Perchiazzi Giorgio e Traversa Giovanni L’architettura del pc Realizzato da : Perchiazzi Giorgio e Traversa Giovanni

L’ARCHITETTURA DEL COMPUTER : Con il termine hardware, letteralmente materiale duro, si indicano genericamente tutte le parti meccaniche, elettroniche, magnetiche e ottiche che compongono il computer. Con il termine software, letteralmente materiale soffice, si indicano l’insieme dei programmi utilizzati dalla macchina. La prima componente che incontriamo guardando un computer è la sua scatola esterna, detta anche case, al cui interno troviamo le componenti fondamentali del computer.

Osserviamo più da vicino …

La piastra madre e la CPU All’interno del case, si trova una vasta piastra piena di componenti elettroniche di tutti i tipi. Si tratta della cosiddetta piastra madre, la scheda che raccoglie la maggior parte delle componenti fondamentali di ogni computer. La prima e più importante componente della piastra madre è il microprocessore, ovvero la CPU, il cuore vero e proprio dell’elaboratore, l’unità che controlla e sovrintende a tutte le funzioni svolte dalla macchina. La CPU è costituita da due parti: L’unità Aritmetico-Logica o ALU: come dice il suo nome, la ALU compie le principali operazioni aritmetiche e logiche; L’unità di Controllo o CU, avente il compito di guidare i dati in entrata e in uscita e di far eseguire le istruzioni all’unità aritmetico-logica Sopra lo slot one nel quale alloggia la CPU, troviamo le porte di comunicazione verso l’esterno; attraverso di esse, i dati possono raggiungere le periferiche. Le porte indicate sono la porta parallela (utilizzata per i collegamento di una stampante, e per i modelli più economici di scanner), e quella seriale ( alla quale possono essere collegati modem, mouse e altri dispositivi), la porta USB che costituisce un’alternativa più recente e più veloce alla porta seriale, e permette di collegare a cascata molteplici periferiche, e la porta PS/2, usata spesso per il collegamento del mouse. Queste porte sono collegate alla CPU attraverso bus, canali attraverso cui viaggiano i dati in entrata (input) e i dati in uscita (output). Sotto lo slot del processore troviamo il cip di controllo della AGP; la AGP è un canale dedicato a far circolare in maniera veloce unicamente i dati grafici. A fianco della AGP, nella parte superiore sinistra della piastra madre troviamo degli altri slot, marcati come ISA e PCI: si tratta di alloggiamenti nei quali possono essere inserite schede di espansione.

La memoria : Un’altra componente fondamentale della piastra madre è la memoria. La CPU ha bisogno di memoria esterna sulla quale conservare i dati di lavoro, le istruzioni dei programmi che sta eseguendo, e così via La memoria utilizzata dalla CPU può essere di vari tipi: memoria centrale, disponibile sulla piastra madre, e alla quale è dunque possibile accedere, in lettura e scrittura, in maniera molto veloce, e memoria esterna alla piastra madre, sotto forma di dispositivi di memoria di massa come i floppy disk, i dischi rigidi, i CD-ROM, i DVD. La memoria centrale, a sua volta può essere divisa in due tipi: RAM (memoria di accesso virtuale) dove, mentre usiamo il computer vengono conservati i dati sui quali stiamo lavorando e le istruzioni relative ai programmi che stiamo usando. In memoria, la cui capacità viene misurata in Megabyte, i dati vengono conservati sotto forma di potenziale elettrici, e se spegniamo il computer vanno persi: è per questo che viene definita memoria labile o volatile. ROM (memoria a sola lettura), tipo di memoria non volatile e non modificabile dall’utente che contiene una serie di programmi base e di informazioni fondamentali per il funzionamento del computer.

Misurare le memorie : La memoria di un computer si misura attraverso il bit, che corrisponde ad una cifra binaria. Con un solo bit di memoria possiamo rappresentare, ad esempio, lo stato di un singolo interruttore o di una lampadina oppure un carattere di un linguaggio binario. Il bit però è un’unità di misura molto piccola. Il passo successivo è il byte, che corrisponde a una parola composta da 8 bit. Un byte ci dà la possibilità di rappresentare 256 diverse alternative. Un carattere di testo pesa normalmente un byte. Bit e byte sono unità di misura della quantità di informazione, e dato che la capacità di una memoria corrisponde alla quantità di informazione che in essa può essere immagazzinata, bit e byte sono anche le unità di misura di base per esprimere la capacità di immagazzinamento di una memoria. Ma poiché bit e byte sono unità di misura piccole si fa ricorso ai multipli. Nel campo digitale si usa la numerazione binaria, e non quella decimale. Troviamo il Kilobyte (KB) che corrisponde a 1024 byte. Proseguendo nella scala troviamo il Megabyte (MB)  che corrisponde a 1024 KB, e il Gigabyte (GB) che corrisponde a 1024 MB.

Dispositivi di memoria di massa… La memoria RAM interna al computer diventa sempre più ampia, ma come sappiamo è una memoria volatile, che non è dunque in grado di conservare in maniera permanente dati e programmi. A questo problema rispondono i cosiddetti dispositivi di memoria di massa: hard disk, floppy disk, CD-ROM e DVD. I floppy disk, sono piccoli dischi di materiale magnetico inseriti all’interno di un rivestimento di plastica, che all’inizio era flessibile ma che adesso è rigido. I primi floppy disk avevano dimensioni maggiori (5,25 pollici rispetto agli attuali 3,5 pollici) e contenevano una quantità di dati minore ( 179KB rispetto agli attuali 1,44MB). L’hard disk, si trova in un drive (drive C), montato all’interno del case del computer, che permette di scrivere e leggere i dati su di esso. Su tale si trovano istallati il sistema operativo e tutti i programmi applicativi. L’hard disk, pur essendo un supporto magnetico, ha due grandi vantaggi rispetto ai floppy disk:             -  una capacità di memorizzazioni enormemente superiore (80-160GB); -  una velocità di ricerca dei dati dieci volte superiore a quella di un floppy. Negli ultimi anni hanno avuto un ampia diffusione i CD-ROM. Questi a differenza dei floppy disk e degli hard disk, non sono dei supporti magnetici ma ottici; i dati, vengono scritti e letti mediante un raggio laser. In origine, non era possibile scrivere dati su di essi più di una volta e, una volta scritti, non potevano essere modificati o cancellati, come avviene nella ROM. Oggi tuttavia, se ne distinguono due tipi:             -  i CD-ROM, sui quali si può scrivere una sola volta e no si può cancellare le informazioni memorizzate;             -  i CD-RW, sui quali è possibile scrivere più volte e cancellare le informazioni, come si fa sugli hard disk e sui floppy disk. Per leggere il CD-ROM  è necessario disporre di un dispositivo (drive D), la cui velocità di lettura è piuttosto elevata. Il dispositivo usato pere scrivere sui CD è il masterizzatore (drive E). Questi dischi hanno una capacità di memoria di 650-720MB. In tempi più recenti la tecnologia di memorizzazione e lettura dei dati ha fatto ulteriori passi in avanti con i DVD. Questo supporto ha una capacità da 7 a 25 volte maggiore (4,7-18GB) e una velocità di lettura sensibilmente superiore rispetto ai CD. Le memorie di massa hanno caratteristiche diverse rispetto alla memoria centrale. Mentre quest’ultima è costosa, poco capiente ma molto veloce, le memorie di massa sono economiche, molto capienti ma meno veloci. La differenza fondamentale, però, dal punto di vista della loro funzione del computer è data dal fatto che un programma o un insieme di dati, per essere utilizzato, dee risieder nella memoria centrale, mentre in una memoria di massa può essere solo conservato.

Le Periferiche : La comunicazione fra l‘utente e l’unità centrale de computer avviene attraverso una serie di apparecchiature dette periferiche, e attraverso dispositivi che l’unità centrale del computer comunica con l’esterno, acquisendo i dati che deve elaborare e restituendo i risultati di questa elaborazione. In base alla loro collocazione, le periferiche si distinguono in interne ( drive hard disk, drive floppy disk, drive CD-ROM, DVD) ed esterne (tastiera, mouse, video, stampante, scanner, casse, microfono…), a seconda che si trovino o inserite nel case. Alcuni dispositivi, come modem e masterizztore, possono indifferentemente essere sia interni che esterni. A seconda della funzione svolta, si classificano invece in periferiche di input(tastiera, mouse, scanner, microfono, drive CD-ROM…) e in periferiche di output (video, stampante, casse, masterizzatore,…). Alcune apparecchiature(drive hard disk, drive floppy disk, modem) possono svolgere entrambe le funzioni sopra indicate.

Il Bios : In informatica, il Basic Input-Output System o BIOS è un insieme di routine software, generalmente scritte su ROM, FLASH o altra memoria non volatile, che fornisce una serie di funzioni di base per l'accesso all'hardware e alle periferiche integrate nella scheda madre da parte del sistema operativo e dei programmi. Nei computer IBM-compatibili la ROM del BIOS contiene anche il POST, il primo programma che viene eseguito dopo l'accensione. Nei primi PC IBM il BIOS supportava tutte le periferiche e il DOS faceva completo affidamento su di esso per le operazioni a basso livello, ma con l'evoluzione tecnologica successiva le capacità offerte dalle routine di gestione del BIOS (all'epoca non aggiornabili, perché scritte in ROM) divennero rapidamente insufficienti. Attualmente i moderni sistemi operativi (Ad esempio Microsoft Windows o Linux) non usano più il BIOS per le loro operazioni di Input/Output ma accedono direttamente all'hardware. Il BIOS è scritto di solito nel linguaggio assembly nativo della famiglia di CPU utilizzata. Attualmente il BIOS dei PC è scritto su memorieEEPROM riscrivibili, quindi può essere modificato e aggiornato: generalmente i costruttori mettono a disposizione nuove versioni di BIOS per correggere difetti o aggiungere supporto a periferiche hardware non previste inizialmente. L'operazione di aggiornamento va eseguita con cautela, perché, se non va a buon fine, per esempio a causa di un black out, può rendere lascheda madre inutilizzabile.

Microcontrollore

Il microcontrollore o microcontroller o MCU (MicroController Unit) è un dispositivo elettronico integrato su singolo chip, nato come evoluzione alternativa al Microprocessore ed utilizzato generalmente in sistemi embedded ovvero per applicazioni specifiche (special purpose) di controllo digitale. I microntrollori sono dei sistemi che integrano in un solo dispositivo tutti i circuiti necessari alla realizzazione di un sistema digitale programmabile completo. La loro capacità di calcolo è molto limitata e di solito eseguono lo stesso programma (firmware) per tutta la durata del loro funzionamento. Sono contenuti nella quasi totalità di apparecchi ed elettrodomestici. È progettato per interagire direttamente con il mondo esterno tramite un programma residente nella propria memoria interna e mediante l'uso di pinspecializzati o configurabili dal programmatore. Sono disponibili in 3 fasce di capacità elaborativa (ampiezza del bus dati): 8 bit, 16 bit e 32 bit. L'ampia gamma di funzioni di comando e controllo disponibili, sia analogiche che digitali, integrate sullo stesso chip, permette l'impiego delle MCU in sostituzione di schede elettroniche cablate tradizionali ben più complesse e costose. Per i microcontrollori sono rilasciati sistemi di sviluppo amatoriali e professionali anche in modalità open source. L'enorme volume di pezzi prodotti deriva dall'impiego massiccio di questo componente nei dispositivi elettronici di consumo e nei prodotti industriali di massa. Difatti, al primo posto in classifica come segmento di mercato troviamo l'automotive (auto e altri mezzi di trasporto), che utilizza decine, in alcuni casi anche centinaia, di componenti per singola unità industriale venduta. Segue il segmento della telefonia mobile e delle telecomunicazioni in genere, quindi vengono i prodotti medicali, i consumer e gli elettrodomestici. Spesso utilizziamo questi dispositivi senza rendercene conto, come per le smartcard delle carte di credito o per le cartoline musicali di auguri.