Termini che è necessario capire:

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1 Termini che è necessario capire: Hardware Software Information Technology (IT) Mainframe Laptop computer Unità centrale di elaborazione (CPU) Hard disk Supporti rimovibili Competenze che bisogna padroneggiare: Comprendere che cosa sono l hardware e il software Saper distinguere le varie classi di computer Conoscere le principali componenti di un personal computer

2 M1 8 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione Per superare il primo esame teorico bisogna conoscere i concetti di base dell Information Technology (IT). Possiamo definire l IT, in senso ampio, come la disciplina che si occupa dell archiviazione, dell elaborazione, della trasformazione e della rappresentazione delle informazioni con l aiuto del computer e delle tecnologie a esso connesse. Che cos è un computer? Il computer è un insieme di parti che collaborano armoniosamente, alcune delle quali sono di fondamentale importanza per poter svolgere anche i più semplici tra i compiti che ci si è prefissati. Le prime componenti che è necessario individuare e conoscere per approdare nel mondo dell informatica sono l hardware e il software. 1.1 Hardware, software e Information Technology Concetti di base È di fondamentale importanza saper distinguere tra hardware e software. Nel corso del primo esame, infatti, verranno poste domande riguardanti gli elementi essenziali del PC: la componentistica interna (processore, memorie, unità di massa e così via), i diversi tipi di periferiche (monitor, mouse, tastiere, stampanti), i sistemi operativi e le applicazioni. L hardware è costituito dalle componenti fisiche, elettroniche o meccaniche del computer, quali i chip, il mouse, il lettore CD-ROM, il monitor, le schede, la tastiera, l unità principale e così via. L hardware, dunque, è tutto ciò che si può vedere e toccare, che si può danneggiare dal punto di vista meccanico; in breve, è l insieme degli elementi fisici dell elaboratore. Da solo l hardware non può funzionare. Perché con esso si possano ottenere risultati di attività come elaborazioni statistiche, stampe o, per esempio, trasmissioni di dati, occorrono le istruzioni. Un programma è l insieme di un certo numero di istruzioni che vengono eseguite in sequenza logica, per indicare al computer cosa deve fare in ogni situazione a partire dall inizio e fino alla fine di una certa attività. Con il termine software si definiscono i programmi che vengono eseguiti dal computer. Contrariamente all hardware, quindi, il software non può essere toccato, anche se senza di esso non esisterebbero le macchine automatiche e l informatica. Il software si divide in software di base e software applicativo. Il primo costituisce l insieme di tutti i programmi necessari per poter installare i programmi applicativi e utilizzare il computer. Al software di base appartiene il sistema operativo, l insieme di tutti i programmi che gestiscono le risorse del computer, come i dischi, il video e le stampanti. Perché un computer possa funzionare al suo meglio, la prima cosa da fare, quindi, è installare il sistema operativo e con esso lavorare per aggiungere qualsiasi altro programma. Altri programmi che appartengono al software di base sono i linguaggi di programmazione, con i quali si sviluppano i programmi.

3 9 M1 Il software applicativo è rappresentato dai programmi con i quali l utente può gestire un applicazione concreta. Esempi di software applicativo sono i programmi per scrivere e stampare documenti, i videogiochi e i programmi di posta elettronica. 1.2 Tipi di computer Personal computer, portatili, mainframe e PDA Con il termine personal computer vengono definiti i comuni computer disponibili su quasi tutte le scrivanie. Sono strumenti nati per uso personale, anche se oggi hanno potenze molto elevate. Quasi sempre vengono indicati con l acronimo PC (iniziali di Personal Computer, appunto), termine divenuto ormai di accezione comune, anche se si tratta del nome commerciale dato al primo personal computer per antonomasia sviluppato anni addietro da IBM. Attualmente con PC si identificano più tipi di computer, che per modalità di utilizzo possono essere raggruppati in due categorie: i fissi e i portatili. Per funzionare, i primi devono essere collegati alla rete elettrica. Solitamente sono composti da un contenitore, detto unità centrale, e da altri dispositivi a esso collegati, per esempio la tastiera e il video. All unità centrale possono essere affiancate numerose altre apparecchiature, come mouse, stampanti, scanner e modem. I computer fissi sono anche detti desktop computer, per il fatto che per lavorare con essi è necessario appoggiare il video e la tastiera sulla scrivania (desktop, in inglese). I computer portatili invece sono quelli che possono funzionare anche senza essere alimentati dalla rete elettrica, perché dotati di batterie ricaricabili che offrono un autonomia di alcune ore e soprattutto rendono l utente libero di poter lavorare ovunque, portando con sé il computer. I computer portatili sono potenti quanto quelli da scrivania tradizionali e, grazie alle loro dimensioni contenute, sono l ideale per coloro che devono spostarsi in continuazione per lavoro. Tra i vari tipi di computer portatili sono sempre più diffusi i cosiddetti laptop, dal peso inferiore ai tre chilogrammi, che possono essere tenuti in grembo. È inoltre possibile utilizzarli come computer da scrivania, poiché possono anche essere collegati a una tastiera e a un video di dimensioni standard. I personal computer sono dotati di tutto il necessario per caricare programmi, eseguire elaborazioni anche complesse, memorizzare i dati e inviare i risultati a un video, a una stampante o a utenti remoti tramite linee telematiche. Alcune tipologie sono dotate dell hardware necessario per consentire la riproduzione simultanea di audio e filmati, permettendo all utente che lo desidera di interagire con il programma stesso. In questo caso si parla di computer multimediali, perché consentono di riprodurre più tipi di media contemporaneamente: testo, disegni, immagini fisse e in movimento, filmati, suoni. Tutti i computer multimediali sono dotati di lettori CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) o di DVD (Digital Versatile

4 M1 10 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione Disc), supporti particolarmente indicati per contenere grandi quantità di dati tipiche degli archivi di immagini, di filmati e di suoni. I mainframe, diversamente dai personal computer, sono apparecchi di grande potenza e, spesso, anche di notevoli dimensioni, assai costosi e sofisticati. Possono essere utilizzati da molti utenti contemporaneamente tramite apparecchi che hanno una tastiera e un video, detti terminali. Storicamente sono stati i primi a essere prodotti e a essere utilizzati da grandi strutture commerciali, aziende di produzione oppure da enti pubblici, che devono elaborare enormi quantità di dati e renderli disponibili contemporanemente in più parti distribuite geograficamente sul territorio. Possono gestire normalmente anche migliaia di collegamenti contemporanei. Con minicomputer si intende un computer di potenza medio-alta. Anche le risorse del minicomputer, come quelle del mainframe, vengono utilizzate tramite terminali. Questo tipo di computer è in grado di gestire qualche centinaio di terminali contem-

5 11 M1 poraneamente. Sono stati prodotti per gestire attività di piccole e medie dimensioni, contenendo i costi rispetto ai mainframe. Un terminale è un dispositivo senza alcuna capacità di calcolo, il cui aspetto è quello di una tastiera e di un video. In realtà, c è una parte di circuiteria elettronica che serve per gestire il trasferimento dei dati e il modo in cui questi vengono visualizzati. I terminali non sono dotati di memorie di massa per il salvataggio dei dati in locale (cioè sul singolo apparecchio). Il loro utilizzo si è sempre più ridotto nel tempo per motivi di sicurezza ed economici, portandolo praticamente quasi a zero. Nelle applicazioni in cui sono ancora necessari sono stati sostituiti da programmi su personal computer che ne emulano pianamente le funzioni. Network computer è un termine di recente introduzione (coniato da Sun Micro-systems) che indica un tipo di terminale di rete senza memoria di massa. Un computer collegato con altri in rete mantiene slitamente la propria capacità elaborativa e quella di memorizzare dati localmente, ma può in aggiunta scambiare dati con altri computer. Il network computer, invece, è stato realizzato per accedere a risorse condivise (per esempio prelevandole da Internet, la rete delle reti ) ed estrarre applicativi e dati che verranno utilizzati localmente, sfruttando le proprie risorse; i risultati ottenuti saranno trasmessi ad altri computer per essere memorizzati. Nelle intenzioni degli ideatori questo dovrebbe garantire maggiore efficienza, costi complessivi inferiori e minori problemi di sicurezza Workstation e PDA Negli ultimi anni i computer hanno aumentato notevolmente la potenza di calcolo e, parallelamente, hanno visto ridursi le proprie dimensioni. Alcuni computer da tavolo vengono prodotti con potenze di calcolo e prestazioni grafiche molto elevate, ma per aspetto e dimensioni sembrano comuni PC: si tratta delle workstation, utilizzate principalmente da tecnici per attività di progettazione. In questi casi i monitor sono solitamente di grandi dimensioni. Con riferimento al processo di miniaturizzazione dei componenti, attualmente esistono in commercio particolari computer molto piccoli, detti palmari, proprio perché possono essere tenuti nel palmo della mano. Le loro dimensioni sono davvero contenute, cm, mentre il peso non supera i g. La loro prima funzione è stata quella di agenda elettronica, cui si univano modeste capacità di elaborazione; in seguito si è assistito a un rapido miglioramento nelle prestazioni, che ne hanno fatto veri e propri computer tascabili. Anche in questo caso è stato coniato un acronimo per identificarli, PDA, che deriva da Personal Digital Assistant e significa assistente digitale personale. A differenza dei computer da tavolo, i palmari non possiedono dischi o supporti magnetici su cui memorizzare dati, ma la memoria di cui sono dotati permette loro di svolgere comunque semplici funzioni. Il minischermo consente la comunicazione con l utente tramite icone, caratteristica che li accomuna ai computer tradizionali. Anche

6 M1 12 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione i sistemi operativi installati e i programmi applicativi che vengono eseguiti ricordano quelli dei tradizionali computer. Queste piccole macchine vengono spesso paragonate a veri e propri uffici tascabili. Sono molto utili in viaggio, per esempio per non lasciare in sospeso alcuni lavori, per navigare in Internet, per inviare fax e messaggi di posta elettronica e perfino per giocare. Possono trovare impiego anche in ufficio, dal momento che esiste la possibilità di collegarli al normale computer da tavolo. Essi infatti sono in grado di trasferire dati e archivi da e verso un computer tramite un apposito cavo e, più spesso, servendosi di segnali trasmessi senza l ausilio di collegamenti fisici. 1.3 Componenti essenziali di un personal computer CPU, memoria, dischi, dispositivi di input e di output Il componente fondamentale per il funzionamento di un personal computer è la CPU (Central Processing Unit, unità centrale di elaborazione), generalmente integrata in un microprocessore, un componente elettronico ad altissima integrazione. È la CPU che esegue ogni singola istruzione dei programmi, il motore che rende possibili tutte le operazioni; si può immaginarla anche come una sorta di essere animato all interno dell unità centrale, che ha il compito di leggere i dati, elaborarli e infine trasmettere i risultati all utente affinché possa utilizzarli. Per sapere quali istruzioni eseguire, la CPU ha bisogno di estrarle da qualche parte: se per esempio deve leggere due numeri (i dati), moltiplicarli e visualizzare il risultato a video, prima di tutto deve poter accedere alle istruzioni stesse. Queste, insieme con i dati su cui effettuare le elaborazioni, sono collocate in un componente detto memoria centrale o RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale). Si tratta di una memoria di tipo elettronico, quindi è molto veloce, ma funziona solo a com-

7 13 M1 puter acceso e, di conseguenza, nel momento in cui esso viene spento, il suo contenuto si cancella. Se si vuole disporre in maniera permanente dei programmi, leggere i dati di partenza e scrivere i risultati delle elaborazioni occorre un altro tipo di memoria, detta memoria di massa. Sono componenti di questo tipo le unità a dischi magnetici, fissi o rimovibili (per esempio, i drive per floppy disc), quelle che operano su supporti di tipo ottico (per esempio, i drive per CD-ROM) e le unità a nastro. Gli altri elementi indispensabili per il funzionamento di un personal computer sono la tastiera e la scheda di controllo per il video: se manca uno di essi oppure la RAM, la macchina non riesce ad avviarsi. Se invece il monitor non fosse collegato alla scheda video, per esempio, non si vedrebbe quello che succede ma il computer entrerebbe comunque in funzione. La tastiera è necessaria per impartire comandi e immettere dati. La disposizione dei tasti è del tutto simile a quella della macchina da scrivere e ancora oggi, nonostante prevalgano ambienti in cui si agisce con il mouse, essa rimane il principale strumento di comunicazione con il computer. Altri componenti per l utilizzo di un personal computer sono elencati di seguito. Il mouse. Si tratta di un dispositivo manuale di puntamento che viene utilizzato per indicare sullo schermo le azioni che il PC deve eseguire. Il video. Il suo aspetto è quello di un comune televisore e può avere dimensioni diverse in relazione alle esigenze dell utente. È il dispositivo che permette di visualizzare le informazioni sotto forma di testo o di elaborazioni grafiche, rendendo possibile la verifica e il controllo del lavoro svolto senza utilizzare altri supporti al di fuori del computer stesso. Attualmente si stanno diffondendo anche modelli a cristalli liquidi, in alternativa ai classici a tubo catodico.

8 M1 14 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione La stampante. È il dispositivo che consente di stampare su carta i dati elaborati, siano essi immagini variopinte o semplici testi. Nota: I dispositivi esterni che vengono connessi all unità centrale del computer si chiamano periferiche: mouse e tastiera sono dette periferiche di input (poiché la loro azione consiste nell immettere i dati da elaborare nel computer); video e stampante sono dette invece periferiche di output (servono infatti a presentare all esterno i risultati delle elaborazioni). 1.4 Prestazioni dei computer Fattori che influiscono: velocità della CPU, dimensione della memoria e applicazioni in esecuzione I processori installati nella grande maggioranza dei personal computer oggi in commercio sono della classe Pentium e la società che li produce e ne detiene il marchio registrato è l americana Intel. Altre società, per esempio AMD, producono microprocessori con nomi differenti (K6, Athlon) ma che hanno caratteristiche tecniche equivalenti e per questo sono detti compatibili, che in questo caso significa che eseguono le medesime istruzioni (anche se il loro funzionamento interno può essere completamente diverso). Un parametro che misura la rapidità nell eseguire calcoli da parte di un processore è la sua velocità, misurata in milioni di operazioni al secondo o, come vederemo nel Capitolo 2, in megahertz (MHz). Più alta è la velocità, più veloce è l esecuzione e, di conseguenza, maggiore è la potenza del computer. Le prestazioni di un computer, tuttavia, non dipendono unicamente dalla velocità della CPU, così come la velocità reale di un automobile non dipende solo dalla potenza del suo motore. I sistemi operativi moderni richiedono molta memoria centrale o RAM, dal momento che devono poter gestire contemporaneamente più processi e sono di tipo grafico. Quando la RAM è insufficiente a contenere i programmi in esecuzione, spesso viene sfruttata la tecnica della memoria virtuale che permette di impiegare una parte del disco rigido come se fosse memoria centrale. Un operazione di questo tipo da una parte permette di eseguire più programmi contemporaneamente, ma dall altra rallenta la risposta del computer, poiché scrivere e leggere dati su disco comporta tempi più lunghi rispetto a farlo in RAM. Quindi, aggiungere altra RAM è uno dei mezzi più appropriati per aumentare le prestazioni del computer. Di conseguenza, il numero dei programmi che sono stati lanciati in esecuzione e che risultano aperti nello stesso momento influisce sulle prestazioni di un computer. Ognuno di essi, infatti, occupa parte della memoria, togliendola agli altri. In aggiunta, il sistema operativo deve occuparsi della gestione di più programmi e questo con-

9 15 M1 suma le risorse del sistema. Quindi, un modo per migliorare le prestazioni in esecuzione è quello di chiudere i programmi che non si stanno utilizzando Prestazioni video Le prestazioni complessive di un computer dipendono anche dalla scheda video. Poiché i sistemi operativi moderni si servono di interfacce grafiche, se la visualizzazione sul video fosse tutta a carico del microprocessore non si potrebbe sfruttarne la massima velocità. Anche i programmi applicativi risentono della maggiore o minore rapidità di esecuzione della scheda grafica: non è raro il caso di alcuni videogiochi particolarmente potenti, per esempio, per i quali avere una scheda video di prestazioni adeguate può fare la differenza per quanto riguarda gli effetti a video. Le prime schede erano di tipo ISA e lavoravano a una velocità di pochi megahertz, le successive, compatibili con lo standard PCI, hanno una velocità ancora maggiore. Considerando che con l aumentare della quantità di dati trasmessi al secondo dalla CPU alla scheda video crescono in proporzione anche le prestazioni video complessive, da alcuni anni è stato sviluppato e inserito sulle piastre madri il bus AGP, che viaggia a velocità dell ordine del centinaio di MHz e garantisce un ottima resa. In seguito, i produttori di schede video hanno aumentato ulteriormente la velocità, portandola prima al doppio (2 ) e poi al quadruplo (4 ). Montando schede di questo tipo su piastre madri appositamente progettate si ottengono risultati davvero notevoli. Per gestire le cosiddette primitive grafiche, sulla scheda video viene collocato un apposito processore hardware, paragonabile a un piccolo computer dedicato interamente alla gestione del video. Anche in questo caso viene montata la VRAM (Video RAM), che è però di tipo diverso rispetto a quella della memoria centrale RAM. Più memoria è presente sulla scheda, maggiore sarà la velocità con la quale verranno riprodotte immagini complesse e in movimento. I processori montati sulle schede video integrano funzioni hardware per la visualizzazione in 2D (due dimensioni) e in 3D (tre dimensioni). Queste ultime riducono il carico di elaborazione della CPU per immagini e figure tridimensionali in movimento, aumentando le prestazioni complessive del computer. Installare una scheda video con un processore più evoluto, più veloce e con una maggiore quantità di memoria video è la scelta più opportuna se si lavora molto con la grafica oppure se si utilizzano videogiochi di ultima generazione, allo scopo di evitare rallentamenti o imperfezioni durante la visualizzazione. Essa invece non è necessaria per applicazioni che non richiedono particolari prestazioni video, per esempio la navigazione in Internet o i programmi di scrittura Prestazioni delle unità a dischi La velocità della CPU e quella di accesso alle RAM sono enormemente più elevate di quella di lettura e scrittura sui dischi. I componenti elettronici, infatti, compiono centinaia di milioni di operazioni al secondo, mentre l accesso a un disco rigido si misura

10 M1 16 Concetti di base della Tecnologia dell Informazione in migliaia di operazioni al secondo. Anche le caratteristiche tecniche del disco rigido tuttavia forniscono un indicazione della potenza complessiva di un computer. Le principali sono: La dimensione La velocità di rotazione La velocità media di accesso tra le tracce di un disco La dimensione del disco è la misura della sua capacità di contenere dati. I dischi disponibili attualmente, come già detto, hanno capacità dell ordine di diverse decine di gigabyte (GB), dove un gigabyte è un miliardo di byte. I sistemi operativi e i programmi applicativi attuali richiedono spazio su disco nell ordine delle decine e, sempre più spesso, centinaia di megabyte. Archivi di immagini e file multimediali occupano facilmente milioni di caratteri. Di conseguenza, avere un disco di capacità maggiore significa poter lavorare più tempo con un computer, prima di cominciare a preoccuparsi di cancellare dati meno importanti oppure di sostituire l intera unità. A velocità di rotazione più elevate corrispondono maggiori quantità di dati trasferiti al secondo. Dai dischi da 5400 rpm (revolutions per minute, ossia giri al minuto ), si passa a quelli da 7200 rpm e sono disponibili unità da e anche giri per minuto. La velocità media di accesso da traccia a traccia non è un indicatore diretto della reale velocità di risposta di un disco rigido in condizioni operative. Comunque, a valori più bassi (che sono intorno a una decina di millisecondi) corrispondono unità con migliori prestazioni elettromeccaniche e tempi di accesso più rapidi ai dati memorizzati negli archivi sul disco Dipendenza delle prestazioni dal software Se considerato da solo, l hardware non è altro che una serie di componenti elettromeccanici che possono funzionare solo grazie ad apposite istruzioni eseguite dalla CPU, ovvero dal software. Le prestazioni di un computer quindi, per quello che riguarda i singoli componenti, hanno un valore solo nominale fino a quando non si procede all installazione del software. Il software che gestisce le risorse del computer (ogni singolo componente fisico e logico della macchina) è il sistema operativo. Scegliere di installare un sistema operativo piuttosto che un altro non è indifferente ai fini delle prestazioni di un computer. Ogni componente hardware, per esempio, per poter essere controllato dal sistema operativo è abbinato ad alcuni dati, che vengono letti dai programmi di controllo e che vengono detti driver ( che in italiano significa pilota o guidatore ). Se il driver installato per il componente non è quello specifico per il sistema operativo in uso, oppure non è ottimizzato per quel particolare modello montato nel computer, le prestazioni reali potrebbero essere molto inferiori a quelle ipotizzate.

11 17 M1 È sempre opportuno verificare che i dati impostati per un certo componente siano stati immessi correttamente. Se per esempio si installasse una scheda con funzioni 3D e poi non si attivasse questa funzionalità dal sistema operativo, essa non verrebbe utilizzata al massimo delle sue possibilità. La stessa verifica va fatta anche dall interno di ogni singolo programma applicativo. Ogni programma, a sua volta, può essere migliorato dal produttore, per aggiungervi nuove caratteristiche. Da una parte, questo comporta l ottenimento di migliori risultati sulle singole funzioni, ma può richiedere maggiori risorse, rallentando complessivamente le prestazioni del sistema. In poche parole, è come possedere un automobile di grossa cilindrata: la sua piena potenza si sviluppa solo se è messa a punto e se viene guidata su un percorso che ne esalta le caratteristiche.