Computer

Che cos’è? Il computer (o elaboratore) è una macchina calcolatrice in grado di eseguire automaticamente sequenze di istruzioni sui dati in ingresso (input) e di restituire i risultati di tali operazioni in uscita (output) in seguito ad un processo di elaborazione.

Vediamo ora quali sono le parti principali di un computer Un calcolatore è formato da molti componenti: primo tra tutti è il microprocessore che è il cervello e l’anima del computer. Questo funzione secondo lo schema di Von Neumann di un sistema a microprocessore. Microprocessore (µP) ALU: svolge i calcoli CU: controlla i calcoli Registri: permettono di memorizzare parte delle informazioni elaborate dai due precedenti

Vediamo come funziona un microprocessore ALU CU Reg. Memorie centrali Memorie di massa

Prima di tutto cominciamo dallo schema di Von Neumann Questo permette il funzionamento di tutti i sistemi a microprocessore. µP Memoria di massa Dati output Memoria centrale Dati input

Memorie centrali Le memorie centrali sono di due tipi: volatili (o ad accesso casuale) e non cancellabili (che come si vedrà oggi si possono cancellare e riscrivere).

Memorie volatili Le memorie volatili sono le memorie RAM (Random Access Memory): questa è una memoria permette un accesso veloce a tutte le locazioni di memoria, cioè quelle unità in cui si va a memorizzare un byte, questo è l’insieme di 8 bit che sarebbero «gli 0 e gli 1» che permettono al computer di eseguire moltissime operazioni.

A cosa serve? Le memorie RAM servono per memorizzare in maniera rapidissima programmi o informazioni necessarie al computer nell’immediato.

Memorie MRAM Le memorie MRAM sono delle memorie ad accesso casuale che sfruttano una tecnologia di tipo magnetico. Sono però meno veloci rispetto alle sorelle, i produttori sono però convinti che i benefici di queste memorie siano così significativi da garantire, in futuro, un’adozione diffusa in ogni campo applicativo.

Memorie ad accesso casuale di tipo dinamico e statico Esistono 2 tipi di memorie RAM che si classificano in base alla tecnologia con cui sono prodotte. Sono di tipo statico (SRAM) e di tipo dinamico (DRAM); vedremo nelle prossime diapositive come funzionano.

Static RAM Sono delle memorie ad accesso casuale, la loro sigla è SRAM; hanno una complessità costruttiva maggiore rispetto a quelle dinamiche ma sono più veloci una volta memorizzate le informazioni non devono spendere altra energia per mantenerle.

Dynamic RAM Sono memorie ad accesso casuale, la loro sigla è DRAM, costano meno delle statiche ma sono più lente e hanno bisogno di fare un operazione di refresh perché per memorizzare le informazioni usa dei micro condensatori che perdono la carica dopo un po’ di tempo e bisogna ricaricarli effettuando questa operazione.

Memorie di sola lettura Le memorie di sola lettura sono le ROM: queste sono quelle che contengono programmi fondamentali per il funzionamento di un computer come il sistema operativo. Durante gli anni hanno subito una forte evoluzione che vedremo nella diapositiva successiva.

Evoluzione delle memorie ROM ROM (read only memory): memorie di sola lettura, le informazioni sono state scritte al momento della costruzione e non si possono ne cambiare ne cancellare durante la sua vita.

PROM La prima evoluzione della ROM è stata la PROM (programmable read only memory), cioè le memorie che possono essere programmate successivamente alla realizzazione.

EPROM Un evoluzione delle PROM sono le EPROM (erasable programmable read only memory): sono memorie che si possono riprogrammare e cancellare grazie alla luce di Wood di cui si parlerà in seguito.

EEPROM L’ultima evoluzione delle memorie ROM oggi conosciuta è l’EEPROM (electrical erasable programmable read only memory): anche chiamata memoria flash, cioè quelle memorie che si possono cancellare e riscrivere elettricamente. Sono diventate memorie di massa perché occupano meno spazio fisico, sono più resistenti e hanno una velocità di accesso superiore rispetto a quella di un hard disk.

Per riassumere Memorie centrali RAM Dynamic RAM Static RAM MRAM ROM PROM EPROM EEPROM

Luce di Wood Per Lampada di Wood o luce nera (Luce di Wood o Black light) si intende una sorgente luminosa che emette radiazioni elettromagnetiche prevalentemente nella gamma degli ultravioletti e, in misura trascurabile, nel campo della luce visibile. In molti campi la Lampada di Wood è anche detta semplicemente "lampada UV".

Realizzazione Una lampada di Wood può essere realizzata con gli stessi processi di costruzione di una lampada fluorescente, con la differenza che il vetro del tubo non è rivestito internamente con polvere fluorescente, ma può essere o colorato di blu o viola scuro tramite ossido di nichel, oppure totalmente nero. Il suddetto vetro è chiamato vetro di Wood. Se il vetro è colorato, ma comunque trasparente, gli ultravioletti che possono essere dannosi sono bloccati, ma viene fatta passare un po' di luce visibile per capire se la lampada è in funzione o no; un vetro totalmente nero, invece, non lascia passare neanche la luce visibile e non vi è modo di capire se la lampada stia funzionando, se non tramite il fenomeno della fluorescenza nei pressi di essa.

Memorie di massa Le memorie di massa servono per memorizzare informazioni che vogliamo memorizzare il modo permanente; queste possono essere programmi, dati, file, ecc.

Hard disk La più tipica memoria di massa è l’hard disk: uno o più piatti rigidi in alluminio montati su un perno rotante con sparso sopra un materiale ferromagnetico (come ad esempio polvere di ferro); una testina si muove parallelamente ai piatti in modo radiale, questa ha una bobina che permette di creare un campo magnetico intorno, riesce così a orientale la polvere ferromagnetica sparsa sui dischi in modo che essi si orientino in modo N-S o S-N (Nord-Sud e Sud-Nord), se attribuiamo a questi un valore logico 0 o 1 possiamo memorizzare delle informazioni.

Come memorizza i dati? Prima di cominciare a memorizzare i dati bisogna fare un operazione di formattazione cioè dividere il disco in tracce (righe concentriche) e settori (spicchi), dallo spazio che questi formano si creano delle aree chiamate cluster (blocco). Un file memorizzato potrà occupare più cluster.

Esiste solo l’hard disk come memoria di massa? No. Esistono molte altre memorie di massa; una tra le più comuni è la memoria flash: questa è una memoria che è diventata la memoria di tutti i cellulari, macchine fotografiche, lettori mp3, e altri dispositivi portatili di piccole dimensioni. Questa memoria fa parte delle unità allo stato solido; stanno diventando sempre più comuni sul mercato; la Apple le usa per i suoi computer e si trovano memorie esterne costruite con questa tecnologia (anche se vengono chiamati generalmente hard disk).

Ma quanto costano? Il prezzo di queste memorie è poco meno di 1€/Gb perciò una memoria da un terabyte costerà poco meno di 1000€. La tecnologia con cui sono costruite è la stessa di quella delle chiavette USB che è anche la stessa dei microprocessori.

Come si spostano le informazioni? Le informazioni si spostano da un componente ad un altro grazie hai bus: questi sono dei raggruppamenti di fili paralleli che si possono classificare in base a cosa trasportano come vedremo nella prossima diapositiva.

Bus Alimentazione: sono i bus che trasportano la corrente di alimentazione necessaria a ogni componente per funzionare Dati: sono i bus che trasportano i dati necessari hai vari componenti Controllo Clock: sono i bus che trasportano un segnale che «da il tempo» per sincronizzare tutte le varie parti di un sistema (se ne parlerà meglio dopo) Indirizzo: sono i bus che trasportano gli indirizzi cioè dove sono allocati dei dati.

Clock È una componente hardware composta da un cristallo al quarzo oscillante che da un segnale il quale permette a tutte le parti del computer di essere sincronizzate del ricevere o inviare dei dati.

Tipo di trasmissione La trasmissione di informazioni può essere di due tipi: Trasmissione seriale Trasmissione parallela

Trasmissione parallela La trasmissione delle informazioni può avvenire tramite più fili e quindi in modo parallelo. Un esempio possono essere i bus visti in precedenza oppure la presa scart delle televisioni.

Trasmissione seriale La trasmissione seriale è un modo per trasportare delle informazioni in modo seriale e cioè una dietro l’altra. Questa è più lenta rispetto a quella parallela perché le informazioni devono essere serializzate e cioè devono passare una alla volta. La trasmissione seriale è molto comune, basti pensare all’USB che è la più comune oggi.

USB USB (Universal Serial Bus) è la più tipica trasmissione seriale. Al contrario di quanto si possa pensare, non c’è un solo tipo di porta USB ma sono ben 6: USB di tipo A USB di tipo B Mini-USB di tipo A Mini-USB di tipo B Micro-USB di tipo A Micro-USB di tipo B

Storia dell’USB L’USB è stato lanciato sul mercato nel gennaio del 1996 e da allora ha sempre aumentato la velocità di trasmissione delle informazioni facendo passi da gigante in pochi anni.

Tipi di USB nella storia Il primo USB era il vecchio e lentissimo 1.0. L’evoluzione fu l’USB 1.1 nel gennaio del 1998 che è 8 volte maggiore del 1.0. Un ulteriore passo avanti fu l’USB 2.0 nell’aprile del 2000 che aveva una velocità 40 volte maggiore al vecchio 1.1; ad oggi è ancora la più utilizzata. La versione migliore fino ad oggi è l’USB 3.0 nato nel settembre del 2007, ha una velocità che è decuplicata rispetto all’2.0. Da quando è nato, l’USB, è diventato 3’200 più veloce. Tutto questo nel giro di 9 anni.

Velocità delle porte USB 1,5 Mbit/s 0,1875 Mb/s USB 1.0 12 Mbit/s 1.5 Mb/s USB 1.1 480 Mbit/s (280 Mbit/s effettivi) 60 Mb/s (35 Mb/s effettivi) USB 2.0 4.8 Gbit/s 600 Mb/s USB 3.0

Mini-USB I connettori mini-USB sono utilizzati per dispositivi di dimensioni medie (dischi esterni, palmari, navigatori satellitari, lettori audio (cd, mp3), lettori ottici, ecc.).

Micro-USB per caricare i cellulari Il connettore micro-USB è stato scelto da alcune delle maggiori aziende di telefonia cellulare del mondo per diventare il connettore standard che dal 2011 è presente su tutti i telefoni cellulari del mondo. È stata l'Unione europea a chiederlo al fine di ridurre l'inquinamento elettronico (l'esistenza di decine di caricatori diversi obbliga chi intende cambiare cellulare a buttare via anche il relativo caricabatteria, essendo nella maggior parte dei casi incompatibile con il nuovo telefono), senza contare però che ogni caricabatteria dà tensioni e correnti differenti in uscita.

Wireless USB La wireless USB o abbreviato WUSB è un'estensione senza fili per l'USB dotata di elevata ampiezza di banda, a corto raggio che combina la velocità dei dispositivi USB 2.0 con la praticità della tecnologia wireless. Ha una banda passante teorica (vedremo nella prossima diapositiva che cos’è) di 480Mbit/s fino alla distanza di 3 metri e 110Mbit/s fino a 10 metri. Opera tra i 3,1 e i 10,6 GHz di frequenza e diffonde la comunicazione su tutto lo spettro secondo la modulazione ultra wide band.

Banda passante La banda passante è la frequenza massima per il numero di bit. Più la banda passante è grande e più le prestazioni sono elevate.

Parte software La parte software è composta dal sistema operativo e dai programmi applicativi. Parleremo meglio di questo in seguito.

Sistema operativo È un insieme di componenti software, che garantisce l'operatività di base di un calcolatore, coordinando e gestendo le risorse hardware di processamento e memorizzazione e facendo da interfaccia con l'utente, senza il quale quindi non sarebbe possibile l'utilizzo del computer stesso e di altri software più specifici, come applicazioni o librerie software

Tipi di sistemi operativi Windows OS X Linux

Programmi applicativi I programmi applicativi sono tutti quei programmi che permettono di estendere le capacità del computer. Di solito sono si comprano o si scaricano gratuitamente ma possono anche essere creati per mezzo di altri programmi.

Fine presentazione A cura di Chesta Simone