La struttura di un computer Prima parte

Un computer si compone di diverse parti

Esse possono essere schematizzate secondo il seguente schema

La CPU Il cuore del computer è la CPU (Central Processing Unit) che costituisce il dispositivo in cui avvengono realmente le elaborazioni dei segnali Essa è integrata cioè miniaturizzata in un dispositivo detto microprocessore delle dimensioni di pochi centimetri

E’ l’equivalente di quello che costituisce il cervello per un uomo

Come l’uomo anche il computer ha bisogno di qualcosa che gli consenta di ricordare informazioni

Se non fosse in grado di ricordare l’uomo non sarebbe capace di eseguire nemmeno i compiti più semplici. Non saprebbe nemmeno di essere in grado di farlo

Anche un computer ha bisogno in ogni momento di poter ricordare : i programmi (quello che sa fare) e i dati (le informazioni su cui sta lavorando)

Nell’uomo la memoria risiede in una parte del cervello Ne computer la memoria risiede in dispositivi appositi

Esistono diversi tipi di memorie nel computer La prima distinzione è fra memoria principale e memorie di massa La memoria principale o memoria centrale è la memoria in cui risiedono dati e programmi che il computer sta utilizzando

immaginate ad esempio di dover svolgere un compito che sia descritto in un manuale Per assolvere a questo compito dovete prima fare in modo che le informazioni passino nella vostra mente per poter essere utilizzate

Finché le informazioni non risiedono nella vostra mente sono inutilizzabili

Libri, appunti, dischetti, intere biblioteche sono soltanto strumenti per conservare le informazioni in modo da non dimenticarle come una sorta di magazzino

In maniera analoga la memoria centrale di un computer ha bisogno di un magazzino in cui siano immagazzinati i dati che bisogna acquisire per intraprendere un compito

Questo per due motivi Il primo è che la memoria centrale è volatile: questo aggettivo significa che essa perde le informazioni, le dimentica, quando si spegne il computer

Il secondo motivo è che la memoria centrale è costosa per cui non può avere dimensioni illimitate e occorrono sisemi di memorizzazione meno costosi è di capacità molto più elevata Questi sono le cosiddette memorie di massa

Esempio tipico di memoria di massa è l’hard disk

La memoria centrale installata su un normale PC arriva al massimo a 6 giga cioè 6 miliardi di byte Un hard disk può arrivare tranquillamente al terabyte cioè mille miliardi di byte

Una ram da 2 giga può costarci circa 50 euro

Se volessimo creare una memoria centrale da 1 terabyte avremmo bisogno di 500 di queste memorie per un totale di 25000 euro

Invece possiamo trovare, ad esempio, hard disk esterni da 2 tera a poco più di 100 euro

Perché la memoria centrale si chiama RAM? Il termine è una sigla di parole inglesi Random Access Memory Che significa letteralmente memoria ad accesso casuale

Ma cosa significa casuale?

Dovete immaginare una memoria ram come se fosse una cassettiera

Ogni cassetto (prende il nome esatto di locazione di memoria) contiene un byte di dati Ogni cassetto è identificato da un numero che costituisce il suo indirizzo Non vi possono essere due cassetti con lo stesso indirizzo

Un altro esempio sono le case di una strada

Ogni casa contiene un’informazione Ogni casa è identificata da un suo indirizzo Non ci possono essere due case allo stesso indirizzo Il microprocessore quando ha bisogno di un’informazione apre un cassetto o entra in una casa Il termine casuale non significa che lo fa a caso ma che può accedere liberamente all’indirizzo che gli serve

Inoltre il tempo che si impiega ad accedere ad una locazione è indipendente dalla locazione scelta: è sempre lo stesso

Per capire meglio consideriamo l’esempio di una memoria non casuale Un buon esempio è la videocassetta

In essa per vedere una certa scena di un film dovete per forza far scorrere il nastro fino al punto che vi interessa Si dice che è ad accesso sequenziale Perché dovete prima passare attraverso tutta la sequenza dei dati precedenti prima di arrivare al dato che vi interessa Il tempo necessario per raggiungere il dato che vi interessa dipende dalla posizione che esso occupa nel nastro: non è sempre lo stesso

I primi computer utilizzavano proprio unità a nastro per memorizzare i dati

È quindi per un fatto storico che le memorie elettroniche vengono chiamate RAM

Infatti oggi sia la RAM, sia gli hard disk, sia dvd e cd, sia le pen drive sono ad accesso casuale

Sono tuttavia ancora molto diffusi sistemi di backup dei dati (che servono a fare copie di protezione dei dati) basati su nastro

Dal punto di vista tecnico le RAM sono circuiti integrati in cui sono miniaturizzati milioni di transistor Abbiamo le ram dinamiche o DRAM in cui i transistor sono accoppiati a dei condensatori miniaturizzati I condensatori sono oggetti capaci di accumulare elettroni

Possiamo immaginare il condensatore come un secchio che accumula acuqa e il transistor come il rubinetto che decide se debba riempirsi o meno

Se il secchio è riempito vuol dire che è memorizzato il bit 1 Se il secchio è vuoto è memorizzato il bit 0 Questi secchi hanno però delle perdite per cui ad intervalli regolari bisogna rinfrescare il contenuto della memoria Questo processo avviene migliaia di volte al secondo Vi sono poi le memorie statiche che non perdono i dati e quindi non vanno rinfrescate

Le memorie di massa come dicevamo sono destinate a conservare grandi quantità di dati necessari al computer anche quando questo è spento. Principalmente parliamo di hard disk Un hard disk è costituito da una serie di dischi su cui è depositato del materiale magnetico. Su questo materiale una testina che crea un campo magnetico registra i bit 0 ed 1

Per aumentare la capacità del hard disk vi sono molti dischi montati in colonna

Per permettere il recupero dei dati, queste superfici magnetiche debbono avere un’organizzazione che permetta di avere dei punti di riferimento fatta di tracce, settori e cluster (gruppi di settori)

Struttura della superficie di un piatto: A) Traccia B) Settore C) Settore di una traccia D) Cluster, insieme di settori contigui

Deve poi esistere una sorta di rubrica sul disco che dica quali file ci sono e in quale zona del hard disk si trovano Essa si chiama FAT File Allocation Table

Senza un’organizzazione delle superfici l’hard disk sarebbe come un deserto senza punti di riferimento che indichino la posizione

La preparazione di questa organizzazione è dunque indispensabile per poter memorizzare dati sul disco L’operazione di preparazione prende il nome di formattazione Per la natura di questa operazione, se vi sono dati precedentemente registrati sul disco , con la formattazione si ha la loro perdita.

Altre memorie di massa che possono essere utilizzate dal computer sono i dischi ottici: CD e DVD

Un CD è in pratica un semplice pezzo di plastica policarbonata largo come detto circa 12 cm ed alto circa 1.2 millimetri. Durante la creazione di un CD, la plastica viene deformata con piccolissimi buchi (bumps) lungo una singola traccia a spirale che parte dal centro per arrivare all'esterno del disco. In pratica creando dei bumps sulla spirale non si fa altro che scrivere i singoli bits di ogni byte, 0 (superfice piatta) e 1 (bump).

Una volta che il pezzo di policarbonato è stato inciso con milioni di bumps, uno strato di alluminio riflettente viene stampato per coprirli e proteggerli.

Come detto il disco ha una singola traccia a spirale che parte dal centro e finisce all'estremità del disco.

la dimensione della spirale è larga circa 0 la dimensione della spirale è larga circa 0.5 micron (1 micron = 1 milionesimo di metro ) i piccoli buchi o bumps incisi nella traccia hanno delle dimensioni incredibili, basti pensare infatti che hanno una larghezza di 0.5 micron, una lunghezza di 0.83 micron ed un altezza di 125 nanometri (1 nanometro = 1 miliardesimo di metro).

Un CD drive è composto di 3 componenti fondamentali: Un motore che ha il compito di far girare il disco ad una velocità costante. Un laser ed una lente per leggere i bumps durante la rotazione. Un meccanismo che permetta al laser di muoversi seguendo la spirale sul disco.

Il lavoro fondamentale del lettore CD resta comunque quello di puntare il laser lungo tutta la traccia a spirale. Il raggio laser passando attraverso lo strato di policarbonato, riflette lo strato di alluminio e colpisce un componente ottico che essendo sensibile ai cambiamenti di luce riesce a determinare la presenza di bumps e di zone piane che evidentemente hanno un intensità riflessa differente. Riconoscendo le sequenze di bumps è possibile ricostruire il singolo byte che era stato digitalizzato sul disco.

Questo nuovo tipo di CD non ha bumps ma uno strato finissimo di metallo posto su uno strato tinto fotosensibile . Quando il CD non è scritto, la tinta è riflettente. Quando invece viene riscaldata con una luce di una particolare intensità e fequenza, diventa opaca e non riflette più.