Il computer e i suoi sottosistemi

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1 pag.1 Il primo approccio al COMPUTER è 'a scatola nera'. Individuiamo quindi: SCOPO Elaborare informazioni. Eseguire istruzioni INGRESSI Dati da elaborare. Istruzioni USCITE Dati elaborati SCHEMA A BLOCCHI: Dati Istruzioni COMPUTER Dati elaborati Proviamo a fare una prima scomposizione del computer in blocchi funzionali. Distinguiamo: UNITA' DI INGRESSO: Si chiamano cosi' i sottosistemi attraverso i quali il mondo esterno può fornire informazioni al computer. Compito delle unita' di ingresso e' di trasformare i segnali provenienti dall'esterno in segnali comprensibili dalla macchina cioè in segnali di tipo digitale non digitali UNITA DI INGRESSO Digitali Dati provenienti dal mondo esterno Dati che il computer comprende Ad esempio: Tastiera Mouse Joystick

2 pag.2 UNITA' DI USCITA: Si chiamano cosi' i sottosistemi attraverso cui il computer comunica con il mondo esterno. Compito delle unita' di uscita e' di trasformare i segnali digitali presenti all'interno del computer in segnali comprensibili all operatore Ad esempio: UNITA DI USCITA digitali Non Digitali Monitor MEMORIA CENTRALE Stampante Le informazioni (dati ed istruzioni) sono immagazzinate all'interno del computer sotto forma di bit in un insieme di circuiti elettronici che prendono il nome di memoria del computer. I dati possono venire immessi in memoria (operazione di scrittura della memoria); i dati possono venire prelevati dalla memoria (operazione di lettura della memoria). Dati binari MEMORIA CENTRALE Dati binari Si può immaginare la memoria come costituita da tanti scompartimenti chiamati CELLE di memoria. Ogni cella e' capace di contenere un certo numero di bit L unità di misura della memoria è il Byte e i suoi multipli. Le celle di memoria sono tutte numerate: questo numero che contraddistingue ogni cella si chiama INDIRIZZO della cella di memoria. Esistono due categorie di memorie: quelle VOLATILI e quelle NON VOLATILI. 1 byte 8 bit 1 Kbyte 2 10 byte 1 Mbyte 2 20 byte 1 GByte 2 30 byte Unità di misura della memoria Le prime (RAM) perdono il loro contenuto quando manca la alimentazione, ma possono essere sia lette che scritte. E' quindi necessaria la presenza di una memoria non volatile quando si costruisce un computer per contenere le istruzioni che il computer esegue quando lo accendiamo. Le memorie non volatili (ROM) non perdono le informazioni in esse immagazzinate se manca la alimentazione, ma (di solito) possono essere solo lette. UNITA' DI ELABORAZIONE CENTRALE (CPU) La CPU (Central Process Unity) e' il 'cervello' vero e proprio del computer, ed e' chiamata anche microprocessore (μp). La CPU ha il compito di: μp Eseguire istruzioni Scambiare dati con le unità di ingresso e di uscita Il μp quindi non e' intelligente ma un semplice esecutore di ordini. La CPU quindi oltre a poter eseguire i calcoli sui dati a sua disposizione, legge e scrive la memoria, invia dati alle unità di uscita, riceve i dati dalle unità di ingresso

3 pag.3 FUNZIONAMENTO DEL COMPUTER Il microprocessore e' un circuito integrato. Per funzionare ha bisogno: della alimentazione di un segnale chiamato CLOCK (di solito indicato con la lettera greca ϕ (fi)), che serve a temporizzare le sue attività. Il clock e' un segnale periodico con l andamento temporale qui a fianco rappresentato. Il clock è quindi un segnale di tipo digitale Ampiezza ϕ Il μp agisce quando il CLOCK passa dal valore basso a quello alto (fronti di salita) oppure quando passa dal valore alto a quello basso (fronti di discesa). Le attività che il μp svolge in maniera ripetitiva sono le seguenti: legge dalla memoria la istruzione da eseguire (FASE DI FETCH) "comprende" cosa significa la istruzione che deve eseguire (FASE DI DECODE) esegue la istruzione (FASE DI EXECUTE) Quando il μp ha terminato la istruzione precedente, passa alla lettura (FETCH) della successiva. LA MEMORIA DI MASSA Durante il funzionamento del computer le informazioni vengono memorizzate in memoria centrale. Quando spegniamo il computer si cancellano. E' necessario quindi dotare il computer di sistemi capaci di memorizzare permanentemente le informazioni (programmi, videogiochi, disegni, documenti) Questi sistemi costituiscono la MEMORIA DI MASSA. La memoria di massa più comunemente usata e' costituita dalle unita' a disco (Disk Drive) Il computer può cioè memorizzare su disco magnetico le informazioni (sotto forma di bit.) grazie alle testine di lettura/ scrittura presenti nelle unità. Sui dischi le informazioni sono immagazzinate in cerchi concentrici chiamati Tracce (verdi nella figura). Anche se le tracce hanno diversa misura, su tutte le tracce e' immagazzinato lo stesso numero di bit. Su disco ci sono delle ulteriori suddivisioni chiamate Settori (rosso nella figura) Le tracce ed i settori sono tutti numerati: il computer posiziona le testine per leggere o scrivere in base alla posizione delle tracce e dei settori. Un disco nuovo per essere adoperato deve prima essere inizializzato imprimendovi sopra la posizione delle tracce e dei settori. Questa operazione si chiama Format del disco. Una operazione di Format effettuata su un disco che contiene delle informazioni porta alla perdita irrimediabile (quasi sempre) delle informazioni stesse. Nelle unita' a disco mobile (Floppy Disk Drive) l'utente può facilmente inserire e togliere i dischi dall'esterno. Nelle unita' a disco fisso (Hard Disk Drive) il disco e' montato all'interno del computer e per toglierlo bisogna smontare la macchina. I vantaggi di un hard disk drive rispetto ad un floppy disk drive sono: maggiore velocità di accesso alle informazioni maggiore capacità di memorizzazione I computer del Laboratorio hanno 1 Floppy Disk Drive e 1 Hard disk Per il Sistema operativo ciascuna unità e' contraddistinta da una LETTERA seguita dal simbolo dei due punti. Nel nostro caso il floppy è l unità A: e l hard disk è l unità C: UNITA NOME FLOPPY A: HARD DISK C: tempo

4 pag.4 Floppy Disk Floppy significa flessibile. I primi floppy avevano un diametro di 8 pollici ed erano veramente flessibili. Agli inizi degli anni 80 i floppy furono ridotti ad un diametro di 5 pollici e ¼. I dischi da 5 pollici e ¼ sono stati sostituiti dai dischi da 3 pollici e ½. Questi dischetti sono ancora flessibili ma, essendo protetti da una custodia rigida di plastica non sembrano più flessibili. Gli attuali floppy hanno una capacità di 1.44 Megabyte (MB), il doppio della capacità dei primi floppy da 3 pollici e ½ che potevano memorizzare solo 720 KB. Se i floppy contengono informazioni importanti e non si vuole correre il rischio di cancellarle o modificarle per sbaglio ovvero se ci si vuole cautelare dalla possibilità di infezioni del dischetto da parte dei virus, si può proteggere. Su un disco protetto è impossibile la operazione di scrittura Questo si ottiene aprendo la piccola finestra sul fondo del dischetto,. I floppy sono stati soppiantati da altri tipi di memoria di massa (PEN Drive) Hard Disk Un Hard Disk può essere formato da più piatti circolari sovrapposti che ruotano molto velocemente. Le informazioni scritte su di essi vengono lette da speciali testine che possono anche scrivere su disco. Sebbene non si possa vedere perché situato all interno del computer, una piccola spia verde o gialla sul pannello del computer indica quando il drive è attivo. La capacità degli hard disk è cresciuta enormemente nel corso degli anni. Alla fine degli anni 80 un disco da 20 o 40 MB era considerato molto capiente. Oggi molti PC hanno hard disk da centinaia di GB (Giga byte) o più. DISPOSITIVI OTTICI DI MEMORIZZAZIONE Dagli anni 90 un altra unità di memoria di massa molto diffusa è il CD ROM (Compact Disk Read Only Memory) Si presenta con lo stesso formato di un CD audio ma può contenere una grande quantità di dati (testo, immagini, suoni, filmati, programmi). Per utilizzarlo è necessario un apposito lettore LASER. Non è possibile registrare dati su un CD ROM : sono quindi unità di sola lettura. E questo il senso del termine Read Only. In realtà la tecnologia consente di registrare i dati sui CD ROM tramite dispositivi chiamati MASTERIZZATORI. Occorrono però dischi speciali cioè i CD R (Recordable). Una volta scritto, il CD R non è più modificabile. Esistono altri tipi di CD Rom scrivibili: sono i CD RW (Re-writable) su cui è possibile scrivere in tappe successive. Per farlo è necessario un software particolare e non tutti i CD Rom Drive possono leggere i CD RW. Il DVD è un dispositivo di memorizzazione di tipo ottico ad alta capacità., DVD sta per Digital Versatile Disk. Un DVD drive legge anche i CD Rom ed ha soppiantato in breve i CD Rom drive.

5 pag.5 In definitiva il collegamento e l interazione del microprocessore con tutti i blocchi costituenti il computer può essere sintetizzata dalla seguente figura: Se si vuole mettere in evidenza la presenza nel computer di schede elettroniche (interfacce) che consentono il dialogo tra la CPU e gli altri blocchi uno schema proponibile è il seguente: Notiamo che le frecce indicano il verso in cui i blocchi si scambiano le informazioni

6 pag.6 Schema a blocchi funzionali del mouse La funzione del mouse è quella di comandare la posizione del cursore sullo schermo del computer. Per farlo, il mouse traduce il movimento sul piano del tavolo in segnali per il computer. Il computer elabora questi dati e li traduce in spostamenti proporzionali da fare eseguire al cursore sullo schermo. Il collegamento del mouse al computer, studiato a scatola nera, ha quindi la seguente rappresentazione: MOUSE COMPUTER Movimento sul tavolo elettrici Movimento del cursore Come fa il mouse a svolgere questa funzione? Esaminiamo i sottosistemi che lo compongono. Il cuore è costituito da una pallina di gomma che rotola. Il movimento della pallina viene trasmesso a due rulli disposti uno in direzione longitudinale, l altro trasversale. Questi rulli terminano con una rotella dentata che gira insieme ai rulli. Da un lato della rotella c è un led che emette infrarossi; dall altro un sensore capace di rilevarli. Insieme costituiscono un trasduttore ottico che emette impulsi elettrici quando i buchi nella rotella consentono ai raggi infrarossi di passare. Un circuito provvede a trasformare gli impulsi elettrici in dati binari (1,0) che vengono inviati al computer. Lo stesso avviene con gli impulsi ricevuti dai microinterruttori collegati ai pulsanti del mouse. La parte restante viene svolta da un opportuno programma (driver del mouse) che ricevuti i dati, li rende disponibili ai programmi grafici che sono così in grado di effettuare le operazioni corrispondenti. Lo schema a blocchi risultante è il seguente:(con disegnato 1 solo pulsante) Led Raggi infrarossi Ruota Impulsi luminosi Sensore ottico Pulsante Energia Meccanica Movimento sul tavolo Movimento orizzontale Impulsi elettrici (spostamento X) Impulsi elettrici Microinterruttore Pallina Movimento orizzontale Movimento verticale Movimento verticale Rullo O. Rullo V. Impulsi elettrici (spostamento Y) Circuito binari (ΔX ΔY) binari (Azioni sui Pulsanti) Computer Led Raggi infrarossi Ruota Impulsi Luminosi Sensore ottico