Informatica Generale - ECDL e PEKIT

I dispositivi informatici: Hardware e Software

Prima parte: riconoscere un dispositivo avente Hardware e Software

Un qualsiasi tipo di strumento informatico, che sia un PC, un MAC, uno Smarphone, anche il Navigatore Satellitare, un Server, è un dispositivo che possiamo suddividere in 2 sezioni: Hardware e Software
Parlando di PC o “personal computer” è un dispositivo che si presta all'utilizzo personale e alla personalizzazione da parte dell'utente nell'uso quotidiano, a differenza di un Server che è messo a disposizione per più utenti (infatti è un dispositivo con funzioni principali di condivisione e deposito di dati e Database).
Parliamo delle due sezioni:
• Hardware – componente fisica
• Software – componente logica
L’Hardware è la componente tangibile con cui si interagisce inizialmente, ed è composta da periferiche. Le periferiche si suddividono in due categorie:
• Interna, perché presente nel CASE (HHD/SSD, Unità ottica, CPU, RAM, ecc…);
• Esterna, perché viene collegata esternamente al CASE (stampante, plotter, monitor, tastiera, mouse);
Uno schema di un PC Desktop:
1 – Monitor: periferica esterna
2 – Scheda madre: periferica interna
3 – CPU: componente della scheda madre
4 – RAM: componente della scheda madre
5 – Schede aggiuntive: periferiche interne e componenti della scheda madre
6 – Alimentatore: periferica interna
7 – Lettore ottico: periferica interna
8 – ROM: HHD/SSD periferica interna
9 – Mouse: periferica esterna
10 – Tastiera: periferica esterna

Altri tipi di catalogazione: Per Input/Output (I/O); Locali e Remote; Portabilità
Se poi consideriamo le periferiche dal punto di vista del traffico dei dati, in ingresso e in uscita, possiamo suddividere queste in:
• Periferiche di input, che ci consentono di inserire/immettere dati nel Sistema (la tastiera e il mouse per esempio);
• Periferiche di output, che ci consentono di prelevare/visualizzare dati dal Sistema (il monitor e la stampante per esempio);
• Periferiche di input/output, che ci consentono in contemporaneo di trasferire i dati in ingresso e in uscita (le pendrive, il modem/router, gli schermi touchscreen)
Possiamo anche catalogare le periferiche in base alla loro posizione:
• Locali, ossia presenti “in loco”, e quindi presenti nella stessa stanza dove è presente lo strumento utilizzato;
• Remote, se non sono presenti “in loco”, e possono essere presenti in un’altra stanza, così come in un altro paese: ci si riferisce ad esempio a NAS, Server e Mainframe, Cloud, ecc…
Quante tipologie di strumenti vengono adoperate ultimamente?
Potremmo suddividere le tipologie in base all’utilizzo, ma anche al tipo di “portabilità”: infatti, vi sono vari strumenti di varie tipologie:
• Tower PC o PC Desktop;
• AIO (All In One) Desktop;
• Laptop o Portatile;
• Tablet;
• Smartphone;
• Smartwatch;
• Tablet e-ink;
• PDA, netbook, eeepc.

 

La Scheda Madre

Si presenta come una piastra che racchiude tutta la circuiteria e gli ingressi con le altre periferiche: infatti, presenta degli ingressi interni presenti su di essa, e degli ingressi esterni presenti sul lato di essa, adoperabili dall’utente (USB, LAN, Audio, Video, Firewire, Sata, ecc…).
Consente quindi di inserire e collegare altre periferiche interne come i dispositivi di archiviazione ed elaborazione (RAM, ROM, CPU), e altre schede.
I vari collegamenti all’interno di essa vengono denominati “bus”, e sono di vari tipi (di Sistema, di Dati, di Controllo, di Espansione).
È doveroso quindi, menzionare i vari tipi di connettori
- I connettori, di tipo ATA e SATA;
- M.2 per i nuovi modelli di SSD;
- IDE per i vecchi modelli (anche per le periferiche ospitanti i Floppy Disk);
- per le ventole;
- Header USB (per collegare i vari collegamenti USB);
- di Sistema (per i tasti di accensione e spegnimento);
- Chipset Wireless e Chipset per Rete locale (o Wired);
- di alimentazione.

Poi vi sono altri componenti interni degni di nota ossia:
1. Socket (CPU), è una parte fondamentale del computer che accoglie la CPU. Lo zoccolo (socket) può essere di tipo PGA o LGA. Nel caso di processori di tipo PGA, i pin di interconnessione risiedono sulla parte inferiore della CPU. Se il socket è di tipo LGA (ovvero Land Grid Array) i pin risiedono sul socket ed è necessaria una piastra di caricamento per tenere in posizione la CPU dato che, a differenza delle CPU PGA, non è tenuta in posizione dai piedini che vanno ad incastrarsi nel socket. La soluzione LGA è adottata da diverso tempo da Intel con molti dei suoi processori Pentium IV, Core, entrambi interfacciati con 775 pin. A differenza di Intel, la rivale AMD ha adottato più tardi soluzioni LGA con l'avvento dei processori Athlon FX serie 7x interfacciati con 1207 pin alla scheda madre. Ora la soluzione LGA è divenuta di fatto standard

2. La CMOS, ossia la batteria a tampone che alimenta il Firmware e, per l’appunto Il Chip del Firmware BIOS/UEFI. (La necessità della presenza della CMOS è resa tale dal fatto che, essendo il Chip del Firmware BIOS/UEFI una ROM, non è possibile salvare i dati ma solamente mantenere le modifiche costantemente alimentate dalla corrente).
3. ROMBIOS: contiene il BIOS o l'UEFI (l’UEFI è un’evoluzione del BIOS) della scheda madre. Il BIOS è un firmware. Le sue funzioni sono principalmente tre (molti BIOS consentono molte operazioni in più, compresa la modifica dell’ora):
• eseguire il controllo dell'hardware all'accensione (il POST, Power On Self Test);
• eseguire alcune istruzioni basilari per il controllo dell'hardware stesso verificando che siano funzionanti;
• caricare il sistema operativo (BOOT) e consentire l’ordine di avvio delle ROM inserite.
L’UEFI è un’evoluione del BIOS, e ha funzioni aggiuntive degne di nota sono:
• l’avvio protetto, che consente di bloccare caricatori di avvio (boot loader), kernel e driver non certificati dal consorzio o, più precisamente, non firmati con una chiave crittografica autorizzata, contenuta in un archivio del firmware;
• La compatibilità con il vecchio sistema BIOS: permette di avviare qualsiasi sistema operativo, sia in modalità Efi che legacy.
4. I BUS di Espansione: permettere di collegare alla scheda madre delle altre schede di espansione alloggiate su connettori (slot), che ne estendono le capacità. Attualmente il tipo di bus più diffuso è il bus PCI, destinato nel tempo a lasciare strada alla sua estensione PCI Express.
5. BUS M.2: Si tratta di un BUS specifico per i nuovi modelli di hard disk di tipo NVME;
6. BUS per la RAM: dove alloggia la RAM
7. Per l’alimentazione: Il connettore P4 è per il collegamento del cavo di alimentazione da 12V utilizzato con schede madri con processore Intel Pentium 4 o successivo
8. Connettori esterni per collegare altre periferiche e jack audio: sono suddivisibili in:
a. Connettori Jack Audio;
b. PS/2 per tastiera e Mouse;
c. PS/2 ibrido per tastiera e Mouse;
d. Porta seriale (di input) e Parallela (di output, utilizzata per gli schermi VGA);
e. DVI (sostituta delle Parallele VGA);
f. USB 2.0 e 3.0 (che vanno a sostituire le porte seriali essendo un’evoluzione di esse);
g. Porta seriale per la stampante;
h. Porta Sata per HDD e SSD esterni;
i. Porte Firewire (per le acquisizioni audio/video);
j. Porte HDMI e Display Port (che sostituiscono le porte VGA Parallele);
k. Ethernet, per il collegamento in Rete;
l. RJ-11 (in disuso), se presente un Modem interno;
m. Porta ottica, per i dispositivi audio aventi cavi ottici;

La RAM e la ROM

Come accennato in precedenza, il Chip del Firmware BIOS/UEFI è una ROM che non consente di mantenere le operazioni modificate allo spegnimento del Sistema.
Questo perché, le ROM sono memorie di sola lettura (Read Only Memory). La sua caratteristica quindi, è quella di poter solamente archiviare i dati, e quindi grandi quantità di Database.
Varie tipologie di ROM sono: HHD, SSD, SSD M.2, Schede SD, CD, DVD, BlueRay Disk, Flash Drive, Zip Disk, Nastri Magnetici (per i Backup dei Server), ecc…
Una differenza fra “Hard Disk” e “Hard Disk a stato Solido”, utilizzati all’interno dei Dispositivi:


La RAM a differenza della ROM, è una memoria volatile utilizzata per caricare i Software coinvolti per l’elaborazione dei dati (Random Access Memory). Essendo per l’appunto “volatile”, non consente di mantenere i dati presenti allo spegnimento del Sistema: da qui sorge la necessità della presenza di una ROM dove poter immagazzinarli.

Utilizzare una Rom

Prima di utilizzare una ROM, essa va “Formattata”: erroneamente da quel che si pensa, “Formattare” non vuol dire semplicemente “cancellare”, bensì come suggerisce il termine significa proprio “dare un formato”. Ma: formato di cosa?
Quando si Formatta, si va a creare una struttura ben specifica (eliminando se presente la precedente, e perdendo conseguenzialmente i dati) che viene denominata File System, e ne esistono di vari formati, in base al Sistema Operativo che leggerà e utilizzerà quel formato (NTFS, FAT32, Ext3 e Ext4, BTRFS, ecc…)

Breve appunto storico

I primi Sistemi, sono nati con l’assenza di un HDD, e quindi di una ROM interna: venivano utilizzati principalmente per elaborare i dati e poi stampare i risultati dell’elaborazione. Ma i vecchi Sistemi erano soggetti a calamità di ogni genere e, ad aggravare la cosa, vi era la necessità di dover conservare grandi quantità di dati cartacei.
L’idea dell’HHD quindi (e dei nastri magnetici inizialmente) nasce come soluzione di poterli ospitare e tenere al sicuro grandi quantità di dati.
 

L’Alimentazione

L’alimentatore è un convertitore corrente alternata-corrente continua, ovvero un apparato elettrico che serve a raddrizzare in uscita la tensione elettrica in ingresso, in modo da fornire energia elettrica adattandola all'uso di altre apparecchiature elettriche come elettrodomestici, modificando eventualmente anche i livelli di tensione e intensità di corrente, e dunque potenza in uscita, attraverso un trasformatore.
Ne esistono di 3 tipi:
• Alimentatore PC non modulare: hanno cavi che fuoriescono dalla scocca del power supply, e si collegano direttamente nell’hardware. Quelli in eccesso devono essere raccolti ed ordinati nel Case del computer.
• Alimentatore PC semi-modulare: alcuni cavi sono fissi e altri puoi collegarli in base alle tue necessità. Solitamente la parte di cavi fissa e la quale non si può rimuovere, è quella che riguarda l’alimentazione della scheda madre.
• Alimentatore PC Modulare: I cavi non sono fissi e puoi scegliere quale collegare. È la migliore scelta, poiché ti permetterà di avere un bel computer ordinato.

 

La CPU

Si presenta come un Chip sottile di qualche centimetro, e alloggia sul Socket CPU della Scheda Madre.
È il “cervello” del PC: si occupa di elaborare tutti i dati che derivano dalle periferiche.
Sebbene sia di pochi centimetri, all’interno vi sono varie sezioni che la compongono. Le prime tre, sono le principali e le più importanti:
• Unità di controllo (Control Unit o CU): preleva istruzioni e dati dalla memoria centrale (ossia la RAM), decodifica le istruzioni e le invia ad un'unità aritmetica e logica per poi comandarne l'esecuzione. Una volta finita l'esecuzione di una istruzione e solo allora, la CU ha il compito di prelevare una nuova istruzione e gli eventuali dati. La CU ha inoltre il compito di inviare i dati relativi ai risultati delle elaborazioni. Infine, nei computer moderni, la CU ha il compito di organizzare il lavoro delle altre unità di elaborazione;
• Unità aritmetica e logica (Arithmetic Logic Unit o ALU): si occupa di eseguire le operazioni logiche ed aritmetiche (addizione e sottrazione);
• Shifter: direttamente collegato alla ALU, si occupa dello spostamento verso sinistra o verso destra dei bit del risultato dell'unità aritmetico logica, eseguendo rispettivamente la moltiplicazione e la divisione per potenze di due.
Vi sono poi dei registri che regolano gli indirizzi, i flag di stato e controllo, e lo spazio per la memoria o “Cache”: lo spazio per la memoria o “Cache” è estremamente ridotta, più di una RAM, e ha il compito di ospitare i dati in transito pronti per essere elaborati.

In base all’organizzazione della Memoria Centrale (RAM, ROM e Cache), vi possono essere 2 tipi di organizzazioni di CPU:
• Architettura sulla base del modello di Von Newman: l’Unità centrale di elaborazione (CPU), la Memoria centrale (RAM, ROM e Cache) e i Dispositivi di I/O (Input/Output o Ingresso/Uscita), sono collegati da un solo “Bus”, e comunicano tramite esso;
• Architettura sulla base del modello Harvard: La CPU, la Memoria centrale (RAM, ROM, e Cache) e i Dispositivi di I/O (Input/Output o Ingresso/Uscita), sono collegati indipendenti fra di loro, permettendo quindi la gestione in parallelo di più operazioni. È ovviamente più complessa.

Esistono oggi varie tipologie di CPU, per vari tipi di strumenti, per varie tipologie di operazioni richieste dagli utenti. Se rimaniamo in tema “PC e Mac”, possiamo anche prendere in considerazione le più importanti case produttrici di CPU, ossia Intel, AMD e ora anche Apple. Tutte e tre si contraddistinguono per la loro struttura, e per gli strumenti informatici per il quale sono destinati.
Se consideriamo per esempio dei Server di un Mainframe, dobbiamo prendere in atto che questi sono strumenti molto potenti, con le seguenti caratteristiche:
• La capacità di gestire più utenti simultaneamente con carichi di dati in I/O;
• Il deposito dei Database;
• Scalabilità della ROM grazie ai RAID gestiti dal Sistema;
• Condivisione delle connessioni e dei dati con i vari utenti;
• Durabilità e sicurezza migliorata in caso di guasti.
Di conseguenza vien logico pensare che non sarebbe conveniente inserire una CPU con basse capacità di calcolo. Infatti le CPU presenti sono le più potenti (nel caso di Intel sarà “Xeon”, nel caso di AMD sarà “Opteron”) offerte dalle case produttrici.
E più una CPU è potente, più GHz (Gigahertz) consumerà. Più Gigahertz consumerà, e più avrà bisogno di essere raffreddata, se non ci si vuole trovare un PC bruciato (o nel migliore dei casi, la casa bruciata…).
Motivo per il quale, più una CPU è potente, più va “dissipata”. Il dissipatore si può presentare in 4 diverse tipologie, ossia: ad alette di metallo; ad alette di metallo con ventola integrata; a sistema liquido; ad azoto liquido.