PARTE II COME LAVORA UN COMPUTER Un computer, raccoglie

PARTE II
COME LAVORA UN COMPUTER
Un computer, raccoglie, elabora, memorizza e produce informazioni. Per svolgere tali compiti si
avvale di una continua opera di interazione tra le principali parti componenti, che sono:
•
•
•
Unità centrale di elaborazione o CPU;
Memoria centrale e memorie di massa;
Unità di input/output.
La prima componente, ossia l’unità centrale di elaborazione o CPU, ha il compito di eseguire i
comandi, fare calcoli e gestire il flusso tra i vari componenti del sistema.
La CPU comunica con i dispositivi di input e di output e di memorizzazione per svolgere le sue
funzioni.
Comprende al suo interno:
1. l'unità di controllo che “legge" le istruzioni da eseguire, le riconosce e ne sovraintende
l'esecuzione, inviando opportuni ordini a tutte le altre unità;
2. l'unità logico-aritmetica che è preposta all'esecuzione delle istruzioni di calcolo numerico e
logico.
La seconda componente, rappresentata dalla memoria centrale e dalle memorie di massa, è destinata
a "ricordare".
MEMORIA CENTRALE
Ogni sistema ha una memoria centrale, in cui vengono registrati sia le operazioni da eseguire che i
dati da utilizzare. Questa è il supporto primario della CPU: nessuna istruzione viene eseguita e
nessun dato elaborato se essi non sono resi disponibili in memoria centrale. La sua principale
caratteristica è la "volatilità": quanto è in essa presente viene automaticamente perso allo
spegnimento del computer.
MEMORIA DI MASSA
Il computer oltre che un sistema di elaborazione è anche un sistema d'archiviazione: i dati elaborati
debbono e possono essere conservati. Per questo motivo si dispone di memoria ausiliaria detta
memoria di massa realizzata generalmente mediante dischi magnetici o ottici. Un tipico esempio di
memoria di massa è costituito dagli hard disk e dai floppy disk.
I dati contenuti nella memoria di massa non possono essere utilizzati direttamente dalla CPU, ma
devono essere preventivamente trasferiti nella memoria centrale. In compenso non vanno persi allo
spegnimento del sistema.
L'ultima componente è costituita dalle unità di input/output. E’ grazie a questa componente che è
possibile per la macchina interagire con l'utente.
Per svolgere questo ruolo il sistema viene dotato di unità:
- di input, per ricevere dati dall'utilizzatore (tastiera, scanner)
- di output, per restituire dati all'utilizzatore (monitor, stampante)
- miste (input/output) in quanto possono ricevere e memorizzare dati
sia in ingresso che in uscita (memorie di massa).
LA CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT)
La CPU risiede nell'unità centrale insieme all'alimentatore del PC, la motherboard e le unità di
memorizzazione di massa (dischi) fisse e removibili. La motherboard è una grossa piastra a circuito
stampato su cui sono montati svariati circuiti integrati (detti anche microchips o più semplicemente
chips).
Questi chips interfacciano i vari componenti e ne permettono la comunicazione mantenendo
aggiornata la data e l'ora del computer e altro ancora. Normalmente il chip più grosso presente sulla
motherboard è proprio la CPU.
La CPU è quindi la sede dove vengono eseguite tutte le elaborazioni. In essa vengono interpretate
tutte le istruzioni, controllate tutte le attività del PC nonchè le comunicazioni con le varie
periferiche.
La CPU (o processore) è inoltre costituita da due parti:
· ALU (ARITHMETIC LOGIC UNIT), è preposta alla esecuzione delle operazioni aritmetico
logiche e di trasferimento da applicare sui dati in base alle istruzioni del programma in uso;
· CU (CONTROL UNIT) O UNITA‘ DI CONTROLLO, coordina tutte le attività dei dispositivi
collegati al PC, compresa l'unità aritmetica logica e ne controlla il corretto funzionamento.
Nel descrivere un processore normalmente si fa riferimento al produttore, al modello e alla sua
velocità di elaborazione interna (ad esempio, processore Intel Pentium IV a 1200 MHz). I principali
produttori della CPU sono l’Intel, l’AMD e la Cyrix.
La velocità di elaborazione della CPU è il fattore principale per determinare la rapidità di calcolo
del PC.
Il lavoro della CPU viene scandito dagli impulsi di un orologio (clock) che compie milioni di battiti
al secondo, per questo viene misurata in megahertz (1 MHz - 1.000.000 di cicli al secondo).
Generazioni di CPU dell’Intel
-286
-386
- 486
- PENTIUM 1
- PENTIUM 2
- PENTIUM 3
- PENTIUM 4 (oltre gli 800 Mhz)
- PENTIUM 5
- PENTIUM DUAL CORE
Ogni generazione di CPU è disponibile con diverse velocità.
Si ricordi che:
1 Hertz
(Hz)
1 battito /sec
1 Megahertz (Mhz) 1 milione di battiti /sec
1 Gigahertz (Ghz) 1000 Mhz
Scelta del microprocessore
Prima di scegliere il microprocessore, è necessario determinare:
-
quale sistema operativo
-
quale programmi applicativi si intendono utilizzare.
Infatti, la potenza e la velocità di calcolo non vanno valutate in assoluto, ma in relazione alle
proprie esigenze di utilizzo.
I DISPOSITIVI DI MEMORIA
La memoria è un'area in cui risiedono le informazioni correntemente in uso.
Esistono nel computer una:
- MEMORIA DI SISTEMA (0 MEMORIA VELOCE)
- MEMORIA DI MASSA
MEMORIA VELOCE
•
RANDOM ACCESS MEMORY (RAM)
(memoria ad accesso casuale)
E' la memoria fissa, è composta da un insieme di chips (circuiti integrati) solitamente installati su
piccole schede chiamate SINM, acronimo di lingua inglese "Single in-line Memory Module",
connesse ad appositi alloggiamenti sulla motherboard.
La CPU usa la memoria RAM per archiviare le informazioni necessarie a svolgere l'attività.
Ogni qual volta si usa il PC, la RAM ha il compito di memorizzare le istruzioni ricevute dal PC e
tutte le informazioni che deve processare.
Sebbene la RAM sia l'area di lavoro del PC, non è il posto ideale per la registrazione permanente
delle informazioni perché non è in grado di mantenerle con lo spegnimento del computer, questo è
il motivo per il quale tale memoria viene indicata anche con il termine di “volatile" perché conserva
i dati solo fino allo spegnimento del computer.
In altre parole la RAM assolve al proprio compito solo finché il computer rimane acceso.
La capacità della memoria RAM e la velocità di elaborazione della CPU influenzano in massima
parte le prestazioni di un computer (cioè il n.di programmi che esso può eseguire
contemporaneamente e con una certa velocità di esecuzione).
La memoria si misura in Byte.
Oggi si consiglia per un computer di nuova generazione una quantità minima necessaria per
l'esecuzione dei programmi, almeno 64 MB di memoria.
Per migliorare ulteriormente le prestazioni di un computer si deve aggiungere altra memoria.
• READ MEMORY (ROM)
(memoria di sola lettura)
Sono realizzate con appositi chips forniti dal produttore del PC e installati direttamente sulla
motherboard. A differenza della RAM, la ROM è permanente e non può essere modificata.
Nella ROM sono conservate le istruzioni che servono per l’ inizializzazione del computer quando
viene acceso. In sintesi, queste memorie contengono tipicamente un programma chiamato
Firmware che aiuta il PC a eseguire le sue funzioni di base.
Un esempio potrebbe essere il lancio del programma iniziale di autodiagnosi che viene eseguito a
ogni accensione del PC.
•
LA MEMORIA ROM-BIOS (BASIC INPUT OUTPUT SYSTEM)
E' un insieme di procedure registrate in un chip di ROM all'interno del computer. Si tratta di routine
che gestiscono tutte le funzioni di input/output, comprese quelle grafiche. Quando l'hardware
subisce delle modifiche è sufficiente aggiornare il BIOS senza bisogno di riscrivere tutti i
programmi.
CHE COSA VOLE DIRE MEMORIA VIRTUALE
Se si dispone di poca memoria, oppure quando sono in esecuzione molti programmi, il computer
deve usare parte del disco rigido per simulare la memoria.
La memoria simulata è detta "memoria virtuale" e permette al computer di continuare
l'elaborazione, anche se a velocità ridotta.
MEMORIA DI MASSA
Si intendono quei dispositivi idonei a memorizzare in modo permanente o semipermanente i dati.
A differenza delle memorie di sistema, in assenza di corrente elettrica non perdono i loro dati
perché questi sono memorizzati sulla superficie del supporto.
Le memorie di sistema leggono da quelle di massa i dati e, successivamente, il processore elabora.
Appartengono:
IL DISCO RIGIDO
L'Hard disk (disco rigido) del computer è il dispositivo principale usato dal computer per
memorizzare i dati.
Il disco rigido o drive è detto anche disco fisso perché il supporto magnetico all'interno non è alcun
modo rimovibile dall'utente.
La maggior parte dei computer ha un disco rigido situato all'interno dell'unità centrale, questo viene
identificato come drive C. Se il PC ha dischi rigidi aggiuntivi, sono chiamati drive D, E, F e così
via.
All'esterno della case, una spia luminosa avverte che il computer sta utilizzando il disco rigido.
CARATTERISTICHE TECNICHE
Il disco rigido è costituito da una pila di dischi ruotabili detti piatti su cui si memorizzano
magneticamente i dati. La lettura e la scrittura dei dati avviene attraverso delle testine.
L'insieme dei dischi e delle testine è ermeticamente racchiuso in un involucro per impedire che la
polvere possa danneggiare l'interno.
CAPACITA' DEL DISCO RIGIDO
La quantità di dati che può essere memorizzata su un disco rigido si misura in Byte.
Oggi con i computer di nuova generazione (Pentium Dual Core) si commercializzano HD oltre i 1
Terabyte.
L'HD può essere un dispositivo:
- Input
se utilizzato in lettura per elaborare i dati precedentemente memorizzati su di esso.
- Output
se si registrano sul disco i dati provenienti dal sistema centrale.
Sull'‘HD risiedono:
- tutti i dati
- il sistema operativo
- i programmi applicativi
LETTORE CD E I CD-ROM - DVD
CARATTERISTICHE TECNICHE
Il CD-ROM è una memoria di massa, presenta le seguenti caratteristiche:
- è possibile memorizzarvi i dati una sola volta; il nome, infatti, significa Compact Disk Read Only
Memory (ovvero memoria di sola lettura) e i dati vengono «letti» dai lettori CD-ROM e registrati
sulla sua superficie da appositi apparecchi chiamati masterizzatori
- altra particolarità dei CD-ROM è che la lettura e l'incisione (perché si tratta di vera e propria
incisione del supporto) dei dati, avvengono tramite un raggio laser.
Oggi esistono dei CD-ROM riscrivibili: CD-RW (Compact Disk- ReWritable).
- la capacità di memorizzazione dei CD ROM è di circa 650 MB, 480 MB per CD-RW
- la velocità di un CD-ROM ( è detta anche frequenza di trasferimento dei dati), determina quanto
rapidamente gira il disco.
Più elevata è la velocità, più rapidamente i dati vengono trasferiti dal CD al PC.
Ultima novità in rapida diffusione sono i DVD (Digital Versatile Disk), supporti di elevate capacità
di memorizzazione: da 3,8 GB a oltre 7 GB e le unità magneto-ottiche che sfruttano la
combinazione delle due tecnologie: la laser in lettura e quella magnetica in scrittura; la loro capacità
di memorizzazione è notevole (dal 3 GB al 7 GB) ma il costo dell'apparecchio di lettura e scrittura e
la mancanza di uno standard ne ha impedito, sino ad oggi, la diffusione.
LA CAPACITA' DI MEMORIA
Da quanto detto finora risulta che la memoria ha come fine ultimo quello di contenere delle
informazioni.
Il principio di funzionamento di un PC si basa sulla logica binaria, per capire questo concetto in
pratica basta pensare ad un interruttore che per farlo funzionare ha bisogno solo di due informazioni
minime: aperto o chiuso.
Chiamiamo bit questa unità di informazione minima, ed assegniamo due simboli convenzionali, 0 e
1, al due stati possibili in cui si può trovare un bit.
Il computer ragiona interpretando gruppi di bit, cioè comandi rappresentati da sequenze di " 1 " o "
0 ".
La capacità della memoria si misura in numero di byte a disposizione.
Esistono dei prefissi che ci aiutano a rappresentare questo numero:
- 1 kbyte è circa 1000 byte (1024 per la precisione)
- 1 Mbyte (mega) è circa 1 milione di byte (1 024xl 024)
- 1 Gbyte (giga) è circa un miliardo di byte
- 1 Tera è mille miliardi
Queste unità di misura sono utilizzate per esprimere la capacità della memoria centrale e delle
memorie di massa: si può sentir parlare di computer dotati di 64 Mbyte di memoria e di 4 Gbyte di
disco.
LA MEMORIA CACHE
Archivia i dati più recentemente usati e rende più veloce l'elaborazione. Esistono due tipi di
memoria cache:
• CACHE INTERNA (LI 0 CACHE PRIMARIA)
Quando il computer ha bisogno di dati, per prima cosa controlla la cache interna. Essa è sita sul
microprocessore della CPU e rappresenta il modo più veloce per acquisire i dati.
• CACHE ESTERNA (L2 o CACHE SECONDARIA)
Si trova sulla piastra madre ed è composta da microprocessori di tipo SRAM (STATIC RAM).
La cache esterna, è più lenta della cache interna, ma più veloce della RAM.
Se il computer non trova i dati di cui ha bisogno nelle cache interna o esterna, li cerca nella RAM.
Ogni qualvolta che il PC richiede dati alla RAM, ne deposita una copia nella memoria cache.
I BUS
Sono così chiamati i componenti hardware che consentono ad altri di scambiarsi informazioni. Si
parla di:
- "bus di memoria" per indicare il canale che consente di trasferire i dati da e per la memoria RAM
- "bus di input/output" o "bus di 1/0 - 1/0 bus" il canale che gestisce il trasferimento delle
informazioni da e per le memorie secondarie (dischi).
BUS ISA (INDUSTRY STANDARD ARCHITETTURE)
E' piuttosto datato e lento.
E' ideale per il trasferimento di dati verso i dispositivi più lenti, come per esempio il modem.
Il BUS ISA ha una larghezza di 16 bit e una velocità di 8 MHz e si trova nei PC più datati, sui
Pentium tende ad essere sostituito dal bus PCI.
- BUS PCI (PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT)
E' il più sofisticato e può gestire molti dispositivi ad alta velocità.
Il BUS PCI può avere una lunghezza di 32 o 64 bit ed una velocità di
33 MHz.
FILE SYSTEM
Si identificano con questo termine l'architettura e le funzionalità messe a disposizione dal sistema
operativo per poter archiviare permanentemente i nostri dati. Quanto detto porta chiaramente a
concludere che il File System è abbinato alle memorie secondarie, siano esse disco fisso, rimovibile
o floppy e CD ROM.
Quest'ultimo, infatti, pur essendo un'unità di sola lettura, vede i dati memorizzati compatibilmente
con l'architettura del File System del sistema operativo in cui possono essere letti e quindi utilizzati.
Ogni sistema operativo propone un proprio File System ma l'architettura "ad albero", che
caratterizza anche Windows 98, è una delle più diffuse.
Pensando ad un "albero" vero e proprio e localizzando la nostra attenzione sulle foglie, ci si rende
conto che ciascuna di esse è raggiungibile mediante un cammino univoco dalle radici, su per il
tronco e attraverso i rami.
TIPI DI FILE
Ciascun file è identificato da un nome, dato dall'utilizzatore o assegnato da chi ha "disegnato" il
sistema operativo o l'applicazione. Questo ci porta a distinguere i file in due categorie:
- i file di sistema
sono tutti quei file che costituiscono il sistema operativo o un'applicazione installata.
Sono utilizzati implicitamente dall'utente, il quale non li deve modificare in alcun modo, se non in
forma indiretta, attraverso le funzionalità del sistema operativo e delle applicazioni.
- i file utente
i dati introdotti e elaborati vanno a costituire i file utente, la cui natura e struttura dipendono dal
programma utilizzato per collezionarli e manipolarli.
Questa caratteristica offre un valido spunto per costruire un sistema d'archiviazione che consente
all'elaboratore e all'utilizzatore di recuperare i dati necessari.
La "radice" o l'origine di questo "archivio" è l'unità disco stessa, la quale dispone di una via
d'accesso ben precisa all'interno del personal computer grazie all'hardware. La diversa natura e
finalità delle informazioni che si vogliono memorizzare possono essere evidenziate mediante dei
classificatori, identificati con il nome di directory o con il più recente nome di cartelle.
Queste possono contenere altre directory o cartelle, ottenendo così delle sottoclassificazioni.
L'informazione vera e propria costituisce la “Toglia" o l'elemento terminale di questa gerarchia e
assume il nome di file.
Per meglio comprendere questo concetto, si può pensare a un disco come ad uno schedario, ove
ogni cassetto è una cartella, dove ogni separatore all'interno di un cassetto è una sottocartella e dove
il documento archiviato è il file.
Meccanismi propri del sistema operativo consentono di:
-
saper attribuire il file all'applicazione che è in grado di gestirlo;
elencare i file presenti entro una qualsiasi memoria secondaria
presente nel personal
computer;
spostare e copiare i file tra memorie secondarie installate che lo consentano;
applicare meccanismi di protezione per evitare manipolazioni indesiderate del contenuto o
del file stesso;
cancellare file non più necessari;
creare delle particolari copie di sicurezza, dette "backup", che hanno la caratteristica di
essere meno voluminose dei dati originali ed in grado di essere utilizzate per ripristinare
danni o perdite, mediante operazioni specifiche dette di "restore".