CHE COS'È UN COMPUTER? - istvas.it

1 1 CHE COS' UN COMPUTER? Un computer una macchina elettronica capace di ricevere, trasmettere, immagazzinare ed elaborare informazioni, risolvendo i pi svariati problemi con straordinaria velocit ed affidabilit . Tutte quelle parti meccaniche ed elettroniche che compongono fisicamente il computer s'indicano genericamente con il termine inglese HARDWARE. Definizione: Il computer, in generale, riceve le informazioni, cio i dati, al suo ingresso (INPUT) e, dopo averli elaborati in base ad un prestabilito PROGRAMMA, li restituisce in uscita (OUTPUT) trasformati in risultati. Computer Desktop come lo conosciamo oggi CHE COS'E' UN PROGRAMMA? Un programma un insieme finito e ordinato d'opportune ISTRUZIONI. Un computer, per svolgere una qualsiasi attivit deve aver memorizzato nella sua memoria un programma. I programmi vengono preparati da tecnici specifici detti PROGRAMMATORI.

2 L'attivit che consiste nella preparazione dei programmi si chiama PROGRAMMAZIONE. L'insieme di tutti i programmi che consentono un efficiente utilizzazione delle risorse del calcolatore elettronico s'indica genericamente con il termine inglese SOFTWARE. Definizione: Un programma un insieme di istruzioni la cui esecuzione in sequenza produce la risoluzione di un determinato problema. CLASSIFICAZIONE DEI COMPUTERS Il termine computer, nel senso moderno-elettronico, ha ormai assunto un significato sempre pi vasto comprendendo la semplice calcolatrice fino ai grandi sistemi di calcolo e venendo dunque ad assumere il significato pi generale di sistemi di elaborazione dati. Tuttavia i computer possono essere idealmente divisi in alcune categorie molto generali, a seconda delle loro caratteristiche salienti, dell'uso che in generale se ne fa, del software e dei sistemi operativi che fanno girare e dell'epoca in cui sono comparsi.

3 Le definizioni nel tempo sono molto cambiate e i confini non sono mai cos netti. 2 Una prima classificazione in base all'uso distingue tra computer general purpose ovvero riprogrammabili per svariate applicazioni dall'utente e computer special purpose ovvero sistemi embedded dedicati ad una sola applicazione specifica come ad esempio i microcontrollori. Ci limitiamo ad osservare che i computer presenti sui diversi dispositivi (ad esempio un telefonino, un videogioco o un personal computer) sono molto simili tra loro e si differenziano essenzialmente per dimensioni, velocit , potenza di elaborazione, e prezzo ma sono molto simili per quanto riguarda le tecnologie e i criteri di progettazione e i linguaggi di programmazione utilizzabili. 1) Computer dedicati: Sono realizzati per specifiche applicazioni, quali possono essere le console per i videogiochi o i dispositivi utilizzati nell automazione industriale.

4 Console WII della Nintendo 2) Personal Computer: (espressione inglese che significa letteralmente calcolatore personale), solitamente abbreviato in PC, un qualsiasi computer di uso generico le cui dimensioni, prestazioni e prezzo di acquisto lo rendono adatto alle esigenze del singolo individuo nell'uso quotidiano. PC Desktop Notebook Netbook 3) Personal Digital Assistant e smartphone: il PDA un computer nato dall evoluzione delle agende elettroniche, dispositivi che integrano una rubrica, un calendario, un orologio e un agenda che d la possibilit di memorizzare note e appuntamenti. La caratteristica principale la sua dimensione contenuta, tanto da poter essere racchiusa nel palmo di una mano, da cui palmare.

5 Lo smartphone il telefono intelligente sul quale si possono installare applicazioni, navigare in internet riprodurre audio e video. 3 4) Mainframe: realizzano lo schema di elaborazione centralizzato, secondo il quale a un elaboratore centralizzato, secondo il quale a un elaboratore centrale sono collegati un grande numero di terminali (postazioni che hanno solamente monitor e tastiera e mouse), 500 e oltre, non dotati di capacit di calcolo autonoma, che devono interagire con la macchina centrale per l esecuzione dei programmi e la fruizione delle risorse. 5) Supercomputer: Il supercomputer un tipo di sistema di elaborazione progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate, dedicato ad eseguire calcoli ad elevate prestazioni. Usualmente si ritiene che i supercomputer siano i pi potenti computer del pianeta, questa classificazione comprende tutti i primi computer a partire dalla macchina analitica di Babbage passando per i vari modelli di Zuse (i primi computer funzionanti) fino ad arrivare ai supercomputer dei giorni nostri.

6 La velocit dei supercomputer viene generalmente misurato in "FLOPS" (FLoating Point Operations Per Second) o in suoi multipli come il TeraFLOPS (10 ) FLOPS. Il pi potente SuperComputer di oggi Tianhe-2 in Cina SuperComputer Cray-2 degli anni 80 Tianhe-2 formato da nodi, ognuno dei quali con due processori Intel Xeon basati su architettura Ivy Bridge e tre coprocessori Xeon Phi per un totale di coprocessori matematici Xeon Phi e processori Intel Xeon E5-2600 v2 a 12 core. Complessivamente abbiamo milioni di core, collegati tra loro da un'interconnessione TH Express-2 realizzata dai tecnici cinesi. A bordo anche 1 petabyte di memoria e il sistema operativo Kylin Linux. Potenza di calcolo 33 petaflops (cio 33 mila miliardi di operazioni al secondo). 4 LA MACCHINA DI VON NEUMANN La macchina di Von Neumann un modello semplificato dei calcolatori moderni.

7 La macchina di Von Neumann composta da 4 tipi di componenti funzionali: 1) Unit centrale di elaborazione (CPU Central Processing Unit). Esegue istruzioni per l elaborazione dei dati e svolge anche funzioni di controllo. 2) Memoria centrale. Memorizza e fornisce l accesso a dati e programmi in esecuzione. 3) Periferiche di ingresso e uscita. 4) Bus. Svolge funzioni di trasferimento di dati e di informazioni di controllo tra le varie componenti funzionali. (1) CPU 5 Struttura della CPU La CPU il cervello del sistema ed in generale svolge le seguenti azioni: Esegue in sequenza le istruzioni del programma in corso di esecuzione Esegue i calcoli Coordina e sincronizza tutte le attivit dei dispositivi che costituiscono il computer e che sono a essa collegati tramite BUS. costituita dai seguenti blocchi funzionali: CU (Control Unit): svolge funzioni di controllo, decide quali istruzioni eseguire.

8 ALU (Aritmetic Logic Unit): esegue le operazioni aritmetico-logiche (+,-,ecc. , confronto). Registri: memorie ad alta velocit usate per risultati temporanei e informazioni di controllo. La CPU coincide con il dispositivo fisico (hardware) comunemente chiamato microprocessore. Il primo microprocessore stato inventato dallo scienziato italiano Faggin con l intel 4004 (2300 transistor e frequenza di 740 kHz). 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: fase di fetch (prelievo dell istruzione): l istruzione in linguaggio macchina viene trasferito dalla RAM all interno della CPU fase di decode (decodifica del codice operativo): attraverso il codice operativo dell istruzione, che una sequenza di bit che indicano un azione da seguire, la CU attiva i dispositivi coinvolti dall istruzione 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.

9 L orologio interno (clock) del microprocessore emette un segnale di sincronizzazione per tutto il sistema e si misura in periodi al secondo (Hz). Ad esempio il ciclo di fetch dura 4 periodi di clock. Caratteristiche di ogni processore: Frequenza del clock: esempio 2,3 GHz. Ampiezza del bus dati: 32 o 64 bit. Dimensione Memoria Cache. 6 Microprocessori AMD e Intel Intel 80286 dei primi anni 80 (2) Memoria Centrale Esistono diverse tipologie di memoria centrale che differiscono per velocit e modalit di accesso: la cache, la RAM e la ROM. - La RAM, acronimo dell'inglese Random Access Memory ovvero memoria ad accesso casuale, un tipo di memoria informatica caratterizzata dal permettere l'accesso diretto a qualunque indirizzo di memoria con lo stesso tempo di accesso.

10 Una componente fondamentale del sistema: la quantit e il tipo di memoria RAM che sono scelte per il sistema possono risultare determinanti per le prestazioni del PC. Quindi la RAM la memoria all interno della quale sono contenuti il programma in esecuzione e i dati sui quali il programma opera. Caratteristiche: possono essere accedute sia in lettura che in scrittura, infatti la denominazione pi corretta sarebbe RWM (Read-Write Memory) sono volatili, cio i dati memorizzati vengono persi allo spegnimento del calcolatore o quando la RAM non alimentata da corrente elettrica Struttura e funzionamento di una RAM 7 Possiamo pensare alla RAM come ad un enorme cassettiera in cui ogni cassetto che rappresenta un bit (locazione di memoria) numerato in modo univoco. Una locazione di memoria e il suo indirizzo sono legati da una corrispondenza biunivoca: ad una locazione di memoria corrisponde uno ed uno solo indirizzo e, viceversa, a un indirizzo corrisponde una e una sola locazione di memoria.