La struttura del computer e sua evoluzione

Storia Negli anni '40, durante la seconda guerra mondiale,l'università di Filadelfia realizza ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computator) una grandissima macchina costruita per effettuare calcoli balistici. Era composta di 18.000 valvole termoioniche, 100.000 componenti discreti posizionati in armadi alti m 2,5 e profondi cm 90, per una lunghezza di quasi 300 metri; pesava 30 tonnellate. Il costo preventivato era di 150.000 dollari (del 1940!) ma il costo effettivo fu di ben 750.000. Paola Pianegonda

Macchina di Von Neumann Nel 1945 lo scienziato di origine ungherese John Von Neumann progetta negli Stati Uniti ciò che è riconosciuto come il primo “computer”. La macchina, chiamata EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), è costruita in modo che si possano registrare al proprio interno, cioè nella MEMORIA , non solo i dati sui quali lavorare ma anche le istruzioni necessarie per l’elaborazione . In questo modo il calcolatore può saltare da una istruzione all'altra secondo procedimenti diversi per risolvere problemi di tipo diverso. L'idea di Von Neumann è alla base della progettazione di tutte le macchine successive. Paola Pianegonda

Dal calcolatore all’ elaboratore Il calcolatore diventa uno strumento non più riservato a pochi scienziati, ma adatto a risolvere problemi nei vari ambiti produttivi ed economici. Il calcolatore si trasforma pertanto in "elaboratore" avendo la capacità di eseguire non solo operazioni aritmetico/logiche, ma qualsiasi tipo di informazione. Paola Pianegonda

Il codice degli impulsi elettrici Codice Morse Per rappresentare un dato (un numero, una lettera ecc.) sono sufficienti due soli simboli. L'alfabeto Morse, per esempio, è basato sui simboli "punto" e "linea" che combinati rappresentano lettere e cifre. Questa rappresentazione viene sfruttata anche nell'elaboratore, che è una macchina costituita da un insieme di circuiti elementari che si possono trovare solamente in due stati : acceso o spento, magnetizzato positivamente o negativamente ecc. Nell'elaboratore si indicano convenzionalmente con 1 e con 0 le due possibili condizioni dei suoi componenti e si rappresentano numeri, lettere e segni mediante combinazioni di 1 e di 0. Questo codice viene detto binario e i due simboli sono chiamati bit (dall'inglese Binary Digit = cifra binaria). Paola Pianegonda

LA TARTARUGA BATTE LA LEPRE Australia, Luglio 2005 Gara tra trasmissione telegrafica e messaggi SMS. Alla domanda se la lepre sia più veloce della tartaruga chiunque risponderebbe subito di SÌ In Australia è stata posta la seguente domanda: chi è più veloce nel trasmettere messaggi, un tredicenne smanettone con il telefono cellulare o un 93enne radiotelegrafista in pensione?? La risposta l'ha offerta la gara svoltasi sotto il patrocinio del POWERHOUSE MUSEUM di SYDNEY per accertare senza ombre di dubbio chi risultasse vincitore fra due modi di trasmissione inconciliabili fra loro. Gordon Hill, veterano delle radiotrasmissioni in telegrafia e Brittany Devlin, tredicenne amante dei telefoni cellulari. Ebbene, il vecchio Gordon ha avuto la meglio battendo di gran lunga il tredicenne Devlin. Riferisce Gordon che a vincere è stato il ritmo preciso delle pulsazioni dei segnali telegrafici inventati da SAMUELE MORSE! Paola Pianegonda

Il sistema binario Il sistema di numerazione adottato normalmente dall'uomo è il sistema decimale, che utilizza dieci simboli. Il posto che le cifre occupano rappresenta le unità, le decine, le centinaia ecc., cioè le potenze crescenti di 10. Il sistema numerico binario, utilizzato negli elaboratori, usa invece solamente due simboli (1 e 0) e il posto che essi occupano rappresenta le potenze crescenti di 2. Spostandoci a sinistra di una colonna, il valore di ogni cifra non aumenterà di dieci volte come avviene nel sistema decimale ma di due volte. Anche le lettere e qualsiasi altro simbolo speciale possono essere rappresentati in questo modo utilizzando, ad esempio, il codice ASCII. Poiché 1 e 0 per la macchina significano c’è e non c’é corrente, si può comunicare all'elaboratore, tramite segnali elettrici ,tutte le informazioni e le istruzioni necessarie per svolgere quanto richiesto. Paola Pianegonda

Perché il computer usa i numeri binari? La matematica utilizza la numerazione decimale (almeno qui da noi …) I computer, invece, utilizzano il sistema binario. Perchè? La scelta del sistema binario, composto di sole due cifre (zero e uno) sembra senza senso. Se volessimo scrivere in binario il numero 387 dovremmo usare ben 9 cifre: 110000011 Le operazioni aritmetiche sono però molto semplici. Ad esempio: Addizione 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10 (si legge zero con riporto di 1)  Sottrazione 0 - 0 = 0 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0 0 - 1 = 1 Paola Pianegonda

Il computer è una MACCHINA capace: di accettare DATI provenienti dall’esterno di effettuare su di essi OPERAZIONI aritmetiche e logiche e quindi di fornire INFORMAZIONI in forma comprensibile all’utente. Per svolgere ciascuna di queste funzioni usa dei dispositivi diversi. Paola Pianegonda

Unità di input Permettono di utilizzare la macchina,dare i comandi, inserire dati e programmi. Alcune delle più conosciute e usate sono: tastiera mouse scanner microfono fotocamera digitale Paola Pianegonda

La tastiera La TASTIERA è la principale e più conosciuta unità di input Permette di dare comandi al computer scrivendoli, oppure digitando i TASTI FUNZIONE inoltre è lo strumento per scrivere e inserire numeri Paola Pianegonda

Unità centrale (C.P.U.) La CPU comunica con tutti gli altri elementi presenti sulla scheda madre (motherboard), tramite una serie di collegamenti chiamati BUS ( bus dati, bus indirizzi, bus di controllo). Essa è composta di parti: ALU: unità aritmetico logica che effettua i calcoli logici e aritmetici UC: unità di controllo che sovrintende al corretto svolgimento delle azioni CLOCK: orologio interno che temporizza le azioni in svolgimento REGISTRI: piccole unità di memoria (1 o 2 byte) che mantengono per un po’ i valori assunti 4 Paola Pianegonda

BIOS Il BIOS è il programma di configurazione del PC. Si tratta semplicemente del programma che, ad ogni avvio della macchina, comunica al Sistema Operativo (o meglio alla sua parte residente, caricata all'avvio e in memoria RAM fin quando il computer non viene spento) tutte le informazioni che riguardano l'hardware del PC, oltre a effettuare una diagnosi dello stato di questo hardware.  Una sua funzione importante è quella di contenere le istruzioni che devono essere eseguite quando il computer viene acceso, nella fase cioè di bootstrap. Queste istruzioni non possono essere nella RAM perché questa si cancella ogni volta che il computer viene spento. Il BIOS contiene invece una memoria che si chiama ROM (Read Only Memory) che è scritta quando viene costruita e che non si può più cancellare. Paola Pianegonda

+ Memoria centrale MEMORIA CENTRALE ROM RAM READ ONLY MEMORY RANDOM ACCESS MEMORY + Paola Pianegonda

RAM e ROM Un calcolatore deve essere fornito sia di memoria ROM che RAM La memoria complessiva che può essere installata in un PC è correlata con la CPU presente e con la motherboard che fissa la quantità massima di memoria installabile. Nella RAM vengono memorizzate le informazioni durante la varie fasi di elaborazione. Con applicazioni di grafica è richiesta l'installazione di molta RAM. La memoria di tipo RAM presente nei PC è costituita da flip flop, oggetti bistabili che possono assumere due soli stati, raggruppati in moduli già pronti alloggiati in appositi slot presenti sulla scheda madre. Può essere scritta e letta in continuazione. Quando viene tolta l'alimentazione perde il contenuto essendo volatile. La memoria ROM è programmata in sede di fabbricazione e può solo essere letta. È costituita da oggetti chiamati condensatori che mantengono il loro stato nel tempo; i dati contenuti sono perciò permanenti. Paola Pianegonda

Porte seriali e parallele Differenze tra porta parallela e porta seriale Quando viene trasmesso un dato con la porta parallela, vengono inviati 8 BITS contemporaneamente. Nella porta seriale essi vengono invece mandati in fila uno dietro l'altro. Nelle porte parallele la velocità di trasmissione è più alta e va dai 50 Kb ai 2 Mb al secondo. Nelle porte parallele, il cavo di connessione non supera i 4-5 metri. Nelle porte seriali questa lunghezza è maggiore. La porta seriale viene controllata via hardware, la parallela necessita di un software apposito che gestisca i registri interni. Paola Pianegonda

USB acronimo per Universal Serial Bus PORTA USB La porta USB rappresenta la soluzione ideale per chi vuole connettere istantaneamente una periferica al PC; basta infatti collegarla alla porta USB ed il gioco è fatto. La periferica viene riconosciuta in modo automatico dal sistema operativo, i driver vengono installati automaticamente (se ce ne fosse bisogno) e voilà è possibile usare il componente installato senza neanche riavviare il computer. Il miglioramento più forte apportato dall'USB è la standardizzazione delle porte USB acronimo per Universal Serial Bus Tutte o quasi le periferiche moderne hanno l'attacco USB, quindi una unica connessione che evita confusione tra le varie porte usate in precedenza:                         Porte parallele per connettere stampanti, scanner, Zip drives ecc.. Porte seriali per connettere Mouse, Fotocamere, Modem, Joystick ecc.. Con la porta USB, tutte queste periferiche possono essere connesse alla stessa porta e riconosciute immediatamente dal sistema operativo che le rende utilizzabili Paola Pianegonda

Unità esterne di memoria I dispositivi esterni di memoria o memorie di massa sono: Hard disk o disco rigido CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) DVD (Digital Video Disk) Memorie USB Si tratta di dispositivi portatili dalle dimensioni molto piccole che si collegano direttamente a una porta USB di qualsiasi computer. Paola Pianegonda

HARD DISK È una pila coassiale di dischi metallici dotata di testina di lettura e scrittura che permette la memorizzazione e il mantenimento nel tempo delle informazioni salvate. È protetta da una scatola metallica ed è collocata all’interno del case Paola Pianegonda

Unità di output FINE Sono i dispositivi che permettono di fornire all’utente i risultati dell’elaborazione. Quelli più noti sono: monitor stampante plotter casse Paola Pianegonda