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MODULO 01
Come è fatto un computer
MODULO 01Unità didattica 02
Guardiamo dentro alla scatola: l’hardware
In questa lezione impareremo:
a conoscere le parti che permettono a a conoscere le parti che permettono a un computer di elaborare e di un computer di elaborare e di memorizzare i datimemorizzare i dati
che cos’è la CPUche cos’è la CPU che cosa sono le memorie RAM, ROM, che cosa sono le memorie RAM, ROM,
cachecache che cosa sono le memorie centrali, di che cosa sono le memorie centrali, di
massa, USBmassa, USB
La scheda madre di un computer
La scheda madre è una scheda formata da chip (circuiti integrati elettronici)
Contiene l’unità centrale di elaborazione (CPU), le memorie e gli slot (prese) per le schede di espansione con le quali possiamo collegare le periferiche
La scheda madre di un computer
Come ragiona il computer Un computer è formato da circuiti elettronici in grado di
comprendere soltanto due valori diversi, “acceso” o “spento”. È acceso quando passa l’energia elettrica, spento quando non passa
Sono proprio questi due stati (acceso/spento) che costituiscono l’informazione più elementare che un computer è in grado di comprendere: tale informazione prende il nome di bit. Quando passa corrente il circuito comprende 1, altrimenti interpreta tale stato come 0
Come ragiona il computer
Per comprendere come funzionano i chip di un computer consideriamo una lampadina, che può avere solo due stati: accesa o spenta; se mettiamo insieme due lampadine affiancate, otteniamo quattro combinazioni di valori in quanto in questo caso un’informazione è costituita da 2 bit:• 1° valore: spenta, spenta = 00
• 2° valore: spenta, accesa = 01
• 3° valore: accesa, spenta = 10
• 4° valore: accesa, accesa = 11
Come ragiona il computer
Se di lampadine ce ne fossero tre invece di due, avremmo 8 combinazioni diverse, se fossero quattro le combinazioni sarebbero 16 ecc. Risulta quindi evidente che, con più bit a disposizione, si ottengono più valori
Come ragiona il computer
I computer utilizzano uno standard di bit per ogni informazione: 8 bit
Si ottengono 256 stati diversi L’insieme di 8 bit si chiama Byte Se un bit può rappresentare solo due
stati (1 e 0), un Byte ne può rappresentare 256 (da 0 a 255)
Come ragiona il computer
I caratteri alfabetici, i numeri e i caratteri della punteggiatura (, ; . : - ecc.) vengono memorizzati nel computer come sequenza di Byte
La tabella ASCII (American Standard Code for Information Interchange) contiene per ogni lettera (a, b, c, … A, B, C, …), numero (1, 2, 3, 4, … 0) o carattere speciale (%, ?, !, £, $, & …), un relativo codice, che va da 0 a 255
Come ragiona il computer
La tabella ASCII proposta mostra per ogni carattere (colonna azzurra) il relativo codice espresso sia in decimale (colonna gialla) che in binario (colonna bianca)
Le memorie
Le memorie presenti in un computer possono essere suddivise in:• memorie centrali o principali (main
memory)
• memorie di massa
• memorie USB
Le memorie Le memorie possiedono una capacità che si esprime in
Byte Scala di equivalenza:
• 1 Byte equivale a 8 bit;• 1 “chilo” Byte (1 KByte) equivale a 1024 Byte;• 1 “mega” Byte (1 MByte) equivale a 1024 KByte;• 1 “giga” Byte (1 GByte) equivale a 1024 MByte; • 1 “tera” Byte (1 TByte) equivale a 1024 GByte. • 1 “peta” Byte (1 Pbyte) equivale a 1024 Tbyte)
Le memorie Scala di equivalenza approssimata al Byte:
• 1 Kbyte equivale a circa 1.000 Byte• 1 MByte equivale a circa 1.000.000 (un milione)
Byte• 1 GByte equivale a circa 1.000.000.000 (un
miliardo) Byte• 1 TByte equivale a circa 1.000.000.000.000 (mille
miliardi) Byte • 1 Pbyte equivale a circa 1.000.000.000.000.000
(un milione di miliardi) Byte
Le memorie principali Vengono anche chiamate memorie centrali Contengono un numero limitato di informazioni Si dividono in:
• memoria RAM (Random Access Memory), cioè memoria ad accesso casuale, consente sia la scrittura che la lettura dei dati in essa contenuti
• memoria ROM (Read Only Memory), cioè memoria di sola lettura, consente soltanto la lettura dei dati in essa contenuti
• memoria Cache
Memoria RAM
La RAM (Random Access Memory) è la memoria che contiene i dati e i programmi in corso di esecuzione
E’ di tipo volatile, significa che perde il suo contenuto quando il computer viene spento
Memoria ROM
La ROM (Read Only memory) è una memoria a sola lettura. Contiene un programma che permette di “accendere” il computer, chiamato BIOS (Basic Input Output System)
Cache memory La memoria cache (termina che deriva dalla
lingua francese e che significa nascosto) svolge un compito di memorizzazione temporanea dei dati. Coadiuva la CPU nella comunicazione con la memoria RAM
Le memorie di massa Le memorie di massa hanno lo scopo di
conservare i programmi e i dati in modo permanente
Le memorie di massa più diffuse sono collocate all’interno del case(memorie interne)
Le memorie di massa che possono essere collegate esternamente al computer, vengono chiamate memorie esterne
Le memorie di massa
Le memorie di massa si presentano in moltissimi formati, che vanno dai meno recenti floppy disk fino ai nuovissimi blu-ray disk. Quasi tutti sono composti da dischi estraibili, eccezion fatta per i dischi fissi o dischi rigidi (hard disk)
Gli strumenti per la lettura e scrittura su queste memorie si chiamano Drive
Le memorie di massaI Dischi Fissi
Sono collocati all’interno del case e non sono normalmente estraibili né visibili dall’esterno
I primi modelli avevano una capacità di pochi MByte, mentre i modelli più attuali fino ad alcuni TByte
Normalmente ogni PC ne contiene uno solo ma è possibile aggiungerne anche qualche altro
Le memorie di massaDVD (Digital Versatile Disk)
Vengono usati soprattutto per memorizzare film in formato digitale ma possono contenere anche i normali file. Hanno una capacità che varia da 4,7GB a 17GB
La scrittura dei dati avviene con uno strumento chiamato masterizzatore
Esistono in diversi formati:
Single Side
Single Layer
Double Side
Double Layer
Le memorie di massaCD (Compact Disk)
Hanno una capacità di 700MB e si dividono in: CD-ROM. La sigla ROM (Read Only Memory)
indica il fatto che i dati, una volta scritti, sono indelebili e potranno essere soltanto letti
CD-R. La sigla R (wRitable) indica che sono scrivibili una sola volta
CD-RW. La sigla RW (ReWritable) indica che sono riscrivibili
Le memorie di massaFloppy Disk
Sono riscrivibili, ma possono contenere soltanto 1,44MB
Il foro indicato serve per proteggere il disco da scrittura nel caso si volessero preservare dei dati importanti da cancellazioni accidentali
Le memorie di massaZIP disk
Esteticamente assomigliano ai floppy disk
Sono dischi estraibili ma necessitano di uno strumento apposito per la lettura e scrittura
Esistono in due formati da 250MB e 700MB
Memorie di massaBlu-ray Disk
Sono esteticamente del tutto simili a i CD e ai DVD
Vengono usati soprattutto per memorizzare film ad alta definizione
Hanno una capacità che varia dai 50GB ai 200GB
Le memorie USB
Rappresentano una tipologie di memorie estraibili collegate con la porta USB del computer
Le principali sono le seguenti:• Pen Drive
• Hard Disk USB
• Solid State Disk
• Jet Flash
Le memorie USBPen Drive
Vengono anche chiamate chiavette
Hanno dimensioni ridotte (come una piccola penna) che possono essere collegate per mezzo della presa USB
Hanno una capacità che varia da 256MB a 8GB
Le memorie USBHard disk USB
Sono hard disk collegabili alla presa USB
Hanno una dimensione maggiore rispetto alle chiavette.
Sono più lenti delle pen drive ma molto più capienti
Hanno una capienza nell’ordine dei GBytes
Le memorie USBSolid state Disk
Memorie USB dalle altissime capacità di memoria (fino a 200GB)
Utilizzano la tecnologia solid state per creare delle memorie dalle dimensioni ridottisime
Le memorie USBJet Flash
Sono simili alle più comuni pen Drive
Hanno uno spessore di pochi millimetri
Il funzionamento di una CPU
Il computer funziona grazie ad un programma La CPU durante il suo funzionamento, non fa altro che
eseguire le istruzioni di un programma Il programma è formato da istruzioni scritte
attraverso un linguaggio apposito, chiamato linguaggio macchina, composto da istruzioni scritte in forma binaria
La CPU è in grado di eseguire milioni di istruzioni al secondo e, in base al tipo di istruzione, incarica altri dispositivi di eseguire alcuni compiti
Il funzionamento di una CPU
Se viene impartito al computer il comando di stampare un documento, la CPU incarica la periferica di eseguire la stampa, quindi i dati vengono letti dall’unità a disco e inviati attraverso il bus alla periferica desiderata
L’utente effettua pertanto solo un click e al resto penserà la CPU
Il funzionamento di una CPU
Vediamo ora la descrizione dei
componenti coinvolti nell’operazione indicata
nella diapositiva precedente
1) L’unità di controllo (UC) riceve il comando di stampa di un documento dalla periferica di input (mouse o tastiera).
2) L’UC esegue il programma necessario a effettuare il procedimento richiesto, leggendolo istruzione per istruzione dalla memoria RAM.
3) Attraverso il bus interno al microprocessore l’UC incarica, se necessario, i registri interni oppure la cache e quindi la ALU di memorizzare temporaneamente alcuni dati e di effettuare i calcoli aritmetico-logici richiesti dal programma
4) Una volta decodificato il programma l’UC incarica l’unità a disco di inviare il documento alla stampante, comunicando alle periferiche i comandi necessari
In sintesi:
Come avrete notato, il compito dell’UC è quello di decodificare il programma, mentre quello dei bus è di fare da supporto alla trasmissione dei dati