Architettura hardware del computer
Macchina di Von Neumann
La struttura di un computer può essere rappresentata dal seguente schema:
Spieghiamo brevemente il significato e la funzione dei blocchi presenti nello schema:
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Periferiche di input
Sono i dispositivi attraverso i quali i dati sono immessi nel computer. -
CPU
E' il "cervello" del computer: svolge i calcoli, esegue i programmi e controlla tutto il sistema. -
Memoria centrale
E' la parte del computer in cui sono memorizzati i programmi in esecuzione e i dati sui quali essi operano. -
Periferiche di output
Sono i dispositivi attraverso i quali il computer fornisce i risultati delle elaborazioni.
La struttura rappresentata dallo schema ci porta a dare questa definizione di computer:
Un computer è una macchina che riceve dei dati in ingresso, li elabora secondo le istruzioni contenute in un programma e fornisce in uscita i risultati delle elaborazioni svolte.
Visto che l'abbiamo nominato, diamo anche la definizione di programma:
Un programma è un insieme di istruzioni la cui esecuzione in sequenza produce la risoluzione di un determinato problema.
La CPU
La CPU (o microprocessore) è il "cervello" del computer. Essa, infatti, svolge le seguenti funzioni:
- esegue in sequenza le istruzioni del programma in esecuzione;
- esegue i calcoli;
- coordina e sincronizza tutte le attività dei dispositivi che costituiscono il computer.
Dal punto di vista fisico, la CPU è un chip (cioè un "quadratino" di materiale semiconduttore contenente tantissimi circuiti miniaturizzati) che si trova all'interno del computer, istallato sulla scheda madre. In un microprocessore attuale sono presenti oltre un miliardo di transistor!
I principali produttori di microprocessori per computer sono attualmente Intel e AMD.
La velocità di un microprocessore, che ci fornisce un'informazione sul numero di operazioni che esso è in grado di effettuare in un secondo, si esprime in Gigahertz. Le velocità dei microprocessori attualmente in commercio vanno da 1,66 GHz a 3,40 GHz.
La memoria centrale
Prima di parlare della memoria centrale, parliamo dei vari tipi di dispositivi di memoria che si possono trovare in un computer.
All'interno del computer si possono individuare tre livelli di dispositivi di memoria:
- i registri interni della CPU: sono memorie molto veloci ma di capacità molto limitata;
- la memoria centrale: ha una buona capacità e una discreta velocità;
- le memorie di massa: permettono di immagazzinare grandi quantità di dati, ma hanno velocità molto inferiori degli altri due tipi di memorie.
A cosa servono queste diverse tipologie di memoria?
Quando istalliamo un programma, esso viene memorizzato sull'hard disk (che è una memoria di massa) sotto forma di un certo numero di file distribuiti in diverse cartelle.
Al momento in cui lanciamo il programma (facendo doppio click sulla sua icona), esso dall'hard disk viene copiato nella RAM.
Dalla RAM, la CPU carica una istruzione alla volta in uno dei suoi registri; dopo averla caricata, la esegue. In altri registri della CPU vengono caricati i dati su cui l'istruzione deve operare.
Quindi la memoria centrale è la memoria "di lavoro" del computer, quella in cui si trovano i programmi che si stanno eseguendo. Essa è costituita da diverse tipologie di memoria, che differiscono tra loro per velocità e modalità di accesso:
- la cache;
- la RAM;
- la ROM.
La RAM, come abbiamo detto, contiene i programmi in esecuzione e i dati su cui essi operano. E' una memoria volatile, nel senso che perde tutti i dati in essa contenuti quando si toglie l'alimentazione al computer.
Dal punto di vista fisico, la RAM è una scheda che si inserisce in uno slot della scheda madre.
Tipicamente, le dimensioni delle RAM istallate sui computer attuali vanno da 1 GB (netbook più economici) a 8 GB (notebook e desktop più costosi).
La memoria cache è una memoria molto veloce (da 4 a 20 volte più veloce della RAM) utilizzata per contenere istruzioni e dati a cui la CPU richiederà presumibilmente di accedere in breve tempo.
La memoria cache più veloce è quella di livello 1, che si trova all'interno della CPU.
La memoria cache di livello 2 si trova invece tra la CPU e la RAM, ed è quindi più lenta di quella di livello 1 (ma comunque più veloce della RAM).
Le periferiche
Le periferiche di input sono i dispositivi attraverso i quali i dati sono immessi nel sistema.
Eccone un elenco:
- la tastiera;
- il mouse;
- lo scanner;
- il microfono;
- il joystick;
- il joypad;
- il touchpad;
- il touchscreen;
- la tavoletta grafica.
Le periferiche di output sono i dispositivi attraverso i quali il computer fornisce i risultati delle sue elaborazioni.
Eccone un elenco:
- lo schermo;
- la stampante;
- le casse;
- le cuffie.