IL COMPUTER

IL COMPUTER
• OGGETTO RELAZIONE:
Analisi dei componenti hardware di un computer.
• PREFAZIONE:
In questa relazione, è analizzato il personal computer per quel che riguarda
l’HARDWARE.
L’HARDWARE è l’elemento fisico del computer ovvero tutto ciò che compone
quest’ultimo e che si può toccare con mano.
L’altro aspetto del computer che non andremo ad analizzare, ma che è anch’esso
importantissimo per il PC è il SOFTWARE cioè i programmi, che fanno funzionare
l’HARDWARE.
Questi programmi che danno il funzionamento corretto di tutti i componenti del
computer si chiamano sistemi operativi (Windows NT, 98, 95, 2000; Linux, ecc).
Ora andiamo ad analizzare i singoli elementi HARDWARE di un computer.
• INDICE:
In un Personal Computer possono distinguersi, in modo sintetico, le seguenti parti:
1. CASE: il contenitore all’interno del quale sono montati diversi elementi;
2. FLOPPY DRIVE: lettore dischi da 3,5”;
3. LETTORE DI CD-ROM: lettore dischi da 5.25”, indispensabile per installare il
sistema operativo ed il software che verrà in seguito utilizzato;
4. HARD-DISK: nel quale vengono caricati il software e salvati i dati;
5. MOTHERBOARD: il vero e proprio centro vitale del computer alla quale
vengono collegate, in modo differente tutte le periferiche presenti nel sistema;
6. MEMORIA: per lo scambio di dati tra periferiche e processore;
7. PROCESSORE: cuore centrale dove vengono elaborati i dati;
8. SCHEDA VIDEO: si ha solo 2D che dotata di funzione di accelerazione 3D;
9. SCHEDA AUDIO: permette l’elaborazione dei file in suoni;
10. SCHEDA DI RETE E MODEM: permette lo scambio di dati tra PC;
11. ALIMENTATORE: fornisce le tensioni necessarie per alimentare tutte le parti
presenti all’interno del PC;
12. CABLAGGI VARI: flat, alimentazione, cavetti case.
ALTRE PERIFERICHE:
1. MOUSE: il più utilizzato delle periferiche esterne per il suo veloce metodo di
interfaccia grafico;
2. TASTIERA: utilizzata maggiormente per la videoscrittura;
3. MONITOR: interfaccia video principale,
4. CASSE ALTOPARLANTI: per l’audio del computer;
5. MICROFONO: registratore di suoni;
6. STAMPANTE: stampa i dati inviati dal PC (es: stampante a getto d’inchiostro,
laser e ad aghi);
7. SCANNER: acquisisce immagini;
8. MODEM: modulatore e demodulatore di dati, permette la navigazione in Internet,
spedizione di fax collegato alla linea telefonica;
9. JOISTICK: periferica di gioco.
Ora analizziamo ogni singola parte:
1. CASE:
Struttura all’interno del quale sono presenti tutti i componenti Hardware del computer
(scheda video, scheda di rete…).
A
Connettore USB frontale
B
Pulsante espulsione disco floppy
C
Spia unità floppy
D
Unità floppy
E
Spia unità CD-ROM*
F
Unità CD-ROM*
G
Pulsante espulsione CD-ROM*
H
Pulsante modalità Suspend
I
Spie alimentazione/disco rigido/modalità Suspend
J
Pulsante Soft Power On/Off
2. FLOPPY DRIVE:
L’unità Floppy ad alta densità (unità A:) da 3.5”, 1.44 MB, permette la lettura e la
scrittura di dati salvati sul dischetto.
Si inserisce il Floppy con l’etichetta rivolta verso l’alto; quando il computer sta
leggendo il contenuto del Floppy, la spia unità Floppy è accesa.
3. LETTORE DI CD-ROM:
L’unità CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) memoria a sola lettura su
disco compatto. Un disco del diametro di 12 cm che memorizza le informazioni in
modo permanente su uno strato metallico leggibile mediante raggio laser. Il sottile
foglio metallico è racchiuso tra due dischi di plastica trasparente, così da conferirgli
rigidità e al tempo stesso permettere il passaggio della luce di cui è composto il
raggio di lettura. Questi dischi contengono dati, suono (anche nella forma di brani
musicali), immagini e filmati video. Un CD-ROM contiene 650 MB di dati.
4. HARD DISK (MEMORIA DI MASSA):
Un disco di alluminio o di altro metallo con rivestimento magnetico che memorizza
in modo permanente le informazioni registrate in formato digitale sulla sua superficie
e che le restituisce a richiesta in tempi molto brevi. Le operazioni lettura/scrittura
vengono eseguite da una testina elettromagnetica che “vola” sospesa sulla superficie
magnetica del disco, senza mai toccarla così da non rovinare lo strato magnetico di
registrazione. I dischi moderni sono composti da diversi piattelli magnetici, disposti
uno sopra l’altro e fissati allo stesso perno centrale che li fa ruotare ad altissima
velocità (fino a 10.000 giri al minuto e oltre). Ciascun piattello dispone di una testina
per faccia.
Ogni singolo piattello è suddiviso in tacce e settori: le tracce sono i dischi concentrici
verso il perno, mentre il settore suddivide in spicchi i piattelli.
L’Hard disk è una memoria di massa non volatile, mantiene l’informazione in modo
stabile per un tempo illimitato, è una memoria ad accesso diretto/casuale perché è
possibile accedere direttamente a qualsiasi dato indipendentemente dalla posizione in
cui esso si trova.
5. MOTHERBOARD:
La scheda interna, detta motherboard (Piastra madre), che contiene i principali
circuiti per il funzionamento del computer.
Su tale scheda è presente anche una serie di connettori (detti slot di espansione) su cui
vengono inseriti gli altri elementi necessari per ampliare la struttura del PC.
Con tale sistema è possibile aggiornare determinati elementi senza tuttavia cambiare
la piastra principale.
Sulle moderne motherboard, sono situati i seguenti dispositivi:
• La CPU (guardare capitolo 7);
• Un certo quantitativo di memoria veloce di tipo SRAM (RAM statica): SRAM è
la sigla inglese ("Static RAM" ovvero "RAM statica") che indica uno dei due
modi principali di implementare in un circuito elettrico una memoria RAM. Si
basa su una serie di 4 o 5 semiconduttori che devono essere mantenuti in
tensione per conservare l'informazione. A differenza della DRAM (RAM
dinamica) che aggiorna continuamente i dati che contiene (consumando una
piccola percentuale del tempo di lavoro), la SRAM non effettua nessun lavoro
per trattenere l'informazione ma solamente mantiene il proprio stato. Cio'
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comporta tempi di accesso leggermente superiori a scapito di un consumo
alquanto superiore;
La memoria centrale di tipo DRAM (RAM dinamica) con tempi di accesso
maggiori della SRAM ma meno costosa: DRAM e' la sigla inglese ("Dynamic
RAM" ovvero "RAM dinamica") che indica uno dei due modi principali di
implementare in un circuito elettrico una memoria binaria. Si basa su un
condensatore che deve venire ricaricato elettricamente dinamicamente per
mantenere l'informazione. Il meccanismo di ricarica è automatico ed è
trasparente per l' utente come per l' altro hardware del computer. Il vantaggio è
che per questo tipo di circuito basta un semiconduttore per ogni bit di
informazioni memorizzate, mentre una SRAM (RAM statica) ne necessita 4 o 5;
La memoria o di tipo ROM, o come si è detto, di tipo Flash EEPROM, che
permette di aggiornare il BIOS via software senza togliere il chip dalla piastra
madre;
La memoria RAM C-MOS e il real time clock con una piccola batteria tampone.
Nella memoria C-MOS vengono memorizzate le informazioni di base del BIOS
che possono essere modificate con il BIOS setup. Il real time clock è un
dispositivo che aggiorna in continuazione, anche con il computer spento, la data
e l’orario del sistema;
Gli integrati d’interfaccia del microprocessore con la memoria centrale, con il
BUS di espansione e con alcune delle periferiche I/O (denominate chipset). Con
la parola chipset si indica l’insieme dei circuiti integrati che sono di ausilio al
processore per la gestione dei dispositivi presenti nella scheda madre;
Un chip che contiene integrati i circuiti di interfaccia I/O per la porta parallela, le
porte di comunicazione seriali. Nei sistemi più vecchi le funzioni del chip I/O
sono svolte da una scheda da inserire negli slot di espansione.
Ogni PC è dotato di un bus di espansione su cui l’utente può connettere
liberamente le proprie schede. Questo bus di espansione ha subito, dalla sua
nascita, notevoli trasformazioni seguendo l’evoluzione stessa dei PC. Si è passati
così dal bus tipo XT a quello AT e poi al VESA ed infine al bus PCI. Le
trasformazioni sono dovute al fine di rendere idoneo il bus a nuove applicazioni
sfruttando in modo più consono la crescente potenza e velocità dei processori
utilizzati nei PC e inoltre al trasferimento dei dati con numero sempre maggiore
dei bit. Nei più moderni PC sono sempre presenti un certo numero di connettori
di tipo ISA in cui è possibile inserire anche schede di tipo XT. Infatti il bus ISA
è costituito da due sezioni separate, di cui una fa capo ad un connettore a 31+31
pin che implementa il bus di espansione di tipo XT, e l’altra ad un connettore a
18+18 pin con segnali propri del bus ISA.
Negli slot di espansione previsti si possono inserire varie schede (audio,
video…)
AGP
Connettore AGP (porta
IDE 2
grafica accelerata)
Connettore IDE
secondario
JT3
non utilizzato
ATX
PWR
Ingresso alimentazione
IR
primaria
non utilizzato
JWOL
Connettore a pin Wakeon-LAN
BAT
Batteria di sistema
ISA1
Slot espansione scheda
LEDS 2-5 LED di diagnostica
ISA
CPU Fan
Connettore ventola
CPU
ISA2
Slot espansione
ISA/PCI condiviso (con PCI1-4
PCI5)
Slot espansione scheda
PCI da 1 a 4
DIMM1
Slot DIMM 1
JBAT1
Jumper Ripristino
CMOS
PCI5
Slot espansione
ISA/PCI condiviso (con
ISA2)
DIMM2
Slot DIMM 2
JCASE
Connettore intrusione
nel telaio
PS Fan
Connettore ventola
alimentatore
DIMM3
Slot DIMM 3
JGS1
Connettore interruttore
riduzione consumi
SLOT 1
Connettore cartuccia
CPU PII/PIII
FDD
Connettore unità floppy JKBV
Jumper Wake-up da
tastiera
SW1
Jumper selezione
frequenza bus CPU (1)
FP
Connettore pannello
frontale
JMDM1
Connettore Wake on
Ring
SW2
Jumper selezione
frequenza bus CPU (2)
IDE 1
Connettore IDE
primario
JRMS1
Interruttore ON/OFF
alimentazione remota
Sys Fan
Connettore ventola di
sistema
6. MEMORIE:
Mentre i produttori di CPU si battono a colpi di GHZ, però, l’evoluzione della RAM
procede molto più lentamente.
Si è passato così dai moduli di tipo SIMM a 30 pin, ai SIMM a 72 pin e infine ai
DIMM a 168 pin. Attualmente sono presenti sul mercato moduli da 16, 32, 64, 128,
256 e 512 MB, che funzionano con una frequenza di 133 MHZ. Le recenti piastre
madri contengono in genere sia alloggiamenti per moduli di tipo SIMM a 72 pin che
quelle di tipo DIMM.
Contemporaneamente c’è stata l’evoluzione anche delle tecnologie costruttive delle
memorie RAM. Si è avuto un forte incremento della capacità dei singoli chip e
contemporaneamente una riduzione dei tempi di accesso. La RAM impiegata nei
moduli è del tipo DRAM (RAM dinamica). Dalle prime DRAM di tipo FPM (Fast
Page Mode) si è passati alle DRAM di tipo EDO (Extended Data Output) che offrono
migliori prestazioni ed infine alle SDRAM (Synchronous Dynamic Ram cioè delle
DRAM di tipo sincrono) con tempi di accesso ancora più ridotti.
La memoria RAM nei computer non viene aggiunta come singoli chip: più spesso si
aggiungono (o sostituiscono) dei circuiti stampati che contengono a loro volta svariati
chip di memoria. Queste schede di memoria assumono fondamentalmente diversi
formati quanto a dimensioni e collegamenti elettrici. Ciascuna scheda di memoria
può contenere diverse quantità di byte a seconda dei chip che vi trovano posto mentre
le dimensioni fisiche e le connessioni rimarranno le stesse. Ciò consente un rapido ed
efficiente sistema di upgrade ed espansione del computer, permettendo di sostituire
ad una scheda di memoria un’altra che occupa lo stesso slot ma offre maggiori
quantità di RAM.
7. MICROPROCESSORE:
La struttura generale di un elaboratore comprende la CPU, la
memoria e i dispositivi di ingresso-uscita (I/O) interconnessi
attraverso linee di comunicazione comuni (BUS) per i dati, per gli
indirizzi delle locazioni di memoria e degli organi di I/O e per i
necessari segnali di controllo.
Il microprocessore costituisce il cuore della capacità elaborativa di un PC. Il termine
a volte si riferisce anche al contenitore fisico (ceramico, plastico) che ospita tale chip.
Le CPU interne e compatibili contengono la execution unit (unità di esecuzione delle
istruzioni) e la control unit (unità di controllo).
Il microprocessore è un circuito realizzato con alto livello di integrazione (LSI o
VLSI) su un unico chip, che contiene tutti i principali elementi funzionali tipici della
CPU di un elaboratore. La potenza di un µP, intesa come capacità di elaborare dati
binari, viene valutata in primo luogo considerando il numero di bit di cui è composto
ciascun dato (parallelismo) ossia la lunghezza della parola di dati.
Un'altra caratteristica da considerare è la dimensione della memoria che il
microprocessore può indirizzare ovvero il numero di parole o di byte di memoria a
cui può accedere per immagazzinare programmi e dati.
Un terzo importante fattore è la velocità con cui il microprocessore esegue le
istruzioni. Essa dipende per buona parte dalla massima frequenza del segnale di clock
che il microprocessore è in grado di accettare; poiché il rapporto fra ciclo di clock e
durata di un’istruzione (CICLO DI ISTRUZIONE) non è costante e uguale per tutti i
microprocessori, un confronto più significativo dovrà basarsi sulla valutazione del
tempo richiesto da microprocessori diversi per eseguire la stessa istruzione.
La struttura di un microprocessore comprende essenzialmente un’unità aritmeticalogica ALU, un’unità di controllo e vari registri connessi attraverso un BUS interno.
L’ALU esegue operazioni aritmetiche e logiche su uno o due operandi che sono
contenuti temporaneamente in registri, uno dei quali, detto accumulatore, a un
rapporto di comunicazione preferenziale con l’ALU.
L’unità di controllo comprende il decodificatore di istruzioni e i circuiti di
temporizzazione che generano segnali di comando e sincronizzazione sia per il
microprocessore che per la memoria e gli altri organi esterni. Tutte le operazioni
dell’unità di controllo sono a loro volta regolate e sincronizzate da un clock, che può
essere fornito dall’esterno o generato all’interno del microprocessore.
I registri sono elementi di memoria molto veloci che consentono di immagazzinare
temporaneamente vari tipi di informazione, principalmente dati e indirizzi, utilizzati
dal microprocessore nelle diverse fasi operative.
La varietà dei registri e delle loro configurazioni costituisce forse uno dei fattori che
maggiormente differenzia fra loro i microprocessori; tuttavia si possono individuare
registri presenti in tutti i microprocessori, le cui funzioni sono essenziali in qualsiasi
tipo di architettura: contatore di programma, registri istruzioni, registro indirizzo di
memoria, registro dati di memoria, registro di stato, puntatore di stack e registri di
uso generale.
8. SCHEDA VIDEO:
La SCHEDA VIDEO è quella serie di circuiti che, in un computer, si occupa della
visualizzazione delle immagini sul monitor. Mentre i primi computer (e tuttora i
computer di costo più basso) integravano sulla scheda madre (motherboard) anche i
circuiti di gestione del video, ora quasi tutti i computer utilizzano delle schede per
tale funzione. Queste SCHEDE VIDEO possono venire cambiate agevolmente,
consentendo di acquistarne un modello economico per l'uso domestico oppure una
versione costosa per necessità professionali. Consentono di migliorare le prestazioni
grafiche cambiando la sola scheda video e non tutto il computer. Consentono
l'eventuale utilizzo di più di un monitor. Esistono ormai centinaia di schede video
diverse, con prezzi e prestazioni di ogni livello. Solitamente una scheda video monta
un processore, un convertitore digitale-video, una memoria VRAM (video RAM) ed i
componenti necessari a farle funzionare. Il processore è in grado di pilotare il
convertitore digitale-video in modo che produca un’ immagine seguendo le
indicazioni contenute nella VRAM, solitamente come bitmaps.
VRAM è la sigla che indica la Video RAM, ovverosia quella parte di memoria RAM
che è destinata alla creazione delle immagini da riprodurre sul video. Maggiore è la
quantità di VRAM e maggiori saranno le dimensioni, la risoluzione grafica e la
risoluzione cromatica che un computer sarà in grado di visualizzare. Se si calcola che
un pixel RGB32 occupa 4 bytes, una immagine di 640x480 pixels (=307.200 pixels)
richiederà più di un mega di VRAM per venire memorizzata e visualizzata. Le più
moderne schede video montano 8, 16 o più mega di VRAM sia per poter visualizzare
schermi più grandi (1024x800 o più pixels) sia per avere risoluzioni migliori, sia e
soprattutto per mantenere in VRAM anche textures, patterns ed altri oggetti in modo
da poter visualizzare più velocemente, grazie a dei coprocessori, grafica 3D in tempo
reale.
9. SCHEDA AUDIO:
La SCHEDA AUDIO è quella serie di circuiti che, in un computer, si occupa della
riproduzione di suoni, rumori o musiche. Mentre i primi computer (e tuttora i
computer di costo più basso) integravano sulla scheda madre (motherboard) anche i
circuiti di gestione dell'audio, ora quasi tutti i computer utilizzano delle schede
separate per tale funzione. Queste SCHEDE AUDIO possono venire cambiate
agevolmente, consentendo di acquistarne un modello economico per l'uso domestico
oppure una versione costosa per necessità professionali. Consentono di migliorare le
prestazioni audio cambiando la sola scheda e non tutto il computer. Consentono
l'eventuale implementazione di funzioni di acquisizione o l'utilizzo di innumerevoli
canali audio. Esistono ormai centinaia di schede audio diverse, con prezzi e
prestazioni di ogni livello. Spesso le schede audio implementano anche alcune porte
per giochi (Joystick, paddles eccetera). Solitamente una scheda audio monta un
processore, un convertitore digitale-audio, un poca di memoria RAM ed i componenti
necessari a farle funzionare. Il processore è in grado di pilotare il convertitore
digitale-audio in modo che produca dei suoni seguendo le indicazioni contenute nella
RAM, solitamente come campioni sonori.
10. SCHEDA DI RETE E MODEM:
La scheda di rete è utilizzata per il collegamento in rete locale di più computer,
mentre il modem consente il collegamento del PC con la rete telefonica, utilizzandolo
così per Internet, per inviare fax o, a volte, come segreteria telefonica.
11. ALIMENTATORE:
L’alimentatore ha subito, dalla sua nascita, trasformazioni minime; difatti esistono
solo due tipi di alimentatori:
• AT: privo di interruttore, provoca danni permanenti al PC in caso di
sovraccarico (es: temporale);
• ATX: ultimo modello con interruttore di accensione/spegnimento, molto più
adatto per salvaguardare il computer.
Valsecchi Daniele, Ferraresi Cristiano, Brini Stefano.