Struttura del computer

In questo appunto viene descritta la struttura di un computer, con descrizione di quali siano le principali componenti di esso, come ad esempio la CPU, la memoria RAM, le memorie ROM e CACHE e i BUS, con approfondimento dettagliato di che cosa sia un hard disk.

Il computer

L'architettura di un computer è il collegamento logico dei suoi dispositivi.
Nel computer esistono dispositivi software e hardware: gli hardware sono tutte le parti materiali del computer mentre i software sono i programmi che le gestiscono.
Il computer elabora un'informazione di input e produce un informazione di output.
Il modulo base è un dispositivo hardware del computer che è composto dal case e dalla scheda madre: il primo è il contenitore di metallo, che può essere da tavolo e verticale, che protegge e ricopre la scheda madre, un componente importante al quale sono collegate tutte le parti del PC.

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La CPU

E' composta da un unità aritmetico logica (ALU) un'unità di controllo (cu) e dei registri, piccole memorie sulle quali viene registrata momentaneamente un'informazione utile.
Ogni CPU è differenziata dalla classe e dalla frequenza di clock: la classe è rappresentata con una sigla, il maggior produttore di microprocessori è l'INTEL e il PENTIUM è il maggior microprocessore utilizzato sui PC, mentre sui computer portatili il maggiore microprocessore utilizzato è il centrino; la frequenza si può dire che consiste nel battito del cuore del computer, più alta è la frequenza più istruzioni sarà in grado di elaborare il computer al secondo, l'unità di misura è il gigahertz.
Ogni istruzione data al computer deve essere tradotta in un linguaggio macchina e cioè ogni simbolo deve essere codificato in codice binario, perché è l'unico linguaggio comprensibile al computer.
Ogni istruzione è suddivisa in un campo codice operativo e un campo operandi: il primo identifica che tipo di istruzione bisogna eseguire e il secondo contiene i dati sui quali svolgere l'operazione.
tutte le varie istruzioni del computer compongono l'INSTRUCTION set della CPU.
L'elaborazione delle istruzioni si esegue attraverso 3 fasi: fase di FETCH, il prelevamento dell'istruzione; fase di DECODE, l'interpretazione dell'istruzione; fase di EXECUTE, l'esecuzione dell'istruzione.

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La memoria RAM

La memoria centrale è composta dalla memoria RAM rom e cache.
La memoria RAM è una memoria con accesso casuale cioè si può accedere ad un informazione su di essa in modo semplice conoscendo la riga e la colonna che intersecano la cella dove si trova il dato.
Su questa memoria vengono salvate la maggior parte delle informazioni sulle quali noi stiamo lavorando.

essa è un memoria volatile ciò significa che allo spegnimento del computer tutto ciò al suo interno viene cancellato.
L'unico linguaggio che un computer può comprendere è il codice binario, questo perché essendo una macchina ogni simbolo deve essere codificato in un impulso elettrico, come una lampadina che ha solo due stati acceso e spento il computer comprende solo questi due stati e quindi può comprendere solo i simboli 0 e 1.
Ogni impulso elettrico è un bit, ma per rappresentare qualsiasi simbolo bisogna avere a disposizione 8 bit che formano un byte: quindi ogni simbolo sulla memoria di un computer occupa 1 byte.
Misure più elevate sono i multipli del byte che sono calcolati non usando il solito codice decimale ma il codice binario quindi un kilobyte non è 1000 byte, ma 2 alla 10: 1024 byte.
La memoria è formata da varie celle che contengono i dati, semplicemente per aver accesso ad una cella specifica bisogna sapere l'indirizzo, cioè il numero della colonna e della riga, dove si trova questa.

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Le memorie ROM e CACHE e i BUS

La CPU però ha bisogno di una memoria non volatile sulla quale memorizzare programmi importanti per l'utilizzo del computer, questa viene chiamata memoria rom. inizialmente le memorie erano di sola scrittura ma con la tecnologia avanzata adesso semplicemente si può modificare una memoria, infatti abbiamo 3 tipi di memorie:

1. la PROM, è quella di sola scrittura e viene programmata bruciando i circuiti interni;
2. la EPROM, si può riutilizzare cancellando completamente il suo contenuto e riscrivendola, viene programmata con raggi ultravioletti;
3. la EEPROM, è la più avanzata e si può modificare senza estrazione semplicemente con un software adatto, viene programmata con un impulso elettromagnetico.

Infine nella memoria centrale c'è la cache, una memoria ad altissima velocità utile a velocizzare l'elaborazione: sta tra la CPU e la memoria centrale e memorizza le informazioni principali usate maggiormente.
tutti i dispositivi sono collegati fra loro tramite i bus.
Ci sono 3 principali bus: il bus degli indirizzi trasporta l'indirizzo della cella desiderata, è unidirezionale perché solo la CPU può averne accesso; il bus dei dati, trasmette i dati ai dispositivi; il bus di controllo, invia segnali, agli altri 2 bus, di controllo (inizio o fine trasmissione, linea occupata o libera,...).

L'hard disk

La quantità di informazioni che bisogna memorizzare nella memoria centrale è molto alta e siccome questa è molto costosa non è possibile creare computer con una memoria centrale di capacità elevate. Per questo è necessario creare delle memorie di massa, o ausiliari, che servono a memorizzare informazioni però sulle quali non è possibile elaborare prima di trasferirle su di un'altra memoria.
Queste memorie hanno una capacità elevata, sono più lente, meno costose, e sono trasportabili.
Le memorie di massa possono essere magnetiche o ottiche.
Le memorie magnetiche sono costituite da un piano ricoperto da un materiale ferro-magnetico dove sono magnetizzate areole nelle quali vengono memorizzati i dati, queste areole sono come le celle della memoria centrale.
La lettura o la scrittura di queste memorie avviene attraverso testine di lettura/scrittura.
Le memorie magnetiche tutte hanno la stessa velocità di trasferimento, la stessa capacità, la stessa velocità di movimento.
Il disco è una memoria di massa ad accesso diretto, cioè si può accedere ad un dato senza dare conto ai dati precedenti. è costituito da un ripiano levigato ricoperto da materiale magnetico il dispositivo di memorizzazione è costituito da un apparecchio con testine in cui il disco gira velocemente su di un asse.
Il disco è composto da areole, più piccole sono le areole più grande è la capacità del disco le areole sono poste su tracce circolari concentriche. Ogni traccia è divisa in settori i quali sono separati da zone dette gap. La suddivisione in settori e tracce viene detta formattazione del disco.
nell'accesso al disco il settore è l'unità minima di lettura o scrittura del disco. Il tempo di accesso, cioè il tempo necessario ad accedere ad un settore, dipende: dal tempo di posizionamento, cioè il tempo che ci vuole perché la testina si posizioni sul settore giusto; dal tempo di latenza, cioè il tempo che ci vuole perché il settore passi sotto la testina.
l'hard disk è costituito da una pila di dischi uno diviso dall'altro, che girano insieme a velocità uniforme. Sono rinchiusi in un contenitore ermetico che contiene un braccio a forma di pettine con le testine. Hanno una capacità di memorizzazione elevata. L'insieme di tutte le tracce viene detto cilindro. per migliorare le prestazioni del computer e per velocizzarle esiste nell'hard disk una cache del disco dove vengono memorizzati temporaneamente i dati dei settori vicini che verranno forse letti in un secondo momento. L'hard disk viene usato dalla CPU anche per estendere la memoria della RAM, quando sono tenuti aperti più programmi contemporaneamente e tutti i dati non possono essere contenuti in essa, la CPU sfrutta parte dell'hard disk come memoria centrale, quest'area viene chiamata memoria virtuale.