elettronici e meccanici di un elaboratore

INFORMATICA
Per informatica si intende la scienza e la tecnica dell’elaborazione dei dati e generalmente del
trattamento automatico delle informazioni.
CALCOLATORE
4 operazioni fondamentali
DISPLAY
Visualizza i dati introdotti e i
risultati di output.
TASTIERA
acquisizione degli input e operazioni
da eseguire.
Hardware In informatica, l'insieme delle apparecchiature, dei componenti circuitali e dei
dispositivi di un sistema elettronico, in particolare di un computer. L'hardware comprende anche gli
apparecchi periferici, quali stampanti, modem e mouse.
Gli hardware sono tutti i componenti (caratteristiche fisiche) elettronici e meccanici di un
elaboratore.
È considerato componente meccanico un qualunque componente che presuppone il movimento di
un certo meccanismo, ad es. il mouse, mentre i componenti elettronici sono ad es. lo schermo.
Esistono anche componenti sia elettronici che meccanici ad es. l’hard disk o il lettore cd.
Software In informatica, termine generico che indica l'insieme dei programmi per computer, vale a
dire le sequenze di istruzioni che guidano i circuiti di un elaboratore a compiere il lavoro cui è
destinato. A seconda delle funzioni e delle applicazioni, si possono distinguere diverse categorie di
software. Le due categorie fondamentali sono i sistemi operativi (software di sistema), che
controllano direttamente i circuiti di un computer, e i programmi applicativi, destinati a gestire le
svariate applicazioni per cui esso può essere impiegato. Il software di sistema svolge mansioni
indispensabili, ma spesso "invisibili", come il mantenimento dei file su disco e la gestione dello
schermo; il software applicativo ha invece compiti più specifici, come l'elaborazione di testi e la
gestione di database. Due ulteriori categorie, che non sono qualificabili né come software di sistema
né come applicativi, benché contengano elementi propri di entrambi, sono il software di rete, che
abilita gruppi di computer a comunicare tra loro, e il software di linguaggio, che fornisce ai
programmatori gli strumenti necessari per scrivere i programmi.
A seconda delle modalità di distribuzione del software si parla inoltre di "software in scatola" o "a
pacchetti", sviluppato e distribuito soprattutto presso punti di vendita al dettaglio; di freeware e
software di dominio pubblico, messi a disposizione gratuitamente dai programmatori; di shareware,
simile al freeware, ma che di solito comporta il versamento di una piccola tariffa da parte
dell'utente.
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STRUTTURA FISICA DI UN ELABORATORE
L’ elemento principale di un computer è l’unità centrale, che consiste in un involucro di metallo e
plastica denominato CASE o CABINET.
I Case possono essere di tre tipi diversi:
1) DESKTOP: tipo orizzontale posizionato di solito sotto il monitor
2) TOWER: tipo verticale grande
3) MINI TOWER: tipo verticale piccolo.
Non esiste una sostanziale differenza tra questi tre modelli, perché possono avere le stesse
prestazioni.
Sul CASE vi sono alcuni pulsanti:
1. ACCENZIONE.
2. RESET: che costituisce l’estremo rimedio quando il computer no risponde ai comandi.
Premere reset significa cancellare tutto ciò che non era stato salvato.
All’interno del CASE ci sono alcuni elementi fondamentali che sono:
- L’alimentatore o trasformatore: serve a trasformare la corrente elettrica dai 220 v.
- Scheda madre: sulla scheda madre vengono fissati gli elementi che servono al computer per
fissare ed elaborare dati.
STRUTTURA OPERATIVA DI UN ELABORATORE
L’unità centrale di elaborazione può essere scomposta da un punto di vista fisico in tre settori:
 ALU (unità aritmetico logica): è la parte esecutiva del computer, difatti esegue le operazioni
matematiche e logiche (confronti del tipo maggiore, minore o del tipo vero o falso); inoltre
esegue la manipolazione dei bit all’interno dei byte; il suo funzionamento è controllato
dall’Unità di controllo.
 UNIT CONTROL (unità di controllo): si tratta di uno speciale circuito progettato in modo
tale che la CPU si comporti esattamente come le istruzioni ricevute in memoria. Questo
importante blocco funzionale è quindi in grado di controllare l’esecuzione di una istruzione
e di interagire con memorie e moduli in ingresso-uscita.
 MEMORIA: contiene i programmi e i dati sui quali lavoreranno i programmi. Le memorie
in genere sono caratterizzate dalle seguenti grandezze: supporto fisico, modalità e tempo di
accesso, capacità, tipo di operazioni consentite.
Per il tipo di operazioni consentite si possono avere:
- memorie a lettura e scrittura
- memorie a sola lettura
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MACCHINE PROGRAMMABILI
Utilizzato anche per
problemi di tipo
diverso delle operazioni.
Comprende ed esegue
ordini impartiti
dall’esterno.
Deve
 Poter eseguire operazioni logiche
 Elaborare non solo numeri ma anche caratteri
 Essere veloce nell’elaborare.
HARDWARE
Meccaniche, elettroniche, ottiche.
SOFTWARE
Parte logica.
SISTEMA
SISTEMA
Elaborazione dati utente
HARDWARE
 CPU (central processing unit)
 MEMORIA CENTRALE (ram e rom)
 DISPOSITIVI INPUT
 DISPOSITIVI OUTPUT
 UNITA’ MEMORIA DI MASSA
}
Protocolli di
comunicazione.
I protocolli di comunicazione usano per il trasferimento dei dati un dispositivo elettronico il BUS
DI SISTEMA.
2 TIPI DI MEMORIA
Esistono diversi tipi di memoria, con caratteristiche diverse a seconda del materiale e delle
prestazioni. In relazione alle funzioni svolte all'interno del computer, si distinguono una memoria
centrale e una memoria di massa.
In base al materiale di cui è costituito il supporto e al meccanismo di immagazzinamento dei dati si
distinguono memorie a semiconduttori, veloci e compatte, costituite da circuiti integrati,
ultimamente utilizzate anche per la memoria centrale, oltre che per il buffer e per le memorie di
transito; memorie magnetiche (dischi o nastri); memorie ottiche (CD-ROM) e memorie cartacee (le
schede perforate dei primi modelli, ormai superate).
2.1 Memoria RAM e memoria ROM
3
In base al tipo di operazioni consentite sulle informazioni in esse contenute si distinguono memorie
di lettura/scrittura, dette ad accesso casuale, o RAM (Random Access Memory), tra cui vanno
considerati i dischi e i nastri magnetici; memorie di sola lettura, o ROM (Read Only Memory),
come i dischi ottici. Esistono poi altri parametri di classificazione, quali la capacità (una memoria
da 1 MB può contenere informazioni fino a 1.048.576 byte), il tempo di accesso (sequenziale o
diretto), la modalità di accesso (casuale o sequenziale) e la capacità di salvare o meno le
informazioni in caso di interruzione dell'alimentazione (memorie stabili o labili).
2.2 Memoria centrale
La memoria centrale è una delle sezioni principali di un elaboratore, la cui funzione consiste nella
memorizzazione delle informazioni necessarie per l'esecuzione di un programma. Si tratta di una
RAM, che costituisce il deposito temporaneo utilizzato dal microprocessore per i programmi, il
lavoro in esecuzione e diversi tipi di informazioni interne di controllo; è una memoria a
semiconduttore, che viene letta o scritta dal microprocessore o da altri dispositivi hardware. Le
locazioni di questo tipo di memoria possono essere raggiunte in qualsiasi ordine; da qui il nome di
memoria ad accesso casuale o diretto. Parte della memoria centrale RAM è anche la memoria
cache, in generale molto più veloce della normale memoria RAM, ma di dimensioni nettamente
inferiori. È utilizzata per mantenere le informazioni di più probabile utilizzo in modo da velocizzare
il loro reperimento da parte del microprocessore. All'interno di un computer è anche presente una
memoria ROM, che rappresenta un supporto permanente, non cancellabile, su cui vengono
conservate informazioni indispensabili, tra cui le istruzioni di avvio della macchina e le procedure
di ingresso/uscita. Si noti che anche i vari tipi di ROM (vedi EPROM; PROM) permettono l'accesso
diretto; il termine RAM, tuttavia, nel linguaggio comune viene riservato alle memorie volatili (il cui
contenuto si perde nel caso di interruzione dell'alimentazione), che possono essere scritte oltre che
lette. Esistono poi diversi buffer o cache (aree di memoria riservate), destinate alla conservazione
temporanea di informazioni specifiche, come i caratteri da inviare alla stampante o quelli appena
ricevuti dalla tastiera.
La memoria centrale è divisa in due parti:
La memoria RAM (Random Access Memory) o memoria ad accesso casuale (detta così per la
maniera in cui viene letta dalla cpu) e la ROM (Read Only Memory).
RAM: Random Access Memory è la memoria ad accesso casuale (o diretto) ed è la memoria di
lettura e scrittura. Nella RAM vengono collocati i programmi e i dati che dovranno essere elaborati
dal processore. È una memoria volatile, pertanto quando si spegne il computer si perde tutto. La
memoria RAM si può paragonare a un secchio che è vuoto al momento dell’accensione del
computer e che si riempie man mano che si comincia a lavorare.
La RAM si presenta sulla scheda madre sotto forma di CHIP, piastrine di silicio con uno spessore di
circa 2 mm attaccate alla scheda attraverso dei PIN (piedini).
I chip di memoria sono composti da tante cellette ognuna delle quali è in grado di memorizzare
delle informazioni che possono essere numeri, lettere, ecc…
Ogni cella è composta da 8 interruttori chiamati bistabili o transistors.
Ogni interruttore può essere acceso o spento, cioè zero o uno e corrisponde a un bit.
8 bit, cioè una cella corrisponde a un byte.
4
1 interutt.
2 interutt.
8 interutt.
Acceso o spento 21
2
4 combinazioni 2 = 4
00
01
11
10
28 = 256
In totale ci sono 256 caratteri fra numeri, lettere, altri tasti, ecc. (alfabeto ascii)
ROM: Read Only Memory o memoria di sola lettura. In essa risiede un programma elementare di
inizializzazione nel computer, necessario quando si avvia la macchina per andare a recuperare il
sistema operativo residente in genere su memorie di massa.
La più piccola informazione memorizzabile o manipolabile da un PC prende il nome di bit e
rappresenta una cifra binaria (0,1); il linguaggio binario è il solo linguaggio che il computer
conosca: è indispensabile allora essere in grado di specificare la sequenze d’istruzioni e i dati in una
forma più accessibile all’uomo; si ricorre perciò a linguaggi simbolici. (Ad esempioo il linguaggio
BASIC è molto vicino a quello umano).
L’unità di misura della capacità di memoria di un PC è il byte, ovvero un raggruppamento di otto
cifre binarie (8 bit); per rappresentare i numeri e i caratteri si ricorre a dei codici che associno a
ciascuna cifra o carattere una rappresentazione in binario.
Il codice standard adottato si chiama ASCII (American Standard Code for Information
Interchange): è un codice a 8 bit (1 byte detto anche memoria) i quali sono suddivisi in 7 bit + 1 bit
di parità, quindi con la possibilità di avere 2D8 {disposizione a ripetizione di 2 elementi (acc. –
spento) presi a gruppi di 8 (8 BIT) } = 256 combinazioni. In questo codice, a ciascun byte
proveniente dalle 256 combinazioni viene assegnato un carattere, numero, lettera o altro simbolo
riconoscibile dall’ elaboratore.
2.3 Memoria di massa
Si dice invece memoria di massa qualunque dispositivo esterno all'elaboratore, che immagazzini
informazioni su un supporto permanente, quale un disco o un CD-ROM. Tali dispositivi hanno
generalmente un'elevata capacità, ma tempi di accesso superiori rispetto a quelli della memoria
centrale.
PROM o Programmable Read-Only Memory è un tipo di memoria a sola lettura che permette di
inserire i dati nell'integrato già realizzato (e non in fase di produzione come per le ROM
strettamente intese) con un apparecchio apposito detto programmatore di PROM. Una volta
programmata, una PROM ha un contenuto di dati fisso e non più modificabile. Poiché le ROM sono
economicamente vantaggiose solo per grandi volumi di produzione, le PROM vengono usate per
piccole produzioni o nelle fasi di messa a punto di un prodotto. In questo caso, possono essere
programmate nuove PROM via via che si perfeziona il progetto. Vedi anche EPROM.
EPROM o Erasable Programmable Read-Only Memory è un tipo di memoria a sola lettura
riprogrammabile. Le EPROM vengono programmate dall'utente dopo la produzione. A differenza
delle PROM (ROM programmabili una sola volta), possono essere cancellate e riscritte parecchie
volte; per questo rappresentano una buona soluzione per i produttori di hardware, poiché
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permettono l'inserimento di variabili o codici soggetti a cambiamenti in sistemi per i quali sarebbe
onerosa la sostituzione delle PROM a ogni modifica.
La cancellazione delle EPROM si ottiene esponendo il chip semiconduttore a una radiazione
ultravioletta attraverso una finestra trasparente presente sul contenitore. L’operazione richiede
attrezzature apposite e produce la cancellazione totale, perciò il contenuto deve essere
completamente riscritto, anche in caso di modifiche modeste. Per questi motivi sono nate le
EPROM o EAROM, per le quali la cancellazione, ottenuta mediante impulsi elettrici, può essere
selettiva (rivolta solo alle locazioni da modificare). L’ultima evoluzione, che si sta diffondendo in
modo rapidissimo, è costituita dalle Flash-EPROM, memorie EPROM cancellabili elettricamente
come le EPROM e EAROM, ma molto meno costose e con tempi di lettura e scrittura notevolmente
ridotti.
La capacità di memoria è uno dei requisiti fondamentali di un computer; la sua misura è un indice
che informa l’utente sulla quantità di dati che è possibile immagazzinare.
La tabelle dei multipli del byte è la seguente:
KILO (K)
MEGA (M)
GIGA (G)
TERA (T)
=
1.024
=
1.048.576
=
1.073.741.824
= 1.099.511.627.776
byte
byte
byte
byte
=
=
=
=
10
2
220
230
240
Architettura
E’ la combinazione degli elementi hardware che costituiscono la struttura di un computer, o anche
la struttura logica del software di un sistema (ad esempio, del sistema operativo).
L'architettura di un computer comprende tutti i componenti, principali e secondari, necessari al suo
funzionamento: il sistema di elaborazione, gli elementi integrati, la circuiteria e i programmi di
sistema. Vengono generalmente esclusi i programmi applicativi, necessari per eseguire compiti
specifici, ma non indispensabili al funzionamento della macchina. Per architettura di rete si intende
la struttura logica di un insieme di più macchine collegate in una rete di comunicazione.
Un'architettura è detta aperta se le sue specifiche sono pubblicate e liberamente accessibili; chiusa,
se le specifiche sono detenute solo dall’azienda produttrice, che impedisce l’integrazione di
dispositivi prodotti da altre aziende.
2 ARCHITETTURA HARDWARE
L'architettura di un computer è solitamente sequenziale (architettura sequenziale di van Neumann);
per ottenere una maggiore rapidità di esecuzione delle operazioni, numerosi elaboratori utilizzano
un'architettura parallela (o concorrente). Ne sono un esempio i processori a schiera (array
processor), capaci di eseguire le operazioni in forma matriciale. Dotate di architettura SIMD (Single
Instruction, Multiple-Data), sono macchine adatte all'elaborazione di immagini e alla simulazione di
eventi fisici.
Nel campo dei microprocessori si distinguono diversi tipi di architetture: l'architettura CISC
(Complex Instruction Set Computing) permette di elaborare istruzioni complesse, ma in tempi
relativamente lunghi, che vengono essenzialmente impiegati a risolvere, per un numero enorme di
volte, un ristretto gruppo di istruzioni (il 20% di tutte le eseguibili). Proprio per permettere al
computer di eseguire rapidamente un limitato numero di istruzioni, occorrenti frequentemente, è
stata ideata l'architettura RISC (Reduced Instruction Set Computing): è un tipo di architettura a
pipeline, capace di disporre nuove istruzioni per il processore già durante l'esecuzione
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dell'istruzione corrente. Se un sottosistema a disco usa una memoria per pre-caricare e mantenere le
informazioni, si dice dotato di architettura cache.
Nel caso di architettura chiusa, la riservatezza delle informazioni rende difficile, per altre aziende,
la produzione di dispositivi compatibili con tali macchine; di solito, solo il produttore originale è in
grado di realizzare periferiche o espansioni per il sistema. Al contrario, l'architettura aperta facilita
lo sviluppo di hardware addizionale da parte di terzi, indipendentemente dal produttore. Il personal
computer introdotto nel 1981 da IBM è un tipico caso di architettura aperta: fin dalla sua comparsa
furono rese disponibili le caratteristiche del sistema, permettendo a numerose altre aziende di
realizzare prodotti simili e di allargare il mercato.
3 ARCHITETTURA DI RETE
Per le reti si parla di architettura client-server. Questa particolare configurazione delle reti locali
funziona in base al principio di "intelligenza distribuita": in essa il server e le singole postazioni di
lavoro sono considerati dispositivi "intelligenti", ossia programmabili in modo da sfruttare
pienamente le loro capacità di elaborazione. L'esecuzione di un'applicazione viene suddivisa tra due
componenti fisicamente distinti: il client, accessibile all'utente, e il server, "nascosto" all'utente. Il
componente client, rappresentato generalmente da un personal computer completo e autosufficiente
(diversamente dai terminali che si trovavano nelle vecchie architetture, privi di microprocessore,
detti "muti" perché capaci di funzionare essenzialmente solo come video e tastiera), fornisce tutta la
sua potenza e le sue prestazioni all'utente. Il server, che può essere un altro personal computer, un
minicomputer o un mainframe, integra il componente client fornendo le tradizionali risorse offerte
da minicomputer e mainframe in condivisione: gestione dei dati, distribuzione delle informazioni
tra i diversi client, amministrazione sofisticata della rete e prestazioni relative alla sicurezza.
Il vantaggio dell'architettura client-server rispetto alle precedenti risiede nel fatto che macchine
client e server operano insieme per portare a termine le elaborazioni richieste dall'applicazione in
svolgimento: questo non solo aumenta la capacità di elaborazione disponibile, ma ne permette un
uso più efficiente. La porzione di applicazione affidata a un client è in genere ottimizzata in
funzione dell'interazione con l'utente, mentre il server sovrintende alle operazioni centralizzate e
multiutente.
4 ARCHITETTURA SOFTWARE
Nel settore del software il termine indica la definizione completa e dettagliata delle diverse parti
logiche che costituiscono un programma o un servizio, come l'interfaccia tra utente e computer, il
sistema operativo o un sistema di protocolli di comunicazione tra elaboratori diversi.
Clock-Calendar
Circuito di temporizzazione indipendente usato nei microcomputer per mantenere l'indicazione
corretta dell'ora e della data. Un circuito clock-calendar è alimentato da una batteria che ne
garantisce il funzionamento anche a computer spento. Alcuni computer vengono dotati di tale
circuito già in fase di costruzione, altri devono esserne provvisti mediante l'inserimento di una
piccola scheda in uno slot di espansione dell'unità di sistema. Ora e data fornite dal circuito clockcalendar possono essere usate dal sistema operativo e dai programmi applicativi: ad esempio, per
contrassegnare i file con la data e l'ora della prima registrazione o dell'ultima revisione; oppure, in
applicazioni come l'elaborazione di testi, per inserire la data o l'ora all'interno di un documento.
Bus : insieme di linee di connessione usato per il trasferimento dati tra i componenti di un
computer. Il bus è una via di collegamento suddivisa in "corsie", che permette lo scambio di
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informazioni tra le diverse parti del sistema: microprocessore, controllore del disk drive (vedi
disco), memoria e porte di input/output.
Gestiti di norma dal microprocessore, i bus sono specializzati nel trasporto di diversi tipi di
informazioni: il data bus, costituito da un gruppo di linee realizzate come piste su una scheda a
circuito stampato, è destinato a trasportare i dati; l'address bus, a trasportare gli indirizzi (locazioni
di memoria) in cui sono reperibili specifiche informazioni; il control bus, le istruzioni e i segnali di
controllo che coordinano il corretto funzionamento delle diverse parti del sistema.
Ogni bus è caratterizzato dal numero di bit che può trasferire contemporaneamente: un bus dati a 16
bit, ad esempio, trasferisce dati a 16 bit per volta. Il tempo necessario per il trasferimento attraverso
un bus è solitamente dell'ordine dei nanosecondi.
Poiché i bus sono parte integrante del sistema interno di trasferimento dati e, del resto, gli utenti
hanno spesso la necessità di aggiungere componenti al sistema, molti personal computer
dispongono di uno o più slot di espansione (connettori per l'aggiunta di schede stampate); quando
tali schede vengono inserite, si collegano elettricamente ai bus e divengono a tutti gli effetti parti
del sistema.
BIOS o Basic Input-Output System
E’ l’insieme di routine che opera da interfaccia fra l'hardware e il sistema operativo di un
computer, per permettere il trasferimento di informazioni tra i diversi elementi del sistema, quali la
memoria, i dischi e il monitor. Sui primi computer IBM e compatibili, il BIOS, o ROM BIOS, era
registrato nella memoria a sola lettura (ROM) della macchina e non era modificabile; nei computer
più recenti esso è registrato in una memoria ad accesso casuale dedicata, capace di mantenere le
informazioni anche in assenza di alimentazione, in modo da rendere possibile l'aggiornamento.
Malgrado la sua forte influenza sulle prestazioni, il BIOS è invisibile per gli utenti di computer;
esso è accessibile, invece, ai programmatori.
Interfaccia
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E’ il termine che indica la parte del sistema attraverso cui avviene il trasferimento e la conversione
dei dati tra due elementi in modo da realizzare la compatibilità per entrambi. Nell'elaborazione
elettronica sono presenti, a vari livelli, diversi tipi di interfacciamento: dalle interfacce utente, che
permettono agli operatori di comunicare con i programmi, alle interfacce hardware, che collegano i
dispositivi e i componenti all'interno di un computer.
2 INTERFACCE HARDWARE
In campo hardware, sono considerate interfacce le schede, i connettori e gli altri dispositivi che
collegano elementi esterni col computer, consentendo il trasporto di informazioni. Esistono, ad
esempio, interfacce standard per il trasferimento dati, come l'RS-232-C e l'SCSI, destinate al
collegamento tra elaboratori e stampanti, dischi rigidi e altre periferiche.
3 INTERFACCE SOFTWARE
In campo software le interfacce sono programmi o insiemi di programmi che permettono all'utente
di accedere alle diverse funzionalità di un sistema. In particolare, le interfacce utente permettono
all'utente di interagire con uno specifico applicativo o con il sistema operativo.
Sistema
Qualsiasi insieme di dispositivi elementari che cooperano per lo svolgimento di un compito. In
relazione ai computer, il termine sistema è usato in un'ampia varietà di contesti. Un computer è un
sistema hardware costituito da un microprocessore munito della relativa circuiteria di supporto, da
dispositivi di ingresso (tastiera, mouse, disk drive), da dispositivi di uscita (monitor, disk drive) e da
alcune periferiche (stampante, modem). L'intero sistema hardware è governato da un sistema
operativo, spesso indicato come software di sistema, costituito da un set di programmi
indispensabili, che gestiscono l'hardware e i file dei dati, dando supporto ai programmi applicativi.
Il termine sistema si riferisce anche a qualunque combinazione di programmi, procedure, dati e
apparecchiature usata per elaborare informazioni; sono di uso comune espressioni quali sistema di
contabilità, sistema di fatturazione, sistema di gestione di database
Sistema operativo
E’ il software responsabile del controllo e dell'allocazione di tutte le risorse hardware di una
macchina, quali la gestione della memoria, la temporizzazione dell'unità centrale di elaborazione
(CPU, Central Processing Unit), la destinazione dello spazio sui dischi e il controllo delle
periferiche. Il sistema operativo è il fondamento su cui poggiano tutti i programmi applicativi, quali,
ad esempio, gli elaboratori di testo e i fogli elettronici.
I programmi del sistema operativo sono generalmente organizzati secondo una struttura gerarchica
che comprende diversi livelli, la cui sequenza è stabilita in base al grado di astrazione rispetto alle
risorse hardware presenti nel sistema; il livello più profondo, che esercita le funzioni di controllo,
viene detto kernel o core (nucleo), mentre il livello più vicino all'utente viene detto interfaccia
utente o shell.
Il sistema operativo risiede solitamente nella memoria di massa, tranne un piccolo segmento di
codice che risiede nella ROM e che carica il sistema nella RAM (la memoria ad accesso casuale).
OS/2
E’ un sistema operativo multitasking per personal computer basato sulla linea di microprocessori
x86 della Intel. Messo a punto congiuntamente da Microsoft e IBM, OS/2 può supportare
programmi applicativi basati su MS-DOS e Windows e può leggere tutti i dischi in MS-DOS.
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DOS o Disk Operating System
Qualsiasi sistema operativo caricato al momento dell'avvio da un sistema di elaborazione a disco. In
origine l'espressione era utilizzata per distinguere i sistemi basati su disco dai primi sistemi
operativi per microcomputer registrati su nastri magnetici o direttamente sulla memoria interna.
Con l'introduzione dei Personal Computer, negli anni Ottanta, il termine DOS è diventato un
sinonimo di MS-DOS.
MS-DOS o Microsoft Disk Operating System
Il sistema operativo sviluppato dalla Microsoft Corporation nel 1981 per i personal computer IBM.
Evoluzione del precedente CP/M, è un sistema operativo a 8-16 bit, che ha conosciuto un'ampia
diffusione nel corso degli anni Ottanta, attraverso le numerose versioni di aggiornamento. In seguito
è stato affiancato dai primi sistemi dotati di interfaccia utente di tipo grafico, quale Windows 3.1, e
successivamente sostituito da Windows 95 e versioni successive. Windows NT, anch’esso un
successore del sistema MS-DOS, è nato come sistema operativo autonomo, destinato a un’utenza
più professionale, che richiede prestazioni aggiuntive quali un efficiente multitasking e un’avanzata
gestione delle reti
CP/M o Control Program for Microcomputers
Sistema operativo messo a punto da Gary Kildall nel 1974, per personal computer basati su
microprocessori a 8 bit (Intel 8080 e Zilog Z-80 nella versione CP/M-80). La Digital Research
produsse successivamente il CP/M-86 per computer basati sui processori a 16 bit Intel 8086/8088, il
CP/M-8000 per computer basati sullo Zilog Z8000 e il CP/M-68k per quelli basati sul Motorola
68000. Più recentemente è stata introdotta una versione in grado di supportare il multitasking,
denominata Cuncurrent CP/M. Oggi questi sistemi operativi, divenuti obsoleti, sono praticamente
scomparsi.
Multitasking
E’ la modalità di funzionamento offerta da un sistema operativo capace di svolgere più compiti
contemporaneamente. Esistono diversi tipi di multitasking. Nella modalità Context switching, due o
più programmi applicativi vengono caricati contemporaneamente, ma solo uno di essi, quello la cui
finestra è in primo piano sullo schermo, è portato in esecuzione. Per attivare una delle elaborazioni
"nascoste", l'utente deve portare in primo piano la relativa finestra. Nella modalità Cooperative
multitasking, di cui si ha esempio nel sistema operativo del Macintosh, ai programmi "nascosti"
vengono assegnati tempi di elaborazione ricavati dai tempi morti del programma "in vista" (quando
questo, ad esempio, è in attesa di un dato). Nella modalità Time-slice multitasking, adottata dal
sistema operativo OS/2, viene ciclicamente assegnata a ogni programma una parte del tempo di
elaborazione del microprocessore (frazioni di secondo). Per mantenere un ordine, vengono attribuiti
diversi livelli di priorità alle varie applicazioni, oppure si servono le applicazioni in sequenza.
Poiché la percezione del tempo è, per un utente umano, assai lenta rispetto alla velocità di
elaborazione di un computer, le operazioni svolte in Time-slice multitasking appaiono pressoché
simultanee.
Il multitasking può essere distinto inoltre in preemptive e concurrent o non-preemptive. Nella prima
modalità, adottata in OS/2, Unix e Windows NT, il sistema operativo assegna a ogni processo un
periodo di attività, al termine del quale il controllo passa a un altro processo, indipendentemente
dallo stato raggiunto dal primo. Nel sistema di multitasking cuncurrent o cooperativo (utilizzato in
Windows 3.11) il sistema operativo trasferisce il controllo a una sola applicazione, mentre le altre
non possono essere eseguite fino a quando la prima non restituisce il controllo al sistema operativo.
Vedi anche Time-sharing.
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Time-sharing
E’ l'uso di un unico sistema di elaborazione per lo svolgimento contemporaneo di più funzioni o
programmi da parte di utenti diversi. L'esecuzione di programmi differenti da parte del sistema
operativo è solo apparentemente contemporanea: in realtà vengono assegnati tempi di lavoro diversi
ai vari programmi, che operano uno per volta alternandosi rapidamente. Da questo punto di vista, il
time-sharing è simile al funzionamento multitasking proprio dei microcomputer; il time-sharing,
tuttavia, riguarda una molteplicità di utenti che accedono tramite terminali a un sistema di
elaborazione centrale, mentre il multitasking, nelle funzioni relative ai microcomputer, consiste
nello svolgimento di più attività per un singolo utente.
Porta
E’ un elemento hardware che permette la trasmissione dei dati da e verso un dispositivo di
elaborazione. I microprocessori trasmettono o ricevono i bit dei dati attraverso porte che sono,
generalmente, locazioni di memoria specializzate. I computer sono dotati di porte per il
collegamento di unità periferiche, quali stampanti o modem. Vedi anche Interfaccia.
In elettronica, dispositivo logico, generalmente costituito da un circuito integrato, che esegue
specifiche operazioni logiche elementari.
COM
E’ termine derivato dall'abbreviazione di "comunicazioni", riservato dal sistema operativo a un
massimo di quattro porte seriali (vedi Parallelo) denominate COM1, COM2, ecc. Ad esempio, un
modem collegato a una porta seriale e una stampante seriale collegata a un'altra porta sono
identificate dal sistema operativo come COM1 e COM2.
COM, come acronimo per Computer Output Microfilm, indica la produzione diretta di immagini su
microfilm che registrano dati emessi da un computer.
COM è anche il nome del dominio di livello superiore di un indirizzo Internet assegnato a
organizzazioni commerciali, ad esempio "myPC.myCompany.com".
Parallelo
E’ il termine si riferisce all'elaborazione o al trasferimento simultaneo di dati in un computer, in
opposizione a seriale che indica elaborazioni o trasferimenti che hanno luogo in tempi diversi. Nel
trasferimento parallelo di dati, i bit di un'informazione, ad esempio gli 8 bit di un byte, sono
trasmessi simultaneamente, ciascuno su una linea separata. Nelle elaborazioni parallele, o in altre
simili operazioni, più eventi si svolgono nello stesso intervallo di tempo; ad esempio, più
microprocessori in uno stesso computer possono seguire contemporaneamente i diversi aspetti di un
processo (come un calcolo complesso).
Personal computer o Microcomputer
Calcolatore da tavolo o portatile che impiega un microprocessore come unità centrale di
elaborazione (CPU, Central Processing Unit), noto anche come PC, home computer, small-business
computer o semplicemente micro. I primi modelli di personal computer erano in grado di elaborare
a ogni passo informazioni di 4 o 8 bit ed erano considerati strumenti per singoli utenti; più
recentemente, la distinzione tra personal computer e mainframe (computer capaci di prestazioni
superiori, spesso condivisi da molti utenti) è stata superata, poiché i modelli più recenti di personal
computer hanno velocità e capacità operativa simili a quelle dei dispositivi multiutente.
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Componenti di un Personal Computer Un personal computer è di norma dotato di elementi per la
visualizzazione e la stampa dei dati (monitor e stampante); per azionare i comandi e introdurre i dati
(tastiera e mouse); per leggere e immagazzinare informazioni (lettori di CD-ROM e floppy disk); e
per comunicare con altri computer (modem).
Computer a scuola Dal suo arrivo sul mercato negli anni Settanta, il personal computer ha
conosciuto una rapidissima diffusione negli uffici, nei centri di ricerca e ora anche nelle scuole.
Oltre alle funzioni di scrittura, grafica ed elaborazione dati e ai numerosi programmi appositamente
studiati per l'apprendimento delle materie scolastiche, uno dei grandi vantaggi di cui si gioverà il
mondo dell'educazione con l'introduzione del computer è la sconfinata disponibilità di informazioni
a cui esso dà accesso.Robert Isear/Science Source/Photo Researchers, Inc.
Il personal computer è destinato all'uso domestico, scolastico e da ufficio. Nella gestione domestica
può facilitare il controllo del bilancio familiare, la memorizzazione delle scadenze e, non ultimo,
può costituire uno strumento di gioco. Nelle scuole viene utilizzato come sussidio didattico. Anche
le più piccole imprese, infine, dispongono di microcomputer per la videoscrittura, la contabilità o la
gestione di archivi.
2 BREVE STORIA DEL PERSONAL COMPUTER
Scheda con circuiti integrati I circuiti integrati rendono possibile la realizzazione dei personal
computer, vale a dire di elaboratori di dimensioni compatte, ma capaci di funzioni altamente
avanzate. Detti anche chip, i circuiti integrati consistono di elementi quali resistori, condensatori e
transistor, assemblati su sottili lastrine di silicio. Una tipica scheda per computer è costituita da
diversi circuiti integrati, opportunamente connessi.James Green/Robert Harding Picture Library
La realizzazione del personal computer è stata resa possibile da due innovazioni tecniche nel campo
della microelettronica: i circuiti integrati (IC) che, sviluppati a partire dal 1959, hanno permesso la
miniaturizzazione dei circuiti di memoria dei computer; e il microprocessore, apparso per la prima
volta nel 1971, con cui la CPU, da ingombrante insieme di circuiti stampati e integrati, si è ridotta a
una singola piastrina di silicio.
Il primo sistema da scrivania progettato specificamente per uso personale fu presentato nel 1974
dalla Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS). I proprietari del sistema furono
incoraggiati dall'editore di una popolare rivista di tecnologia a creare e vendere per corrispondenza
un kit di montaggio del computer; il prodotto, chiamato Altair, fu venduto a poco meno di 400
dollari.
Il successo dell'operazione indusse molte piccole società a dedicarsi alla produzione di computer.
La prima grande azienda elettronica che produsse e distribuì personal computer, la Tandy
Corporation, presentò nel 1977 un modello che si impose rapidamente nel settore grazie alla
combinazione di due novità: la tastiera e un visualizzatore a raggi catodici. L'utente poteva
programmare il computer e archiviare informazioni su nastri magnetici in cassetta.
Ben presto, poco dopo l'introduzione del nuovo modello della Tandy, due ingegneri programmatori,
Stephen Wozniak e Steven Jobs, avviarono una nuova casa produttrice destinata a divenire
l’azienda a crescita più rapida nella storia economica degli Stati Uniti: la Apple Computer. Tra le
prestazioni del loro primo elaboratore a 8 bit, il personal Apple II, c'erano una memoria più estesa,
un sistema di memorizzazione su dischetti per dati e programmi, e la grafica a colori. Il successo e
la rapida diffusione dell'azienda diedero un ulteriore impulso alla crescita del settore. Prima della
fine del decennio il mercato dei personal aveva assunto una fisionomia definita.
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Nel 1981 l'IBM introdusse il proprio modello di microcomputer, l'IBM Personal Computer, passato
alla storia come il primo PC. Il suo microprocessore, l'Intel 8088 a 16 bit, era in grado di utilizzare
una larghezza di parola di 16 bit e di trasferire le informazioni su un bus dati a 8 bit. Il modello
successivo, l'IBM PC/XT, era dotato invece del microprocessore Intel 8086, che utilizzava una
larghezza di parola di 16 bit e un bus dati a 16 bit. L'IBM PC/AT, infine, basato sul
microprocessore a 16 bit Intel 80286, era una macchina a 16 bit in entrambi i significati.
La realizzazione del primo PC segnò un momento fondamentale per la successiva evoluzione del
microcomputer: aprendo la strada allo sviluppo di modelli sempre più veloci e potenti e
incoraggiando la standardizzazione della produzione.
A metà degli anni Ottanta fu introdotto un potente computer a 32 bit in grado di far lavorare ad alta
velocità avanzati sistemi operativi multiutente. Collocando in un personal da scrivania una potenza
di elaborazione sufficiente a servire piccole e medie imprese, il nuovo modello ridusse la distanza
tra microcomputer e minicomputer.
Un'innovazione di importanza fondamentale per la diffusione del personal computer fu
l'introduzione di un'interfaccia utente di più facile uso. L'Apple Macintosh (un elaboratore a 16 bit
introdotto nel 1984) fu tra i primi a sostituire l'interfaccia convenzionale del sistema operativo con
una di tipo grafico a icone (simboli grafici che rappresentano oggetti e funzioni del computer) e
menu, oggi presente in tutti i microcomputer. Ricercando sistemi di uso sempre più semplice e
immediato, lo sviluppo tecnologico applicato al microcomputer ha portato alla creazione di
meccanismi a controllo vocale che oggi permettono all'utente di usare i vocaboli e la sintassi del
linguaggio parlato per comandare il calcolatore.
La direzione in cui sta procedendo la ricerca per il perfezionamento del personal computer è quella
di una continua miniaturizzazione dell'hardware. Senza penalizzazioni in termini di efficienza e
potenza della macchina, vengono oggi realizzati microcomputer estremamente veloci e di
dimensioni minime: il palmtop, ad esempio, offre le prestazioni di un normale personal con
l'ingombro di una calcolatrice.
Buffer: una porzione riservata della memoria di un sistema di elaborazione, in cui i dati vengono
temporaneamente immagazzinati in attesa di essere trasferiti verso un dispositivo, sia esso una
periferica o un'unità di memoria di massa. Il buffer viene generalmente utilizzato per compensare le
differenze di velocità tra il processo di trasferimento e quello di elaborazione. Alcuni dispositivi,
come le stampanti o le loro schede di supporto, dispongono spesso di buffer propri.
Driver: un elemento hardware o software che svolge una funzione di regolazione e controllo su un
dispositivo connesso a un computer. Un driver di linea, ad esempio, amplifica i segnali da
trasmettere su una linea di comunicazione, mentre un bus driver amplifica e regola i segnali
trasmessi attraverso un bus (dispositivo per il trasferimento dati). Un device driver è una sezione del
software che permette il riconoscimento di un particolare dispositivo e la trasmissione dei dati tra
questo e il computer. Nella maggior parte dei casi, i driver del sistema operativo controllano
l'hardware in modo da trasmettere i dati al dispositivo pilotato. I device driver compresi nelle
applicazioni, invece, realizzano solo la traduzione dei dati; per la loro trasmissione ai dispositivi
esterni si appoggiano ad altri driver più specifici. Un driver di questo tipo è quello di stampante, che
ha lo scopo di tradurre i dati del computer in una forma comprensibile a una particolare stampante.
Stampanti diverse, infatti, richiedono codici e comandi differenti per funzionare correttamente.
Bug : errore nel software o nell'hardware.
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Nel software, un bug è un errore logico o di codifica che causa un malfunzionamento del
programma o la produzione di risultati errati. Errori di lieve entità quali, ad esempio, un cursore che
non si comporta come dovuto, sono fastidiosi ma non danneggiano le informazioni. Errori più gravi
possono invece bloccare lo svolgimento di un programma o far sì che il computer non risponda più
ai comandi dell'utente. L'unico rimedio in un caso simile consiste nel riavviare il programma, anche
se questo implica la perdita di tutto il lavoro non salvato svolto fino al momento del blocco. In ogni
caso, il programmatore dovrà trovare e correggere l'errore con un procedimento detto debugging. A
causa dei possibili rischi per dati importanti, i programmi applicativi commerciali vengono messi a
punto e provati con estrema precisione prima di essere distribuiti (vedi Beta Test). I piccoli bug
scoperti dopo la commercializzazione di un programma vengono corretti nel primo aggiornamento;
ai più gravi si rimedia, in genere, con software appositi, detti patches, che arginano il problema o ne
riducono gli effetti.
Nell'hardware, un bug è un problema strutturale ricorrente che impedisce a un sistema o gruppo di
componenti di operare correttamente.
L'origine del termine (bug significa "cimice" o, genericamente, "insetto") risale ai primordi dell'era
dei computer, quando un problema all'hardware di un calcolatore elettromeccanico della Harvard
University fu causato da una farfalla notturna caduta tra i contatti di un relè.
Microprocessore
Piccola unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit), impiegata in computer di
dimensioni compatte e, come circuito indipendente, in una vasta gamma di altre applicazioni.
Numerosissimi sono i dispositivi elettronici di uso quotidiano che funzionano grazie a un
microprocessore; tra questi, il televisore, il telefono cellulare, il videoregistratore. L'avvento del
microprocessore è stato reso possibile dalla progressiva miniaturizzazione dei circuiti integrati e
dall’evoluzione della tecnologia dei semiconduttori. Il primo esemplare fu creato nel 1971 dalla
Intel di Santa Clara, in California, e battezzato Intel 4004; in pochi centimetri riuniva le capacità di
un intero, gigantesco ENIAC, il primo computer della storia.
Microprocessore Il microprocessore è l'unità di elaborazione caratteristica dei personal computer. Si
distingue dalle altre CPU (unità centrali di elaborazione) per le dimensioni straordinariamente
contenute: su una piccola lastrina di silicio esso ospita tutti i circuiti integrati necessari a leggere,
elaborare e memorizzare i dati gestiti dal computer.Jean-Pierre Horlin/The Image Bank
2 STRUTTURA E FUNZIONI
Un microprocessore è realizzato su una singola lastrina di silicio, detta wafer o chip,
opportunamente protetta da un contenitore di pochi centimetri per lato. Malgrado le piccole
dimensioni, riunisce centinaia di migliaia di componenti e può essere programmato per svolgere un
gran numero di funzioni.
Un microprocessore integrato contiene tipicamente i registri (celle di memoria ad alta velocità), il
coprocessore matematico, deputato a eseguire calcoli a virgola mobile, e la ALU (Unità LogicoAritmetica). Dispone inoltre di interfacce per collegarsi a memorie esterne e ad altri sistemi. Esso
attinge i dati e le istruzioni da eseguire alla memoria centrale, quindi procede con le elaborazioni e
restituisce i dati ottenuti alla memoria centrale. La velocità di esecuzione di questo complesso di
operazioni dipende dalla frequenza di clock e dall’architettura del sistema; la prima si misura in
MHz (megahertz), la seconda, in bit.
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3 TIPI DI MICROPROCESSORE
Il principale criterio di classificazione dei microprocessori è il numero di bit di informazione che
possono essere trasferiti "in parallelo" (contemporaneamente) e conservati nei registri interni.
Questo numero è in continuo aumento, grazie allo sviluppo della tecnologia dei circuiti; attualmente
sono comuni microprocessori a 8, 16 e 32 bit, e sono già stati sviluppati integrati a 64 bit.
4 BREVE STORIA DEL MICROPROCESSORE
Microprocessore Pentium Un'immagine ingrandita di un micorprocessore Pentium, prodotto a
partire dal 1993. Contiene più di tre milioni di transistor stipati in pochi millimetri quadrati, circa il
triplo del precedente 486.Michael W. Davidson/Photo Researchers, Inc.
Dopo l’Intel 4040, considerato il primo microprocessore della storia, Intel ha prodotto dispositivi
sempre più veloci e sofisticati. Uno dei primi disponibili per personal computer fu l'Intel 8080, che
influenzò l'architettura dello Z80, assai popolare a suo tempo e, meno direttamente, la successiva
linea dei microprocessori 80x86 (80286, 80386, 80486 e 80586 o Pentium). Il primo Pentium
comparve nel 1993: integrava 3,1 milioni di transistor e vantava il doppio della velocità del
precedente 486; oggi il Pentium IV vanta prestazioni straordinarie: un’architettura a 32 bit e non
una, ma due unità di elaborazione, ciascuna delle quali è in grado di lavorare a una frequenza di
1500 MHz. La serie 68000, della Motorola, ha trovato invece ampio impiego nella gamma dei
computer Macintosh. Negli anni Novanta sono stati sviluppati altri microprocessori per sfruttare il
successo delle architetture Reduced Instruction Set Computing (RISC), che hanno incrementato la
velocità del processore riducendo la varietà e la complessità dei comandi riconosciuti. L'Advanced
RISC Machine (ARM), sviluppata dalla casa britannica Acorn, è stato il primo microprocessore
RISC a essere impiegato in un personal computer per uso domestico.
5 PROSPETTIVE
Il futuro del microprocessore dipende essenzialmente dallo sviluppo della nanotecnologia. I più
recenti risultati della ricerca in questo campo permetteranno presto di realizzare microprocessori
straordinariamente veloci: Intel, che ha da poco creato transistor da 20 nm (1 nm = 1 miliardesimo
di metro), prevede di poter stipare fino a 1 miliardo di questi dispositivi in un microprocessore,
raggiungendo frequenze prossime ai 20 GHz (1 GHz = 1 miliardo di Hz).
Accanto alle ricerche volte a miniaturizzare e potenziare le prestazioni del microprocessore, sono in
corso studi finalizzati a rendere questo dispositivo sempre più pratico ed economico: è infatti in via
di perfezionamento in Europa una tecnologia per la produzione di microprocessori in plastica,
realizzati con un procedimento analogo a quello della stampa a getto di inchiostro. I
microprocessori plastici, che secondo le previsioni degli scienziati potrebbero comparire sul
mercato dopo il 2004, sarebbero un po’ più ingombranti e meno veloci dei più moderni chip in
silicio, ma di gran lunga più economici; troverebbero il loro impiego ideale in dispositivi di basso
costo quali videogiochi e calcolatori portatili.
Sistema di elaborazione
Un sistema computer tipico è costituito da un'unità centrale (CPU), da dispositivi di ingresso
(tastiera, mouse) e di uscita (video, stampanti) e dalla memoria (disk drive, schede interne). La CPU
contiene un'unità che svolge operazioni aritmetico-logiche, alcuni registri per memorizzare dati e
istruzioni, un'unità di controllo che gestisce le varie funzioni e un bus interno che collega le varie
parti della CPU stessa tra loro e con l'esterno.
Transistor
Dispositivo a semiconduttore utilizzato nei circuiti di amplificatori, oscillatori, rivelatori e di
numerosi altri strumenti per telecomunicazioni. Si tratta di un componente a stato solido costituito
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da un sottile frammento di cristallo semiconduttore, di solito germanio o silicio, suddiviso in tre
zone distinte (terminali), con caratteristiche fisiche diverse. Prima della sua invenzione, le
apparecchiature elettroniche erano basate sull'uso dei tubi a vuoto a effetto termoionico, degli
amplificatori magnetici e di particolari condensatori utilizzati anch'essi come amplificatori. Esiste
un'analogia tra le funzioni osservabili ai terminali di un transistor e quelle di un triodo a vuoto: così
come il catodo di un tubo a vuoto, quando viene riscaldato, emette elettroni il cui flusso è modulato
dall'anodo, l'emettitore di un transistor bipolare fornisce cariche elettriche mobili (elettroni o
lacune), il cui flusso è controllato dal terminale centrale (base).
Circuito con transistor Tra i componenti di questo circuito, i transistor sono riconoscibili dalle
capsule cilindriche argentate che li ricoprono. Ognuno di essi consiste di un pezzetto di silicio che,
"drogato" da un certo numero e tipo di atomi, si comporta come un semiconduttore di tipo n o di
tipo p. Inventati nel 1948, i transistor sono componenti fondamentali dei moderni circuiti, in cui
possono entrare come amplificatori, interruttori o oscillatori.H. Schneebeli/Science Source/Photo
Researchers, Inc.
Il transistor fu messo a punto nel 1948, presso i Bell Laboratories, dai fisici americani Walter
Houser Brattain, John Bardeen e William Bradford Shockley che, per questa realizzazione, nel 1956
ricevettero il premio Nobel per la fisica. Shockley fu il promotore e il direttore dell'intero
programma di ricerca sui materiali semiconduttori; i suoi associati, Brattain e Bardeen, inventarono
un particolare tipo di transistor.
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