MODULO 01

Il 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 quando passa l’energia elettrica, spento “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

• memorie di massa

• memorie USB

Le memorie Le memorie possiedono una capacità espressa 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)

Memoria cache La memoria cache svolge un compito di

memorizzazione temporanea dei dati. Aiuta la CPU nella comunicazione con la

memoria RAM. E’ molto più piccola ma

più veloce della RAM, Quando è necessario

l'accesso ad un dato, questo dato viene prima cercato nella cache.

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 (1 milione di volte di più!)

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 detto masterizzatore

Esistono in diversi formati:

Single Side (singolo lato)

Single Layer (singolo strato)

Double Side (doppio lato)

Double Layer (doppio strato)

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 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 (chiavette)

• Hard Disk USB

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 64GB (in continuo aumento!)

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 delle centinaia di GB

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 miliardi 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