicazioni, che possono essere raggruppate in base alla loro funzione. Internet: permettono la gestione della posta elettronica (Mail) o la navigazione in internet (Browser); ad esempio Google Chrome, Mozilla Firefox, Internet Explorer, Safari. Office: permettono la creazione di documenti, tabelle, database, grafici; ad esempio Microsoft Office, Open Office, Libre Office, Google Drive. Graphics: permettono l elaborazione di immagini e di grafica vettoriale; ad esempio Adobe Photoshop, Inkscape, GIMP, Paint, Adobe Illustrator. Sound and Video: permettono la visione, l ascolto e la creazione di musica e video; ad esempio Windows Mediaplayer, VLC Mediaplayer, imovie. Educational: permettono di visualizzare libri, completare esercizi, generare mappe concettuali. Games: giochi per il tempo libero.

7 0.3. SOFTWARE 7 File e Cartelle All interno del computer le informazioni sono organizzate secondo una struttura gerarchica costituita da file e cartelle. Le applicazioni stesse sono un insieme ordinato di file e cartelle. I File sono singoli documenti generati da un programma; possono essere sequenze di codici, immagini, testi, audio, video, ecc. Le Cartelle sono contenitori di file; tipicamente le cartelle sono contenute le une dentro le altre, in una struttura ramificata. I file e le cartelle possono essere spostati, copiati o eliminati; l operazione eseguita su una cartella si applica a tutto il suo contenuto. Sposta: rimuove una cartella da una posizione (Ctrl+X) per ricrearla in una nuova posizione (Ctrl+V). Copia: duplica una cartella presente in una posizione (Ctrl+C) per crearne una copia in una nuova posizione (Ctrl+V). Elimina: rimuove una cartella da una posizione (Canc). Salvataggio dei File I file vengono memorizzati sulla Mass Storage a seguito del salvataggio, cioè della trascrizione del file dalla RAM alla MS. Tipicamente un computer contiene milioni di file e cartelle, perciò è fondamentale salvare i file in un luogo preciso, seguendo una logica condivisa. Al primo salvataggio è necessario indicare il luogo dove si desidera memorizzare il file; nei salvataggi successivi il file viene semplicemente aggiornato. 1. Il Computer: può essere il computer usato per creare il file, o un altro computer collegato alla rete. 2. L Unità: può essere la MS principale oppure una MS secondaria collegata tramite una porta; le unità vengono indicate con brevi nomi o sigle (C, D, F, E). 3. La Cartella Principale: tipicamente una cartella che raccoglie altre cartelle catalogate per tipologia, autore, o progetto. 4. La Cartella Secondaria: tipicamente una cartella che raccoglie i file per data o categoria.