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Lezione 1 Concetti di base della Tecnologia dell'Informazione e della Comunicazione - Hardware

1.0 Terminologia di base 2.0 Tipi di computer 3.0 Componenti di base di un personal computer 4.0 Hardware 4.1 Unità centrale di elaborazione 4.1.1 Dispositivi di input 4.1.2 Dispositivi di output 5.0 Dispositivi di memoria 5.1 Memorie di massa 5.2 Memorie veloci 5.3 Capacità della memoria 5.4 Prestazioni dei computer

1.0 Terminologia di base Qual è il significato del termine informatica? E' la scienza che si propone di raccogliere, organizzare, conservare e distribuire le informazioni tramite sistemi automatici di elaborazione dei dati. Scopo della disciplina è quello di realizzare macchine in grado di eseguire le azioni necessarie alla risoluzione di un problema. Il termine deriva dalla fusione delle parole INFORmazione autoMATICA.

Cosa si intende con il termine multimedialità? La multimedialità permette di creare e utilizzare contemporaneamente e in maniera integrata audio (voci, rumori, musiche), video (disegni, foto, video) e testi.

Qual è la differenza tra hardware e software? La struttura fisica, interna e esterna del computer prende il nome di hardware (hard = duro, ware = componente). L'insieme di tutti i programmi che permettono di utilizzare l'elaboratore si chiama software (soft = soffice)

Qual è la differenza tra software di base e software applicativo? Il software di sistema, o di base, gestisce le risorse hardware del computer. La parte più importante è il sistema operativo che gestisce processore, memorie, orologio, collegamenti in rete, dispositivo d'ingresso e di uscita dei dati. Il sistema operativo permette di ignorare le caratteristiche tecniche dell'hardware, si inserisce tra macchina e utente rendendo il computer una macchina standard. Il software applicativo è l'insieme dei programmi che aiutano l'uomo a risolvere una vasta tipologia di problemi.

2.0 Tipi di computer Come si classificano i computer? In quattro categorie. I supercomputer sono i più potenti, i più veloci e i più costosi. Sono utilizzati principalmente nelle università e nei centri di ricerca. I mainframe hanno processori potenti e grande quantità di memoria RAM. Sono particolarmente utilizzati in multiutenza, ossia da più persone contemporaneamente, ciascuna delle quali utilizza un terminale collegato al mainframe. Sono molto costosi, pertanto sono utilizzati da grosse società commerciali, banche, ministeri, aeroporti. I minicomputer sono elaboratori un po' più piccoli ma in grado di gestire grandi quantità di dati in multiutenza. Il loro costo è dell'ordine di decene di milioni e sono usati da società di medie dimensioni. I personal computer sono quelli usati per lavoro d'ufficio o in ambito domestico da un solo utente per colta. Una ulteriore distinzione può essere fatta tra computer da tavolo (desktop computer) e portatili (notebook o palmtop)

3.0 Componenti di base di un personal computer Quali sono le componenti di base di un personal computer? L’unità centrale, la memoria centrale, la memoria di massa, le unità periferiche di ingresso e di uscita. L’unità centrale di elaborazione, detta CPU, (central processing unit) è il ‘cervello’ del computer, in quanto è responsabile dell’esecuzione dei programmi e del controllo di tutto ciò che avviene all’interno dell’elaboratore. La memoria centrale è formata da tre tipi di memorie: la RAM (random access memory) costituisce il ‘banco di lavoro’ del computer, la ROM (read only memory) è una memoria di sola lettura, la memoria cache caratterizzata da una elevata velocità è frapposta tra la CPU e la memoria centrale e aumenta le prestazioni del computer. Le memorie di massa servono per immagazzinare dati e programmi e si dividono in hard disk (dischi rigidi o fissi), floppy disk (dischi flessibili e rimovibili), CD ROM (compact disk read only memory, dischi ottici a sola lettura), CD WROM (write once read many, sui quali è possibile registrare sequenzialmente ma non è possibile alcuna operazione di modifica o cancellazione) CD WMRA (write many read always, dischi ottici riscrivibili), DVD (digital versatile disk) di grande capacità di memoria sono utilizzati per le applicazioni multimediali. Tra le unità periferiche di input, o di ingresso, abbiamo la tastiera, il mouse, la track-ball (un mouse rovesciato), il touch pad (un dispositivo sensibile al tatto) lo scanner (una specie di fotocopiatrice che permette di leggere le immagini e le scritte stampate su di un foglio e di trasformarle in documenti utilizzabili dal computer, la penna ottica utile per leggere i codici a barre, la tavoletta grafica, lo schermo tattile, i microfoni e i sistemi di riconoscimento della voce. Tra le unità periferiche di output, o di uscita, abbiamo il monitor, la stampante, il plotter, un dispositivo grafico di elevata precisione.

4.0 Hardware Questa sezione tratta della struttura fisica di un computer e degli elementi che lo caratterizzano, dalla unità centrale, ai dispositivi ingresso e di uscita .

4.1 Unità centrale di elaborazione Cos'è l'unità centrale di elaborazione?

L'Unità Centrale di Elaborazione (in inglese Central Processing Unit, abbreviato CPU) è il microchip presente nel computer capace di elaborare i dati in ingresso e fornire una risposta in uscita. Essa si identifica, nei personal computer, col microprocessore. In generale un microprocessore può essere presente in molti dispositivi elettronici moderni. La CPU è un microprocessore con compiti particolari. Esso è il cuore del Computer.

Come sono rappresentate le informazioni all'interno di un computer? Le informazioni, nel computer, vengono rappresentate secondo la numerazione binaria, cioè utilizzando due sole cifre (0 e 1).

Qual'è la più piccola unità di memoria? 0 e 1 vengono chiamati bit (che sta per binary digit, cioè cifra binaria). La più piccola unità di memoria può conservare o 0 o 1, cioè un bit.

4.1.1 Dispositivi di input Cos'è un dispositivo di input? Per dispositivo di input si intende uno strumento per inserire nel computer i dati che saranno elaborati dalla CPU.

I dispositivi di input sono, oggi, i più disparati e rispondono a diverse esigenze di comunicazione con la macchina. I dispositivi più comuni e sempre presenti in un personal computer sono:        

Tastiera, mediante la quale i dati vengono inseriti in forma alfanumerica Mouse, mediante il quale i dati vengono inseriti con un click di un pulsante come comando. Simili al mouse per funzionamento sono Touchpad e Trackball, usati nei Notebook e il Joystick usato per i giochi. Altri dispositivi sono di tipo multimediale, ad esempio: Microfono per inserire un suono Scanner per inserire un'immagine Videocamera e Macchina fotografica digitali Tavoletta grafica per inserire disegni Altri dispositivi particolari possono permettere di inserire dati esterni relativi a strumenti di misura di qualunque tipo, altri ancora permettono di rilevare codici come le penne ottiche. Impieghi particolari del computer possono avere dispositivi di input studiati per l'occorrenza.

Tutti i dispositivi elencati costituiscono una interfaccia fra l'uomo e la macchina per facilitare la comunicazione. I dati inseriti vengono sempre tradotti in numeri binari, che è l'unico linguaggio compreso dalla CPU.

4.1.2 Dispositivi di output Per dispositivo di output si intende uno strumento atto a comunicare all'esterno il risultato della elaborazione dei dati da parte della CPU.

Anche i dispositivi di output, come quelli di input, possono essere i più disparati e rispondono a diverse esigenze di comunicazione fra macchina e utente. I dispositivi di output più comuni e sempre presenti in un personal computer sono:      

Monitor, mediante il quale i dati in uscita dalla unità centrale vengono visualizzati su uno schermo. Stampante, mediante la quale i dati vengono stampati su carta. Dispositivi di uscita sono anche le memorie di massa su cui vengono salvati e conservati nel tempo i dati elaborati. Altri dispositivi di output sono di tipo multimediale, ad esempio: Altoparlanti per la riproduzione dei suoni Scheda d'uscita per videoregistratore o proiettore Modem, il quale è un dispositivo di ingresso-uscita per accedere alla linea telefonica

Altri dispositivi particolari possono permettere di azionare dispositivi esterni.

5.0 Dispositivi di memoria Questa sezione tratta dei dispositivi di memoria. La memoria serve al computer per immagazzinare dati definitivi o provvisori. Se non vi fossero questi dispositivi la CPU non potrebbe lavorare in quanto tutti i risultati delle elaborazioni andrebbero perduti.

5.1 Memorie di massa Cos'è una memoria? Una memoria è un dispositivo capace di immagazzinare, conservare e restituire informazioni, cioè programmi, applicazioni e dati. Nel computer sono presenti diversi tipi di memorie. Ciò che differenzia le memorie è la velocità di accesso, la capacità e il prezzo.

Cos'è una memoria di massa? Una memoria di massa è un dispositivo fisico capace di memorizzare permanentemente e indefinitamente i dati prodotti nella elaborazione del computer.

In base a quali caratteristiche si differenziano le memorie di massa? Le memorie di massa si differenziano per il tipo di tecnologia adottata per memorizzare i dati: tecnologia magnetica, tecnologia ottica e tecnologia magneto-ottica. Fra le memorie di massa più diffuse ricordiamo:

· Dischetti Floppy. Sono dischi di materiale magnetico della capacità di 1,44 Mbyte. Sono riscrivibili, estraibili e trasportabili su altri computer. Per questo motivo sono veicolo di virus informatici. I dischetti vanno formattati (oggi sono venduti già formattati) per poter esse scritti. Cos'è la formattazione? La formattazione, che si esegue col computer mediante un programma fornito da Windows, serve per inserire sul disco magnetico i riferimenti per individuare la posizione dei dati in modo casuale · Zip disk. Sono simili ai dischetti floppy ma di capacità notevolmente superiore. Non sono formati standard per cui occorre il dispositivo adatto per leggerli e scriverli. · Disco rigido. (Hard disk). E' presente ormai su tutti i computer, interno alla macchina e inaccessibile. Esso contiene al suo interno diversi dischi rigidi metallici e magnetici, per cui può contenere una quantità enorme di dati (oggi normale è l'Hard Disk da 10 Gbyte (cioè 10 miliardi di Byte). Anche l'hard disk va formattato come i dischetti, prima di ricevere i programmi, le applicazioni e i dati.

· CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Questi dispositivi sono basati su tecnologia ottica. Essi vengono incisi col “masterizzatore” e letti mediante raggio laser. Hanno capacità da 650Mb a 7Gb.  Nastri magnetici. Essi servono per conservare grandi quantità di dati o per fare il backup del sistema (cioè copia di tutto il contenuto dell'hard disk) per prevenire perdite di dati per malfunzionamento della macchina, sempre in agguato.

Qual'è la più piccola unità di memoria? Il computer lavora con dati binari, cioè con informazione che può essere solo presenza o assenza di corrente, ovvero vero o falso oppure 0 e 1. Il vero o falso o 0 e 1 vengono chiamati bit (che sta per binary digit, cioè cifra binaria). La più piccola unità di informazione è il bit, per cui il bit è anche l'unità di misura della memoria. Una cella di memoria può contenere 0 o 1; più cella formano un numero binario.

Quali sono le unità di misura delle memorie? Un gruppo di bit formano una parola, che è già una informazione complessa. Il computer è organizzato con parole minime di 8 bit. Tale parola viene chiamata byte. L'unità di misura delle memorie del computer, comprese le memorie di massa, è il byte con i multipli KiloByte (Kb=1000 byte), MegaByte (Mb=1.000.000 di byte) e GigaByte (Gb=1.000.000.000 di byte)

5.2 Memorie veloci Cos'è la memoria centrale del computer?

Le memorie di massa sono memorie lente. La CPU lavora, invece, a velocità altissime, per cui ha bisogno di memorie molto veloci per conservare temporaneamente i dati da elaborare. Queste memorie costituiscono la memoria centrale del computer e ne determinano, insieme alla CPU, la potenza di elaborazione.

Quali sono le memorie veloci del computer? Le principali memorie veloci del computer sono: 

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RAM. (Random Access Memory ovvero Memoria ad accesso casuale). E' la memoria in cui risiede il programma e i dati in fase di elaborazione. E' costruita con la stessa tecnologia del processore. Per i computer più recenti la quantità di RAM può essere di 128 Mbyte, ma può arrivare anche ai gigabyte. ROM. (Read Only Memory ovvero Memoria a sola lettura). Contiene dati necessari all'avviamento della macchina, immessi dal costruttore

5.3 Capacità della memoria Come è organizzata la memoria del computer? Si è già detto delle unità di misura della memoria. 8 bit formano un byte, detto anche parola. Il byte è alla base della struttura della memoria e ne costituisce, come già detto, l'unità di misura. Nel codice binario, con 8 bit, si possono rappresentare 256 combinazioni, ovvero 256 numeri (da 0 a 255). Ad esempio 00000000 rappresenta lo zero, mentre 01000100 rappresenta il numero 132. Le informazioni vengono trattate utilizzando il byte, nel senso che se si vuol rappresentare un numero superiore a 255 vengono utilizzati due byte o più. Per rappresentare tutti i simboli alfanumerici è sufficiente un byte. Per esempio, nel codice ASCII, al numero decimale 32 corrisponde lo spazio fra parole, al numero 48 la cifra 0 etc. I primi processori costruiti, come il mitico 8088, avevano registri a 8 bit, cioè di 1 byte. Essi per fare operazioni con numeri grandi dovevano utilizzare molti cicli, salvando e riutilizzando dati intermedi provvisori. Ciò comportava una certa lentezza. Oggi i moderni processori utilizzano registri a 32 o 64 bit, cioè a 4 o 8 byte. Essi possono contenere numeri molto più grandi di 255 e quindi in un solo ciclo il processore può fare operazioni più complesse. Per questo motivo, oltre che per l'aumento della velocità del clock (arrivato dai 4,7MHz dell'8088 a 1GHz degli ultimi

5.4 Prestazioni dei computer Quale computer scegliere? A questa domanda si risponde: quello che risponde meglio alle nostre esigenze. Ma che significa? Un computer può essere più o meno "potente" è più o meno "veloce". Per renderlo potente occorre montare i dispositivi adatti, per renderlo veloce occorre scegliere processori e schede madri adeguate.

Da che cosa dipendono le prestazioni di un computer? Da quanto si è detto risulta che le prestazioni di un computer dipendono, oltre che dagli accessori montati (schede video, schede grafiche etc.), da diversi fattori, che ne determinano la velocità di funzionamento: 

Tipo di CPU. Un processore a 8 bit è intrinsecamente più lento di uno a 32 bit perché occorrono meno cicli di clock per configurare una operazione logica o matematica.

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Velocità di Clock. Il clock è la cadenza interna del computer che configura una operazione elementare. Un processore a 4,76 MHz esegue solo, si fa per dire, 4.760.000 operazioni al secondo, mentre uno a 800MHz ne esegue 800.000.000. Il secondo è circa 168 volte più veloce del primo; in altri termini se il primo impiega circa tre minuti per fare una operazione il secondo impiega solo 1 secondo. Memoria cache. La memoria cache è una memoria velocissima perché è integrata nella CPU e quindi ad essa il processore accede con estrema velocità. I dati transitori possono essere conservati nella cache oppure nelle altre memorie che sono sempre meno veloci. Quanta maggiore è la memoria cache di un computer tanto migliori sono le sue prestazioni. 256kb o 512kb di memoria cache sono comuni nei moderni computer. RAM. Nella RAM risiedono le istruzioni dei programmi, i dati che servono per lavorare, i dati transitori. La RAM è una memoria veloce; se la CPU non trova RAM disponibile per depositare i dati, li deposita sulla memoria di massa, meno veloce. E' chiaro che maggiore è la quantità di RAM, maggiori saranno le prestazioni del computer, almeno fino ad esaurimento della richiesta di memoria, nel senso che, se la richiesta di memoria da parte della CPU non supera mai i 128Mb, anche se sul computer sono presenti 256Mb, il di più non verrà sfruttato. Hard Disk. La memoria di massa è lenta di per sé, ma esistono Hard Disk di velocità diverse. Se la CPU fa molto ricorso all'Hard Disk è chiaro che quelli ad accesso più veloce daranno migliori prestazioni. La capacità dell'Hard Disk è meno importante: essa determina solo quante informazioni possiamo memorizzare permanentemente. Hard Disk di 15Gb sono divenuti comuni.