Informatica 02 PDF

INFORMATICA 02 Componenti di un computer IL COMPUTER Un computer è una macchina elettronica capace di trasmettere, immagazzinare ed elaborare dati, risolvendo i più svariati problemi con velocità ed af dabilità. Si parla di PC (Personal Computer) per un elaboratore di uso generico e quotidiano. Ino...

INFORMATICA 02 Componenti di un computer IL COMPUTER Un computer è una macchina elettronica capace di trasmettere, immagazzinare ed elaborare dati, risolvendo i più svariati problemi con velocità ed af dabilità. Si parla di PC (Personal Computer) per un elaboratore di uso generico e quotidiano. Inoltre originariamente è stato progettato per l'uso di una persona per volta al contrario per esempio dei mainframe, a cui gruppi di persone accedono contemporaneamente. A volte si contrappongono i due termini: - PC, si intende un computer tipicamente con sistema operativo Microsoft Windows o Linux; - M1ac, un computer Apple con li sistema operativo Mac OS. I computer si possono classi care in base alla potenza di calcolo espressai: mobile devices: PDA (Personal Digital Assistant), smartphones Personal Computer : desktop ( sso/da scrivania), laptop (portatile), netbook (mini portatile), tablet o palmare workstation (potente ma connesso a pochi utenti) minicomputer (molti utenti, condivisione risorse) mainframe (elevato numero di periferiche, archivi di grandi dimensioni) supercomputer (applicazioni che richiedono massima potenza di calcolo) ultracomputer Ultimamente l'architettura dei PC ha consentito la possibilità di riunirli a livello software (scalabilità) raggruppandoli in cluster permettendo di raggiungere funzionalità e prestazioni comparabili a sistemi molto più potenti. Un’altra classi cazione si fa in base all’uso: computer digitale generico, risolve una vasta gamma di problemi computer per uso speci co, svolge solo un piccolo numero di funzioni ripetitive per le quali è stato programmato STORIA DEI PERSONAL COMPUTER Nel 1957 l’Olivetti lancia l'Elea 9003, uno dei primi antenati del moderno PC L'IBM 5100 Portable Computer è stato il primo personal computer commercializzato dall'IBM. Il prototipo, denominato SCAMP (Special Computer APL Machine Portable), fu mostrato al pubblico nel 1973 e rimase in commercio no al 1982. Nel 1975 fu messo in commercio il PC Sphere 1 dall’azienda dello Utah (USA) Sphere Corporation. Lo Sphere 1 era basato sulla CPU Motorola 6800, integrava della ROM sulla scheda madre, 4kB di memoria RAM espandibili a 64 kB, un monitor e una tastiera con un tastierino numerico. Nel 1976 Steve Jobs e Steve Wozniak vendettero la scheda madre del computer Apple I, che conteneva circa 30 chip e venne venduto a $ 666,66; i primi esemplari furono acquistati da un negozio di computer locale, The Byte Shop. Il primo PC di successo degli anni '70 fu Commodore PET (Personal Electronic Transactor) del gennaio 1977. Esso fu subito seguito dal TRS-80 (agosto 1977) e dal popolare Apple II (giugno 1977). fi fi fi fi fi fi  Nel 1981 fece la sua comparsa nel mercato il primo di una serie di PC che divenne molto popolare: PC IBM. Nel 1983 nasce l'Olivetti M24, come clone del PC IBM. A gennaio 1984 Apple Computer presentò un'altra innovazione destinata a diffondersi su larga scala: il Macintosh, dotato di serie di interfaccia gra ca e di mouse. LE PARTI DI UN COMPUTER Un computer è fondamentalmente formato da due componenti: Hardware e Software. L'Hardware consiste nella parte meccanica e viene rappresentato dalle componenti siche del PC (hard disk, motherboard, tastiera, ecc.). Nel Software invece si individuano i programmi ovvero sequenze di istruzioni che permettono di eseguire delle funzioni e di gestire la parte Hardware. lI computer riceve le informazioni (i dati) al suo ingresso (input) e, dopo averli elaborati li restituisce in uscita (output). In generale un computer si compone delle seguenti parti fondamentali: l’unità di ingresso (tastiera, cous, webcam, scanner…) l'unità di elaborazione centrale (CPU) la memoria interna del computer (memoria RAM) la memoria esterna o di massa l'unità di uscita (schermo, stampanti, altoparlanti…) L’UNITÀ DI ELABORAZIONE CENTRALE La CPU (Central Processing Unit) è il componente principale che elabora i segnali e rende possibile il calcolo. Agisce in qualità di cervello in qualsiasi dispositivo informatico. Recupera le istruzioni dalla memoria, esegue le attività richieste e rimanda l'output alla memoria. Si compone di due parti: ALU (Arithmetic and Logic Unit), che compie operazioni aritmetiche, logiche e di scorrimento. CU (Control Unit), che interpreta le istruzioni del programma e gestisce le operazioni di input e output. Le architetture dei processori moderni, come RISC (Reduced Instruction Set Computer), usano registri generali per velocizzare l'esecuzione dei programmi, permettendo un rapido accesso ai dati. Queste architetture impiegano una pipeline (insieme di azioni che elaborano i dati in sequenza) che limita l'accesso alla memoria solo per le istruzioni di caricamento e memorizzazione, migliorando così l’ef cienza. Alcuni registri sono specializzati per caricare dati speci ci, come numeri per divisioni o moltiplicazioni, che vengono inviati all'ALU per l'elaborazione. La struttura dei registri varia notevolmente tra diversi processori e produttori. LA MEMORIA PRINCIPALE La memoria principale, nonché RAM (Random Access Memory), è localizzata all’interno del computer e ha la funzione di immagazzinare le istruzioni e i dati che vengono immediatamente utilizzati dall'ALU, su ordine della CU. All’interno della memoria vi sono scomparti detti celle o locazioni di memoria, dove le informazioni rimangono in attesa di essere prelevate. Ogni locazione di memoria è identi cata da un indirizzo numerico progressivo. fi fi fi fi fi Quando la CU immagazzina un dato, registra l'indirizzo della cella, permettendo di recuperare rapidamente l'informazione quando necessario. COMPONENTISTICA Le componenti fondamentali di un personal computer sono: 1) Unità centrale contenente lo spazio e gli agganci per ospitare: scheda madre, memoria e CPU, connettori, alimentatore, possibili periferiche di espansione, alloggi per le periferiche di base e i dispositivi per le memorie di massa (disco rigido, CD есс.) 2) Monitor/display 3) Periferiche di input/output: tastiera mouse interfacce seriali, paralle7788 le, USB diffusore o casse acustiche Tutte le componenti di un computer sono contenute all'interno di un cabinet o case e contiene la componentistica e l'apparato di raffreddamento generale. Il raffreddamento dei computer può avvenire tramite alettature, ventole o sistemi a liquido,. Nei mainframe e supercomputer, il raffreddamento è un problema signi cativo e rappresenta una parte consistente del costo totale del sistema. Il co poter è poi alimentato da un alimentatore che fornisce al sistema le giuste tensioni elettriche in termini della potenza e stabilità richieste. Ci sono anche i dissipatori a liquido all-in-one (AIO), che offrono un raffreddamento migliore rispetto ai dissipatori ad aria. Il liquido nel waterblock assorbe il calore dalla CPU, viene raffreddato dalla ventola e ripete il ciclo. La maggior parte dei componenti di un computer è montata sulla scheda madre (motherboard), che può anche ospitare schede glie o di espansione. Queste ultime sono spesso alimentate elettricamente dalla scheda madre stessa. La CPU (Central Processing Unit) è il "cervello" del computer, responsabile dell'elaborazione delle informazioni e dell'esecuzione delle istruzioni in codice macchina. La sua architettura è evoluta con l'aggiunta di cache di primo livello e strutture esecutive a pipeline, aumentando il parallelismo. Oggi, molti processori sono multicore (processore che integra più unità di elaborazione (core) su un singolo chip, permettendo l'esecuzione simultanea di più istruzioni per migliorare le prestazioni). Ci sono 3 tipi di memoria: memoria ROM (Read Only Memory) che contiene l’insieme di informazioni necessarie per l’avviamento del sistema operativo del computer. È a sola lettura. fi fi  memoria centrale RAM (Random Access Memory), è veloce ma volatile, cioè perde i dati dal momento dello spegnimento del computer. Le tecnologie attuali però prevedono memorie di lavoro permanenti. memoria secondaria/di massa, è una memoria più lenta ma che mantiene i dati scritti per un tempo inde nito. È costituita sia da dischi ottici (CD, DVD) che da dischi magnetici ( oppy disk, hard disk). Lo slot è un connettore che permette di collegare e scollegare circuiti stampati senza saldature, facilitando le operazioni meccaniche ed elettriche. Le schede di espansione si collegano alla scheda madre tramite slot e rappresentano le periferiche interne del computer. La scheda video è la più importante, responsabile dell'elaborazione delle immagini e della visualizzazione sul monitor. Oltre ad essa c’è la scheda di rete, la scheda audio, la scheda Bluetooth e la scheda Wi-Fi. Un computer inoltre deve anche poter comunicare con l’esterno (con l’utente o altri dispositivi), per questo sono presenti delle interfacce, dette periferiche di sistema, che sono o periferiche di Input o di Output. Per collegare le periferiche tra loro vi sono: RS232 (Recommended Standard), interfaccia seriale a bassa velocità di trasmissione per lo scambio di dati. Centronics (interfaccia parallela), interfaccia usata per collegare un computer ad una stampante/plotter e in seguito, nella versione bidirezionale anche per scanner, unità ZIP, hard disk, lettori di CD- ROM e webcam. SCSI (Small Computer System Interface), interfaccia standard progettata per realizzare il trasferimento di dati a bus in modalità parallela. ATA ( Advanced Technology Attachment ), interfaccia standard per la connessione di dispositivi di memorizzazione, quali hard disk e unità CD-ROM. Ci sono anche PATA (Parallel ATA) e SATA (Serial ATA). IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) o Firewire, interfaccia standard per un bus seriale di proprietà della Apple. Questa supporta due diverse modalità di trasferimento dati: asincrona e sincrona. PS/2, connettore mini-DIN appartenente ad una famiglia di connettori elettrici utilizzati in diverse applicazioni (tastiera e mouse) per sistemi PC. ADB (Apple Desktop Bus) per tastiere, mouse e simili dispositivi Apple. USB (Universal Serial Bus), interfaccia industriale di comunicazione seriale che standardizza in un unico protocollo di comunicazione cavi e connettori da utilizzare per la connessione, comunicazione e alimentazione tra computer e periferiche. HDMI (High De nition Multimedia Interface), interfaccia audio/video usata per trasferire dati video e audio da una sorgente HDMI (per esempio da un controller video) a un monitor, un proiettore, un televisore o un dispositivo audio digitale. La DVI (Digital Visual Interface) interfaccia in grado di trasmettere un segnale video al monitor in forma digitale, quindi tendenzialmente meno soggetta ai disturbi. Thunderbolt, sviluppata da Intel in collaborazione con Apple, collega una vasta gamma di dispositivi multimediali quali fotocamere digitali, schermi, riproduttori audio/video, unità di memorizzazione. fi fi fl PRESTAZIONI DI UN COMPUTER Un computer viene valutato in base alle sue capacità di processamento e di memorizzazione. In linea di massima si identi cano dunque i seguenti parametri: 1) La capacità di processamento si usa la frequenza di clock del processore. Il termine clock indica un segnale periodico, generalmente un'onda quadra, utilizzato per sincronizzare il funzionamento dei dispositivi elettronici digitali. La velocità di clock di un microprocessore indica il numero di commutazioni tra i livelli logici "0" e "1" al secondo, espressa in Hertz. Le CPU moderne superano i 4 gigahertz, ma facendo l'overclocking si può aumentare la frequenza di lavoro e la temperatura, danneggiando il componente. L'architettura a 8/16/32/64 bit de nisce la dimensione degli indirizzi di memoria, consentendo a un processore a 32 bit di gestire no a 4 GiB di memoria e a uno a 64 bit di gestire 16 exbibyte. Le prestazioni possono essere misurate in MIPS (Million Instructions Per Second) o FLOPS (Floating point Operations Per Second), ma questi parametri non considerano tutte le operazioni per i PC domestici. 2) La capacità di memoria, sia della RAM, che della memoria secondaria. La RAM è una memoria volatile che consente l'accesso diretto a qualsiasi indirizzo di memoria con tempi di accesso uniformi. Utilizzata come memoria primaria nei computer, si af anca ad altre tipologie come la memoria ad accesso sequenziale e quella ad accesso diretto. Esistono diverse tipologie di RAM: SRAM (Static Random Access Memory): utilizzata per memorie cache, ha una bassa capacità ma accesso veloce. DRAM (Dynamic Random Access Memory): immagazzina ogni bit in un condensatore, richiede operazioni di refresh per mantenere i dati, il che la rende più lenta e dispendiosa in termini di energia. SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory): sincronizzata con il clock del processore, offre velocità signi cativamente superiori e viene utilizzata come memoria principale nei PC moderni. FeRAM (Ferroelectric Dynamic Random Access Memory): mantiene i dati senza necessità di refresh grazie a materiali ferroelettrici, che conservano la polarizzazione anche senza alimentazione. Le memorie di massa, come hard disk, CD, DVD e memorie ash, conservano grandi quantità di dati in modo non volatile. I dati sono organizzati in le, gestiti da le system diversi, tra cui FAT32 e NTFS di Microsoft, ext2-ext3 per Linux e HFS+ per MacOS. L'organizzazione è gestita tramite strutture dati come tabelle di indirizzamento. Nella MFT del NTFS sono registrate informazioni dettagliate per ogni le, come nome, dimensioni, date di creazione e modi ca, diritti di accesso e l'elenco dei blocchi contenenti i le. MODULARITÀ ED ESPANDIBILITÀ La possibilità di modi care e personalizzare l'hardware di un computer varia a seconda del tipo di dispositivo. Microcontrollori, notebook, smartphone e tablet offrono opzioni molto limitate, mentre server, workstation e desktop consentono buone o ottime possibilità di intervento. Si distingue tra computer pre-assemblati e assemblati liberamente dall'utente: i primi hanno limitazioni di espansione, mentre i secondi permettono personalizzazioni praticamente illimitate. fi fi fi fi fi fi fi fl fi fi fi fi  COMPUTER QUANTISTICI L'informatica quantistica rappresenta un'evoluzione del computer classico, basata sulla meccanica quantistica. I computer quantistici sono estremamente potenti, no a 100 milioni di volte più veloci dei computer tradizionali, stabilendo nuovi standard e unità di misura per le prestazioni. Nei computer quantistici, al posto dei bit convenzionali, si utilizzano i qubit (quantum bit). DISCO DI VETRO Ricercatori di Southampton hanno sviluppato un disco di vetro nanostrutturato in grado di contenere no a 500 terabyte di dati, utilizzando una tecnologia di archiviazione ottica in 5D e un laser a femtosecondi. Questo disco, delle dimensioni di un CD, può preservare i dati intatti per miliardi di anni e rimane stabile anche a temperature di 1000 °C, offrendo una memoria "eterna". fi fi