L'elaborato elettronico - Appunti

L'ELABORATORE ELETTRONICO

1. Definizione.

Con il termine elaboratore elettronico (o con uno dei suoi sinonimi: calcolatore, computer) si suole indicare un sistema elettronico di uso generale che, opportunamente programmato, consente di eseguire automaticamente tutta una serie di operazioni su un insieme di dati, o informazioni, inseriti in ingresso (input), producendo un nuovo insieme di dati, o informazioni, in uscita (output).

Poiché ciò che si ottiene in output è una combinazione dei dati che si immettono in input, un elaboratore può essere definito come una 'macchina combinatoria'. Volendo dare una definizione più accurata, possiamo dire che un elaboratore è una 'macchina programmabile digitale': con il termine 'programmabile' indichiamo la capacità della macchina di svolgere funzioni diverse, dipendenti dal programma che viene eseguito (un programma è, genericamente, una sequenza preordinata di istruzioni).

istruzioni); il termine 'digitale' indica che tutti i dati e le istruzioni ricevute e restituite da un elaboratore devono essere prima codificate, attraverso appositi circuiti, nella particolare forma numerica del linguaggio binario espresso con i valori 0 (assenza di tensione) e 1 (presenza di tensione), gli unici comprensibili dall'elaboratore. La definizione appena proposta evidenzia il fatto che un qualsiasi processo elaborativo coinvolge necessariamente due entità concettualmente distinte: da un lato la 'macchina', ossia l'insieme dei dispositivi fisici che costituiscono l'ambiente in cui il processo avviene, e dall'altro il 'programma', ossia l'insieme delle istruzioni che determinano la logica del funzionamento della macchina. Questa distinzione rinvia ai due termini che spesso si richiamano quando si parla di elaboratori in genere: hardware e software. Col termine hardware, invero, si allude alla

‘macchina’ e quindi ad un qualsiasi dispositivo fisico che fa parte di un elaboratore: in una parola, è tutto ciò che è tangibile. Il software (il ‘programma’), d’altra canto, è ciò che consente alla macchina di comportarsi in un determinato modo e quindi di manipolare, secondo una certa logica, le informazioni: al contrario dell’hardware, il software è impalpabile.

Il software può essere suddiviso in due categorie:

1. il software di base (o di sistema), cioè l’insieme dei programmi, primo fra tutti il sistema operativo, necessari per il buon funzionamento dell’elaboratore e per la gestione delle sue risorse e delle sue componenti;
2. il software applicativo, cioè l’insieme dei programmi necessari per svolgere uno specifico lavoro: elaborazione di testi, esecuzione di calcoli complessi, archiviazione e recupero di dati, realizzazione e gestione di immagini fisse e in movimento,

comunicazione a distanza, ecc. Nei prossimi paragrafi saranno analizzati, per grandi linee, alcuni dei principali componenti hardware. 2. Architettura dell'elaboratore elettronico. Lo schema teorico dell'architettura di un elaboratore, al quale possono ricondursi la maggior parte dei computer oggi in uso, è stato elaborato dal matematico J. Von Neumann (1903-1957). UNITÀ CENTRALE Tale schema, conosciuto come 'architettura di Von Neumann', prevede la suddivisione del computer in due parti: l'unità centrale, costituita a sua volta da tre elementi fondamentali (il processore o CPU, le memorie interne o di sistema, il bus), e le 'periferiche', che possono essere o dei dispositivi di input/output o delle memorie di massa. a) La CPU. Il processore o CPU (Central Processing Unit) è il dispositivo principale del computer. Spesso viene indicato come il motore o il cervello di un elaboratore. La CPU ha il compito di presiedere allarealizzazione del processo elaborativo vero e proprio, e si occupa, allo stesso tempo, di gestire il funzionamento di tutte le altre componenti. Ecco perché la velocità di un calcolatore dipende dalla velocità del processore. La frequenza di funzionamento indica la velocità interna del processore: maggiore è la velocità, più elevate saranno le prestazioni del computer. La prestazione di un processore è data dalla velocità del clock che si misura in Megahertz e 1MHz è pari a 1 milione di vibrazioni elettriche in un secondo. I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno permesso di realizzare processori sempre più miniaturizzati, economici e performanti. Attualmente sono disponibili processori in grado di funzionare a 2 GHz (duemila MHz), ma sono già in fase di progettazione modelli a clock superiore. Le caratteristiche dei vari modelli delle CPU in commercio sono molto differenti: cambiano la velocità, la

La forma e il quantitativo di 'cache', una memoria veloce integrata che migliora la gestione dei dati. I processori più diffusi e noti sono i Pentium, attualmente giunti alla classe IV, prodotti dalla Intel. Il rivale acerrimo di Intel è la AMD, produttrice dei famosi Athlon. Oltre i blasonati Pentium e Athlon, Intel e AMD, rispettivamente, producono anche CPU più economiche e meno performanti, che si differenziano dalle migliori per un minor quantitativo di memoria cache 'on board': ci si riferisce alle CPU Intel Celeron e AMD Duron. I due colossi dell'informatica sono costantemente in competizione tra loro (trattasi della c.d. 'lotta all'ultimo Megahertz'); la rivalità si basa ancor prima e ancor più che su un divario qualitativo dei prodotti finali, su questioni di prestigio e di immagine.

Le memorie interne o di sistema (RAM e ROM). Le memorie di sistema sono realizzate con una tecnologia basata

suisemiconduttori e sono posizionate direttamente sulla piastra madre (motherboard, la scheda più grande del computer, alla quale sono collegati tutti i componenti elettronici dell'elaboratore). Ce ne sono di due tipi: la RAM (Random Access Memory) e la ROM (Read Only Memory). La memoria di tipo RAM (memoria ad accesso casuale), può essere considerata come la memoria centrale di un elaboratore. La RAM è indispensabile per l'esecuzione di ogni applicazione e per la stessa procedura di avvio dell'elaboratore. Una caratteristica fondamentale della memoria RAM è data dalla sua elevatissima velocità di lettura e scrittura. Strutturalmente, è costituita da tante piccole celle ciascuna delle quali è identificata da un preciso indirizzo e può contenere indifferentemente dati e istruzioni, naturalmente in forma binaria. Qualunque programma, per poter essere eseguito, deve prima essere caricato nella memoria RAM. Caricare un

Il programma nella RAM significa inserire ogni istruzione in una cella, in modo sequenziale, fino a quando tutto il programma avrà occupato le celle che gli occorrono. L'acronimo RAM (Random Access Memory) sta a indicare che, una volta che la CPU decide in quale cella scrivere o leggere un'informazione, l'accesso a tale cella avviene negli stessi modi e negli stessi tempi con cui avverrebbe in qualsiasi altra cella.

La RAM è una memoria di lettura e di scrittura, questo vuol dire che la CPU vi può leggere o scrivere informazioni. Essa è però una memoria che, per potere funzionare, ha bisogno di essere alimentata elettricamente. Da ciò deriva l'unico inconveniente di questo tipo di memorie: la 'volatilità'.

Pertanto, se il computer viene spento, volontariamente o involontariamente, durante una sessione di lavoro, tutti i dati contenuti nella RAM andranno persi (a causa della sua 'volatilità', la RAM).

è detta anche memoria di lavoro o temporanea). Esistono vari tipi di memoria RAM. Fondamentale è la differenza tra la ‘memoria dinamica’ (DRAM) e la ‘memoria statica’ (SRAM). Come si è detto, i dati presenti nella RAM vengono persi ogni volta che si spegne il computer. In realtà, la memoria DRAM, quella comunemente installata negli elaboratori, deve essere riscritta – dinamicamente – ad intervalli regolari (tramite una operazione di refresh), pena la perdita dei dati. La conseguenza pratica è che questo tipo di memoria è relativamente lenta: il processore può infatti accedere ai dati che si trovano su questi chip soltanto durante gli intervalli tra i cicli di refresh. Per compensare queste differenze di velocità, oggi si fa ricorso alla speciale memoria SRAM (detta memoria cache o memoria di 2° livello) dove i dati restano memorizzati fino a quando il computer è alimentato. Considerato che i dati in

essa contenutinon necessitano di essere continuamente riscritti, la SRAM può operare aduna velocità considerevolmente maggiore rispetto alla DRAM. La SRAMviene interposta tra la RAM di tipo DRAM e la CPU ed ha il compito dimantenere memorizzate le informazioni che giovano più frequentemente5alla CPU, in modo da eliminare i tempi morti di attesa di quest’ultima. Lacache è molto più veloce della RAM, però è molto costosa. Attualmente, neicalcolatori più potenti, ne vengono installati 512-1024 Kb. La RAM vieneoggi commercializzata tramite dei moduli di memoria chiamati DIMM(Dual In-line Memory Modules) che possono essere facilmente rimossi oaggiunti direttamente sulla piastra madre.

Pur appartenendo alla categoria ‘memorie di sistema’, la memoriaROM (memoria di sola lettura), svolge funzioni del tutto distinte rispettoalla memoria RAM. Si tratta infatti, di una memoria ‘di sola lettura’ nelsenso che

viene usata dalla CPU esclusivamente per leggere le informazioni in essa contenuta. Si tratta di informazioni scritte una tantum che rappresentano, generalmente, la sequenza di istruzioni che la CPU deve eseguire all'accensione. La ROM è una memoria di tipo non volatile e le informazioni in essa contenute rimangono memorizzate anche a computer non alimentato. In genere, la ROM è scritta dal costruttore dell'hardware. Esistono diversi tipi di ROM: PROM (Programmable ROM); EPROM (Erasable Programmable ROM); EEPROM (Electrically EPROM).

Il BIOS (Basic Input Output System), un sistema di procedure che effettua, nella fase di avvio del computer ('bootstrap'), un controllo di integrità di tutti i dispositivi hardware dell'elaboratore, è comunemente archiviato in una particolare memoria ROM di tipo EEPROM, detta 'flash memory'.

c) Il bus.

La comunicazione tra i vari componenti che costituiscono l'elaboratore è affidata al bus.