Informatica per la comunicazione" - lezione 3 -

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1 Informatica per la comunicazione" - lezione 3 -

2 Ben consci delle limitazioni, entriamo dentro il computer per studiarne i componenti principali e le loro funzionalità.!

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4 Componenti di un computer"

5 In questo contesto non intendiamo computer nell accezione originale di persona che calcola di cui vogliamo astrarre le operazioni principali!

6 ma proprio come calcolatore dei nostri giorni.!

7 Il componente più importante è la CPU (Central Processing Unit), il processore in italiano. Nella metafora della persona che fa di conto, la CPU corrisponde al cervello, perché è la parte del computer che esegue le operazioni.! CPU"

8 La CPU è un circuito elettronico costituito da un notevole numero di transistor. Ogni transistor, per come è costruito, reagisce a stimoli elettrici in ingresso con una specifica tensione elettrica in uscita (V out in figura). Quando diciamo che la CPU esegue delle operazioni, intendiamo dire che le arrivano segnali elettrici in ingresso che rappresentano i dati e indicano l operazione da eseguire.! I transistor della CPU reagiscono agli stimoli e mandano in uscita altri segnali elettrici, che rappresentano il risultato delle operazioni eseguite.!

9 I transistor in una CPU sono molto numerosi (oggi arrivano ai 2 miliardi per processore), e hanno continuato a crescere di numero da quando le prime CPU sono state costruite. L andamento è curiosamente costante, e prevede un raddoppio ogni anno e mezzo. Il primo ad accorgersi di questa tendenza è stato Gordon Moore, co-fondatore di Intel, una delle più grandi società prodruttrici di CPU, che ha quindi dato il nome a questo fenomeno, noto come legge di Moore.! Gordon E. Moore"

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11 3" La CPU in realtà non è un blocco unitario, ma possiamo distinguere due parti in base alla loro funzione. La ALU (Arithmentic-Logical Unit, o unità aritmetico-logica) esegue le operazioni aritmetiche e logiche, appunto.! +" 8" 5" ALU"

12 stampa su schermo" La CU (Control Unit, o unità di controllo) è invece quella parte che comanda il trasferimento di informazione da una parte all altra del computer. Di fatto, tutto ciò che avviene nel computer avviene perché dei segnali elettrici sono stati emessi dalla CU: anche l ingresso di dati nella ALU, per esempio, è comandato dalla CU che esegue le istruzioni scritte nei programmi dati al computer.! ciao " CU"

13 Ma da dove provengono i dati e le istruzioni che vengono elaborati dalla CPU?! 3" stampa" +" 5" ciao "?"

14 Riprendiamo la metafora della persona che fa di conto. I dati di un problema sono scritti sul suo quaderno.!

15 Presentiamo il secondo componente del computer, che corrisponde al quaderno da cui chi fa di conto prende i dati, e su cui annota i passaggi intermedi e i risultati finali. Questo componente si chiama RAM (Random Access Memory), o memoria centrale in italiano.! RAM"

16 Anche la RAM è costituita da circuiti elettronici con numerosi transistor. La configurazione appare più complessa perché lo scopo della RAM non è di rispondere a degli stimoli elettrici inviando segnali in uscita, ma di conservare al suo interno l informazione che le viene inviata. Realizzare una memoria richiede una composizione di transistor più complessa.! Il nome in inglese della RAM vuole sottolineare la caratteristica del dispositivo di memoria che permette l accesso alle informazioni in esso contenuti in qualunque posizione. Si può scegliere un punto di accesso casuale (random access), e la RAM è in grado di fornire il dato presente in quel punto. Il nome italiano, invece, sottolinea il ruolo centrale svolto dalla RAM all interno del calcolatore: la RAM lavora in strettissimo contatto con la CPU.!

17 operazioni, operandi " risultati" Dalla RAM provengono i dati e le operazioni che la CPU deve eseguire su di loro.! I risultati ottenuti in uscita dalla CPU vengono a loro volta memorizzati sulla RAM.!

18 8" Vediamo ora le altre componenti che partecipano alle operazioni del computer: chiaramente con solo la CPU e la RAM non arriviamo a visualizzare il risultato di un operazione sullo schermo.!

19 3" +" 5" Abbiamo detto che i dati e le operazioni da eseguire sono memorizzate nella RAM.!

20 3" +" 5" Dalla RAM, vengono trasferiti alla CPU, per ordine della CPU stessa (o meglio, della CU) che preleva istruzioni da eseguire dalla RAM in continuazione, dall accesione del computer al suo spegnimento.!

21 8" Ottenuto il risultato in uscita dalla ALU, esso viene mandato alla RAM!

22 8" dove viene memorizzato.!

23 stampa su schermo" 8" La CPU continua a prelevare istruzioni dalla RAM e caso vuole che la prossima comandi una stampa su schermo del risultato dell operazione fatta in precedenza.!

24 8" La CU nella CPU recepisce il comando, e invia appositi segnali per far eseguire il trasferimento del risultato dalla RAM verso lo schermo.!

25 Scheda grafica" 8" I segnali della CU fanno sì che il dato venga trasferito dalla RAM al componente che gestisce i segnali da inviare allo schermo: la scheda grafica (o graphic card in inglese)!

26 * 8" e dalla scheda grafica allo schermo. Quest ultimo trasferimento è più complesso degli altri perché dalla codifica digitale dell informazione bisogna passare alla versione analogica adatta all essere umano di fronte allo schermo: non più segnali elettrici, bensì onde luminose che rappresentano un segno.!

27 La scheda grafica mostra di avere una ventola. In realtà, anche la CPU è sempre accompagnata da una ventola, che si accende non appena il lavorio dei calcoli alza la temperatura dei circuiti facendola avvicinare a una soglia d allerta. Senza ventilazione, ogni processore fonderebbe a causa della sua stessa attività (spostare elettroni da una parte all altra produce calore). Di fatto, la scheda grafica ha un suo processore, la GPU (Graphical Processing Unit), a cui la CPU centrale delega l esecuzione di istruzioni legate alla visualizzazione su schermo. Per la visualizzazione di un semplice 8 la CPU se la cava tranquillamente, ma nel caso di applicazioni grafiche più pesanti come i videogame, la CPU si appoggia alla GPU per potersi dedicare ad altro.! GPU"

28 E un po come se la mano del calcolatore umano avesse un piccolo cervello locale che la guida nella scrittura, senza impegnare il cervello principale.!

29 * C è un altro motivo per porre un asterisco sul trasferimento di informazione dalla scheda graficha allo schermo.!

30 Questo è il primo trasferimento che esce dai confini della scatola che racchiude i componenti interni del computer.!

31 Periferica" I componenti esterni del computer si chiamano periferiche. Lo schermo è, appunto, una periferica del computer.!