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Anatomia di un calcolatore - Coggle Diagram
Anatomia di un calcolatore
grazie al lavoro di Alan Turing=> possibile
modellare
il funzionamento di un calcolatore (come interazione tra componenti fisiche hardware e programmi software)
HARDWARE,
letteralmente "ferraglia" (designa la parte fisica della macchina=>componenti materiali che ne consentono il funzionamento sulla base dell'elettronica)
Ogni componente svolge una funzione di base:
1. l'unità di calcolo o Unità Centrale di Elaborazione (CPU)
=> elabora i dati e coincide con uno o più microprocessori
la memoria centrale, o di lavoro (random Access Memory RAM)=> contiene i dati in uso e/o i programmi di esecuzione
i bus => permettono il trasferimento dei dati tra le diverse componenti
le periferiche di input/output => permettono la comunicazione tra il calcolatore e l'utente
la memoria di massa (un caso particolare di periferica di input/output) => permette di memorizzare dati e programmi quando non sono in uso)
esistono diversi modi per combinare questi elementi, i sistemi moderni seguono =>
architettura di von Neumann
caratterizzata da un
unica memoria di lavoro
, dove sono memorizzati sia dati che programmi
contrapposta all'architettura Harvard (dove dati e programmi risiedono in spazi di memoria distinti e dove le componenti sono collegate tra loro da bus)
Il calcolatore si compone anche di
UNA SCHEDA MADRE (piastra sulla quale si inseriscono le varie componenti)
un ALIMENTATORE ELETTRICO (compito di adattare la corrente della rete elettrica per poter essere utilizzata dai dispositivi dentro il calcolatore)
Questi elementi sono contenuti nel CASE (scatola di metallo o plastica che racchiude i componenti)
Unità di calcolo
La CPU (Central Processing Unit
)=> è l'unità centrale del calcolatore)
esegue i programmi che sono scritti in linguaggio macchina
costituite da microprocessori che racchiudono le seguenti componenti di calcolo:
unità di controllo (CU),
esegue le istruzioni dei programmi;
coordina le attività del microprocessore e controlla flusso istruzioni tra microprocessore e memoria
lavora in modo ciclico
i registri di memoria => unità di memoria estremamente veloci con capacità ridotta ma con tempo di accesso molto breve
dimensioni variano tra 16 e 64 bit
registri utilizzati per immagazzinare le istruzioni e i dati che stanno per essere processati o lo sono appena stati
l'unità logico aritmetica (ALU) => nucleo di esecuzione dei calcoli
esegue operazioni come +;-;x;:
AND, NOR e NOT
preleva gli operandi da Registri di memoria e ne deposita il risultato in memoria
collabora insieme all'unità di controllo, al completamento di un ciclo macchina
i bus=> canali di comunicazione tra varie componenti dell'elaboratore
si differenziano a seconda della funzione svolta
Tra i principali produttori di microprocessori INTEL, AMD,MOTOROLA, QUALCOM e ARM
Ogni microprocessore:
un clock (scandisce sequenza delle operazioni da eseguire)
ogni operazione può richiedere uno o più cicli
la frequenza di clock (parametro con cui si valuta la velocità di calcolo di un microprocessore)
unità di misura della frequenza di clock è l'hertz (1 HERTZ corrisponde ad un ciclo al secondo)
quelli attualmente in commercio raggiungono frequenze di clock nell'ordine di Gigahertz
microprocessori > piccoli e veloci => sono difficili da costruire per via di limiti fisici (per cui nella realizzazione di calcolatori più performati=> microprocessori con > CPU=CORE => > compiti in parallelo)
Memoria primaria
(centrale o di lavoro)
conserva i programmi in esecuzione e i dati in uso all'interno della CPU
organizzata come una successione di bit raggruppati in unità dotate di indirizzo (un num progressivo a partire da zero=> CELLE)
dalla velocità di accesso a questa memoria => dipende la reattività del calcolatore alle richieste dell'utente
è detta RANDOM ACCESS MEMORY O RAM (il metodo di accesso alla prima memoria è casuale=> conoscendo l'indirizzo è possibile accedere a qualsiasi cella di memoria)
volatilità
=> spegnendo il calcolatore, il contenuto delle celle di memoria viene cancellato e non è recuperabile
Memoria secondaria
o di massa
dei dischi e delle unità di memorizzazione permanente (
hard disk
/fissi; CD-ROM, DVD, Blue Ray
dischi ottici
e
le memorie flash
chiavette usb)
memorizza grandi quantità d'informazioni (nel caso dei dischi ottici può andare da qualche centinaio di MB fino a qualche decina di GB, per i dischi fissi arriva a decine di TB)
informazione memorizzata in maniera permanente
ma i tempi di accesso sono > elevati
memorie basate su hard disk..., non possono acccedere a una cella di memoria direttamente ma richiedono tempo di posizionamento
il tempo di accesso ad un dato dipende dalla posizione della cella sul disco
PERIFERICHE
Oltre alla CPU e alla memoria primaria e secondaria, il calcolatore ha bisogno di input e output => PERIFERICHE (per supportare l
'interazione con l'ambiente esterno)
si collegano al calcolatore mediante PORTE o INTERFACCE di comunicazione
variano a seconda del tipo e della velocità di trasmissione
per ogni tipo di periferica esiste una scheda => CONTROLLER (connessa alla scheda madre e che ha il compito di gestire il comportamento della periferica)
INPUT
comunicano al calcolatore le info provenienti dall'utente o dall'ambiente esterno
TASTIERA (strumento di imput principale)
STRUMENTI DI PUNTAMENTO (mouse; touchpad=>diffuso sui calcolatori portatili)
SCANNER
MICROFONO
MACCHINE FOTOGRAFICHE
VIDEOCAMERE DIGITALI
OUTPUT
consentono al calcolatore di comunicare all'esterno
SCHERMO
LA STAMPANTE
CASSE
N.B Il collegamento di una periferica al calcolatore richiede
(oltre il collegamento dei cavi alla porta adeguata),
l'installazione di un
software chiamato driver
=> gestire flusso di dati proveniente dal dispositivo
rappresenta il "vocabolario" contenente il
linguaggio
di comunicazione della periferica
Esistono altre tipologie di periferiche
SCHEDA RETE (collega un calcolatore ad altri calcolatori tramite una rete locale o Internet9
MODEM (consente di far comunicare 2 calcolatori tramite la rete telefonica)