Informatica basi

Una macchina

La macchina utilizzata in campo informatico assume diverse denominazioni:

• Computer

• Calcolatore elettronico

• Elaboratore elettronico

Il calcolatore elettronico è una macchina costruita per aiutare l’uomo nell’elaborare

Può apparire concettualmente simile a qualsiasi altra macchina ma, oltre all’insieme

informazioni.

dei componenti fisici che lo costituiscono, è necessaria anche una parte non tangibile che ne

permetta il funzionamento. Le due componenti sono dette hardware e software.

L’hardware è la parte fisica di un computer, le parti del computer che si possono toccare. È

costituito dal processore, la memoria RAM, i dischi, le schede, il monitor, la tastiera, il mouse ecc.

Il software fa funzionare l’hardware: trasforma la macchina e le sue periferiche in un sistema di

elaborazione dati. È anche sinonimo di ‘programmi’: applicazioni finalizzate alla soluzione di un

determinato problema o alla realizzazione di una particolare attività. Sono software il sistema

operativo, i programmi applicativi, i driver per il corretto funzionamento delle periferiche.

Hardware

L'hardware è principalmente costituito da tre parti (dette anche unità):

di introdurre nell’unità centrale le informazioni da elaborare

• Unità di input: ha lo scopo

(dati) ed i comandi di elaborazione (istruzioni).

• Unità centrale: ha lo scopo di elaborare i dati ricevuti in input.

Unità di output: ha lo scopo di fornire all’utente i risultati dell’elaborazione.

•

Possiamo quindi far riferimento a uno schema generale di funzionamento detto anche ‘schema

Lo schema riportato si ispira a quello proposto da Von Neumann (anni ’40) che definiva

logico’.

tutte le componenti essenziali di un moderno calcolatore elettronico.

Istruzioni e dati sono conservati nella stessa memoria.

Le unità di input e di output sono usualmente chiamate anche unità periferiche.

Unità di input e unità di output

Unità di input

I principali dispositivi di input sono:

• Tastiera

• Mouse, trackball, touchpad

• Scanner

• Joystick

La tastiera è il dispositivo di input probabilmente più importante. Serve ad immettere nel computer

testo e numeri ma anche a guidare, attraverso la pressione di tasti opportuni, lo svolgimento dei

di norma un particolare tastierino numerico per l’inserimento veloce dei dati

programmi. Include

numerici.

Il mouse, attraverso appositi sensori, il computer riceve informazioni sullo spostamento della

pallina collocata alla base del mouse stesso, e le interpreta come spostamenti da far eseguire al

cursore sullo schermo. Analogamente, il ‘click’ del mouse viene ricevuto e interpretato in accordo

con le istruzioni fornite dal programma che si sta utilizzando.

Il trackball è una specie di mouse rovesciato: la pallina, che nei mouse normali si trova a contratto

con la scrivania, nelle trackball è posta in alto e va ruotata con le dita per spostare sullo schermo il

cursore.

Il touchpad è un sistema di puntamento che può sostituire il mouse o la trackball. si tratta di una

tavoletta di forma rettangolare e di dimensioni ridotte, dotata di una superficie sensibile al tatto e di

alcuni bottoni. L’uso è immediato.

Lo scanner è un dispositivo molto simile ad una fotocopiatrice. Infatti per utilizzarlo basta

appoggiare sulla sua superficie trasparente un qualsiasi documento stampato, la cui immagine viene

copiata e riprodotta in formato digitale. È composto da una lampada che produce una luce molto

intensa per illuminare la parte da acquisire, poi la testina scorre per tutta la larghezza del foglio e

una serie di sensori raccoglie la luce riflessa e ricostruisce l’immagine.

Il joystick è un dispositivo di puntamento, utilizzato spesso per guidare gli oggetti in un

videogioco.

Unità di output lo scopo di fornire all’utente i risultati dell’elaborazione. I principali

I dispositivi di output hanno

dispositivi di output sono:

• Schermo video (monitor)

• Stampante

• Plotter

• Casse acustiche ecc.

Il monitor visualizza lo stato del computer e dei programmi. Le dimensioni si misurano in pollici

(dal piccolo 14” al grande 21”). Nel caso di un computer portatile avremo invece a che fare con uno

i 9” e i 13”.

schermo a cristalli liquidi delle dimensioni generalmente comprese tra

LCD vs LED

LCD (Liquid Crystal Display), ovvero schermo a cristalli liquidi. Le immagini sono il risultato

dell’orientamento dei cristalli liquidi di cui sono composte le singole celle che formano lo schermo,

esso viene regolato da un campo elettrico. Controllando la rotazione dei cristalli liquidi in ogni

pixel, si può dunque regolare la quantità di luce che può passare. I cristalli liquidi non emettono

alcuna luce propria, quindi necessitano di una fonte di retroilluminazione; di solito vengono

utilizzate delle lampade fluorescenti.

LED (Light Emitting Diode, diodo emissione di luce): tecnologia che permette di realizzare display

a colori con la capacità di emettere luce propria. A differenza dei display a cristalli liquidi, i display

LED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati, questo permette di realizzare

display molto più sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, e che richiedono minori quantità di

energia per funzionare. cartaceo i risultati dell’elaborazione. Sono ormai quasi

La stampante serve a trasferire su supporto

del tutto scomparse le vecchie stampanti ad aghi a favore delle stampanti laser (lievemente più care,

ma preferibili per la stampa di qualità di un alto numero di copie) e di quelle a getto d’inchiostro

(più economiche). La stampante 3D rappresenta la naturale evoluzione della tradizionale stampa

2D. sono dispositivi in grado di realizzare qualsiasi modello tridimensionale partendo da un oggetto

reale con l’ausilio di appositi materiali. La

disegnato tramite software e replicandolo nel mondo

procedura prevede solitamente il posizionamento di uno sopra l’altro, procedendo per sezioni

trasversali. Tale processo viene detto di tipo additivo.

Il plotter è destinato alla composizione di disegni tecnici. È dotato di uno o più pennino a colori

che possono muoversi sul foglio seguendo un percorso stabilito. Alcuni plotter, quelli a foglio

mobile, sono in grado di disegnare su fogli in formato A0.

Unità di input/output sono dispositivi che consentono all’elaboratore di interfacciarsi con il

I dispositivi di input/output

mondo esterno scambiando con esso informazioni. Tipici dispositivi di input/output sono:

• Il modem (modulatore/demodulatore)

• La scheda di rete

• Il touchscreen

Il modem è una periferica che serve per far dialogare 2 computer fra di loro attraverso una linea

telefonica. Esso converte i segnali del computer in suoni che vengono ricevuti e riconvertiti dal

modem in ricezione dall’altra parte. Generalmente hanno anche la funzionalità di fax. I modem

possono essere esterni o interni.

La scheda di rete, altro dispositivo per la comunicazione fra computer. Essa permette il

collegamento di un PC a una rete locale (LAN).

Il touchscreen è uno schermo che integra un dispositivo di puntamento. Sostituisce quindi le

funzioni di mouse e di tastiera. Viene principalmente impiegato nei dispositivi mobili e compatti

(tablet, smartphone).

Unità centrale

Struttura di un sistema di elaborazione

Nello schema logico viene rappresentata la struttura di un sistema di calcolo distinguendo le varie

fasi dell’elaborazione ed assegnandole a distinte unità. Una diversa forma rappresentativa è

costituita dallo schema funzionale che invece riporta i principali componenti di un sistema di

calcolo e le relative connessioni fisiche. Nello schema funzionale sono esplicitati i tre componenti

principali presenti nell’unità centrale (central unit):

La CPU (Central Processing Unit) consente di coordinare l’esecuzione delle istruzioni e di

• effettuare le operazioni relative;

• La memoria (centrale e di massa) è organizzata in diverse componenti che sono in relazione

gerarchica;

• Il bus è il supporto che consente di trasferire dati e istruzioni tra le diverse parti.

Unità centrale

Nell’unità centrale sono contenute tutte le principali componenti hardware del computer. Il supporto

sul quale sono montati tutti i componenti hardware dell’unità centrale viene chiamato scheda madre

(motherboard), che comprende l’alloggiamento per il processore, la RAM, il Real Time Clock, la

batteria tampone in grado di mantenere aggiornati alcuni dati essenziali (come ad esempio la data e

l’ora di sistema) anche a computer spento.

La CPU è costituita da un microprocessore, che viene collocato nella scheda madre ed è composta

da due parti fondamentali:

• ALU (Arithmetic Logic Unit), la componente che esegue le istruzioni di calcolo e di

confronto tra dati;

• CU (unità di controllo) attiva e controlla le operazioni di ingresso e uscita dei dati.

La CPU viene detta anche unità centrale di elaborazione. Può essere considerata il motore di un

computer, vale a dire la parte che elabora le informazioni.

Un processore viene identificato mediante:

• La famiglia di appartenenza (ad es. INTEL Pentium, AMD Athlon)

• La frequenza di clock (100Mhz, 333Mhz, 500Mhz, 1Ghz, 4Ghz)

La CPU è costituita da un chip che raggruppa le funzioni di calcolo e di supervisione

dell’elaboratore. Per questo svolge i seguenti compiti: esegue le istruzioni dei programmi contenuti

nella memoria centrale e gestisce, controllando il funzionamento, le unità periferiche di ingresso e

uscita dei dati (input; output).

La velocità della CPU si misura in MIPS (milioni di istruzioni per secondo). La velocità è

proporzionale alla frequenza di clock. Infatti ad ogni ciclo corrisponde l’esecuzione di un’istruzione

elementare. La frequenza di clock si misura in Megahertz (milioni di cicli al secondo) e in

Gigahertz (miliardi di cicli al secondo).

Il microprocessore provvede all’esecuzione di un programma alternando nel tempo (scandito dal

clock) una sequenza di azioni ben precise. Per questo motivo si parla di funzionamento ciclico.

Il ciclo del processore descrive il modo di funzionare del calcolatore. Esso viene ripetuto per ogni

singola istruzione del programma da eseguire. Il ciclo del processore può essere a sua volta pensato

come un programma scritto fisicamente nella CPU. Le tre fasi del ciclo del processore sono il

prelievo, l’interpretazione e l’esecuzione. Durante l’esecuz