3 – Hardware
In informatica con il termine hardware si indica la parte fisica di un computer, ovvero
tutte quelle parti elettroniche, elettriche,
meccaniche, magnetiche, ottiche che ne
consentono il funzionamento.
Hardware
(in
inglese
il
vocabolo
letteralmente significa ferramenta) deriva
da hard, "duro”, e ware "merce".
Il termine si contrappone alla parte logica
e immateriale del PC che è il software
(dall'inglese soft, cioè "morbido") di cui
parleremo in seguito.
L'insieme di tali componenti è anche detto
componentistica o periferiche.
Personalmente chiamerei componenti i
pezzi all'interno del PC e periferiche
quelle attaccate fuori.
Le periferiche possono essere di input (entrata) come per esempio il mouse , la tastiera,
una Webcam, e di output (uscita) come un monitor o delle casse acustiche, una
stampante.
Una stampante multifunzione provvista di uno scanner è una periferica di input e output
insieme.
Il Personal Computer
● Definizione
Personal Computer, nel significato originale del
termine, è un qualsiasi computer che sia stato
progettato per l'uso da parte di una singola persona (in
opposizione per esempio ai computer a cui interi gruppi
di persone accedono attraverso terminali remoti).
Attualmente il termine PC (personal computer) è usato
per indicare una specifica fascia di mercato
dell'informatica, quella del computer per uso domestico,
per ufficio o piccole aziende.
In alcuni contesti il termine PC ha assunto un significato ancora più specifico, ristretto
alle macchine “IBM compatibili” definiti “PC” e per esempio “MAC” per le macchine
prodotte da Apple che sono a tutti gli effetti, personal computer.
Anche i PC portatili possono essere considerati dei personal computer, hanno molte
analogie e utilizzano lo stesso software e sistema operativo.
Il rapido progresso tecnologico soprattutto nella miniaturizzazione di questi dispositivi
(netbook, tablet-PC), e dall'altro lato l'evoluzione dei telefonini (smartphone) con un
proprio sistema operativo, che li rende in pratica dei micro PC, ha fatto in modo che il
termine personal computer copra una gamma di prodotti ancora più vasta.
● Un po' di storia
L'ingresso del calcolatore nel mondo del lavoro può essere fatto risalire all'inizio del
1900, si trattava, però di macchine da calcolo meccaniche.
Uno degli esempi più famosi di queste macchine, fu la macchina di Turing ideata da
Alan Mathison Turing, un matematico britannico considerato uno dei padri
dell'informatica.
27
3 – Hardware
Il suo lavoro ebbe vasta influenza sullo sviluppo
dell'informatica, grazie ai sui studi sugli algoritmi di
calcolo ha svolto un ruolo significativo nella
creazione del moderno computer.
Fu anche uno dei più brillanti crittoanalisti che
operavano in Inghilterra, durante la seconda guerra
mondiale, Turing ideò una serie di tecniche per
violare i messaggi cifrati dell'esercito tedesco.
Morì suicida a soli 41 anni, in seguito alle
persecuzioni subite da parte delle autorità
britanniche a causa della sua omosessualità.
La sua storia è raccontata nel film “The Imitation Game” uscito nel 2014.
Questa tecnologia ha subito una evoluzione relativamente lenta sino a subito dopo la
seconda guerra mondiale quando si cominciò a
produrre calcolatori elettro-meccanici funzionanti con
valvole e relè.
Si trattava di macchine ben diverse dai computer
moderni (nella foto Il famoso ENIAC del 1942), un gigante
alto 3 metri che occupava una superficie di 160 m2,
pesante oltre 30 tonnellate, per programmarlo si
dovevano cambiare i collegamenti al suo interno.
Nel 1955 IBM presenta il modello 702, la prima macchina
commerciale completamente costruita con transistor, che a
causa dei costi non ebbe successo.
Nel 1964 IBM produce il modello 360 (vedi foto) e negli anni
successivi inizia la vera diffusione dei computers.
Già dopo pochi anni l'esigenza di costruire computer più
piccoli era molto sentita e questo fu possibile grazie ai
circuiti integrati che raggruppavano al loro interno diversi
componenti elettronici.
Nel 1971 la società Intel grazie al lavoro Ted Hoff, e Stan Mazor e dell'italiano Federico
Faggin* produsse il primo microprocessore Intel, il 4004.
Questo microprocessore era largo 32 mm e lungo 42; formato da 2300 transistor e
funzionava a 0,1 Mhz e aveva solamente 16 piedini!
Questo processore non ebbe molta diffusione in quanto era stato commissionato a Intel
da una azienda giapponese la Busicom che ne aveva anche i diritti.
Qualche anno dopo (1974), grazie a questa esperienza, Intel costruì un altro processore
l'8080 che lavorava a (ben) 2 Mhz contro gli 0,1 del precedente, che grazie all'impiego su
computer Altair, ebbe una grande diffusione.
*Federico Faggin è stato un protagonista di assoluto rilievo nello
sviluppo dell'informatica mondiale degli anni '70/80.
Nato in provincia di Vicenza nel 1941, nel 1965, fu assunto dalla dalla
SGS-Fairchild (oggi STMicroelectronics) di Milano, successivamente fu
trasferito negli Stati Uniti alla consociata Fairchild Semiconductor per
fare “esperienza”.
Nel 1970 venne assunto dalla Intel (che sarebbe poi divenuta un
gigante dell'informatica), per sviluppare e dirigere il progetto del
primo microprocessore Intel, il 4004, contribuendo con idee
28
3 – Hardware
fondamentali alla sua realizzazione.
Successivamente formulò l'architettura del processore 8080 che fu il progenitore della
famiglia di processori Intel “x86” adottata fino ai giorni nostri.
Il 19 ottobre 2010 Faggin ha ricevuto la Medaglia Nazionale per la Tecnologia e
l'Innovazione (National medal of technology and innovation) direttamente dalle mani del
presidente degli Stati Uniti d'America, Barack Obama per la sua pluriennale carriera di
ricercatore. [fonte Wikipedia]
● I personal computers che hanno fatto al storia
Altair 8800 è stato uno tra i primi micro computer
disponibili sul mercato.
Fu progettato e costruito da tre ingegneri aeronautici
che fondarono una piccola società, la MITS (Micro
Instrumentation & Tele-metry Systems, Inc.), azienda
con sede ad Albuquerque, nel Nuovo Messico, USA.
Nel 1975 il numero di gennaio della rivista Popular
Electronics annunciò l' inizio dell'era della
informatica per tutti, presentando in copertina
l'Altair 8800.
Prima di allora il termine "computer" era sinonimo di macchine grandi e costose che
potevano permettersi solo le aziende.
Il costo di questo computer era di 397 $ in kit e 495 $ per la versione assemblata.
I primi computer scatenarono una rivoluzione senza precedenti, cambiando il destino di
molte persone che, per passione o per lavoro, si avvicinarono all' Altair 8800 e ai suoi
successori.
L' Altair 8800 era basato su un microprocessore Intel 8080, con 256 Byte di RAM, (fu il
primo computer “Intel inside”).
Era dotato di un'interfaccia basata su interruttori, agendo su di essi si poteva
programmare in codice binario, mentre il risultato delle elaborazioni veniva visualizzato
tramite il lampeggio dei LED posti sul pannello frontale. Insieme all'unità centrale veniva
fornita una costosa unità per la lettura di dischi o una più economica perforatrice di
nastri.
Successivamente fu reso disponibile per l' Altair 8800 anche un registratore a cassette,
che rese più facile lo scambio di software.
Una tastiera più o meno artigianale poteva essere collegata al computer, mentre
l'output avveniva su un monitor venduto a parte.
Il sistema operativo, invece, era una versione semplificata del BASIC chiamata Altair
BASIC, modificata appositamente da due giovani programmatori, Bill
Gates e Paul Allen, il successo di questa prima versione fu tale che i
due fondarono una società, la Microsoft, che nei primi anni di attività
sviluppò questo linguaggio, successivamente chiamato Microsoft
BASIC, adottato da moltissimi microcomputer dell'epoca.
E' incredibile e interessante pensare che questa grande rivoluzione
sia iniziata in una piccola città in mezzo al deserto dove nacque la più
grande azienda informatica del mondo, la Microsoft Corporation.
(Nella foto il giovane Bill Gates uno dei fondatori).
Per molto tempo schiere di appassionati fecero grandi viaggi
attraverso gli Stati Uniti per raggiungere il New Mexico, si recavano lì
per attendere la consegna di un esemplare di Altair 8800, il primo
personal computer venduto in kit.
29
3 – Hardware
Il Commodore PET nel 1977 fu il primo modello di computer
per cui sarebbe stato coniato il termine "Personal Computer”.
Sul suo cabinet era presente la decalcomania recante la scritta
“Personal Computer”, anche se in realtà questo computer è
considerato un home computer, ovvero la generazione che
precedette i personal computer.
Gli home computer erano tutti basati su processori a 8 bit,
( MOS Technology 6502 o Zilog Z80).
Costruttivamente erano molto semplici, il corpo era formato principalmente da una
voluminosa tastiera al cui interno trovavano posto tutti i dispositivi del computer, che
veniva in genere collegata ad un TV.
Dotati di interfacce esclusivamente testuali e con memorie di massa a cassette audio,
erano sfruttati prevalentemente come console per videogiochi, oppure per i primi
approcci con la programmazione (basic).
Più raro era il loro utilizzo come strumenti di lavoro, magari associati ad una unità
esterna di memorizzazione a floppy disk.
A questa regola faceva eccezione l‘Apple II, che nasceva (6 giugno
1977) con unità a disco integrata ed era già fornito di un sistema
operativo DOS caricabile da floppy-disk.
L'Apple II è da alcuni considerato il primo personal computer, in realtà
costituisce l'anello di congiunzione tra gli home e il personal
computer moderno, quello cioè con tastiera e monitor separati.
Lo Xerox 8010 Information System, comunemente conosciuto
come Xerox Star, è un sistema informatico della Xerox
Corporation commercializzato a partire dal 27 aprile 1981 e
costituito da una serie di workstation collegate fra loro tramite
LAN. Lo Xerox Star per la prima volta proponeva, in alternativa
alla multi utenza del minicomputer, quella che oggi è diventata
la norma nel settore SoHo (Small Office/Home Office), una serie
di computer monoutenti collegati tra di loro attraverso una LAN
(Local Area Network).
La workstation dello Xerox Star è stata il primo computer commercializzato della storia
ad essere dotato di interfaccia grafica di tipo WIMP (Window, Icon, Menù e Pointing
device).
Lo Xerox Star era un piccolo gioiello, era pensato come una workstation e aveva la
possibilità di essere connesso via Ethernet, e di condividere stampanti e servers.
Lo Xerox Star usava una interfaccia a finestre e un mouse a due bottoni, che all'epoca
nessun altro computer aveva, anticipando di molto gli altri computer come sarebbero
stati concepiti in futuro ed in particolare, l'Apple Macintosh, il Commodore Amiga, l'Atari
520ST e i PC con Microsoft Windows usati tutt'oggi.
Lo Xerox Star si rivelò un computer dalle caratteristiche notevoli, ma troppo avanti ai
suoi tempi, ricevendo scarsa attenzione dall'industria e dal pubblico.
Il computer, nella sua prima versione, era troppo costoso e difficile da integrare con i
nuovi applicativi, ma soprattutto nato in un'epoca in cui l'interfaccia grafica GUI non era
stata ancora pienamente compresa. Prova ne è lo scarso successo dell'Apple Lisa due
anni dopo, nel 1983.
Si sarebbe dovuto attendere il 1984 perché le interfacce grafiche e il mouse si
affermassero con l'Apple Macintosh, un computer dal sistema operativo assai semplice
30
3 – Hardware
da usare e quindi adatto anche ai neofiti.
Lo Xerox Star e i concetti alla base del suo funzionamento, ha influenzato enormemente
tutto il mondo dell'informatica, da questo computer sono state sviluppate numerose
applicazioni e interfacce tuttora esistenti.
Molti ritengono che se i personal computer sono quelli che usiamo oggi, lo si deve alla
genialità e alla lungimiranza dei progettisti dello Xerox Star.
Lo Xerox Star, sebbene oggi quasi dimenticato dal grande pubblico, merita comunque
pienamente il titolo di essere stato il primo Computer con GUI Desktop e Mouse ad
essere messo in vendita sul mercato!
Il 12 agosto 1981 l'IBM lancia il PC 5150 con processore Intel
8088 a 4.77 MHz, 64 Kb di Ram, 40 Kb di Rom, floppy da 5”25 e
PC-DOS 1.0.
Le consegne iniziarono il
mese
successivo.
Nel primo anno ne furono venduti 200.000 esemplari.
Il PC IBM 5150 è stato il progenitore dei personal computer
oggi comunemente usati.
Con il termine PC IBM negli anni successivi si sono indicati
spesso tutti i personal computer IBM o compatibili.
La fortuna di tale architettura è derivata anche dal fatto molto importante che il PC IBM
era stato realizzato utilizzando prodotti standard facilmente reperibili sul mercato.
Anche il BIOS (di cui parleremo in seguito) contenuto nel PC era disponibile a tutti dietro
pagamento di una licenza.
Questo portò in breve tempo alla realizzazione da parte di molte aziende di un
consistente numero di cloni a prezzo ridotto.
Già dopo pochi mesi dal lancio erano disponibili i primi cloni chiamati IBM compatibili.
L’ insieme dei criteri di progetto del PC IBM 5150, sono ancora validi; su questa
architettura è stato progettato l'hardware e sviluppati i sistemi operativi per la maggior
parte dei PC prodotti fino ai giorni nostri ed è per questo motivo che può essere definito
la pietra miliare del Personal Computer moderno!
Il Commodore 64 è stato un home computer molto
popolare negli anni ’80.
Messo in commercio nel 1982, risulta essere il modello di
computer più venduto al mondo: solo nel 1986 furono
venduti più di 10 milioni di esemplari, fu commercializzato
fino al 1993. In totale, ne sono stati venduti nel mondo
oltre 17 milioni di esemplari, record che, con tutta probabilità non verrà mai più superato
(la natura degli attuali computer, assemblati diversamente a seconda delle esigenze
dell'utente, rendono praticamente impossibile ripetere un'impresa simile).
Nonostante il cessare della produzione, lo sviluppo di software per questa macchina
continuò fino a pochi anni or sono, c'è ancora chi si diverte a scrivere giochi per il
Commodore 64.
L'Atari ST era un home computer di seconda generazione
(1985), basato sul processore Motorola 68000, dotato di un
floppy disk da 3.5", diretto concorrente dei più costosi Apple e
Amiga.
Dopo che l'Atari si ritirò dal mercato dei computer (1993), si
creò un mercato per dei "cloni", ovvero, delle macchine
prodotte da terzi, ma compatibili con il software scritto per il
TOS (il sistema operativo usato dall'Atari). Come per molti computer del passato, l'Atari
31
3 – Hardware
ST viene ancora oggi emulato da numerosi software gratuiti, disponibili per le più
svariate piattaforme.
Una attiva comunità di appassionati programmatori ed utenti perpetua ancora oggi la
tradizione di un computer economico, veloce e pratico.
L'Atari, in particolare il modello ST-1040, ha dato probabilmente il contributo informatico
più rilevante all'utilizzo e alla diffusione di massa del "personal computer" nell'ambito
della produzione musicale tramite sequencer (col supporto di diversi software che
sfruttavano al massimo le potenzialità di questo piccolo calcolatore, come per es.
"Cubase”).
Atari inoltre montava di serie l'interfaccia MIDI, che consentiva agli strumenti musicali
dotati di questo collegamento di 'dialogare' tra loro tramite un codice digitale (MIDI).
L'Amiga 1000 era un home computer di seconda generazione,
prodotto dalla Commodore.
L'Amiga 1000 venne introdotto sul mercato nel settembre del
1985, era un computer con numerose caratteristiche avanzate,
rispetto ai personal computer IBM compatibili (per i quali non
erano disponibili) sistemi operativi grafici multitasking
preemptive (multiprocesso con prelazione).
L'Amiga 1000, invece, offriva un sistema operativo dotato di
multitasking preemptive e shell con interfaccia grafica WIMP, audio stereofonico con
risoluzione 8 bit/28 kHz, e video in grado di gestire varie modalità grafiche a colori.
Le linee estetiche dell'Amiga 1000 erano molto ricercate (si vociferava che ci fosse la
mano di Andy Warhol).
Sotto al case era presente uno spazio dove far scivolare la tastiera quando non si usava,
soluzione che permetteva di liberare l'area davanti al computer e proteggere
maggiormente la tastiera dalla polvere.
Il case desktop era a bassissimo profilo e all'interno non erano presenti slot per
l'aggiunta di altre schede.
La CPU era il microprocessore Motorola 68000 a 16/32 bit.
La dotazione di RAM (256 KiB) era limitata, l'espansione attraverso un Chip aggiuntivo da
256 KiB era praticamente d'obbligo.
L'Amiga 1000 disponeva di un segnale video in forma analogica nei formati video
composito e RGB (Red, Green, Blue), oltre ai formati TV PAL e NTSC.
Nel caso il televisore non fosse dotato di ingresso video (modelli di televisori molto
vecchi), era disponibile come accessorio un modulatore RF esterno della Commodore
che permetteva di utilizzare l'ingresso antenna del televisore.
Apple Macintosh anche abbreviato Mac, è una
popolare famiglia di computer di Apple Inc.
commercializzata a partire dal 1984 e facente uso
del proprio sistema operativo Mac OS.
Il primo Mac originale (Macintosh, successivamente chiamato Macintosh 128K) è stato il primo
computer con interfaccia grafica e mouse di serie
a conquistare un vasto pubblico di utenti e a
entrare prepotentemente nel mercato dopo
l'insuccesso dello Xerox Star nel 1981.
Con questo grande successo Apple riscattò l'iniziale tiepida accoglienza riservata
all'Apple Lisa, il suo predecessore, e dimostrò che l'idea del concetto di scrivania virtuale,
che si basava su di una interfaccia WIMP (Window, Icon, Menù e Pointing device) era
32
3 – Hardware
maturo e ora si dimostrava vincente.
Con questa mossa, Apple riuscì a dimostrare che il paradigma WIMP veniva apprezzato a
livello mondiale anche da neofiti o da professionisti che non fossero addetti del settore
dell'informatica, che un'interfaccia grafica faceva presa e attirava la curiosità di grandi
masse.
La semplicità di questa interfaccia grafica apriva finalmente l'informatica a un pubblico
che, fino a quel momento, era stato restio ad avvicinarsi a quel "misterioso" oggetto che
era il personal computer, visto come strumento di élite e non di uso comune.
Il progetto Macintosh fu affidato inizialmente (1979) a Jef
Raskin che voleva realizzare un computer da 1.000 dollari
con uno schermo e una tastiera integrati, facile da usare.
Nell'anno successivo Steve Jobs (nella foto) si concentra sul
progetto Macintosh riuscendo a prendere il controllo del
progetto e a far allontanare Raskin dalla Apple.
Jobs cerca subito di dare una svolta al progetto
trasformandolo in un computer, sempre facile da usare, ma
soprattutto di "folle bellezza".
Il progetto, si orienta così verso un computer con una interfaccia grafica detta GUI
(Graphical User Interface), unitamente all'utilizzo del mouse.
La differenza tra il Macintosh e gli altri computer a GUI, come lo Xerox Star e il Lisa sta
nel portare l'interfaccia grafica grezza di questi ultimi, al sistema desktop con icone che
oggi tutti conosciamo.
Infatti il team Mac introduce delle novità importantissime, come le icone (disegnate da
Susan Kare), la possibilità di avere finestre sovrapposte su più livelli, programmi di
disegno e video scrittura che oggi tutti conosciamo.
Inoltre viene data tantissima importanza per la prima volta, ai font, sia visualizzati sullo
schermo che stampati.
Con il Mac fanno anche il loro debutto i programmi come Word ed Excel, sviluppati dalla
Microsoft appositamente per la Apple.
La sua interfaccia grafica usava per la prima volta metafore facili da comprendere, quali il
cestino, la scrivania, le finestre, gli appunti ecc. aprendo l'uso del computer anche a
persone con limitate conoscenze tecnico-informatiche.
Per questo motivo il Macintosh è divenuto una pietra miliare nello sviluppo dell'industria
del computer.
Il Macintosh 128 fu presentato con uno spettacolare spot televisivo durante la pausa
pubblicitaria del XVIII Super Bowl il 22 gennaio del 1984.
Il primo modello di Mac fu messo in vendita due giorni dopo, al prezzo non indifferente
di 2.495 dollari.
Nel 1985, la combinazione del Mac con la sua GUI, del programma PageMaker di Aldus e
della nuova stampante laser di Apple diedero vita a una soluzione a basso costo per
l'editoria e la grafica pubblicitaria, un'attività che sarebbe diventata famosa con il nome
di Desktop Publishing (DTP).
L'interesse per il Mac esplose, tanto che costituisce a tutt'oggi un diffuso standard
presso le tipografie, gli studi di grafica e le aziende editoriali.
L'evoluzione del Mac:
Nei primi anni novanta molti ritenevano che l'architettura RISC
delle CPU avrebbe presto superato nettamente la velocità, pure
crescente, delle CPU del vecchio tipo CISC (come la serie m68k del
Mac e la serie x86 di Intel). Venne annunciata un'alleanza tra Apple
Computer, IBM e Motorola allo scopo di sviluppare una nuova serie
33
3 – Hardware
di CPU RISC, detta PowerPC.
Il software esistente per Mac, che era stato scritto per la serie 68000 (compresa molta
parte del Mac OS), fu fatto girare sui nuovi modelli dotati di PowerPC grazie a
un'emulazione software.
Nel 2001 il Macintosh fece un secondo fondamentale cambiamento, questa volta nel suo
sistema operativo, passando dal vecchio Mac OS al nuovo Mac OS X il cui kernel è basato
su Unix.
Nel 2005, Steve Jobs annunciò il passaggio dai processori PowerPC alle CPU Intel.
Ora la distinzione tra Mac e PC a livello CPU non esiste più.
*Il WWDC (Worldwide Developers Conference) è una conferenza annuale tenuta in
California da Apple.
34
3 – Hardware
Il PC portatile
Il computer portatile chiamato anche laptop o
notebook è una tipologia di personal computer che
si contraddistingue per essere predisposta al
trasporto a mano da parte di una sola persona.
Deve avere un ingombro e un peso contenuti e la
possibilità, almeno durante il trasporto, che tutte le
principali componenti hardware del computer
fossero riunite in un blocco unico.
I primi PC portatili fecero apparizione nei primi anni
'80, ma più che portatili potevano essere definiti
“trasportabili”, in quanto il peso dei primi modelli
poteva superare anche i 10 Kg.
L'Osborne 1 (nella foto sopra assieme ad un moderno PC portatile) è stato il primo
computer portatile di massa della storia, fu presentato alla West Coast Computer Faire di
San Francisco, fu messo in commercio nell'aprile del 1981 dalla Osborne Computer
Corporation: pesava circa 10,7 kg ed aveva un costo di 1.795 $.
Il sistema operativo integrato era il CP/M 2.2.
I suoi difetti principali erano il minuscolo schermo da 5 pollici (13 cm) ed i floppy disk a
singola faccia e singola densità che non avevano una capacità sufficiente a contenere i
dati generati normalmente dalle applicazioni aziendali, inoltre pur essendo un computer
portatile, non aveva in dotazione una batteria, i primi modelli erano alimentati tramite
collegamento alla rete elettrica. [Wikipedia]
L'Epson HX-20 viene considerato il primo vero computer portatile.
Fu presentato alla fine del 1981, ma le vendite
iniziarono solo due anni dopo nel 1983.
Aveva le dimensioni di un foglio A4 e pesava circa 1,6
kg. Era dotato di tastiera, un display LCD da 120x32
pixel una piccola stampante ad aghi (simile a quelle
delle calcolatrici da tavolo); era alimentato da una
batteria al nichel-cadmio.
Era l'unico sistema a quel tempo ad essere dotato di un
registratore a cassette.
In una recensione del 1983 a riguardo la durata della batteria si diceva che:
“The nickel-cadmium batteries can keep the HX-20 running for 50 hours, yet need only eight
hours to recharge”.
Una durata della batteria di ben 50 ore, roba da far arrossire anche i moderni tablet.
http://www.atarimagazines.com/creative/v9n3/101_Epson_HX20_computer.php
Dal 1983 in poi, molte nuove tecniche di input furono sviluppate
ed incluse nei computer portatili, tra queste il touchpad, il
trackpoint usato da IBM a partire dal 1992 (vedi foto a lato) .
Le CPU, come ad esempio l'Intel i386SL del 1990, vennero
progettate per consumare meno energia e prolungare la durata
della batteria, anche nei PC portatili attuali le CPU sono diverse
rispetto alle analoghe utilizzate nei PC fissi.
I monitor a colori iniziarono ad essere la norma a partire dal 1991 con aumento di
risoluzione e di dimensione dei monitor fino all'introduzione del primo 17" nel 2003.
Gli Hard Disk iniziarono ad essere installati sui portatili e divennero comuni con
35
3 – Hardware
l'introduzione dei dischi da 2,5".
Lettori ottici CD-ROM seguiti dai masterizzatori e lettori DVD e successivamente dai
lettori Blu-Ray, divennero comuni a partire dai primi anni duemila.
Il rapido progresso tecnologico sia nella miniaturizzazione che nella potenza di calcolo ha
dato vita ad altri dispositivi quali Netbook, Ultrabook, Tablet PC, Palmari, facendo in
modo che il termine personal computer copra una gamma di prodotti ancora più vasta,
tutti con un loro sistema operativo, che li rende in pratica dei veri e propri PC, ha fatto in
modo che il termine personal computer copra una gamma di prodotti ancora più vasta.
Anche i moderni smart phone si avvicinano molto a questa categoria.
Laptop
Netbook
PDA o palmare
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Tablet PC
3 – Hardware
Il Personal Computer e l'ambiente
In un periodo caratterizzato dalla sempre più rapida
obsolescenza dei personal computer e degli strumenti
informatici in genere, si è portati a pensare che i
problemi ambientali connessi ai PC si registrino soltanto
nella fase del loro smaltimento.
Un impatto ambientale altrettanto devastante di un
personal computer è proprio quando viene fabbricato.
È quanto emerge da un’attenta ricerca condotta dalla
United Nations University, che fornisce informazioni piuttosto interessanti ed anche un
po’ sorprendenti.
La costruzione di un PC pesa sull’ambiente per il consumo di:
- 240 Kg. di combustibile fossile,
- 22 Kg di prodotti chimici e metallici
- 1.500 litri di acqua.
Anche se il prolungamento del ciclo di vita di un PC non incrementa il PIL è molto
importante invece in termini ambientali.
● Il problema del Coltan
Un altro costo, non in termini di denaro, ma di vite umane
e distruzione è prodotto da un minerale che si chiama
Coltan.
Molti pensano che molte guerre Africane siano causate
solamente da conflitti tribali, ma non è così.
Questo minerale è la causa principale della guerra che dal
1998 ha ucciso più di 4 milioni di persone in Congo ed è
oggi, uno dei componenti fondamentali dei nostri
cellulari e PC portatile, un metallo più prezioso dell'oro.
Il coltan è la combinazione tra Colombite e Tantalite la percentuale di quest’ultima
appunto è quella che ne determina il prezzo, dal Coltan si estrae il Tantalio, che è quello
che serve nei nostri componenti tecnologici.
Il coltan ha l’aspetto di sabbia nera e rappresenta un elemento fondamentale per la
produzione di apparecchi HI-TEC.
Serve a ottimizzare il consumo della corrente elettrica nei chip di nuovissima
generazione e rende possibile un notevole risparmio energetico.
Ma come si lega il problema della guerra al Coltan?
L’80 % del Coltan viene prodotto nel Congo da alcune grosse multinazionali che
sfruttano queste miniere.
Le miniere di Coltan hanno l’aspetto di grandi cave di pietra, il minerale viene estratto
spaccando la roccia a mani nude.
I minatori congolesi vengono pagati 200 dollari al mese (la paga di un normale
lavoratore in Congo è di 10 dollari al mese).
Questo scatena una vera e propria corsa alle miniere da parte dei guerriglieri che se ne
vorrebbero impadronire, non solo dal Congo ma anche dalla vicina Uganda e Ruanda, da
anni in Congo regna la guerra.
Esiste anche un mercato nero del coltan che viene rubato dai guerriglieri e poi rivenduto
attraverso altri mediatori ugandesi, ruandesi, e spesso europei ed americani.
I soldi che le multinazionali pagano per avere il Coltan non servono per alimentare la
37
3 – Hardware
popolazione, costruire scuole o ospedali, ma servono a finanziare la guerra, comprare
armi, dar da mangiare ai soldati.
Pochi sanno quali sono esattamente le società che comprano il Coltan, non è facile
scoprirlo, perché ci sono decine di intermediari che passano dall’Europa, ma sappiamo
dove il coltan va a finire: Nokia, Apple, Eriksson, Sony non si salva nessuno.
Nel 1998 il Coltan costava 2 dollari al kg, oggi ne costa 100, nel 2004 quando la richieste
da parte dell’occidente erano tantissime arrivò a costare 600 dollari al kg.
Recentemente è stato scoperto un nuovo giacimento di Coltan, in Amazzonia, si
comincerà a lavorare presto con le conseguenze che tutti noi possiamo prevedere.
● Le normative
La normativa europea 2002/95/CE chiamata ROHS (Restriction of
Hazardous Substances Directive) diventata obbligatoria dal 2006
regolamenta l'utilizzo delle sostanze pericolose.
Secondo questa normativa, i produttori devono essere in grado di
dimostrare la presenza di livelli minimi di di sostanze pericolose,
quali piombo, mercurio, cadmio, cromo e polibromurati ecc.
La direttiva 2002/96/CE, anche nota come WEEE (Waste
Electrical and Electronic Equipment), RAAE in Italia (Rifiuti di
Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche) è volta a prevenire
e limitare il flusso di rifiuti di apparecchiature destinati alle
discariche, attraverso politiche di riuso e riciclaggio degli apparecchi e dei loro
componenti.
La direttiva applica il concetto della Responsabilità estesa del produttore (chi inquina
paga).
Difatti i produttori avranno l'obbligo di provvedere al finanziamento delle operazioni di
raccolta, stoccaggio, trasporto, recupero, riciclaggio e corretto smaltimento delle
proprie apparecchiature una volta giunte a fine vita.
Oltre alle apparecchiature informatiche di cui ci stiamo occupando appartengono a
questa categoria anche :
- Grandi e piccoli elettrodomestici;
- Apparecchiature per telecomunicazioni;
- Apparecchiature di illuminazione;
- Strumenti elettrici ed elettronici ;
- Giocattoli e apparecchiature per lo sport e per il tempo libero;
- Dispositivi medici (con alcune eccezioni);
- Strumenti di monitoraggio e controllo;
- Distributori automatici.
38
3 – Hardware
Il futuro del personal computer
Il futuro del personal computer è già stato scritto, dal
2009 la vendita di PC (sia fissi che portatili) non cresce
più e negli ultimi anni il PC portatile l'ha fatta da
padrone.
Ora ed in un futuro molto prossimo saranno i dispositivi
“sempre connessi alla rete” i più richiesti: piccoli, ma
con risoluzioni video da “grandi”, potenti e leggeri, con
autonomie della batteria sempre maggiore.
Le “nuvole” e Internet mobile veloce, sopperiscono alla
mancanza di un disco fisso interno di grandi dimensioni.
I sistemi operativi progettati appositamente per questi dispositivi saranno sempre più
evoluti.
Il personal computer però non è ancora morto, smartphone e tablet non stanno
eliminando il bisogno di un dispositivo più potente e con le caratteristiche da vero PC.
La prossima fine del supporto di Windows 7 potrebbe generare una situazione
favorevole alle vendite di nuovi PC, anche gli utenti che hanno allungato la vita dei loro
personal computer in attesa di Windows 10, avranno nuove motivazioni e numerose
opportunità per sostituirli con nuovi dispositivi.
● L'era del Post-PC
La rivoluzione in corso non è una semplice fase di passaggio dal personal computer
“classico” (desktop, laptop, notebook ecc.) al dispositivo leggero e mobile, sia esso un
tablet o uno smartphone, ora siamo davanti ad un nuovo scenario nel quale a cambiare
non saranno solo i prodotti tecnologici e le tecnologie ad essi collegate, ma soprattutto
l'uso che ne faremo e il modo stesso di avvicinarsi ad essi (prodotti e tecnologie).
Nell'era del personal computer l'accesso all'informazione era legato ad un dispositivo,
fisso o mobile, con un sistema operativo e con funzionalità limitate per accedere ed
utilizzare le informazioni disponibili, tutto questo sotto il nostro controllo.
Oggi la tecnologia ha pervaso la nostra vita e ci accompagna, nel bene e nel male ad
ogni nostro passo.
L'accesso a internet è possibile sia con dispositivi generalisti che specializzati, dal PC,
tablet e smartphone, ma anche dall'automobile e perfino dai frigoriferi, per segnalare
che abbiamo finito il latte e dagli elettrodomestici per la diagnosi di un guasto.
Questa accessibilità generalizzata ha praticamente eliminato le linee di demarcazione tra
dispositivi diversi, ad esempio tra PC e Smart TV, e continuerà in futuro.
L'avvento dei nuovi dispositivi mobili e l'affermarsi di nuove tecnologie sta trasformando
radicalmente l'industria dell'hardware e del software.
Le aziende che non si adegueranno o arriveranno in ritardo sono destinate a scomparire,
questa è la legge del mercato.
In questo scenario la tecnologia mobile la farà da padrone con dispositivi e
apparecchiature di uso comune dotate di sensori capaci di fornire informazioni
contestuali utili alle attività di ogni giorno.
Non solo informazioni legate al clima, alla presenza in un luogo, alla temperatura o
all'agenda di lavoro, ma anche per prenotare un hotel o ristorante, per trovare posto in
un parcheggio a pagamento.
Steve Jobs nel lontano 1996 è stato il primo a parlare dell'arrivo di una nuova era PostPC (Past-PC) affermando che l'industria del desktop computer era morta perché
l'innovazione in quel campo era ormai virtualmente inesistente.
39
3 – Hardware
Componenti e interfacce di un PC
● Il Cabinet
Il cabinet o case (dall'inglese cassa, scatola) è il contenitore di
plastica o metallo che contiene i vari componenti di un
Personal computer fisso.
Può essere di 2 forme:
Desktop da posizionare sopra la scrivania in posizione
orizzontale sotto il monitor.
Tower di solito si colloca sotto la scrivania.
Questo formato a sua volta può essere di 3 tipi:
- mini tower,
- midi tower
- high o big tower
La differenza tra i vari tipi sta nelle dimensioni.
Il cabinet è provvisto di connettori per il pulsante di avvio e reset, per i led e per il
piccolo altoparlante presente all’interno del cabinet.
Per aprire un cabinet solitamente basta svitare 4 o più viti a croce presenti sul retro.
L'unico strumento che serve e' un normale cacciavite a croce di dimensione media.
I Cabinet di “marca” si aprono senza strumenti, alcuni modelli sono provvisti anche di
una serratura per impedirne l'apertura.
La scelta di un cabinet di tipo desktop o di tipo tower dipende dallo spazio che si ha a
disposizione.
I cabinet più piccoli occupano meno spazio, ma rendono difficili eventuali operazioni di
aggiornamento hardware (upgrade), in quanto un cabinet piccolo rende meno accessibili
i vari componenti all'interno.
I cabinet grossi occupano più spazio, ma permettono un accesso più agevole.
I cabinet di una volta erano quasi tutti di colore avorio, oggi ne esistono di tutti i colori,
dal nero al metallizzato, trasparenti e accessoriati di luci tipo “luna park”.
In un cabinet tipico comunque sono presenti sulla parte frontale un pulsante per
accendere il PC, un altro per il reset, dei led luminosi che indicano l'accensione del PC ed
il funzionamento dell'hard disk, oltre a questo possono essere presenti delle prese USB,
degli slot per memory-card e i connettori per il microfono e le cuffie.
All’interno sono previsti degli alloggiamenti per hard disk, floppy e lettori ottici
(CD/DVD ROM).
Nella parte posteriore non sono previsti collegamenti in quanto sono presenti nella
scheda madre e sull’alimentatore.
● L'alimentatore
L'alimentatore di un PC fisso è un apparato elettrico
che trasforma la corrente alternata in ingresso (qui in
Italia 220 V) in corrente continua a 3/5/12 volt con una
potenza che può raggiungere anche i 1.000 watt.
Gli attuali alimentatori per PC, sia i formati standard
ATX e SFX e quelli proprietari rappresentano la
generazione successiva a quella dell'alimentatore
formato “AT”, distinguendosi principalmente da questo, per il fatto di avere una
gestione dell'accensione e dello spegnimento tramite un controllo remoto, i vecchi
40
3 – Hardware
alimentatori invece, erano provvisti di un interruttore tipo “lampadina” per intenderci.
Gli attuali alimentatori prevedono un connettore per il collegamento della scheda
madre, a 24 poli al posto di quello da 20 poli, di norma i 4 poli aggiuntivi sono removibili
in modo da poterli usare anche sulle schede madri che prevedono il collegamento a 20
poli. Alcune schede madri richiedono una fonte di alimentazione ausiliaria a 12 volt, per
questo, viene usato solitamente il connettore ausiliario «P4».
Quando si accende un alimentatore ATX attraverso il suo interruttore (su alcuni non è
presente, basta infilare la spina) questo rimane in attesa del pulsante di avvio del PC,
senza erogare energia e lasciando ferma la ventola di raffreddamento.
Per mettere in funzione l'alimentatore, anche senza collegarlo alla scheda madre, per
verificarne per esempio il funzionamento, occorre “cortocircuitare” il terminale del filo
verde (a seconda della dimensione del connettore, può trattarsi del terminale numero
14, oppure del numero 16) con la massa (uno dei fili neri).
● La scheda madre
Viene chiamata anche motherboard (scheda madre) oppure mainboard (cioè scheda
principale) o più familiarmente mobo (MOther Board).
Si tratta di una scheda elettronica realizzata con un
circuito stampato, spesso a molti strati (multilayer),
anche più di quattro, su cui sono integrati i principali
componenti del sistema, come socket per cpu, slots
per le memorie RAM, connettori di alimentazione,
connettori per i dischi fissi IDE oppure SATA ed i vari
slot su cui andranno installate le schede di
espansione come l’AGP, il PCI, il PCI express.
Sono previsti inoltre i collegamenti con le periferiche
esterne .
Questa configurazione permette di modificare le varie parti hardware del sistema in
maniera molto semplice.
Spesso le schede madri integrano anche alcune periferiche come la scheda audio, la
scheda di rete e la scheda video ed avere la possibilità di ospitare anche più processori.
Ogni scheda madre è adatta ad uno solo tipo di CPU oppure meglio ad ogni famiglia di
CPU, che si distingue prima di tutto dal connettore che può essere a forma di pettine
(slot) oppure un socket.
Attualmente le schede madri adottano esclusivamente il socket.
Alcune vecchie schede madri prevedevano sia un socket (il 370 della Intel) e uno slot
(tipo 1).
Ogni scheda madre è fornita di una mascherina personalizzata da montare sul lato
posteriore del cabinet.
Le schede madri, variano da costruttore a costruttore ed ognuna ha delle caratteristiche
particolari.
Nonostante ciò è possibile classificarle oltre che per la famiglia di processori compatibili,
anche dal loro formato.
Nel tempo si sono affermati alcuni formati standard a cui si sono adeguati (per fortuna)
tutti i produttori.
Nel campo dei personal computer IBM compatibili è stata la Intel a giocare un ruolo
chiave, imponendo il formato ATX, che nelle varie versioni è adottato da tutte o quasi le
schede madri per PC prodotte recentemente.
I formati differiscono non solo per le dimensioni ma anche per le caratteristiche tecniche
ed il disegno.
41
3 – Hardware
In genere esiste una certa corrispondenza tra i formati delle schede madri e i vari tipi di
cabinet, di seguito alcuni formati a confronto:
Ecco le caratteristiche dei vari formati disponibili, (molti dei quali non sono più in
produzione): [fonte Wikipedia]
• PC/XT - Il formato originale creato da IBM per il suo primo personal computer,
l'IBM-PC. È stato adottato dalle schede madri di un gran numero di cloni, poiché
non era coperto da copyright, divenne per questo uno standard de facto.
• AT (Advanced Technology) - Anche questo secondo formato divenne molto
popolare, soprattutto per le schede madri 386. Ora è obsoleto, ma è stato la base
per lo sviluppo dell'ATX.
• Baby AT - Il successore IBM del formato AT. Funzionalmente del tutto
equivalente, era però molto più piccolo e guadagnò seguito rapidamente; le
schede madri che lo adottavano non avevano interfaccia AGP.
• ATX - nato a partire dal Baby AT, è a tutt'oggi con la versione “micro” il formato di
scheda madre più comune in commercio.
• Mini-ATX - quasi identico all'ATX, ma leggermente più piccolo.
• MicroATX - un ATX ridotto, con tre soli slot di espansione PCI o PCI express.
• FlexATX - una variante di microATX che permette maggior flessibilità nel
progetto della scheda madre e nel posizionamento dei componenti.
• ETX, usato nei sistemi embedded e nei computer monoscheda.
• LPX - Questo formato è basato su un progetto Western Digital, permette di usare
case più sottili spostando le schede di espansione su un riser (in sé una speciale
scheda di espansione) disponendole parallele alla scheda madre anziché
perpendicolari. Di solito viene adottato solo dai grandi produttori OEM.
• Mini LPX - un sottoinsieme delle specifiche LPX.
• NLX - un tipo di formato a basso profilo, che prevede un riser per le schede di
espansione. È stato ideato per assecondare le richieste del mercato per PC piccoli,
ma non ha mai guadagnato molta popolarità.
• BTX (Balanced Technology Extended) - uno standard recente, proposto da Intel
come possibile successore dell'ATX.
• MicroBTX e picoBTX - sottoinsiemi più piccoli del BTX.
• Mini-ITX - Un formato di scheda madre molto piccolo ad alta integrazione,
introdotto da VIA e pensato per thin client, chioschi elettronici e set-top box.
• Nano-ITX - Altro formato di scheda madre molto piccolo ad alta integrazione,
introdotto da VIA e pensato per thin client, chioschi elettronici e set-top box.
Utilizza processori Via C7 o Eden. Le dimensioni sono di 12cm per ogni lato.
42
3 – Hardware
• Pico-ITX - Formato di scheda madre molto piccolo ad alta integrazione, introdotto
da VIA nel 2007 e pensato per thin client, chioschi elettronici e set-top box.
Utilizza processori Via C7 o Eden. Le dimensioni sono di 10x7,2cm di lato.
• WTX (Workstation Technology Extended) - un formato grande, molto più dell'ATX,
ideato per schede madri di server e workstation multiprocessori di fascia alta.
I componenti essenziali da tenere in evidenza in una scheda madre, oltre al formato di
cui abbiamo parlato prima sono:
•
L'alloggiamento della CPU
Chiamato socket, è un connettore
elettrico fissato sulla scheda madre
che permette il fissaggio e il
collegamento elettrico della CPU.
Questo connettore è provvisto di fori
o piccoli piedini (pin) il cui il numero e
la disposizione varia a seconda del
tipo di CPU.
Socket PGA
Socket LGA
Nelle CPU provviste di piedini utilizzano un fissaggio chiamato PGA (Pin Grid Array) con il
quale i piedini della CPU una volta inseriti nello zoccolo venivano “pinzati”.
A partire dal socket 775 (2004) e nei successivi modelli 1156, 1366, 1155, 1150, Intel ha
modificato il sistema di fissaggio delle proprie CPU.
In questo tipo di fissaggio chiamato LGA (Land Grid Array) i piedini risiedono
direttamente sul socket, mentre nella CPU sono previsti dei piccolissimi alloggiamenti
sui quali si inseriscono (o meglio si appoggiano) i piedini.
Per il fissaggio della CPU sul socket è prevista una piastra che esercita una pressione
sulla CPU per garantire un perfetto contatto elettrico.
Esistevano anche delle schede madri che a differenza dei Socket prevedevano dei
connettori a pettine (Slot) per alloggiare le CPU, attualmente non vengono più utilizzati.
Ogni scheda madre ha il suo tipo di alloggiamento, per cui l’abbinamento con il
processore è determinato da questo.
E’ da tener presente, però che il tipo di socket non è la garanzia della compatibilità del
processore con la scheda madre, ci sono anche dei fattori elettrici oltre a quelli “fisici”.
•
La ROM (Read Only Memory)
che può essere PROM, EEPROM, flash ROM o altro tipo, contiene il
BIOS (Basic Input-Output System) o il più attuale UEFI (Unified
Extensible Firmware Interface) della scheda madre, che è in pratica un
software dalle funzionalità limitate che esegue il controllo
dell'hardware all'accensione, carica il sistema operativo e mette a
disposizione di questo alcune primitive funzioni per il controllo
dell'hardware collegato alla scheda madre.
•
Il chipset
Il Northbridge è l'elemento più importante del chipset, il suo buon funzionamento è
cruciale per la stabilità e la velocità della macchina.
E' un circuito integrato che connette il processore con la
memoria RAM e i bus di espansione principali (PCI, PCI
express e AGP).
I modelli più recenti incorporano anche le interfacce SATA
per gli hard disk, che sono i componenti più critici per le
43
3 – Hardware
prestazioni di un personal computer.
Il Southbridge è il secondo componente del chipset e il suo compito è quello di gestire
tutte le interfacce a bassa velocità, è connesso al northbridge tramite il bus di
espansione e gestisce le porte seriali e parallele, l'interfaccia per la tastiera e il mouse,
l'interfaccia Ethernet, le porte USB e il bus SMB.
•
I connettori di alimentazione
Nelle moderne schede madri oltre al connettore principale
da 20 o 24 poli, sono presenti anche altri connettori di
alimentazione.
Alcuni di questi vanno collegati all'alimentatore, mentre altri
servono per alimentare le ventole di raffreddamento della
CPU, del cabinet e di alcune schede video.
•
Slot per le memorie RAM
Possono essere di diverso tipo a seconda della RAM .
Le schede madri economiche montano di norma solo 2
slot.
Le schede madri più costose ne montano 4 che possono
essere anche di colore diverso, in questo caso bisogna fare attenzione in quanto
probabilmente la scheda madre utilizza la tecnologia “dual-channel” che prevede di
impiegare coppie di RAM uguali da montare negli slot di uno stesso colore.
Le schede madri per i server possono montare anche 16 slot di memoria.
Alcune schede madri non attualissime, permettevano di montare sia memorie DIMM da
168 pin che che DDR da 184 pin.
Non è possibile montare tutti e due i tipi contemporaneamente!
•
Il connettore per scheda grafica
Molte schede grafiche (non recentissime) utilizzano lo
slot AGP (Accelerated Graphics Port) come interfaccia
standard.
Precedentemente le schede video avevano una
interfaccia di tipo PCI e ancora prima di tipo ISA.
Molte schede madri utilizzano una scheda grafica integrata con un connettore VGA sul
retro, ultimamente anche DVI (Digital Visual Interface) e HDMI (High-Definition
Multimedia Interface), il connettore per una scheda grafica dedicata, può essere
comunque presente ugualmente.
I connettori AGP prevedono due tensioni:
L'AGP 1X e 2X richiedono 3.3 V (vecchie schede);
L'AGP 4X e 8X richiedono solo 1.5 V.
Lo slot AGP ha dei dentelli integrati che impediscono l'inserimento del dispositivo in
maniera errata.
Attualmente il connettore standard nelle schede madri è il più performante PCIe (PCI
express).
•
Gli slot di espansione
Sugli slot di espansione è possibile collegare schede per
l'interfaccia di rete, modem, schede audio e per il video
editing, controller e altro ancora.
Il PCI (Peripheral Component Interconnect) è stato il bus
standard per l'interfacciamento delle periferiche con il
chipset, attualmente sostituito dal PCI Express
44
3 – Hardware
In passato venivano usati slot di espansione ISA e VESA ormai superati da anni.
ISA (Industry Standard Architecture), era il bus più diffuso fino alla fine degli anni '80,
perché quello del PC originale di IBM.
Tipicamente i connettori ISA sono di colore nero, lunghi circa 14 cm per il tipo completo
a 16 bit, con due file di contatti dorati.
Sul bus ISA si potevano connettere periferiche come schede video, audio e modem.
A partire dagli ultimi anni ’80 i connettori ISA sono stati sostituiti da bus EISA, VESA e
successivamente (1992) dal bus PCI, decisamente più evoluto.
•
I Connettori ATA
Questo bus parallelo utilizzato per il trasferimento
dei dati dall'hard disk alle unità ottiche (CD e DVD) è
conosciuto anche come IDE, E-IDE, Parallel ATA
(PATA), in contrasto con il Serial ATA (SATA).
L'ultima versione si caratterizza per un cavo a nastro
da 80-pin che connette la scheda madre ai dispositivi.
Ognuno di questi cavi può supportare un massimo di
due apparecchi, uno configurato come master e
l'altro come slave.
Questa impostazione è trattata normalmente da un piccolo ponticello (jumper) inserito
sul dispositivo.
Quando due dispositivi condividono un cavo a nastro, uno deve essere sempre
configurato come master, mentre l'altro come slave.
•
I Connettori Serial ATA (SATA)
SATA è il bus seriale per dispositivi di archiviazione di
massa, prevalentemente hard disk e successivamente
anche lettori ottici; è stato progettato per rimpiazzare la
vecchia interfaccia parallel ATA (PATA).
La prima versione del Serial ATA, uscita nel 2003,
supporta una velocità di trasmissione dei dati pari a 1,5
gigabit al secondo.
Il controller SATA di seconda generazione (detto SATA/300 o SATA II), uscito nel 2005 è
in grado di trasferire 3 gigabit/s (384 megabyte/s).
La 3ª generazione (sul mercato dal 2011) è arrivata a 6Gb/s mantenendo sempre la
compatibilità con le precedenti.
I cavi di collegamento possono arrivare fino a 1 m di lunghezza.
I collegamenti punto-punto sono tipici per i SATA, con un capo del cavo SATA collegato
alla scheda madre e l'altro direttamente all'hard disk.
Nessun dispositivo addizionale può essere condiviso con lo stesso cavo, come con il
Parallel ATA (dove ogni cavo supporta uno o due drive).
•
Il Connettore AMR (Audio Modem Riser):
Non è un bus, ma soltanto un alloggiamento,
normalmente singolo, da usare per funzionalità audio o
come modem.
Nei modem costruiti per questa interfaccia non ci sono
componenti importanti, salvo degli integrati microscopici,
in quanto l'elaborazione elettronica più importante,
avviene già nella scheda madre.
Lo standard AMR non ha avuto una grande diffusione ed è già da tempo scomparso dalle
schede madri.
45
3 – Hardware
•
I connettori posteriori
Una serie di collegamenti standard sono presenti normalmente sul lato posteriore della
scheda madre, tra cui:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Porta seriale RS232;
Porta parallela Centronics;
Connettori PS/2 per mouse e tastiera;
Porte USB;
Collegamenti audio, sia analogico che digitale;
Collegamento RJ45 per la rete;
Collegamento RJ11 per il collegamento alla rete telefonica;
Collegamenti video (VGA, DVI, HDMI ecc.).
La Batteria
Questo componente piuttosto trascurato svolge invece un
ruolo importante per il funzionamento del PC.
La batteria fornisce l'alimentazione continuativa necessaria a
conservare le impostazioni memorizzate nel BIOS e
dell'orologio in tempo reale del sistema.
In passato sono stati utilizzati vari tipi di batterie, fra cui
accumulatori al nichel e idruro metallico e alcalini.
I PC recenti utilizzano le batterie al litio, che in genere durano
da 5 a 10 anni prima di richiedere una sostituzione.
Il formato della batteria presente di norma sui PC è il CR2032.
Queste batterie non sono ricaricabili!
● Il Processore
Il processore è una delle parti più importati del computer.
Detto anche CPU (Central Processing Unit), può essere definito,
insieme alla memoria (RAM), il cervello del computer.
Si occupa, infatti, di eseguire i comandi che noi impartiamo al
computer attraverso una complessa elaborazione dei dati.
E’ un piccolo dispositivo a forma di parallelepipedo che contiene
milioni di transistor capaci di eseguire un gran numero di calcoli a
grande velocità.
Nel corso degli anni l’evoluzione dei processori ha portato dai modelli originari Intel
8080 e 8086 a 8 bit dei PC nati nei primi anni ’70, ai veloci e sofisticati processori di
ultima generazione.
I primi modelli di Pentium viaggiavano più o meno a 60 Mhz.
Le CPU sono arrivate a livelli di velocità spaventose, Intel è arrivata a produrre
microprocessori funzionanti a 3,8 Ghz.
Una CPU che viaggia a queste velocità produce molto calore (anche 130W e più) e
46
3 – Hardware
necessita quindi di una ventola di raffreddamento e di un radiatore (dissipatore) di
adeguate dimensioni.
La tendenza attuale è quella di ridurre il consumo e di conseguenza la produzione di
calore con nuove tecnologie costruttive, diminuendo la tensione di funzionamento e la
frequenza di lavoro, cercando le prestazioni in altri modi (più processori integrati nello
stesso chip e maggiore quantità di memoria “cache”).
Attenzione: una CPU fatta funzionare senza adeguato radiatore può venire distrutta
irrimediabilmente in pochissimi secondi.
● Il Dissipatore
Un dissipatore per
CPU con ventola
L'emissione di calore da parte dei processori necessita di essere
smaltita (dissipata), per fare questo viene usato un sistema con
delle ventole oppure solamente con sistemi a lamelle detti
fanless o passivi.
La dissipazione del calore del processore o di altre parti del PC
(per esempio una scheda video) è molto importante per un
corretto funzionamento del PC.
● La Memoria RAM
La memoria RAM (Random Acces Memory) viene
usata nei PC come memoria principale in cui sono
memorizzati tutti i programmi attivi e i dati, per
essere prontamente accessibili e disponibili alla
CPU e agli altri componenti del PC ad esempio l'hard disk.
Quando si esegue un programma nel PC, una sua copia contenuta in memoria
secondaria, di solito il disco rigido, viene copiata nella RAM.
Quando si trovano nella RAM, le istruzioni del programma sono trasferite una alla volta
alla CPU per essere eseguite.
I dati che il programma accetta o legge da un disco sono a loro volta memorizzati
temporaneamente nella memoria RAM.
Il motivo principale per cui la RAM viene usata in un PC, è la velocità di trasferimento dei
dati alla CPU, decisamente maggiore dei dispositivi di memoria secondaria.
Non impiegando la RAM, la lettura delle istruzioni dei programmi e dei dati dovrebbe
avvenire dal disco rigido, con un rallentamento considerevole della velocità del
computer.
La RAM è costituita da un gruppo di circuiti integrati (IC o chip) con piccoli componenti
elettronici (chiamati condensatori) che memorizzano i valori binari 1 e 0.
La maggior parte dei PC usa tre diversi livelli di memoria:
- principale,
- cache di livello 1 (L1),
- cache a livello 2 (L2).
La RAM di cui stiamo parlando, fa riferimento al livello di memoria principale del PC.
Esistono vari tipi di memoria RAM, i principali sono:
• SIMM (Single In-line Memory Module) usate nei (molto) vecchi PC.
• DIMM (Dual In-line Memory Module ) le recenti DIMM, DDR, DDR2, DDR3 e DDR4
• SO-DIMM (Small Outline dual in-line memory module) usate di norma nei PC portatili.
Le memorie DIMM hanno tutte le stesse dimensioni e sistema di aggancio, ma
differiscono oltre che per le caratteristiche elettriche, anche meccanicamente per il
numero dei contatti: 168 (PC66/100/133), 184 (DDR), 240(DDR2 e DDR3) e 288 (DDR4).
47
3 – Hardware
Una diversa posizione della scanalatura nel modulo RAM, ne impedisce un montaggio
errato.
Le memorie RAM per PC portatili sono di dimensioni ridotte pur mantenendo le
caratteristiche delle normali memorie, anche questi moduli hanno tutti le stesse
dimensioni e sistema di aggancio, ma differiscono per il numero dei contatti: 144
(PC133), 200 (DDR e DDR2), 204 (DDR3) e 260 (DDR4).
Una nota meritano le memorie RDRAM (RIMM) e anche “Rambus”, memorie ad alte
prestazioni, commercializzate nel mercato dei personal computer a partire dal 1999 e
adottate, in seguito ad un accordo commerciale, da Intel in modo esclusivo per la prima
generazione di Pentium 4 fino al 2002.
In seguito al divorzio con Rambus, Intel adottò le memorie DIMM SDRAM (standard
dell'epoca) e, successivamente, DDR SDRAM.
La fortuna delle RDRAM non fu duratura nel mercato dei personal computer a causa
degli alti costi (i prezzi erano da due a tre volte superiori rispetto alle normali SDRAM
dell'epoca) e dell'esiguo aumento prestazionale rispetto alle memorie tradizionali;
fattori tali da compromettere le vendite dei nuovi Pentium.
Successivamente il loro impiego è rimasto limitato all'ambito dei server e workstation.
L'azienda Rambus è molto nota, inoltre, per le numerose cause giudiziarie e si ritiene
anche vinte, contro tutti i maggiori produttori di memorie, rivendicando la proprietà del
brevetto dell'interfaccia (Synchronous memory interface) utilizzata dalle memorie SDRAM
e tutte le evoluzioni successive e chiedendo sostanziose royalties ai produttori citati in
giudizio.
● L'hard disk
o disco rigido (chiamato anche disco fisso) è un dispositivo
utilizzato per la memorizzazione a lungo termine dei dati in un
computer.
È costituito fondamentalmente da uno o più dischi in alluminio o
vetro, rivestiti di materiale ferromagnetico portati in rapida
rotazione da un motore coassiale e da due testine per ogni disco
(una per lato), le quali, durante il funzionamento "volano" alla distanza di pochi centesimi
di millimetro dalla superficie del disco leggendo e scrivendo i dati.
La testina è tenuta sollevata dall'aria mossa dalla rotazione stessa dei dischi che può
superare i 15.000 giri al minuto. Le testine dei vari piatti sono solidali fra di loro e
leggono tutte la stessa traccia.
I dati vengono memorizzati sul supporto magnetico dei dischi, magnetizzando in un
senso o in un altro una singola cella magnetica (domini di Weiss) che costituiscono il
singolo bit.
Le caratteristiche principali di un hard disk sono:
- la capacità, in genere espressa in gigabyte (1Gb=1.000 Mb) o in terabyte (1Tb=1.000 Gb).
- Il tempo di accesso (si tratta del tempo medio necessario perché un dato, residente in
punto casuale dell'hard disk possa essere reperito), è uno dei parametri più importanti
per valutare le prestazioni di un hard disk, si misura in millisecondi.
- la velocità di trasferimento (la quantità di dati che l'hard disk è teoricamente in grado
di leggere o scrivere sul disco in un determinato tempo), si misura in Mbyte/sec.
- la dimensione, i dischi rigidi sono prodotti in 4 dimensioni standardizzate chiamati
"fattore di forma" e si riferisce al diametro dei piattelli del disco espresso in pollici
(3,5” - 2,5” - 1,8”- 1” ). Esistevano anche hard disk da 5,25” e 8” usati nei vecchi
48
3 – Hardware
calcolatori. Gli hard disk da 3,5” sono utilizzati nei personal computer desktop, nei
server, e nelle unità NAS (Network-Attached storage), unità remote di memorizzazione
in reti di calcolatori. Quelli da 2,5” nei computer portatili e dovunque ci sia poco spazio
e/o potenza di alimentazione, mentre i più piccoli , nei dispositivi tascabili. Nel formato
da 3,5” l'alimentazione avviene tramite un connettore specifico, il formato 2,5”
solitamente è alimentato direttamente dai cavo dell'interfaccia, i più piccoli dalla
batteria del dispositivo in cui risiedono.
•
I dischi allo stato solido
attualmente stanno prendendo piede i dischi allo stato
solido chiamati SSD (Solid State Disk). Sono dispositivi di
archiviazione dati che utilizzano unicamente l'elettronica
dello stato solido per la memorizzazione delle informazioni
digitali.
La parola disco, contenuta nel nome, non deve trarre in
inganno, il dispositivo non contiene alcuna parte meccanica e
nessun disco magnetico, come nei dischi rigidi convenzionali,
per questo motivo è più corretto, anche se meno intuitivo,
chiamare il dispositivo drive allo stato solido (dall'inglese solid state drive, SSD).
I vantaggi degli SSD sono:
• rumorosità assente,
• minore possibilità di rottura,
• minore produzione di calore,
• minori consumi,
• maggiore velocità,
• maggiore resistenza agli urti.
Gli svantaggi degli SSD sono attualmente (01-2016):
- il costo elevato (ma in continua diminuzione),
- limitata capacità (ma in continuo aumento).
• I dischi ibridi
sono dei particolari tipi di hard disk basati sul concetto dei tradizionali hard disk che
contengono anche una certa quantità di memoria flash non volatile.
L'utilizzo della memoria allo stato solido riduce il tempo di lettura e scrittura sul disco.
I file ricorrenti, attraverso un proprio firmware interno, vengono memorizzati su questa
parte del disco aumentando così le prestazioni del PC.
Il ridotto consumo energetico nell'utilizzo di questi dischi nei sistemi portatili aumenta la
durata della batteria.
•
Le interfacce degli hard disk
Oltre alle caratteristiche viste in precedenza (tipologia, dimensioni, capacità e
prestazioni), è importante anche l’interfaccia di collegamento, che oltre ad un
allacciamento elettrico diverso determina una modalità di trasferimento dei dati diversa.
Qui di seguito le principale interfacce di collegamento attualmente usate:
49
3 – Hardware
- ATA (Advanced Technology Attachment) comprese abbreviazioni e acronimi quali IDE,
EIDE, ATAPI, UDMA ed il più recente PATA.
Su questa interfaccia sono impiegati connettori a nastro
(cavi piatti) da 40/80 conduttori, ciascun cavo è dotato di
due o tre connettori.
La versione da 80 conduttori è comparsa con
l'introduzione dello standard UDMA4 (Ultra DMA/66) da
66 Mb/s..
Il cavo con 80 conduttori prevede un filo di messa a terra per ciascun conduttore che
porta il segnale, ciò riduce gli effetti dell‘induzione elettromagnetica tra i conduttori
adiacenti e permette una maggiore velocità di trasferimento dei dati.
Le modalità ancor più veloci, UDMA5 (100 mb/s.) e UDMA6 (133 mb/s.) richiedono
anch'esse cavi con 80 conduttori.
Sebbene il numero di conduttori sia raddoppiato, il numero di pin dei connettori è
rimasto lo stesso, i connettori sono fisicamente identici.
- SATA (Serial ATA)
Questa interfaccia utilizza cavi a 7 contatti per la
connessione dati e trasmette i dati in formato seriale
piuttosto che in parallelo.
Inoltre, Serial ATA permette agli utenti la connessione e
disconnessione hot (a caldo) delle unità a disco.
Il Serial ATA riduce anche le tensioni di riferimento per i
segnali dai 5 volt utilizzati nei collegamenti ATA fino a 0,5
volt, ciò riduce l'assorbimento di potenza e le interferenze elettriche e permette cavi
SATA di dimensioni più lunghe.
La prima versione del Serial ATA supportava una velocità di trasmissione dei dati pari a
1.5 Gigabit al secondo, sostituiti successivamente dai controller SATA2 o SATA300, in
grado di trasferire 3 Gigabit/s. Una terza generazione di controller da 6 Gigabit/s (SATA3
o SATA600) è già in commercio.
- SCSI (Small Computer System Interface)
Questa interfaccia utilizza di norma cavi a nastro da 68
contatti.
E’ un’interfaccia progettata per realizzare il trasferimento
di dati fra diversi dispositivi interni di un computer
collegati fra di loro tramite un bus.
In passato l'interfaccia SCSI era molto diffusa in ogni
tipologia di computer, mentre attualmente trova un vasto
impiego solamente in workstation e server di fascia alta
(cioè con elevate prestazioni).
Lo SCSI ha subito un'evoluzione negli anni, dallo standard SCSI-1, SCSI-2, e SCSI-3 del
2003, fino ai recenti Ultra-640 SCSI.
Negli ultimi anni questa tecnologia comincia ad essere sostituita dalla SAS.
- SAS (Serial Attached SCSI)
E' una recente tecnologia di trasferimento dati studiata per
lavorare sia con dispositivi ad accesso diretto, come i dischi
fissi, sia per quelli ad accesso sequenziale, come i nastri
magnetici.
Il protocollo di comunicazione è seriale punto-punto
diversamente dal bus SCSI parallelo introdotto nella metà
50
3 – Hardware
degli anni '80.
Il formato SCSI parallelo, descritto precedentemente, è stato utilizzato per i sistemi di
memorizzazione “classe Enterprise” per oltre due decenni, ma le limitazioni intrinseche
dell'architettura parallela con bus condiviso sono oggi diventate un problema.
Il SAS garantisce migliori prestazioni di memorizzazione rispetto all'interfaccia SCSI
parallela.
● Le Unità ottiche
Il lettore di CD/DVD è un dispositivo elettro-meccanico
utilizzato per la riproduzione di contenuti multimediali o più
in generale per la lettura di dati immagazzinati su un
supporto ottico chiamato CD/DVD.
Il lettore CD/DVD legge i dischi tramite un diodo laser (per
questo sono chiamate unità o dischi ottici).
I dati sono scritti sul disco come una serie di microscopiche
incisioni (pits), separate da spazi (lands).
Il cambiamento di intensità di luce che ne deriva è trasformato in dati binari che,
opportunamente decodificati, permettono la lettura dei dati immagazzinati sul
supporto.
Questi dispositivi sono montati internamente al PC e occupano gli alloggiamenti (slot)
del computer più grandi, quelli da 5 pollici e 1/2) e si collegano mediante diversi tipi di
porte, SCSI (ormai in disuso), IDE e attualmente SATA.
Quelli esterni sono collegati di norma al PC per mezzo della porta USB.
Anche il masterizzatore è un dispositivo ottico, che oltre a leggere riesce a scrivere su
supporti appositi attraverso un raggio laser, per salvare
dati, creare o duplicare CD o DVD di dati, audio e video.
È possibile utilizzare tali dispositivi per masterizzare
supporti, in cui la scrittura è definitiva e come tale non più
modificabile e anche su supporti, in cui è possibile la
cancellazione dei dati presenti all'interno degli stessi e quindi riutilizzati per nuove
scritture.
Poiché le sessioni sui CD e sui DVD devono essere scritte in una sola passata, senza
interruzioni, i masterizzatori dispongono di una certa quantità di memoria cache, ovvero
di memoria interna temporanea, in cui memorizzare alcuni megabyte di dati prima di
iniziare a scrivere.
Nel caso il computer venga temporaneamente rallentato (ad esempio perché i file da
scrivere sono molto frammentati) e non riesca a fornire abbastanza dati al
masterizzatore, quest'ultimo svuoterà progressivamente la cache in modo da poter
continuare a scrivere a velocità costante.
Tuttavia se la velocità di scrittura è eccessiva ad un certo punto la cache verrà
inevitabilmente esaurita producendo un CD/DVD illeggibile.
Per far fronte a questo problema sono state sviluppate delle tecnologie che permettono
al masterizzatore di modificare al volo la velocità di scrittura, adattandola alla velocità
del flusso di dati in entrata.
51
3 – Hardware
•
Supporti CD-Rom (CD) e DVD
I CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) sono dei supporti di
memorizzazione dati che possono contenere dai 650 agli 800 Mb.
Si tratta di supporti ottici di memorizzazione.
Ciò significa che a differenza dei floppy disk o degli hard disk
(supporti magnetici) dove i dati vengono memorizzati
magneticamente, qui i dati vengono letti otticamente attraverso un
fascio di luce laser.
I CD audio che compriamo in negozio, così come i film su DVD sono prodotti con una
tecnica a stampaggio, mentre per scrivere sui supporti vergini presenti sul mercato, la
parte di CD/DVD argentata viene colpita dal fascio laser ottenendo così degli
avvallamenti microscopici sui quali in lettura lo stesso raggio laser a seconda della
presenza o meno della riflessione, riconosce i fori e determina il valore di 1 o 0 del bit.
Sui CD possono essere incisi miliardi di fori, ciascuno dei quali corrisponde a un bit.
Originariamente i CD erano in sola lettura, da qui deriva il nome CD ROM (dove ROM sta
per Read Only Memory, memoria in sola lettura), ma oggi non e' più così, in quanto
attualmente e' possibile scrivere su un CD.
Oggi esistono infatti i CD-R (CD Recordable, cioè registrabile) su cui si possono
memorizzare dati una sola volta.
Esistono anche i CD-RW (CD ReWriteable, cioè riscrivibile) sui quali e' possibile scrivere e
cancellare dati centinaia di volte.
Lo stesso discorso vale anche per i DVD la cui capacità è di 4,3 o 8,5 Gb a seconda se
sono ad uno o due strati.
Il Blu-ray Disc (sigla ufficiale BD) è il supporto ottico proposto dalla Sony nel 2002 come
evoluzione del DVD per i contenuti video ad definizione.
Il Blu-ray disc, ha combattuto una “guerra” contro l'HD DVD durata
parecchi anni per la diffusione dello standard.
Questa guerra fu combattuta principalmente sul fronte degli accordi
commerciali con le case cinematografiche ed i produttori di hardware.
Nel febbraio 2008 Blu-ray ha definitivamente vinto la sua competizione
con l'HD DVD, visto che Toshiba, titolare dei diritti sullo standard concorrente, ha
dichiarato la chiusura del progetto e la dismissione delle attività collegate.
● La scheda video
La scheda video chiamata anche scheda grafica
è un componente del computer che ha lo scopo
di elaborare attraverso il suo componente
principale la GPU (Graphics Processing Unit) i
segnali elettrici provenienti dalla scheda madre
del PC ed inviarli ad un dispositivo di
visualizzazione per esempio un monitor o un
video proiettore.
Spesso la scheda video è incorporata nella
Una scheda video PC I Express
scheda madre, in questo caso si parla di scheda
video condivisa, la scheda separata si chiama invece dedicata.
Le schede video (dedicate) per essere montate sulla scheda madre di un PC devono
avere lo stesso tipo di collegamento che può essere, per i PC ancora in circolazione di
due tipi:
52
3 – Hardware
- AGP (Accelerated Graphics Port)
Per questo tipo di interfaccia sono previste
quattro classi di banda:
AGP 1X 256 MB/s
AGP 2X 533 MB/s
AGP 4X 1066 MB/s
AGP 8X 2133 MB/s
La scheda superiore è un AGP 2X funzionante a a
3.3 V. In mezzo troviamo la scheda universale. La
scheda più sotto è un AGP 8X funzionante a 1.5 V.
- PCI Express (PCIe) che è lo standard attuale.
Sistemi molto vecchi utilizzavano invece la connessione grafica PCI o addirittura le
vecchie connessioni ISA.
• Le interfacce di collegamento
Oltre all'interfaccia di collegamento alla scheda madre, un'altra importante caratteristica
delle schede video sono i connettori di collegamento al monitor che possono essere di
diverso tipo, dalle vecchie VGA alle attuali Display port (DP), DVI e HDMI, qui di seguito
sotto i vari tipi di collegamento con i relativi connettori:
Connettore analogico VGA
(Video Graphics Array)
Connettore digitale DVI
(Digital Visual Interface)
Connettore digitale HDMI
(High-Definition Multimedia Interface)
Connettore analogico S-video
(Separate Video)
Connettore video composito
RCA
Connettore DP
(DisplayPort)
53
3 – Hardware
Nei PC portatili le schede video sono di norma integrate nella
scheda madre, nel caso sia prevista una scheda video dedicata,
bisogna sapere che oltre ad avere dei connettori completamente
diversi dalle sorelle per PC fissi, sono più piccole e prive dei
connettori esterni per il monitor, oltre a questi particolari
bisogna tener presente che sono più costose rispetto a quelle
“tradizionali” per PC fissi.
Una scheda video per PC portatili
● La scheda audio
è una scheda di espansione che si occupa di
trasformare un flusso audio digitale in un segnale
analogico (anche digitale nelle configurazioni più
recenti).
La maggior parte delle schede audio attuali è anche
in grado di ricevere segnali 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 analogico-digitale che converte onde
sonore registrate o generate in digitale in un segnale analogico.
Questo segnale è indirizzato a un connettore al quale può essere connesso un
amplificatore, una coppia di altoparlanti, una cuffia, o un'apparecchiatura simile.
Le architetture più avanzate solitamente includono più di un chip sonoro, e si dividono
fra sintetizzatore di suoni (solitamente usato per generare suoni in tempo reale) e
riproduzione digitale di suoni.
Attualmente nei PC di fascia medio-bassa (ma non solo) la scheda audio è di solito
integrata in un chip della scheda madre, per contenere i costi e i consumi.
Queste schede audio, pur non avendo funzionalità di elaborazione avanzate, sono in
grado di riprodurre suoni ad alta qualità e dispongono di uscite per sistemi audio
surround fino a 9.1.
Attualmente le schede audio utilizzano per i PC non recentissimi l'interfaccia PCI e PCIe,
nei PC più recenti.
Nei vecchi PC erano montate schede con interfaccia ISA.
● La scheda di rete
è un‘interfaccia digitale che viene inserita solitamente
all'interno di un PC per consentire la connessione ad una
rete informatica.
Altri nomi per questa interfaccia possono essere:
NIC (Network Interface Controller).
Scheda LAN (Local Area Network).
Le schede tradizionali lavorano tra 10 Mbps e 100 Mbps, le schede recenti operano fino a
1 Gbps (10/100/1000).
Come per le schede audio, questi dispositivi sono quasi sempre
integrati nella scheda madre del PC.
Attualmente queste schede utilizzano per i PC non recentissimi
l'interfaccia PCI, mentre nei PC più recenti lo standard PCIe.
Nei PC più vecchi erano montate schede con interfaccia ISA che
erano provviste di collegamenti di tipo coassiale BNC ormai da
anni non più usato (vedi foto a a lato).
54
3 – Hardware
Le periferiche
Molti definiscono una periferica una qualsiasi
tipologia di dispositivo hardware del computer.
Preferisco chiamare componenti i pezzi all'interno
del PC (quelli che abbiamo appena visto) e
periferiche quelle attaccate fuori.
Le periferiche possono essere di input come per
esempio il mouse , la tastiera, una webcam, e di
output come un monitor o delle casse acustiche, ecc.
● Il mouse
Tasto destro Rotellina centrale
Tasto sinistro
Il mouse è una periferica di input in grado di inviare
al PC un segnale elettrico per fare in modo che ad
ogni suo movimento ne corrisponda uno analogo
sullo schermo del monitor attraverso un puntatore.
Il modello più comune è dotato di due pulsanti con
una rotellina centrale che funge sia da terzo pulsante
che da elemento di controllo della funzione “scroll”
(scorrimento).
Negli attuali modelli il movimento del mouse viene rilevato da un sistema ottico,
precedentemente veniva usato un sistema meccanico con una pallina.
I connettori del mouse , a sinistra un
connettore PS/2 a destra un connettore
USB. Nei mouse senza fili la parte fissa
(trasmettitore) viene collegata al PC con uno
di questi connettori.
● La tastiera
La tastiera (in lingua inglese keyboard), è una periferica di input di un computer atto al
controllo del computer stesso e all'inserimento di dati.
La tastiera può essere incorporata nell'unità centrale del computer come ad esempio nei
computer portatili o essere una periferica esterna.
Nei display touch screen la tastiera può definirsi “virtuale”.
Come si può notare l' ordinamento delle lettere non rispetta l'ordine alfabetico, questa
disposizione, chiamata QWERTY, dalle lettere dei primi 6 tasti, è stata ereditata dalle
macchine da scrivere meccaniche.
Una tastiera italiana standard da 105 tasti completa di tastierino numerico sulla sinistra
55
3 – Hardware
A quei tempi, questa disposizione fu concepita per evitare l'inceppamento dei
martelletti, sui quali erano collocate le singole lettere, quando venivano azionati in
rapida sequenza due bracci adiacenti.
Attualmente questa disposizione, non proprio razionale, non ha più senso di esistere, ma
sembra che nessuno abbia voglia di cambiare.
Per le diverse lingue esistono delle tastiere specifiche, che oltre
alla disposizione dei caratteri leggermente diversa, contengono
anche lettere speciali usate nelle varie lingue, come per esempio
le vocali accentate per la lingua italiana che non sono presenti, per
esempio, nella tastiera inglese.
I connettori delle tastiere sono uguali a quelli del mouse, cambia
Connettore PS/2 di una tastiera solo il colore del connettore PS/2 che è viola invece di verde.
Della funzione dei vari tasti ci occuperemo in seguito.
● Il monitor
Il monitor chiamato anche display è l'interfaccia utilizzata dal computer per visualizzare
testi e grafica ed è la periferica di output sempre presente in un computer.
Può anche essere dotato di casse acustiche
per la riproduzione dell'audio.
I primi monitor utilizzati nei PC erano del tipo
CRT (cathode ray tube) tubo a raggi catodici,
che si basano sullo stesso sistema usato per
gli schermi televisivi, dei quali avevano anche
la dimensione. I primi monitor CRT erano
Un monitor CRT
Un monitor LCD
monocromatici sostituiti quasi subito da
quelli a colori.
Attualmente la tecnologia più usata è quella a cristalli liquidi LCD (liquid crystal display),
questo tipo di monitor ha soppiantato quelli a tubo catodico soprattutto per le
dimensioni e il peso ridotto.
I monitor LCD hanno bisogno di essere retroilluminati, questo avviene attraverso una
luce fluorescente a catodo freddo chiamata CCFL (Cold Cathode Fluoreshent Light).
Attualmente questa tecnologia e stata sostituita con la retroilluminazione a LED.
•
Il Touchscreen:
è un particolare dispositivo frutto dell'unione di uno schermo e di un digitalizzatore, che
oltre alle funzioni di monitor, riesce a sostituire le funzioni del mouse e in molti casi
anche della tastiera.
Oltre a quanto visto sopra, le caratteristiche più importati del monitor sono:
- La dimensione riferita alla diagonale dello schermo che si misura in pollici.
I primi monitor per PC avevano una dimensione di 14” con un formato (rapporto tra
larghezza e altezza) 4:3, attualmente i monitor per PC hanno dimensioni superiori ai
19”, ed un formato un po' più rettangolare 16:9.
- La risoluzione data dal numero di pixel visualizzabili, per esempio, 640x480 sta ad
indicare che il monitor può visualizzare 640 pixel per ogni riga e 480 per ogni
colonna.
Gli attuali monitor sono in grado di visualizzare 16 milioni di colori con risoluzioni
pari a 1600x1200 pixel.
- L'interfaccia di collegamento con la scheda video del PC (in pratica il connettore)
che deve essere dello stesso tipo, i vari tipi li abbiamo visti precedentemente
quando abbiamo parlato della scheda video.
56
3 – Hardware
● La stampante
La stampante è un’apparecchiatura elettronica che collegata con un computer, da la
possibilità di stampare documenti di testo e immagini.
Tecnicamente viene chiamata periferica di output di un PC atta alla stampa di
informazioni digitali. Attualmente le stampanti in commercio possono essere suddivise
in base alla tecnica di stampa che può essere:
- matrice di aghi, è stato uno dei primi sistemi ad essere utilizzato (inizio anni '70),
attualmente è rimasto solamente per usi particolari come per
esempio la stampa su moduli continui a più copie.
Gli aghi presenti nelle testine di stampa (generalmente con
standard di 9, 18, 24 oppure 36 aghi), azionati da elettromagneti,
battono sulla carta attraverso un nastro inchiostrato mentre si
spostano lateralmente sul foglio.
La sequenza dei colpi è generata da un circuito elettronico per comporre i pixel che
costituiscono i caratteri o parte di una immagine.
La risoluzione in queste stampanti è misurata in CPI (caratteri per pollice), ovvero il
numero di caratteri che potevano essere contenuti in senso orizzontale in un pollice
(2,54 cm). La stampa può avvenire in entrambi i sensi di spostamento della testina, con
un aumento della velocità complessiva (stampa bidirezionale).
- getto d'inchiostro è una tecnologia di stampa che consiste nel proiettare minuscole
goccioline di inchiostro sul supporto da stampare, questo sistema
introdotto a livello commerciale da HP nel 1984 è tuttora
largamente utilizzato specialmente in ambiente domestico o per
piccoli uffici.
La tipica stampante a getto d'inchiostro presenta un carrello che si
muove avanti e indietro per tutta la larghezza del foglio, il quale a
sua volta procede in direzione perpendicolare al carrello mediante
un sistema di rulli che lo trascina. Sul carrello sono fissate le testine di stampa, il cui
compito è quello di proiettare sul foglio piccolissime gocce di inchiostro attraverso
minuscoli forellini detti ugelli.
Il meccanismo di espulsione (eiezione) delle gocce può essere di due tipi:
• Termico: in corrispondenza di ogni ugello è posizionato un resistore attraverso il
quale vengono fatti passare impulsi di corrente; ad ogni impulso il resistore si
scalda alla temperatura di alcune centinaia di gradi in pochi microsecondi e genera
nell'inchiostro a contatto con esso una bolla di vapore. L'espansione di
quest'ultima provoca l'espulsione della goccia dall'ugello soprastante; questa è la
tecnologia più diffusa nell'ambito domestico/piccoli uffici ed è utilizzata da
Hewlett-Packard, Canon, Lexmark e Olivetti;
• Piezoelettrico: sotto ogni ugello è sistemato un canalino circondato da un
cristallo piezoelettrico; un impulso elettrico provoca la deformazione del cristallo
e conseguentemente la repentina strozzatura del canalino e l'eiezione
dell'inchiostro; è la tecnologia utilizzata da Epson.
L'inchiostro viene prelevato da serbatoi chiamati cartucce le quali possono contenere
inchiostro libero o trattenuto da una spugna; nei modelli di stampanti per fogli di
dimensioni A4 e A3, tali serbatoi sono solitamente di ridotte dimensioni e posizionati sul
carrello, sopra le testine, e quindi si muovono assieme ad esso.
57
3 – Hardware
Cartucce con testina di
stampa integrata una per
il nero e l'altra per i colori
Cartucce senza
testina di stampa
una per ogni colore
Alcuni produttori integrano le testine di
stampa nelle cartucce e quindi l'esaurimento
dell'inchiostro comporta la sostituzione anche
della testina, ciò influisce sul costo della
cartuccia, ma garantisce sempre l'efficienza
delle testine, in questo caso la cartuccia dei
colori (generalmente tre, giallo, magenta e
ciano) è unica (vedi figura a lato).
Nelle stampanti per fogli di dimensioni maggiori, chiamate anche plotter a getto di
inchiostro (i plotter originali usavano solamente dei pennini di vari colori), le cartucce di
inchiostro sono generalmente posizionate in un luogo fisso e collegate al carrello con le
testine mediante piccoli tubicini, alcune volte l'inchiostro è contenuto in veri e propri
serbatoi da rabboccare periodicamente.
Una tecnologia simile a questa è la Sublimazione d'inchiostro o Inchiostro solido che
utilizza degli stick di inchiostro solido, che dopo essere caricato nella stampante, viene
sciolto ed utilizzato per produrre immagini sulla carta, questo sistema offre anche su
carta comune immagini dall'aspetto fotografico, grazie alla lucidità della cera.
La Xerox, utilizzatrice di questo sistema, sostiene che la
stampa con gli inchiostri solidi abbia colori più vibranti
rispetto agli altri metodi di stampa, sia più facile da usare,
possa essere fatta su una varietà di supporti molto ampia e sia
maggiormente eco-compatibile dal momento che riduce la
produzione di sostanze di scarto. Gli stick non sono tossici e si
possono maneggiare senza alcuna conseguenza nociva in
quanto la sostanza degli stick è composta da oli vegetali.
Una stampante a inchiostro solido
Laser: Questa tecnologia deriva direttamente dalla xerografia comunemente
implementata nelle fotocopiatrici analogiche.
Un raggio laser infrarosso viene modulato
secondo la sequenza dei pixel che deve essere
impressa sul foglio. Viene poi deviato da uno
specchio rotante su un tamburo fotosensibile
elettrizzato che si carica dove colpito dalla luce.
L'elettricità statica attira il toner, una fine polvere
di materiali sintetici e pigmenti, che viene
trasferito sulla carta (questa fase è chiamata
Una stampante Laser a colori con relativi toner
sviluppo).
Il foglio passa poi sotto un rullo detto “fusore” riscaldato ad elevata temperatura, che
fonde il toner facendolo aderire alla carta (fissaggio).
Per ottenere la stampa a colori si impiegano quattro toner: nero, ciano, magenta e giallo,
trasferiti da un unico tamburo oppure da quattro distinti.
Per semplificare la gestione dei consumabili, nelle stampanti laser monocromatiche
moderne il toner e il tamburo fotosensibile sono incluse in un'unica cartuccia. Questo
tipo di stampanti hanno una velocità di stampa molto elevata (fino a circa 70 pagine per
minuto) ed una risoluzione che può superare i 1200 dpi (dots per inch) punti per pollice in
italiano.
58
3 – Hardware
Una stampante multifunzione
Nell'ambito domestico sono attualmente molto usate le
stampanti multifunzione chiamate anche all-in-one, che
si contraddistinguono per integrare in un unico blocco
due diverse periferiche: una stampante e uno scanner.
Con la stampante multifunzione è possibile eseguire,
oltre alla stampa, la scansione di superfici piane e la
produzione di fotocopie.
Inoltre possono eventualmente essere integrate nella
stampante multifunzione anche altre periferiche come ad
esempio il modem o la scheda di rete, permettendo cosi
l'invio e la ricezione di fax.
L' interfaccia di collegamento al PC può essere di diversi tipi:
Una porta parallela LPT
Una connettore Centronics
LPT / Centronics o porta parallela che utilizza un cavo con
due connettori diversi: per il collegamento al PC è previsto
un connettore DB25 femmina da collegare a una porta
parallela LPT, mentre per la stampante è previsto un
connettore Centronics.
Anche la connessione USB utilizza un cavo con due
connettori diversi, quello a forma piatta (tipo A) va collegato
al PC, mentre l'altro (tipo B) va collegato alla stampante.
La connessione Ethernet viene eseguita attraverso un cavo
di rete RJ45 e di norma effettuata quando la stampante
viene collegata ad una rete, in questo modo tutti i PC
collegati in rete possono condividere questa stampante, la
condivisione di una stampante con più PC può avvenire
anche con una connessione di rete senza fili (Wi-Fi).
Un cavo di rete RJ45
Per la scelta della stampante oltre alla compatibilità con
Linux, bisogna valutare anche le caratteristiche, le cui principali sono:
USB Tipo A
USB Tipo B
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Formato carta accettato: A4, A3, buste ed etichette;
Possibilità di stampare in fronte-retro manualmente o in automatico;
Possibilità di stampare a colori o solo in bianco e nero;
Risoluzione di stampa misurata in punti per pollice dpi (dots per inch);
Velocità di stampa in pagine al minuto;
Costo della stampa: se la stampante viene utilizzata molto spesso bisogna
analizzare se vale la pena acquistare una stampante a getto d’inchiostro
economica oppure una laser più costosa, solitamente le stampanti economiche
hanno un costo di stampa molto elevato.
•
Le stampanti 3d
Con l'avvento delle odierne stampanti 3D la metamorfosi del settore e già in atto, il loro
compito non è più quello di imprimere un’immagine o un testo su un materiale piano,
bensì di dar vita a qualsiasi oggetto in tre dimensioni con l’ausilio di appositi materiali.
Non si crea superficie, ma volume. Le tipologie di stampanti 3D più diffuse basano il loro
funzionamento sul processo di produzione additiva, ovvero creando l’oggetto uno strato
alla volta, partendo da quelli sottostanti e man mano sovrapponendoli fino a coprire
l’intera area. Il procedimento può avvenire per sinterizzazione laser selettiva (o SLS,
“selective laser sintering”), ovvero scaldando degli appositi materiali, solitamente polveri
59
3 – Hardware
metalliche o sostanze termoplastiche, per poi sistemarle nella posizione corretta.
Con il procedimento di modellazione a deposizione fusa (oppure FDM, dall’inglese
“fused deposition modeling”) si ottiene lo stesso risultato, impiegando però un ugello
riscaldato che alza la temperatura del materiale prima di depositarlo. In questo caso
sono utilizzati dei filamenti, plastici o metallici, arrotolati su una sorta di matassa che
viene progressivamente srotolata durante la stampa.
L’ambito di utilizzo delle stampanti 3D è quello industriale
principalmente per la realizzazione di prototipi in modo rapido e
poco costoso. Ciò consente ad ingegneri e designer di toccare con
mano le loro creazioni senza bisogno di avviare un vero e proprio
processo produttivo.
Negli ultimi anni la stampa 3D non è più un’esclusiva delle grandi
aziende, ma ha raggiunto anche l’ambito domestico.
Una stampante 3D
● Lo scanner
Lo scanner, in italiano lettore ottico di immagini, è una
periferica di input in grado di acquisire in modalità ottica una
superficie analogica (fogli stampati, pagine, fotografie,
diapositive), di interpretarla come un insieme di pixel, e quindi
di ricostruirne la copia fotografica sotto forma di immagine
digitale.
Uno scanner piano
Il processo e anche il prodotto dell'acquisizione sono detti
scansione, che derivano dal verbo scandire, che descrive per l'appunto l'azione di rilevare
e trasmettere i dettagli dell'immagine scandita.
Dal il verbo inglese to scan deriva il termine scanner.
Sono diffusi alcuni termini come scannerizzare o scansionare, che non sarebbero corretti,
ma servono a volte per farsi capire.
Lo scanner svolge una funzione esattamente opposta a quella della stampante e allo
stesso tempo, analoga a quella di una fotocopiatrice con la differenza che la copia, in
questo caso, non è su carta, ma in formato digitale.
Tale immagine può poi essere modificata mediante appositi programmi di foto ritocco o,
nel caso di una scansione di un testo, convertita in un documento di testo mediante
riconoscimento ottico dei caratteri (OCR).
L' interfaccia di collegamento al PC è analogo a quello delle stampanti, il collegamento
LPT e ormai un lontano ricordo, mentre in ambito domestico e di piccoli uffici il
collegamento USB la fa da padrone.
● La Webcam
Una Webcam è una piccola telecamera utilizzabile
principalmente come dispositivo di input per un computer.
Microfono
A differenza di una telecamera tradizionale, non dispone di
un proprio sistema di memorizzazione video, ma trasmette
al PC semplicemente immagini e video in forma digitale,
solitamente attraverso una porta USB che trasferisce anche
il segnale audio.
Nei PC portatili attuali la Webcam assieme ad un piccolo
Una Webcam USB
microfono è già presente .
Il principale utilizzo delle Webcam consiste infatti nella possibilità di impiegarle per
realizzare una video-chiamata attraverso il Web (per esempio Skype) o altri sistemi basati
su Internet come molte applicazioni di messaggistica istantanea.
60
3 – Hardware
● I diffusori acustici
Le casse acustiche o diffusori acustici vengono utilizzati principalmente nei PC fissi (che
di norma non ne sono provvisti) per ascoltare musica e suoni.
Nei PC portatili che dispongono di piccoli altoparlanti
interni, vengono utilizzate quando la qualità del suono
non è sufficiente oppure nel caso dove serva una
potenza del suono maggiore.
Esistono anche delle piccole casse che si collegano ad
una porta USB che non necessitano di alimentazione.
Una coppia di casse acustiche
Uno spinotto jack e le relative prese.
Il collegamento al PC avviene attraverso uno spinotto
stereo (Jack) del diametro di 3,5 mm. da collegare alla
presa della cuffia nei PC portatili e nella presa “verde”
della scheda audio dei PC fissi.
Allo stesso modo delle casse acustiche possono
essere utilizzate delle cuffie o degli auricolari che si
collegano al PC nella stessa maniera.
61
