La struttura del computer
e sua evoluzione
Storia
Negli anni '40, durante la seconda guerra mondiale,l'università di
Filadelfia realizza ENIAC
(Electronic Numerical Integrator And Computator)
una grandissima macchina costruita per effettuare calcoli balistici.
Era composta di 18.000 valvole termoioniche, 100.000 componenti
discreti posizionati in armadi alti m 2,5 e profondi cm 90, per una
lunghezza di quasi 300 metri; pesava 30 tonnellate.
Il costo preventivato era di 150.000 dollari (del 1940!) ma il costo
effettivo fu di ben 750.000.
Paola Pianegonda
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Macchina di Von Neumann
Nel 1945 lo scienziato di origine ungherese John Von
Neumann progetta negli Stati Uniti ciò che è riconosciuto
come il primo “computer”.
La macchina, chiamata
EDVAC
(Electronic Discrete Variable Automatic Computer),
è costruita in modo che si possano registrare al proprio
interno, cioè nella MEMORIA , non solo i dati sui quali
lavorare ma anche le istruzioni necessarie per
l’elaborazione . In questo modo il calcolatore può saltare da
una istruzione all'altra secondo procedimenti diversi per
risolvere problemi di tipo diverso.
L'idea di Von Neumann è alla base della progettazione di
tutte le macchine successive.
Paola Pianegonda
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Dal calcolatore all’
elaboratore
Il calcolatore diventa uno strumento non più riservato
a pochi scienziati, ma adatto a risolvere problemi
nei vari ambiti produttivi ed economici.
Il calcolatore si trasforma pertanto in "elaboratore"
avendo la capacità di eseguire non solo operazioni
aritmetico/logiche, ma qualsiasi tipo di informazione.
Paola Pianegonda
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Il codice degli impulsi elettrici
Codice Morse
Per rappresentare un dato (un numero, una lettera ecc.) sono
sufficienti due soli simboli.
L'alfabeto Morse, per esempio, è basato sui simboli "punto" e "linea"
che combinati rappresentano lettere e cifre.
Questa rappresentazione viene sfruttata anche nell'elaboratore,
che è una macchina costituita da un insieme di circuiti elementari
che si possono trovare solamente in due stati : acceso o spento,
magnetizzato positivamente o negativamente ecc.
Nell'elaboratore si indicano convenzionalmente con 1 e con 0 le due
possibili condizioni dei suoi componenti e si rappresentano numeri,
lettere e segni mediante combinazioni di 1 e di 0. Questo codice
viene detto binario e i due simboli sono chiamati bit (dall'inglese
Binary Digit = cifra binaria).
Paola Pianegonda
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LA TARTARUGA BATTE LA LEPRE
Australia, Luglio 2005
Gara tra trasmissione telegrafica e
messaggi SMS.
Alla domanda se la lepre sia più veloce della tartaruga
chiunque risponderebbe subito di SÌ
In Australia è stata posta la seguente domanda: chi è
più veloce nel trasmettere messaggi, un tredicenne
smanettone con il telefono cellulare o un 93enne
radiotelegrafista in pensione?? La risposta l'ha offerta
la gara svoltasi sotto il patrocinio del POWERHOUSE
MUSEUM di SYDNEY per accertare senza ombre di
dubbio chi risultasse vincitore fra due modi di
trasmissione inconciliabili fra loro.
Gordon Hill, veterano delle radiotrasmissioni in
telegrafia e Brittany Devlin, tredicenne amante dei
telefoni cellulari. Ebbene, il vecchio Gordon ha avuto
la meglio battendo di gran lunga il tredicenne Devlin.
Riferisce Gordon che a vincere è stato il ritmo preciso
delle pulsazioni dei segnali telegrafici inventati da
SAMUELE MORSE!
Paola Pianegonda
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Il sistema binario
Il sistema di numerazione adottato normalmente dall'uomo
è il sistema decimale, che utilizza dieci simboli. Il posto
che le cifre occupano rappresenta le unità, le decine, le
centinaia ecc., cioè le potenze crescenti di 10.
Il sistema numerico binario, utilizzato negli elaboratori, usa
invece solamente due simboli (1 e 0) e il posto che essi
occupano rappresenta le potenze crescenti di 2.
Spostandoci a sinistra di una colonna, il valore di ogni
cifra non aumenterà di dieci volte come avviene nel
sistema decimale ma di due volte.
Anche le lettere e qualsiasi altro simbolo speciale possono
essere rappresentati in questo modo utilizzando, ad
esempio, il codice ASCII. Poiché 1 e 0 per la macchina
significano c’è e non c’é corrente, si può comunicare
all'elaboratore, tramite segnali elettrici ,tutte le
informazioni e le istruzioni necessarie per svolgere
quanto richiesto.
Paola Pianegonda
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Perché il computer usa i numeri binari?
La matematica utilizza la numerazione decimale (almeno qui da noi …)
I computer, invece, utilizzano il sistema binario. Perchè?
La scelta del sistema binario, composto di sole due cifre (zero e uno)
sembra senza senso.
Se volessimo scrivere in binario il numero 387 dovremmo usare ben 9
cifre:
110000011
Le operazioni aritmetiche sono però molto semplici. Ad esempio:
Addizione
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1 + 1 = 10 (si legge zero con riporto di 1)
Sottrazione
0-0=0
1-0=1
1-1=0
0-1=1
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Il computer
Il computer è una MACCHINA capace:
◊di accettare DATI provenienti dall’esterno
◊di effettuare su di essi OPERAZIONI
aritmetiche e logiche e quindi
◊di fornire INFORMAZIONI in forma
comprensibile all’utente.
Per svolgere ciascuna di queste funzioni usa dei
dispositivi diversi.
Paola Pianegonda
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Unità di input
Permettono di utilizzare la macchina,dare
i comandi, inserire dati e programmi.
Alcune delle più conosciute e usate sono:
•tastiera
•mouse
•scanner
•microfono
•fotocamera digitale
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La tastiera
La TASTIERA è la principale e più conosciuta unità di input
Permette di dare comandi al computer scrivendoli, oppure
digitando i
TASTI FUNZIONE
inoltre è lo strumento per scrivere e inserire numeri
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Unità centrale
(C.P.U.)
La CPU comunica con tutti gli altri elementi presenti sulla scheda
madre (motherboard), tramite una serie di collegamenti chiamati
BUS ( bus dati, bus indirizzi, bus di controllo).
Essa è composta di
4
parti:
 ALU: unità aritmetico logica che effettua i calcoli logici e
aritmetici
 UC: unità di controllo che sovrintende al corretto svolgimento
delle azioni
 CLOCK: orologio interno che temporizza le azioni in svolgimento
 REGISTRI: piccole unità di memoria (1 o 2 byte) che mantengono
per un po’ i valori assunti
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BIOS
Il BIOS è il programma di configurazione del PC.
Si tratta semplicemente del programma che, ad ogni avvio della
macchina, comunica al Sistema Operativo (o meglio alla sua
parte residente, caricata all'avvio e in memoria RAM fin
quando il computer non viene spento) tutte le informazioni
che riguardano l'hardware del PC, oltre a effettuare una
diagnosi dello stato di questo hardware.
Una sua funzione importante è quella di contenere le istruzioni
che devono essere eseguite quando il computer viene
acceso, nella fase cioè di bootstrap.
Queste istruzioni non possono essere nella RAM perché questa
si cancella ogni volta che il computer viene spento.
Il BIOS contiene invece una memoria che si chiama ROM (Read
Only Memory) che è scritta quando viene costruita e che non
si può più cancellare.
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Memoria centrale
MEMORIA CENTRALE
ROM
RAM
READ ONLY MEMORY
RANDOM ACCESS MEMORY
+
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RAM e ROM
Un calcolatore deve essere fornito sia di memoria ROM che RAM
La memoria complessiva che può essere installata in un PC è correlata con la
CPU presente e con la motherboard che fissa la quantità massima di
memoria installabile.
Nella RAM vengono memorizzate le informazioni durante la varie fasi di
elaborazione.
Con applicazioni di grafica è richiesta l'installazione di molta RAM.
La memoria di tipo RAM presente nei PC è costituita da flip flop, oggetti
bistabili che possono assumere due soli stati, raggruppati in moduli già
pronti alloggiati in appositi slot presenti sulla scheda madre.
Può essere scritta e letta in continuazione. Quando viene tolta
l'alimentazione perde il contenuto essendo volatile.
La memoria ROM è programmata in sede di fabbricazione e può solo essere
letta.
È costituita da oggetti chiamati condensatori che mantengono il loro stato
nel tempo; i dati contenuti sono perciò permanenti.
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Porte seriali e parallele
Differenze tra porta parallela e porta seriale

Quando viene trasmesso un dato con la porta parallela, vengono inviati
8 BITS contemporaneamente. Nella porta seriale essi vengono invece
mandati in fila uno dietro l'altro.

Nelle porte parallele la velocità di trasmissione è più alta e va dai 50
Kb ai 2 Mb al secondo.

Nelle porte parallele, il cavo di connessione non supera i 4-5 metri.
Nelle porte seriali questa lunghezza è maggiore.

La porta seriale viene controllata via hardware, la parallela necessita
di un software apposito che gestisca i registri interni.
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PORTA USB
La porta USB rappresenta la soluzione ideale per chi vuole connettere
istantaneamente una periferica al PC; basta infatti collegarla alla
porta USB ed il gioco è fatto. La periferica viene riconosciuta in modo
automatico dal sistema operativo, i driver vengono installati
automaticamente (se ce ne fosse bisogno) e voilà è possibile usare il
componente installato senza neanche riavviare il computer.
Il miglioramento più forte apportato dall'USB è la standardizzazione
delle porte
USB acronimo per Universal Serial Bus
Tutte o quasi le periferiche moderne hanno l'attacco USB, quindi una
unica connessione che evita confusione tra le varie porte usate in
precedenza:
Porte parallele per connettere stampanti, scanner, Zip drives ecc..
Porte seriali per connettere Mouse, Fotocamere, Modem, Joystick
ecc..
Con la porta USB, tutte queste periferiche possono essere connesse alla
stessa porta e riconosciute immediatamente dal sistema operativo che
le rende utilizzabili
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Unità esterne di memoria
I dispositivi esterni di memoria o memorie di massa sono:
•Hard disk o disco rigido
•CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory)
•DVD (Digital Video Disk)
•Memorie USB
Si tratta di dispositivi portatili dalle dimensioni molto piccole
che si collegano direttamente a una porta USB di qualsiasi
computer.
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HARD DISK
È una pila coassiale di
dischi metallici dotata
di testina di lettura e
scrittura che permette
la memorizzazione e il
mantenimento nel
tempo delle
informazioni salvate.
È protetta da una scatola
metallica ed è collocata
all’interno del case
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Unità di output
Sono i dispositivi che permettono di
fornire all’utente i risultati
dell’elaborazione.
Quelli più noti sono:
FINE
• monitor
• stampante
• plotter
• casse
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