L'hardware del PC Nelle lezioni precedenti abbiamo accennato ad alcuni componenti che hanno consentito la diffusione del computer riducendo costi ...

L’hardware del PC

Nelle lezioni precedenti abbiamo accennato ad alcuni componenti che hanno consentito
la diffusione del computer riducendo costi e tempi di produzione.

Ora cercheremo di analizzare i diversi componenti che costituiscono la parte fisica del
computer

I sistemi attuali utilizzano, per la loro costruzione, il Modello di Von Neumann che
prevede uno schema come questo:

                                        Memoria principale

                                        Indirizzi               Dati e istruzioni

                             Processore
                                                             Unità di
                                                             calcolo

                            Unità di
                            controllo

                                        Unità di input-output

Tutti gli elaboratori (dal più piccolo PC al mainframe) sono costituiti da una serie
di componenti fondamentali, interni (al contenitore, detto case e non visibili) ed
esterni (e quindi visibili).

Sono componenti interni ad esempio: la motherboard (scheda madre), la CPU
(processore), la memoria (RAM e ROM), il disco fisso, la scheda grafica, la
scheda audio, la scheda di rete.

Sono componenti esterni ad esempio: il monitor, la tastiera, il mouse, la
trackball, il touchpad, il case, la stampante, lo scanner, il modem esterno.

All’interno del case è presente la MOTHERBOARD (scheda madre), una piastra che
ospita sulla sua superficie i componenti principali (CPU, bus, memoria, periferiche) e li
interconnette tra di loro; i dispositivi esterni vengono collegati tramite gli slot per le schede
di espansione, di tipo diverso a seconda del tipo di bus (ISA, EISA, MCA, PCI, AGP).

Sulla motherboard sono presenti le porte di comunicazione seriale (per il modem),
parallela (per la stampante), PS/2 (per mouse e tastiera), USB o Firewire (per tutti i
dispositivi dotati di tali interfacce, quali fotocamere, dischi esterni, etc.) HDMI o VGA per il
collegamento di monitor

PORTE DI COMUNICAZIONE

SLOT PER SCHEDE
DI ESPANSIONE

                   ALLOGGIAMENTO
                   MICROPROCESSORE

                    SLOT PER MEMORIE RAM

La CPU coincide con il dispositivo fisico (hardware) comunemente chiamato microprocessore.
Caratteristiche di ogni microprocessore: Frequenza del clock: esempio 2,3 GHz. Ampiezza
del bus dati: 32 o 64 bit. Dimensione Memoria Cache.

La CPU ha il compito di gestire (si dice che ha il ruolo di master) l’intero sistema e in
particolare l’accesso al bus, impedendo alle unità periferiche la possibilità di accedervi
autonomamente.
Ogni trasferimento di dati attraverso il bus avviene sotto la supervisione della CPU che
sincronizza con segnali di controllo i dispositivi che devono colloquiare.

Esegue in sequenza le istruzioni del programma in corso di esecuzione

Esegue i calcoli

È costituita dai seguenti blocchi funzionali:
CU (Control Unit): svolge funzioni di controllo, decide quali istruzioni eseguire.
ALU (Aritmetic Logic Unit): esegue le operazioni aritmetico-logiche (+,-,ecc. , confronto).
Registri: memorie ad alta velocità usate per risultati temporanei e informazioni di controllo.

L’esecuzione di un’istruzione in linguaggio macchina avviene in una serie di passi nota come
ciclo di fetch-decode-execute che si compone delle seguenti fasi:
1) fase di fetch (prelievo dell’istruzione): l’istruzione in linguaggio macchina viene trasferito
dalla RAM all’interno della CPU
2) fase di decode (decodifica del codice operativo): attraverso il codice operativo
dell’istruzione, che è una sequenza di bit che indicano un’azione da seguire, la CU attiva i
dispositivi coinvolti dall’istruzione
3) fase di execute (esecuzione dell’istruzione): la CPU preleva gli operandi (se ci sono), la
ALU esegue i calcoli e la CU memorizza l’eventuale risultato, se previsto.

La RAM (Random Access Memory = memoria ad accesso casuale) è la memoria principale
utilizzata dalla CPU per l’elaborazione: in essa vengono caricati i dati ed i programmi
dall’hard-disk, e ad esso ritrasferiti al termine dell’elaborazione. Viene cancellata ogni volta
che si spegne il computer.
È una componente fondamentale del sistema: la quantità e il tipo di memoria RAM che sono
scelte per il sistema possono risultare determinanti per le prestazioni del PC. Quindi la RAM
è la memoria all’interno della quale sono contenuti il programma in esecuzione e i dati sui
quali il programma opera.
Caratteristiche:
possono essere utilizzate sia in lettura che in scrittura, infatti la denominazione più corretta
sarebbe RWM (Read-Write Memory) sono volatili, cioè i dati memorizzati vengono persi allo
spegnimento del calcolatore o quando la RAM non è alimentata da corrente elettrica

La ROM, acronimo dall’inglese di Read Only Memory ha le seguenti caratteristiche:
è persistente, cioè mantiene il contenuto anche senza alimentazione permette solo la lettura dei
dati. Il BIOS (Basic Input Output System) è memorizzato all’interno della ROM
Evoluzione delle ROM
PROM (Programmable Read-Only Memory). "P" sta per programmable ed è una evoluzione della
ROM a maschera atta a ridurne i costi di produzione. Può essere scritta dall'utente
successivamente alla sua costruzione attraverso un'apparecchiatura speciale ma una volta
scritta non può più essere riscritta.

EPROM. Evoluzione della PROM ossia Erasable Programmable ROM. Può essere scritta e
riscritta dall'utente successivamente alla sua costruzione. La cancellazione dei dati per
l'operazione di riscrittura avviene mediante esposizione ai raggi UV.
EEPROM. Evoluzione della EPROM ossia Electrically EPROM. Può essere scritta e riscritta
dall'utente successivamente alla sua costruzione. La cancellazione dei dati per l'operazione di
riscrittura avviene elettricamente mediante tensioni più elevate (20-30 volt) rispetto a quelle di
funzionamento normale.

Flash ROM
Chiamata anche flash-memory è un tipo di eeprom che per le sue prestazioni può
essere usata anche come memoria di lettura-scrittura. La memoria flash visto che è
una memoria a stato solido, non presenta delle parti mobili, quindi è resistente agli urti
ed è estremamente leggera e piccola. La memoria flash è indicata per la sua
trasportabilità perché non richiede l'alimentazione elettrica per mantenere i dati.
La memoria flash è usata nelle pendrive e nei computer portatili o desktop al posto
delle memorie di massa (hard disk).

La memoria cache (memoria ripostiglio) è una memoria più veloce della RAM, ma con una
capacità di memorizzazione molto più bassa. La memoria cache si trova tra la memoria
centrale e il microprocessore. Nella memoria cache viene mantenuta una copia delle
informazioni più richieste della memoria centrale. La gestione della memoria è trasparente
all'utente, cioè l'utente opera come se la memoria cache non ci fosse.
I computer attuali hanno tutti uno o più livelli di cache per ottimizzare le prestazioni della CPU.
La memoria cache viene collegata direttamente alla CPU, senza che i dati debbano passare
attraverso il bus

L’HARD-DISK (disco rigido o disco fisso) registra in maniera permanente dati e
programmi, a differenza della RAM che è volatile.

Attualmente ne esistono due tipi:
L’hard disk classico che grazie alla possibilità di sovrapporre i dischi magnetici di
cui è composto ha raggiunto capacità di alcuni TeraB.

L’SSD o memoria solida, ha una capacità inferiore e dei costi ancora superiori
rispetto all’hard disk classico.

Ci troviamo di fronte a due soluzioni alternative.
Gli hard disk per anni hanno puntato su una capacità d’archiviazione sempre più grande
mentre le unità a stato solido puntano alla sicurezza, alla velocità e in maniera particolare
a migliorare le prestazioni della macchina dove vengono installate.
Senza le parti meccaniche come dischi e testine le SSD garantiscono una maggior
sicurezza soprattutto nei computer portatili in caso di urti o cadute e consentono la
possibilità di lavorare in movimento, cosa altamente sconsigliata con hard-disk classici.
Hanno però lo svantaggio di avere una vita relativamente breve, in media 5 o 6 anni in
base ai cicli di scrittura possibili.

Le schede grafiche consentono di visualizzare testo e grafica sul monitor; sono equipaggiate
di una RAM propria idonea alla risoluzione che consentono e hanno processori che
elaborano i dati garfici senza impegnare, se non in parte la CPU.
Spesso le troviamo integrate nella scheda madre soprattutto in pc o notebook di fascia
medio-bassa oppure come schede da inserire negli slot di espansione presenti nella scheda
madre

Le schede grafiche presentano attualmente tre tipi differenti di uscita (output) o interfaccia:

VGA o SVGA (Video Graphics Array), si tratta del tipo di connessione per monitor o altri
sistemi di visualizzazione più datata e con alcuni limiti di definizione e di rumore di fondo

DVI (Digital Visual Interface), realizzata una decina di anni dopo il VGA proprio per
migliorarne le performance con i monitor digitali consente una miglior restituzione della
definizione

HDMI (High-Definition Multimedia Interface), è uno standard recente che è in grado di
supportare l’alta definizione e si pensa sostituirà a breve tutti gli altri standard

La Scheda Audio ha la funzione di elaborare i suoni dalla forma digitale interna alla forma
analogica per inviarli agli altoparlanti; può anche acquisire suoni (voce, musica) dall’esterno
tramite microfono e linea di input analogica o digitale. Tra le componenti hardware è sicuramente
quella   meno     considerata     sono   solitamente   integrate   all’interno   della   scheda   madre
condividendone, quindi, sia le risorse che le prestazioni. Ne esistono sia interne che esterne con
differenti costi e prestazioni.