Christopher Kent Mineman - Didattica in rete

1.2 Hardware

1.2.1 Unità centrale di elaborazione
1.2.1.1

Sapere cos'è l'unità centrale di elaborazione (CPU) e che cosa fa: calcolo, controllo logico, gestione della memoria, ecc. Sapere che la velocità della CPU è misurata in Megahertz (MHz).

Che cosa fa la CPU (processore)?

Se osserviamo lo schema qui a fianco, possiamo osservare i principali compiti della CPU: innanzitutto compiti di controllo e di elaborazione, mediante l'uso di un aiutante per i calcoli, detto ALU (Arithmetic Logic Unit): inoltre sono presenti dei canali (BUS) che permettono lo scambio di dati con i vari tipi di memoria, scambi govarnati dal Chipset: ROM (Read Only Memory) ossia memoria di sola lettura, e RAM (Random Access Memory) detta anche memoria volatile perché viene cancellata allo spegnimento del computer, nonché le Memorie di Massa (Disco rigido o pennette usb e lettori CD Rom)

La velocità di elaborazione della CPU si misura in MHz (MegaHertz).

"Mega" significa "un milione". Un hertz corrisponde a una operazione elementare al secondo, dunque se una CPU ha una velocità di 1 MHz compie un milione di operazioni elementari al secondo! Attualmente le CPU più veloci viaggiano a oltre 1000 MHz! (un miliardo di operazioni al secondo)

1.2.2 Dispositivi di input

1.2.2.1

Conoscere i vari dispositivi usati per inserire dati nel computer come mouse, tastiera, trackball, scanner, touchpad, penna luminosa, joystick ecc.

Input significa, letteralmente, "mettere dentro".

Pertanto chiameremo "dispositivi di input" tutte quelle "periferiche" (ossia componenti collegate un qualche modo all'unità centrale) che ci consentono di inviare informazioni o comandi all'interno del computer. I principali dispositivi di input sono:

	La tastiera - consente di digitare comandi o di scrivere testi
	Il mouse o la trackball (un mouse "alla rovescia", ossia un basamento con una sfera che viene mossa con la mano) o il touchpad (una piastrina sensibile al tatto, usata generalmente nei portatili) - sono dispositivi "di puntamento" utilizzata nella GUI (Graphical User Interface) mediante i quali una freccina (cursore) viene spostata sullo schermo su piccole immagini chiamate icone. La pressione di un pulsante consente poi di eseguire comandi
	Il joystick - è un altro dispositivo di puntamento, usato generalmente nei videogiochi, che consente di spostarsi in un ambiente virtuale; è dotato di alcuni pulsanti ai quali corrispondono azioni diverse, dipendenti dal tipo di gioco (la più comune è la funzione di sparo!) - (Nota - talvolta il joystick, e più raramente il mouse, possono essere anche periferiche di output, quando incorporano dispositivi di vibrazione che entrano in funzione quando veniamo colpiti dal nemico virtuale)
	La penna ottica - usata per leggere i codici a barre (barcode) viene utilizzata prevalentemente negli esercizi commerciali; nei supermercati è spesso sostituita da un lettore laser su cui vengono passate le merci (non è presente l'immagine) La tavoletta grafica - usata prevalentemente dai disegnatori professionali, è costituita da una tavoletta sulla quale il puntamento è realizzato con una speciale penna, ed è facilitato da una griglia impressa sulla tavoletta. È molto più precisa di un mouse, pur svolgendone sostanzialmente il ruolo
	Lo scanner - è un dispositivo che permette di digitalizzare una immagine: simile ad una fotocopiatrice, esso compie una scansione dell'immagine trasformandola in un file all'interno del computer. L'immagine così ottenuta può essere modificata con un software di fotoritocco oppure, se contiene del testo, può essere trasformata in testo puro mediante programmi di riconoscimento dei caratteri (OCR)
	La webcam o la macchina fotografica digitale - dispositivi che catturano immagini in movimento o fisse trasformandoli immediatamente in file
	Scheda TV - collegata all'antenna televisiva, consente di vedere la TV sul monitor del computer, anche in una finestra, o di importare filmati dalla TV o dalla telecamera o da un VCR. (non è presente l'immagine)

1.2.3 Dispositivi di output

1.2.3.1

Conoscere quali sono i più comuni dispositivi utilizzati per mostrare i risultati delle elaborazioni del computer: unità di visualizzazione (schermo, monitor), stampanti di uso normale, plotter, dispositivi a microfilm, sintetizzatori vocali ecc. Sapere dove e come sono usati questi dispositivi.

Output significa, letteralmente, "mettere fuori".

Pertanto chiameremo "dispositivi di output" tutte quelle "periferiche" (ossia componenti collegate un qualche modo all'unità centrale) che consentono al computer di inviarci informazioni.

	Il monitor o schermo - è la principale periferica di output: consente al computer di mostrarci visivamente il risultato di una elaborazione (Nota - talvolta il monitor può essere una periferica anche di input, quando è "sensibile al tocco", ossia quando possiamo inviare informazioni al computer toccando una regione dello schermo)
	La stampante - consente di stampare testi o immagini a partire da un file. Può essere ad aghi, a getto di inchiostro o laser.
	Il plotter - è un dispositivo di stampa, utilizzato prevalentemente per il disegno tecnico, costituito da penne di diversi colori che vengono pilotate dal computer per comporre disegni su un foglio di carta (non è presente l'immagine)
	Riproduttori audio - detti anche altoparlanti, sono collegati alla scheda audio, e consentono al computer di riprodurre suoni, musica o parlato
	Sintetizzatori vocali - sono dispositivi software che, attraverso la scheda audio, consentono al computer di leggere testi scritti emulando una voce umana (non è presente l'immagine)
	Dispositivi a microfilm - consentono di stampare testi o immagini su particolari supporti chiamati microfilm, pellicole fotografiche di piccolo formato ma molto precise nei dettagli, usate prevalentemente per archiviare grosse quantità di dati su un supporto fisico (non è presente l'immagine)
	Dispositivi speciali - utilizzati prevalentemente in situazioni di handicap, consentono al computer di comunicare con linguaggi diversi (ad esempio in braille) o di stampare su supporti particolari, o di comunicare con segnali elettrici, o di interfacciarsi con dispositivi elettronici (forno, lavatrice, illuminazione, tv) (non è presente l'immagine)
	Uscite tv - inviano immagini o filmati a un apparecchio televisivo, o a un VCR. Utilizzate anche per il montaggio video, per titoli o dissolvenze, con l'aiuto di software appositi (non è presente l'immagine)

 

1.3 Dispositivi di memoria

1.3.1 Memoria di massa
1.3.1.1

Distinguere i vari tipi di memoria di massa in termini di velocità, capacità e costo, per es. hard disk interni/esterni, zip disk, data cartridge, CD-ROM, dischetti ecc..

Si chiama memoria di massa qualunque dispositivo capace di memorizzare permanentemente informazioni e dati (al contrario dei tipi di memoria che perdono i dati allo spegnimento della macchina)

Distinguiamo due tipi di memorie di massa, a seconda della tecnologia utilizzata per la memorizzazione (magnetica o ottica), non dimenticando comunque che i dati verranno comunque memorizzati in formato digitale, ossia come sequenze di cifre (digit) 0 e 1, raggruppate in blocchi di 8, 16, 32 o 64 cifre (tali blocchi si chiamano byte)

Memorie di massa magnetiche: in esse i dati vengono memorizzati su un supporto magnetico (come i nastri delle cassette audio o delle videocassette) generalmente di forma circolare, di materiale rigido (hard), che viene fatto girare rapidamente mentre una o più testine magnetiche leggono o scrivono i dati. Prima di essere utilizzato, un dispositivo magnetico deve essere "formattato", ossia deve essere suddiviso in tracce (track) circolari concentriche a loro volta divise in settori (cluster) mediante raggi che partono dal centro; in una zona del disco è poi memorizzata una mappa dei vari settori, contenente l'indice dei dati memorizzati in ciascun settore: tale mappa è chiamata FAT (File Allocation Table), e se viene danneggiata tutti i dati memorizzati si perdono. Per tale motivo è buona norma possedere sempre più copie dei dati, su supporti diversi, conservati in luoghi diversi.

• § Penna USB - è una memoria di massa di piccole dimensioni, racchiuso in una custodia di plastica rigida, con una capacità di memorizzazione di 2-4-8 Gb - E' molto economico (anche meno di 10 Euro) , e può rovinarsi facilmente, con la perdita dei dati. . Consente di trasferire facilmente file di dimensioni anche notevoli da un computer a un altro, poiché tutte le macchine sono dotate dell'apposito lettore Usb 2.0. La lettura è relativamente lenta.
• § Disco rigido o hard disk - è oggi presente in tutti i computer, è il dispositivo più capiente per la memorizzazione di dati. E' collocato all'interno della macchina (perciò è detto fisso) ed ha una capienza che oggi può essere di alcune centinaia di Gb (miliardi di caratteri), utilmamente anche con capacità di 2 TB. Il costo è inferiore al centinaio di Euro. In un computer possono essere presenti più dischi fissi, aumentando così la capacità di memorizzazione. La lettura è particolarmente veloce, e dipende dalla velocità di rotazione e dal tipo di connessione (IDE,S-ata)
• § Nastri (data cartridge) - Simili a un nastro magnetico di videocassetta, vengono utilizzati soprattutto per il backup (salvataggio di sicurezza dei dati) - Per leggere e scrivere nastri occorre un dispositivo chiamato streamer. - Il costo di un nastro è di alcune decine di Euro , la capiensa e di alcuni GB. Contrariamente a quanto avviene nei dispositivi precedenti, nei quali i dati sono memorizzati su un disco circolare, e dunque una singola informazione può essere ritrovata facilmente e rapidamente, i dati sono registrati sul nastro in modo sequenziale, uno di seguito all'altro, e dunque la ricerca di un dato è lunga e scomoda. - La lettura è quindi particolarmente lenta, tranne il caso di un recupero completo dei dati (lettura del nastro dall'inizio alla fine)

Memorie di massa ottiche: sono costituite da dischi (Compact Disk) di materiale plastico trasparente (policarbonato) su una faccia del quale è incollato un disco metallico riflettente o viene applicata una speciale vernice riflettente. In essi i dati vengono memorizzati "bruciando" con un laser in alcuni punti il policarbonato che viene reso opaco. Un raggio laser, in fase di lettura, viene inviato sul disco in rotazione e viene riflesso su un sensore se il disco è trasparente (e questo è un 1) oppure non giunge al sensore se il disco in quel punto è opaco (e questo è uno 0).

La lettura dei supporti ottici è veloce, ma rimane inferiore a quella degli hard disk.

I dispositivi ottici che leggono i CD sono:

• § Lettori CD Rom - sono in grado di leggere i dati presenti sui supporti chiamati CD Rom (Compact Disk - Memorie di sola lettura - Read Only Memory) e leggono anche i normali CD musicali, ma non possono scrivere dati su questi supporti. - La capienza di un CDRom è tipicamente di 650 Mb, ma può essere anche di 700 Mb
• § Lettori DVD - Leggono non solo i CD ma anche altri supporti più capienti chiamati DVD (Digital Versatile Disk) che possono contenere diversi Gb di dati.
• § Masterizzatori - simili a un lettore di CDRom, sono in grado di scrivere su CD speciali, chiamati "scrivibili" o CDR, sui quali i dati possono essere memorizzati una sola volta (sono detti anche WORM - Write Once Read Many, scrivi una volta, leggi molte volte) o su dischi "riscrivibili" o CDRW che possono essere scritti e riscritti parecchie volte. Il costo di un CD vuoto può essere anche inferiore alle 1000 lire, quelli riscrivibili possono arrivare alle 20.000 lire.

1.3.2 Memoria veloce

1.3.2.1

Conoscere i differenti tipi di memoria veloce, ad es. RAM (random-access memory), ROM (read-only memory). Dire quando sono usate.

La memoria ad accesso veloce si divide in tre categorie:

• § La ROM (Read Only Memory, o memoria di sola lettura), che contiene le informazioni essenziali per l'avvio del computer e costituisce sostanzialmente il BIOS (Basic Input Output System), ossia quella parte di istruzioni che servono ad avviare la macchina compiendo il controllo del proprio funzionamento all'accensione. Una volta il BIOS era scritto in modo permanente in un chip, e non poteva essere in alcun modo modificato. Oggi invece è costituito da una Flash Rom, che con appositi software può essere modificata.
  In ogni caso questa memoria non si cancella allo spegnimento della macchina.
• § La RAM (Random Access Memory, o memoria ad accesso casuale) è formata da chip che possono contenere un certo quantitativo di informazioni, le quali possono essere lette poi dal processore in modo molto rapido ed efficiente: all'accensione del computer, nella RAM viene caricato il sistema operativo e trovano posto in essa anche le applicazioni in uso. Se la quantità di RAM non è sufficiente, una parte del disco rigido viene utilizzata per simulare ulteriore RAM (si chiama file di swap) con un notevole rallentamento delle operazioni. Pertanto è bene che la RAM sia in quantità sufficiente. I computer attuali sono normalmente equipaggiati con 1 o 2 GB di RAM. Un modulo da 2 GB costa circa 30 Euro. La Ram è montata su appositi slot sulla scheda madre, e può essere aggiunta o sostituita con relativa facilità. Il contenuto della RAM si cancella spegnendo il computer. È una memoria di lettura/scrittura.
• § La CACHE è una memoria molto veloce e molto costosa che di solito è incorporata direttamente nella CPU o nello zoccolo della stessa, e che costituisce una piccola riserva di dati, (buffer), quelli di accesso più frequente, raggiungibili molto velocemente dalla CPU. In genere la quantità di cache varia da 64 a 512 Mb.

La velocità di elaborazione di un computer dipende non solo dalla velocità del processore, ma anche dalla rapidità di reperimento dei dati da elaborare. Da qui si comprende il ruolo importantissimo della memoria cache e della RAM, come riserve ad accesso rapido dei dati di uso più frequente, (per cui sono dette "memorie tampone") invece del lento accesso ai dati presenti sull'hard disk!

1.3.3 Capacità della memoria

1.3.3.1

Conoscere le unità di misura della memoria (bit, byte, KB, MB, GB). Collegare queste unità alle dimensioni tipiche dei caratteri, campi, record, file, cartelle/ directory.

Come per il disco rigido e le altre memorie di massa, anche per la memoria ad accesso rapido l'unità di misura è il byte. Un byte è l'insieme di 8 bit (Binary digIT, ossia cifre binarie, che possono essere 0 oppure 1) – Con 8 bit si ottengono 256 combinazioni diverse

I multipli del byte sono:

• Kilobyte Kb Circa 1000 byte, precisamente 1024 byte (*)
• Megabyte Mb Circa un milione di byte, precisamente 1.048.576 byte
• Gigabyte Gb Circa un miliardo di byte, precisamente 1.073.741.824 byte
• Terabyte Tb Circa 1000 miliardi di byte, precisamente 1.099.511.627.776 byte

(*) poiché lavoriamo nel sistema binario, si considera la potenza di 2 più vicina a 1000, un milione, ecc. Ad esempio, 1Mb corrisponde a 220 byte. Un byte corrisponde a un carattere, dunque ci si può fare un idea dello spazio occupato da un testo, contandone i caratteri (compresi gli spazi vuoti)..

Celle della memoria ram

La Ram dinamica Dram è costruita in modo tale da trattenere le informazioni in essa memorizzate solo per un brevissimo lasso di tempo e quindi richiede un continuo rinnovo (refresh) del proprio contenuto, sia che le informazioni (i bit di dati) in essa presenti vengano aggiornati o meno. La necessità del refresh della memoria DRam dipende dal fatto che i singoli bit sono registrati per mezzo di transistor in celle che mantengono, a mo’ di condensatori, una carica elettrica. Se la cella è carica il Bit vale 1, se è scarica vale 0. Esiste a tale scopo un apposito circuito che si occupa di effettuare il refresh delle celle di memoria ogni x cicli di clock della Cpu. Possiamo quindi immaginare la memoria Ram dinamica di un computer come una smisurata griglia di celle atte a contenere i dati che di volta in volta il processore richiede.(www.lithium.it )

1.3.4 Prestazioni dei computer

1.3.4.1

Sapere quali sono i principali fattori che influiscono sulle prestazioni di un computer, per es. velocità della CPU, dimensione della RAM, velocità e capacità dell'hard disk.

Le prestazioni di un computer sono influenzate da:

• § Velocità del processore o CPU, misurata in MHz (Megahertz, o operazioni elementari al secondo) fino a 1500 MHz
• § Quantità di Cache, misurata in Kb (Kilobyte) da 64 a 512 Kb
• § Quantità di RAM, misurata in Mb (Megabyte) da 64 a 256 Mb
• § Velocità del BUS (comunicazione tra processore e memoria) da 66 a 800 MHz
• § Velocità dell'hard disk (da 5000 a 10000 giri al secondo) e sua capacità, fino a 30/50 Gb (Gigabyte)
• § Equilibrio dell'insieme: una CPU veloce con un bus lento opera a velocità di fatto inferiore, perché il BUS costituisce un collo di bottiglia, ecc.