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L'elaboratore
Abbiamo già visto precedentemente come l'elaboratore sia la macchina elettronica su cui si codificano e si elaborano le informazioni. In questo capitolo tratteremo degli aspetti tecnologici e funzionali comuni alla maggior parte dei computer per poi soffermarci sull’architettura del personal computer. Lo schema funzionale di un calcolatore si basa ancora oggi su un modello teorizzato da Von Neumann nel lontano 1945, definito anche a programma memorizzato. Nella figura possiamo individuare i 4 blocchi funzionali del modello:
Unità Centrale di Elaborazione: chiamata anche processore o CPU (Central Processing Unit), identifica il componente che, eseguendo le istruzioni contenute nei programmi, effettua una opportuna trasformazione dei dati in ingresso fino ad produrre i risultati attesi. Oltre all'elaborazione delle istruzioni, la CPU ha anche il compito di controllare il funzionamento di tutti gli altri componenti del computer in modo che si comportino secondo quanto previsto dalle istruzioni stesse (funzione di controllo);
Memoria: indica il componente che ha il compito di memorizzare i dati oggetto dell'elaborazione e, aspetto caratterizzante del modello, i programmi che controllano l'elaborazione stessa;
Ingresso/Uscita (Input/Output): individua i dispositivi attraverso cui vengono immessi nell'elaboratore dati e programmi (dispositivi di input) e mediante i quali il computer può comunicare all'esterno i risultati di una elaborazione (dispositivi di output). In altre parole questi dispositivi, assumendo le forme più idonee per favorire l'interazione uomo-macchina, consentono ad un utente di interagire con l'elaboratore; Per il resto guardare il file allegato.
7 – Struttura Hardware dell’Elaboratore
economicità;
non volatilità, ovvero dovrebbe mantenere in memoria i dati, anche in assenza di
alimentazione;
trasportabilità, nel senso di permettere il trasferimento dei dati memorizzati tra diversi
computer.
Tuttavia l'attuale tecnologia, mentre ha reso disponibili CPU ad elevate velocità, non è riuscita a
fornire, a tutt’oggi, una memoria dotata dei requisiti richiesti. Questo fatto ha costretto i
progettisti a realizzare computer, utilizzando una architettura basata su più livelli di memoria:
una Memoria Centrale (RAM), realizzata con una tecnologia elettronica che garantisce una
elevata velocità, ma costosa e non in grado di mantenere i dati memorizzati quando il
computer viene spento (volatile);
più tipologie di Memorie Secondarie (Memorie di Massa), realizzate con tecnologia
magnetica o ottica, poco costose, capaci di mantenere i dati nel tempo anche in assenza di
alimentazione, con una capacità centinaia se non migliaia di volte maggiore della memoria
centrale; inoltre alcuni tipi di memorie di massa sono anche trasportabili, anche se poi
questa caratteristica è spesso ottenuta a scapito della velocità.
La memoria centrale, seppure molto veloce, è volatile e quindi, anche disponendo di una grossa
quantità di memoria, ne perderemmo il contenuto nel momento in cui il nostro elaboratore
venisse spento. Inoltre tale memoria è anche molto costosa: quindi non si può pensare di
utilizzarla per conservare nel tempo grosse quantità di dati e programmi (alcuni dei quali magari
poco utilizzati).
Le memorie di massa sono enormemente più lente rispetto alla memoria centrale: tale lentezza è
dovuta essenzialmente al fatto che mentre la memoria centrale è di tipo elettronico (con tempi di
accesso dell'ordine dei nanosecondi), le memorie di massa utilizzano dei componenti
elettromeccanici (in cui i tempi sono dell'ordine dei millisecondi, ovvero un milione di volte più
lenti).
Se vogliamo garantire una comunicazione efficiente tra la CPU (che utilizzando le più avanzate
tecnologie elettroniche, ha una velocità di elaborazione dell'ordine dei nanosecondi) e la memoria,
dobbiamo realizzare uno schema di funzionamento in cui:
il processore accede solo alla memoria centrale, l'unica ad a vere una velocità
paragonabile alla CPU;
il processore non accede mai direttamente ai dati memorizzati sulle le memorie di massa
ma, prima di essere elaborati, tali dati devono essere trasferiti dalla memoria di massa alla
memoria centrale;
Viceversa, poiché la memoria centrale è volatile, i dati in essa contenuti, per la loro conservazione
nel tempo, devono essere trasferiti sulle memorie di massa.
In altre parole l'idea è quella di mantenere dati e programmi nella memoria di massa, fintantoché
non devono essere utilizzati. Dopo aver acceso computer, i dati ed i programmi da elaborare
saranno caricati nella memoria centrale, l'unica tipologia di memoria a cui il processore può
accedere. Al termine dell'elaborazione, i dati saranno salvati sulla memoria di massa per la loro
conservazione a computer spento.
Far convivere sullo stesso sistema due tipi di memoria, con velocità così diverse, creando degli
schemi di sincronizzazione ed efficaci meccanismi di trasferimento dei dati, è uno dei più grossi
problemi che i progettisti di sistemi hanno dovuto risolvere.
Nelle pagine seguenti affronteremo lo studio di un particolare tipo di elaboratore, il personal
computer che, grazie al fatto di avere un costo relativamente basso, è diventato di fatto il tipo di
elaboratore più diffuso e quindi anche il più usato.
7.1.2 05/12/2011