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Lezione 1
Concetti di base della Tecnologia dell'Informazione
e della Comunicazione - Hardware
1.0 Terminologia di base
Qual è il significato del termine informatica?
E' la scienza che si propone di raccogliere,
organizzare, conservare e distribuire le
informazioni tramite sistemi automatici di
elaborazione dei dati. Scopo della disciplina
è quello di realizzare macchine in grado
di eseguire le azioni necessarie alla risoluzione
di un problema. Il termine deriva dalla fusione
delle parole INFORmazione autoMATICA.
Cosa si intende con il termine multimedialità?
La multimedialità permette di creare e utilizzare
contemporaneamente e in maniera integrata
audio (voci, rumori, musiche), video (disegni,
foto, video) e testi.
Qual è la differenza tra hardware e software?
La struttura fisica, interna e esterna del
computer prende il nome di hardware (hard
= duro, ware = componente). L'insieme di
tutti i programmi che permettono di utilizzare
l'elaboratore si chiama software (soft =
soffice)
Qual è la differenza tra software di base
e software applicativo?
Il software di sistema, o di base, gestisce
le risorse hardware del computer. La parte
più importante è il sistema operativo che
gestisce processore, memorie, orologio, collegamenti
in rete, dispositivo d'ingresso e di uscita
dei dati. Il sistema operativo permette di
ignorare le caratteristiche tecniche dell'hardware,
si inserisce tra macchina e utente rendendo
il computer una macchina standard.
Il software applicativo è l'insieme dei programmi
che aiutano l'uomo a risolvere una vasta
tipologia di problemi.
2.0 Tipi di computer
Come si classificano i computer?
In quattro categorie.
I supercomputer sono i più potenti, i più
veloci e i più costosi. Sono utilizzati principalmente
nelle università e nei centri di ricerca.
I mainframe hanno processori potenti e grande
quantità di memoria RAM. Sono particolarmente
utilizzati in multiutenza, ossia da più persone
contemporaneamente, ciascuna delle quali
utilizza un terminale collegato al mainframe.
Sono molto costosi, pertanto sono utilizzati
da grosse società commerciali, banche, ministeri,
aeroporti.
I minicomputer sono elaboratori un po' più
piccoli ma in grado di gestire grandi quantità
di dati in multiutenza. Il loro costo è dell'ordine
di decene di milioni e sono usati da società
di medie dimensioni.
I personal computer sono quelli usati per
lavoro d'ufficio o in ambito domestico da
un solo utente per colta. Una ulteriore distinzione
può essere fatta tra computer da tavolo (desktop
computer) e portatili (notebook o palmtop)
3.0 Componenti di base di un personal computer
Quali sono le componenti di base di un personal
computer?
L’unità centrale, la memoria centrale, la
memoria di massa, le unità periferiche di
ingresso e di uscita.
L’unità centrale di elaborazione, detta CPU,
(central processing unit) è il ‘cervello’
del computer, in quanto è responsabile dell’esecuzione
dei programmi e del controllo di tutto ciò
che avviene all’interno dell’elaboratore.
La memoria centrale è formata da tre tipi
di memorie: la RAM (random access memory)
costituisce il ‘banco di lavoro’ del computer,
la ROM (read only memory) è una memoria di
sola lettura, la memoria cache caratterizzata
da una elevata velocità è frapposta tra la
CPU e la memoria centrale e aumenta le prestazioni
del computer. Le memorie di massa servono
per immagazzinare dati e programmi e si dividono
in hard disk (dischi rigidi o fissi), floppy
disk (dischi flessibili e rimovibili), CD
ROM (compact disk read only memory, dischi
ottici a sola lettura), CD WROM (write once
read many, sui quali è possibile registrare
sequenzialmente ma non è possibile alcuna
operazione di modifica o cancellazione) CD
WMRA (write many read always, dischi ottici
riscrivibili), DVD (digital versatile disk)
di grande capacità di memoria sono utilizzati
per le applicazioni multimediali. Tra le
unità periferiche di input, o di ingresso,
abbiamo la tastiera, il mouse, la track-ball
(un mouse rovesciato), il touch pad (un dispositivo
sensibile al tatto) lo scanner (una specie
di fotocopiatrice che permette di leggere
le immagini e le scritte stampate su di un
foglio e di trasformarle in documenti utilizzabili
dal computer, la penna ottica utile per leggere
i codici a barre, la tavoletta grafica, lo
schermo tattile, i microfoni e i sistemi
di riconoscimento della voce.
Tra le unità periferiche di output, o di
uscita, abbiamo il monitor, la stampante,
il plotter, un dispositivo grafico di elevata
precisione.
4.0 Hardware
Questa sezione tratta della struttura fisica
di un computer e degli elementi che lo caratterizzano,
dalla unità centrale, ai dispositivi ingresso
e di uscita.
4.1 Unità centrale di elaborazione
Cos'è l'unità centrale di elaborazione?
L'Unità Centrale di Elaborazione (in inglese
Central Processing Unit, abbreviato CPU)
è il microchip presente nel computer capace
di elaborare i dati in ingresso e fornire
una risposta in uscita. Essa si identifica,
nei personal computer, col microprocessore.
In generale un microprocessore può essere
presente in molti dispositivi elettronici
moderni. La CPU è un microprocessore con
compiti particolari. Esso è il cuore del
Computer.
Come sono rappresentate le informazioni all'interno
di un computer?
Le informazioni, nel computer, vengono rappresentate
secondo la numerazione binaria, cioè utilizzando
due sole cifre (0 e 1).
Qual'è la più piccola unità di memoria?
0 e 1 vengono chiamati bit (che sta per binary
digit, cioè cifra binaria). La più piccola
unità di memoria può conservare o 0 o 1,
cioè un bit.
4.1.1 Dispositivi di input
Cos'è un dispositivo di input?
Per dispositivo di input si intende uno strumento
per inserire nel computer i dati che saranno
elaborati dalla CPU.
I dispositivi di input sono, oggi, i più
disparati e rispondono a diverse esigenze
di comunicazione con la macchina. I dispositivi
più comuni e sempre presenti in un personal
computer sono:
· Tastiera, mediante la quale i dati vengono
inseriti in forma alfanumerica
· Mouse, mediante il quale i dati vengono
inseriti con un click di un pulsante come
comando. Simili al mouse per funzionamento
sono Touchpad e Trackball, usati nei Notebook
e il Joystick usato per i giochi.
· Altri dispositivi sono di tipo multimediale,
ad esempio:
· Microfono per inserire un suono
· Scanner per inserire un'immagine
· Videocamera e Macchina fotografica digitali
· Tavoletta grafica per inserire disegni
· Altri dispositivi particolari possono permettere
di inserire dati esterni relativi a strumenti
di misura di qualunque tipo, altri ancora
permettono di rilevare codici come le penne
ottiche. Impieghi particolari del computer
possono avere dispositivi di input studiati
per l'occorrenza.
Tutti i dispositivi elencati costituiscono
una interfaccia fra l'uomo e la macchina
per facilitare la comunicazione. I dati inseriti
vengono sempre tradotti in numeri binari,
che è l'unico linguaggio compreso dalla CPU.
4.1.2 Dispositivi di output
Per dispositivo di output si intende uno
strumento atto a comunicare all'esterno il
risultato della elaborazione dei dati da
parte della CPU.
Anche i dispositivi di output, come quelli
di input, possono essere i più disparati
e rispondono a diverse esigenze di comunicazione
fra macchina e utente. I dispositivi di output
più comuni e sempre presenti in un personal
computer sono:
· Monitor, mediante il quale i dati in uscita
dalla unità centrale vengono visualizzati
su uno schermo.
· Stampante, mediante la quale i dati vengono
stampati su carta. Dispositivi di uscita
sono anche le memorie di massa su cui vengono
salvati e conservati nel tempo i dati elaborati.
· Altri dispositivi di output sono di tipo
multimediale, ad esempio:
· Altoparlanti per la riproduzione dei suoni
· Scheda d'uscita per videoregistratore o
proiettore
· Modem, il quale è un dispositivo di ingresso-uscita
per accedere alla linea telefonica
Altri dispositivi particolari possono permettere
di azionare dispositivi esterni.
5.0 Dispositivi di memoria
Questa sezione tratta dei dispositivi di
memoria. La memoria serve al computer per
immagazzinare dati definitivi o provvisori.
Se non vi fossero questi dispositivi la CPU
non potrebbe lavorare in quanto tutti i risultati
delle elaborazioni andrebbero perduti.
5.1 Memorie di massa
Cos'è una memoria?
Una memoria è un dispositivo capace di immagazzinare,
conservare e restituire informazioni, cioè
programmi, applicazioni e dati. Nel computer
sono presenti diversi tipi di memorie. Ciò
che differenzia le memorie è la velocità
di accesso, la capacità e il prezzo.
Cos'è una memoria di massa?
Una memoria di massa è un dispositivo fisico
capace di memorizzare permanentemente e indefinitamente
i dati prodotti nella elaborazione del computer.
In base a quali caratteristiche si differenziano
le memorie di massa?
Le memorie di massa si differenziano per
il tipo di tecnologia adottata per memorizzare
i dati: tecnologia magnetica, tecnologia
ottica e tecnologia magneto-ottica.
Fra le memorie di massa più diffuse ricordiamo:
· Dischetti Floppy. Sono dischi di materiale
magnetico della capacità di 1,44 Mbyte. Sono
riscrivibili, estraibili e trasportabili
su altri computer. Per questo motivo sono
veicolo di virus informatici. I dischetti
vanno formattati (oggi sono venduti già formattati)
per poter esse scritti.
Cos'è la formattazione? La formattazione,
che si esegue col computer mediante un programma
fornito da Windows, serve per inserire sul
disco magnetico i riferimenti per individuare
la posizione dei dati in modo casuale
· Zip disk. Sono simili ai dischetti floppy
ma di capacità notevolmente superiore. Non
sono formati standard per cui occorre il
dispositivo adatto per leggerli e scriverli.
· Disco rigido. (Hard disk). E' presente
ormai su tutti i computer, interno alla macchina
e inaccessibile. Esso contiene al suo interno
diversi dischi rigidi metallici e magnetici,
per cui può contenere una quantità enorme
di dati (oggi normale è l'Hard Disk da 10
Gbyte (cioè 10 miliardi di Byte). Anche l'hard
disk va formattato come i dischetti, prima
di ricevere i programmi, le applicazioni
e i dati.
· CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Questi dispositivi
sono basati su tecnologia ottica. Essi vengono
incisi col “masterizzatore” e letti mediante
raggio laser. Hanno capacità da 650Mb a 7Gb.
· Nastri magnetici. Essi servono per conservare
grandi quantità di dati o per fare il backup
del sistema (cioè copia di tutto il contenuto
dell'hard disk) per prevenire perdite di
dati per malfunzionamento della macchina,
sempre in agguato.
Qual'è la più piccola unità di memoria?
Il computer lavora con dati binari, cioè
con informazione che può essere solo presenza
o assenza di corrente, ovvero vero o falso
oppure 0 e 1. Il vero o falso o 0 e 1 vengono
chiamati bit (che sta per binary digit, cioè
cifra binaria). La più piccola unità di informazione
è il bit, per cui il bit è anche l'unità
di misura della memoria. Una cella di memoria
può contenere 0 o 1; più cella formano un
numero binario.
Quali sono le unità di misura delle memorie?
Un gruppo di bit formano una parola, che
è già una informazione complessa. Il computer
è organizzato con parole minime di 8 bit.
Tale parola viene chiamata byte. L'unità
di misura delle memorie del computer, comprese
le memorie di massa, è il byte con i multipli
KiloByte (Kb=1000 byte), MegaByte (Mb=1.000.000
di byte) e GigaByte (Gb=1.000.000.000 di
byte)
5.2 Memorie veloci
Cos'è la memoria centrale del computer?
Le memorie di massa sono memorie lente. La
CPU lavora, invece, a velocità altissime,
per cui ha bisogno di memorie molto veloci
per conservare temporaneamente i dati da
elaborare. Queste memorie costituiscono la
memoria centrale del computer e ne determinano,
insieme alla CPU, la potenza di elaborazione.
Quali sono le memorie veloci del computer?
Le principali memorie veloci del computer
sono:
· RAM. (Random Access Memory ovvero Memoria
ad accesso casuale). E' la memoria in cui
risiede il programma e i dati in fase di
elaborazione. E' costruita con la stessa
tecnologia del processore. Per i computer
più recenti la quantità di RAM può essere
di 128 Mbyte, ma può arrivare anche ai gigabyte.
· ROM. (Read Only Memory ovvero Memoria a
sola lettura). Contiene dati necessari all'avviamento
della macchina, immessi dal costruttore
5.3 Capacità della memoria
Come è organizzata la memoria del computer?
Si è già detto delle unità di misura della
memoria. 8 bit formano un byte, detto anche
parola. Il byte è alla base della struttura
della memoria e ne costituisce, come già
detto, l'unità di misura. Nel codice binario,
con 8 bit, si possono rappresentare 256 combinazioni,
ovvero 256 numeri (da 0 a 255). Ad esempio
00000000 rappresenta lo zero, mentre 01000100
rappresenta il numero 132. Le informazioni
vengono trattate utilizzando il byte, nel
senso che se si vuol rappresentare un numero
superiore a 255 vengono utilizzati due byte
o più.
Per rappresentare tutti i simboli alfanumerici
è sufficiente un byte. Per esempio, nel codice
ASCII, al numero decimale 32 corrisponde
lo spazio fra parole, al numero 48 la cifra
0 etc.
I primi processori costruiti, come il mitico
8088, avevano registri a 8 bit, cioè di 1
byte. Essi per fare operazioni con numeri
grandi dovevano utilizzare molti cicli, salvando
e riutilizzando dati intermedi provvisori.
Ciò comportava una certa lentezza. Oggi i
moderni processori utilizzano registri a
32 o 64 bit, cioè a 4 o 8 byte. Essi possono
contenere numeri molto più grandi di 255
e quindi in un solo ciclo il processore può
fare operazioni più complesse. Per questo
motivo, oltre che per l'aumento della velocità
del clock (arrivato dai 4,7MHz dell'8088
a 1GHz degli ultimi
5.4 Prestazioni dei computer
Quale computer scegliere?
A questa domanda si risponde: quello che
risponde meglio alle nostre esigenze. Ma
che significa? Un computer può essere più
o meno "potente" è più o meno "veloce".
Per renderlo potente occorre montare i dispositivi
adatti, per renderlo veloce occorre scegliere
processori e schede madri adeguate.
Da che cosa dipendono le prestazioni di un
computer?
Da quanto si è detto risulta che le prestazioni
di un computer dipendono, oltre che dagli
accessori montati (schede video, schede grafiche
etc.), da diversi fattori, che ne determinano
la velocità di funzionamento:
· Tipo di CPU. Un processore a 8 bit è intrinsecamente
più lento di uno a 32 bit perché occorrono
meno cicli di clock per configurare una operazione
logica o matematica.
· Velocità di Clock. Il clock è la cadenza
interna del computer che configura una operazione
elementare. Un processore a 4,76 MHz esegue
solo, si fa per dire, 4.760.000 operazioni
al secondo, mentre uno a 800MHz ne esegue
800.000.000. Il secondo è circa 168 volte
più veloce del primo; in altri termini se
il primo impiega circa tre minuti per fare
una operazione il secondo impiega solo 1
secondo.
· Memoria cache. La memoria cache è una memoria
velocissima perché è integrata nella CPU
e quindi ad essa il processore accede con
estrema velocità. I dati transitori possono
essere conservati nella cache oppure nelle
altre memorie che sono sempre meno veloci.
Quanta maggiore è la memoria cache di un
computer tanto migliori sono le sue prestazioni.
256kb o 512kb di memoria cache sono comuni
nei moderni computer.
· RAM. Nella RAM risiedono le istruzioni
dei programmi, i dati che servono per lavorare,
i dati transitori. La RAM è una memoria veloce;
se la CPU non trova RAM disponibile per depositare
i dati, li deposita sulla memoria di massa,
meno veloce. E' chiaro che maggiore è la
quantità di RAM, maggiori saranno le prestazioni
del computer, almeno fino ad esaurimento
della richiesta di memoria, nel senso che,
se la richiesta di memoria da parte della
CPU non supera mai i 128Mb, anche se sul
computer sono presenti 256Mb, il di più non
verrà sfruttato.
· Hard Disk. La memoria di massa è lenta
di per sé, ma esistono Hard Disk di velocità
diverse. Se la CPU fa molto ricorso all'Hard
Disk è chiaro che quelli ad accesso più veloce
daranno migliori prestazioni. La capacità
dell'Hard Disk è meno importante: essa determina
solo quante informazioni possiamo memorizzare
permanentemente. Hard Disk di 15Gb sono divenuti
comuni.
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