IL PERSONAL COMPUTER

Tecnologie Informatiche
n°2
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
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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)
= 1.024 B
è la misura media di una pagina di testo
Megabyte (MB)
= 1.024 kB
un testo di circa 300 pagine come un libro
Gigabyte (GB)
= 1.024 MB
circa 1.000 libri
Terabyte (TB)
= 1.024 GB
circa 300.000 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).
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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.
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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 1.500.000.000 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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