IL PERSONAL COMPUTER

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1 IL PERSONAL COMPUTER Si chiama ARCHITETTURA DEL COMPUTER la struttura che permette all hardware ed al software d interagire per consentire alla macchina di svolgere i propri compiti. I dati vengono forniti al computer dalle periferiche di input e vengono temporaneamente memorizzati nella memoria RAM. La CPU (Central Processing Unit) preleva i dati dalla RAM e li elabora, restituendo poi alla RAM stessa i risultati, pronti per essere inviati alle periferiche di output o per essere archiviati sull hard disk. Lo scopo del computer è quello di elaborare informazioni che provengono dall'esterno per fornire dei risultati verso l'esterno. Tutta l'attività di un computer può essere vista come l'esecuzione ripetuta della sequenza di tre fasi: fase di input: immissione di dati fase di elaborazione: il computer elabora le informazioni immesse tramite i circuiti elettronici di cui è composto fase di output:il computer comunica all'utente i risultati dell'elaborazione effettuata Tutte queste operazioni sono gestite dal software, in particolare dal SISTEMA OPERATIVO. Nella foto vediamo alcune attrezzature di base: la stampante, il monitor, le casse audio, la tastiera, il mouse, vari tipi di scanner, il microfono e la webcam. Ognuna di queste attrezzature ed altre ancora, ciascuna collegata con la CPU, ovvero con la centrale di elaborazione dei dati, è detta PERIFERICA. Se la periferica ha la funzione d inviare dati alla CPU, viene classificata come periferica di INPUT, se invece ha la funzione di ricevere dati dalla CPU si classifica come periferica di OUTPUT. Vi sono anche delle periferiche che possono essere sia di input che di output in quanto sono in grado sia di ricevere che d inviare dati. Sono periferiche anche i dispositivi di memorizzazione come hard disk, CD e DVD, pendrive e fotocamere o telecamere digitali Page 1 of 8

2 IL CODICE BINARIO Tutti i dati vengono trasmessi da un dispositivo ad un altro, vengono memorizzati ed elaborati in forma digitale secondo un codice detto binario perché composto da due soli simboli: 0 ed 1. 0 ed 1 si chiamano BIT (contrazione di binary digit che significa, appunto, cifra binaria). Per comporre un codice di comunicazione efficace si utilizzano gruppi di otto bit chiamati BYTE. Con un byte è possibile rappresentare una lettera (A, B, C, ), oppure una cifra (1, 2, 3, ), oppure un simbolo ), ovvero, ad un byte corrisponde una cifra alfanumerica. Le corrispondenze tra carattere e codice binario (byte) sono raccolte in una tabella di 256 righe detta tabella ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Il byte è quindi la più piccola unità d informazione di senso finito quindi è l unità di misura della memoria, tuttavia vengono usati soprattutto i suoi multipli: Kilobyte (kb) = B è la misura media di una pagina di testo Megabyte (MB) = kb un testo di circa 300 pagine come un libro Gigabyte (GB) = MB circa libri Terabyte (TB) = GB circa libri IL CASE Il case è l'involucro esterno del Personal Computer, composto solitamente di alluminio, metallo e plastica. Contiene tutte le componenti interne: più è grande, maggiori sono le componenti che possono essere montate al suo interno, come hard disk, lettori e masterizzatori. Il case è un contenitore di elementi aggiornabili che possono cioè essere smontati e rimontati semplicemente. L'espressione upgrade deriva dall'inglese up to grade che significa appunto aggiornare. I case possono essere desktop, posto orizzontalmente, o tower, posto verticalmente. Quest'ultimo può essere minitower, midle-tower o big-tower che si differenziano in base alla dimensione e quindi alla quantità di spazi per espandere le periferiche interne. I case sono in genere dotati di alimentatore dispositivo che fornisce energia elettrica a tutti i componenti del computer (sia interni che esterni al case). Gli alimentatori differiscono ampiamente in funzione della potenza gestita, così anche per le caratteristiche di qualità della corrente fornita all'uscita. Un alimentatore con pari valori di tensione e potenza è più complesso e costoso quanto più la tensione fornita è precisa e stabile, e quanto maggiore è la sua affidabilità. Più è alto il voltaggio dell'alimentatore, maggiore sarà la stabilità della tensione elettrica nelle componenti interne e la quantità di componenti che si potranno montare. Dal punto di vista logico il case si trova al centro dell'elaborazione perchè contiene la scheda madre su cui è fissata la CPU (unità centrale di elaborazione). Page 2 of 8

3 LA MOTHERBOARD La scheda madre è una parte fondamentale di un moderno personal computer: raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica di interfaccia fra i vari componenti principali e fra questi e i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno. È responsabile della trasmissione e temporizzazione corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e tutti sensibili ai disturbi: per questo la sua buona realizzazione è un fattore chiave per la qualità e l'affidabilità dell'intero computer. È composta di un circuito stampato estremamente complesso, ricavato da un sandwich di strati di vetronite e rame: generalmente una scheda madre può avere da quattro a sei strati di rame. In questi sono ricavate le piste di rame che collegano i componenti. Su questo circuito stampato vengono saldati una serie di circuiti integrati, di zoccoli (su cui fissare ad esempio la memoria RAM), di slot (sedi delle schede di espansione) e di connettori per collegare l'alimentatore, l'hard disk, il lettore CD. Con il termine Chipset in generale, si indica un insieme di circuiti integrati (chip) che svolgono una specifica funzione (chip deriva dall inglese Consolidated Highly Integrated Processor, ovvero processore consolidato altamente integrato). Il termine in realtà è diventato famoso soprattutto nell'ambito informatico, relativamente ai personal computer nei quali esso viene utilizzato per indicare l'insieme di chip di una scheda madre che si occupano di smistare e dirigere il traffico di informazioni passante attraverso il Bus di sistema, fra CPU, memoria RAM e controller delle periferiche di input/output. In generale, uno specifico chipset è progettato per una determinata famiglia di processori. Il socket, anche chiamato zoccolo, è una tipologia di connettore utilizzata in elettronica. Viene fissato su un circuito stampato e permette di installare su di esso un circuito integrato esclusivamente attraverso operazioni di tipo meccanico senza nessuna operazione di saldatura o dissaldatura. Page 3 of 8

4 LA CPU L'unità centrale di elaborazione, in sigla CPU (dal corrispondente termine inglese central processing unit), anche chiamata microprocessore, è il componente principale del computer. Compito della CPU è quello di eseguire le istruzioni di un programma (che deve essere presente in memoria). Durante l'esecuzione del programma, la CPU legge o scrive dati in memoria; il risultato dell'esecuzione dipende dal dato su cui opera e dallo stato interno della CPU stessa, che tiene traccia delle passate operazioni. Una generica CPU contiene: una Unità di controllo CU (Control Unit) che legge dalla memoria le istruzioni, se occorre legge anche i dati per l'istruzione letta, esegue l'istruzione e memorizza il risultato se c'è, scrivendolo in memoria o in un registro della CPU. una ALU (Arithmetic Logic Unit) che si occupa di eseguire le operazioni logiche e aritmetiche; dei registri, speciali locazioni di memoria interne alla CPU, molto veloci, a cui è possibile accedere molto più rapidamente che alla memoria: il valore complessivo di tutti i registri della CPU costituisce lo stato in cui essa si trova attualmente. per rendere più veloci le fasi di trasferimento dei dati vi è anche una memoria superveloce detta CACHE che immagazzina provvisoriamente i dati più recenti letti dalla CPU. Nel caso la CPU dovesse richiederli nuovamente per un ulteriore elaborazione il loro trasferimento da questa memoria risulterà molto più rapido che dalla RAM. Infine, ogni processore ha un OROLOGIO DI SISTEMA (system clock) che è fondamentale per la velocità di elaborazione, in quanto esso ritma, con i suoi impulsi, tutto il movimento dei dati gestiti dalla CPU: più rapido sarà il clock più rapido sarà il trasferimento dei dati e più rapido sarà lo scorrere dei cicli d istruzioni e quindi l elaborazione. La frequenza degli impulsi del system clock si misura in HERTZ (unità di misura della frequenza). Un computer con processore da 1,5 GHz che equivale a un miliardo e mezzo di Hz (oscillazioni al secondo) è in grado quindi di eseguire cicli di operazioni al secondo. La CPU inoltre, a causa dell'elevato calore generato, è sempre dotata di dissipatore di calore. In elettronica un dissipatore è un dispositivo che consente l'abbassamento di temperatura di componenti che sprigionano calore evitando che il surriscaldamento degli stessi ne provochi il malfunzionamento, l'arresto o la rottura. Quando necessita efficienza estrema e minimo ingombro, si adotta la soluzione definita "ventilazione forzata". La ventola è uno strumento in grado di muovere l'aria o altri gas attraverso delle pale in movimento. Nei computer viene utilizzato un motorino elettromagnetico collegato all'alimentatore del PC. Page 4 of 8

5 Oltre che essere montate direttamente sui radiatori della CPU o della scheda video, vengono usate per raffreddare l interno del case. Ovvero, nel caso si abbia la possibilità di montare più ventole sul case, si decide di far sì che alcune di queste estraggano l'aria calda dal case mentre altre immettano aria fredda nel case in modo da prevenire il surriscaldamento dell'hardware interno. I BUS Sono connessioni elettriche che possono essere realizzate direttamente su circuito stampato oppure tramite apposito cavo. Nei sistemi elettronici e nei computer in particolare, il bus di sistema è un canale che permette a periferiche e componenti del sistema di "dialogare" tra loro tramite impulsi elettrici. Il bus di sistema si divide in tre bus minori: Bus dati: È il bus sul quale transitano le informazioni. È usufruibile da tutti i componenti del sistema, sia in scrittura sia in lettura. È bidirezionale. Bus indirizzi: È il bus attraverso il quale la CPU decide in quale indirizzo andare a scrivere o a leggere informazioni; sia le celle di memoria (RAM) sia le periferiche di I/O (Input/Output) sono infatti divise in zone, ognuna delle quali ha un dato indirizzo. Dopo aver comunicato l'indirizzo tramite questo bus, la scrittura o lettura avviene normalmente tramite il bus dati. Naturalmente questo bus è fruibile in scrittura solo dalla CPU ed in lettura dagli altri componenti, in quanto tramite questo bus viene dato solo l'indirizzo della cella, che è deciso dalla CPU. È monodirezionale. Bus controlli: Il bus controlli è un insieme di collegamenti il cui scopo è coordinare le attività del sistema; tramite esso, la CPU può decidere quale componente deve scrivere sul bus dati in un determinato momento, quale deve leggere l'indirizzo sul bus indirizzi, quali celle di memoria devono scrivere e quali invece leggere, etc. Infatti la memoria e tutti gli altri componenti comunicano con la CPU attraverso un unico bus condiviso; questo significa che senza un controllo da parte dalla CPU si verrebbero a creare dei conflitti e delle collisioni. Oltre alla CPU, alle memorie principali (ROM, RAM e Cache) e ai bus di sistema, sulla scheda madre si trovano una serie di zoccoli detti slot su cui vengono fissate (con un semplice gesto privo di saldatura) le schede di espansione di cui ogni utente intende dotare il proprio computer. Page 5 of 8

6 SCHEDA VIDEO Una scheda video è un componente del computer che ha lo scopo di generare un segnale elettrico (output) che possa essere mostrato a video (display). A seconda del tipo di computer questo dispositivo può essere più o meno potente: i primi modelli di scheda video potevano visualizzare solo testo; successivamente si sono diffuse anche schede video in grado di mostrare output grafici (immagini non testuali) e, recentemente, anche modelli tridimensionali texturizzati in movimento e in tempo reale. Questi ultimi tipi di scheda provvedono anche ad elaborare e modificare l'immagine nella propria memoria interna, mentre le schede 2D possono mostrare immagini 3D solo con l'aiuto della CPU che deve eseguire da sola tutti i calcoli necessari. La VGA (Video Graphics Array) è lo standard analogico introdotto nel 1987 e progettato per monitor CRT, ma utilizzato, per compatibilità, anche da diversi monitor LCD. Ha diversi problemi, come il rumore elettrico, la distorsione dell'immagine e alcuni errori nella valutazione dei pixel. La DVI (Digital Visual Interface) è una porta, ovvero un apparato hardware in grado di trasmettere del segnale video. Si trova spesso su computer, televisori e videoproiettori che richiedono video ad alta definizione. Attraverso di essa il segnale video viene inviato al monitor in forma digitale, quindi meno soggetta ai disturbi. La DVI viene implementata ormai in molte schede video di ultima generazione, e porta a un notevole miglioramento rispetto alle precedenti interfacce analogiche. Le immagini prodotte dalle interfacce DVI sono molto nitide, ad alta risoluzione e predisposte per l'hdtv. HDMI è la sigla che identifica la High-Definition Multimedia Interface (in italiano, interfaccia multimediale ad alta definizione), uno standard commerciale completamente digitale per l'interfaccia dei segnali audio e video, creato nel 2002 dai principali produttori di elettronica, tra cui Hitachi, Panasonic, Philips, Sony, Thomson, Toshiba e Silicon Image. Lo standard gode anche dell'appoggio dei principali produttori cinematografici quali Fox, Universal, Warner Bros e Disney. Page 6 of 8

7 SCHEDA AUDIO Una scheda audio è una scheda di espansione che si occupa di trasformare un flusso audio digitale in un segnale analogico (o anche digitale nelle configurazioni più recenti), riprodotto da un set di altoparlanti. La maggior parte delle schede audio attuali è anche in grado di ricevere input (da microfoni o strumenti musicali) che invia all'unità di elaborazione centrale. Una scheda audio tipica include un chip sonoro solitamente equipaggiato con un convertitore digitale analogico che converte onde sonore generate in digitale in un segnale analogico. Questo segnale è indirizzato a un connettore al quale può essere connesso un amplificatore o un'apparecchiatura simile. SCHEDA TV La scheda TV è il componente dei computer che Consente di vedere la TV analogica, digitale terrestre e satellitare nel monitor del PC. Sebbene siano presenti sul mercato dal 2000, è solo a partire dal 2006 che sono comparse in commercio schede in grado di ricevere contemporaneamente più di un tipo di segnale. La scheda si collega al cavo d'antenna e a quello dell'antenna parabolica satellitare e restituisce in uscita un unico flusso di dati digitale che viene interpretato e gestito dal software presente nel computer. La scheda è gestibile con un normale telecomando, ma anche interagendo con tastiera e mouse, ad esempio per registrare un programma televisivo. SCHEDA DI RETE La scheda di rete è un'interfaccia digitale che viene inserita solitamente all'interno di un Personal Computer e che svolge tutte le elaborazioni o funzioni necessarie a consentire la connessione ad una rete informatica. Page 7 of 8

8 LE UNITA PERIFERICHE Le unità periferiche consentono alla CPU di comunicare con l esterno; esse possono essere di memorizzazione di massa (interne come l hard disk o esterne come il CD, il DVD e le pendrive USB) o di Input/Output (di input come tastiera e mouse o di output come monitor e stampante). Occorre fare una distinzione tra i termini drive e driver: Drive indica lo strumento hardware in grado, ad esmpio, di leggere-scrivere sul disco (ovvero il vano dove alloggia il disco per essere messo in comunicazione con la CPU) Driver indica il software,ovvero l insieme delle istruzioni, necessario al sistema operativo per riconoscere e far funzionae correttamente quel drive. Le unità periferiche sono di Input se consentono all utente di immettere dati nel computer e sono di Output se consentono all utente di ricevere i risultati dell elaborazione dal computer. Le unità periferiche spesso non sono digitali (come lo è il computer) quindi per poter dialogare con la CPU hanno bisogno di una interfaccia ovvero di un circuito elettronico in grado di trasformare le informazioni da digitali ad analogiche e viceversa. Inoltre le interfacce hanno lo scopo di mettere in comunicazione periferiche con velocità diverse: ad esempio l hard disk è collegato alla scheda madre attraverso una interfaccia chiamata controller che consente la sincronizzazione delle velocità differenti tra esso e la CPU. La comunicazione tra la CPU e le unità periferiche può avvenire attraverso due diverse modalità: Trasmissione seriale: Utilizza un solo filo elettrico attraverso il quale ogni byte tra trasferire viene trasmesso un bit alla volta. Trasmissione parallela: Utilizza almeno 8 fili elettrici su ognuno dei quali viene trasmesso uno degli 8 bit di cui è costituito il byte. La trasmissione seriale ha lo svantaggio di risultare più lenta ma il vantaggio di essere circuitalmente più semplice. Viceversa la trasmissione parallela risulta più veloce ma circuitalmente più complessa. Vale ancora la pena di dare a questo punto le seguenti due definizioni: Multimedialità: presenza contemporanea di più mezzi di comunicazione all interno dello stesso supporto informativo (file di testo nel quale sono inseriti immagini, filmati e file audio. Interattività: è la caratteristica del computer che consente all utente di interagire con esso ovvero di svolgere un ruolo attivo nella consultazione o nell utilizzo dei programmi in esso contenuti. Page 8 of 8