Introduzione al computer

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Testo

IL COMPUTER
Il computer (o calcolatore o elaboratore elettronico digitale) è una macchina elettronica programmabile per l’elaborazione di informazioni: in ingresso riceve, tratta e memorizza dati e istruzioni, attraverso un complesso di regole codificate scritte in programmi, e in uscita produce dei risultati.
Le informazioni ricevute sono rappresentate nel computer con un sistema numerico, detto codice binario, in cui ogni dato è rappresntabile mediante una combinazione di due soli valori, 0 e 1, detti bit, che corrispondono alle posizioni di “aperto” e “chiuso” di un circuito elettrico.
Il computer opera su serie di bit e restituisce l’informazione in forma intelliggibile, in cui la serie di bit decodificati diventano, a seconda dei casi : numeri e calcoli; lettere dell’alfabeto e testi; elementi di immagine e figure, disegni, grafici; fonemi e note, parole e musica.
La capacità di elaborare quantità enormi di dati in tempi brevissimi secondo logiche prefiassate e flessibili è alla radice del successo del computer e degli sviluppi tecnologici più dinamici, innovativi e pervasivi della nostra epoca.
HARDWARE & SOFTWARE.
L’insieme della parti meccaniche ed elettroniche di cui è costituito un computer (l’unità centrale di elaborazione e i dispositivi di ingresso e uscita dei dati, cioè le periferiche) viene indicato con il termine di Hardware ( in Inglese ferraglia , componenti rigidi); l’insieme dei programmi e dei linguaggi che permettono al cpmputer di svolgere il suo compito di elaborazione viene invece denominato Saftware ( componenti soffici, flessibili).
I programmi hanno la doppia funzione di convertire i dati che vengono immessi nel computer (siano essi valori numerici, testi, immagini, suoni e quant’altro) in un linguaggio comprensibile alla macchina, cioè in una serie di istruzioni che si traducono alla fine in segnali elettrici di passaggio e non passaggio di corrente in determinati circuiti, e di ritradurli in uscita in modo che siano intelliggibili per l’utente.
La velocità di calcolo dipende dal tipo e dalla potenza della macchina, le elaborazioni che essa è in grado di eseguire dipendono dai programmi che vi sono installati.
Si posso distinguere tre livelli di programmi: i sistemi operativi, i liguaggi di programmazione e gli applicativi.
I sistemi operativi gestiscono le funzioni legate alla strurrura dell’Hardware, i programmi appplicativi stabiscono procedure di elaborazione di datiper ottenere i risultati desiderati dall’utente ( calcolo, videoscrittura, grafica ecc.); i liguaggi di programmazione sono particolari programmi che servono per redigere gli applicativi.
L’UNITA’ CENTRALE DI ELABORAZIONE ( U.C.E.)
Costituisce il corpo principale di un computer, contenuto nel modulo base (o box o chassis); ha la funzione di trasformare ed elaborare le informazioni ricevute in ingresso. La U.C.E. è integrata dai dispositivi di ingresso/uscita ( input / output), o periferiche: di esse fanno parte, oltre alle memorie di massa, dispositivi di input, come la tastiera, il mouse, lo scanner, e i dispositivi di output, come il video, la stampante, il plotter.
La U.C.E. è articolata in due parti principali: l’Unità centrale di processo ( CPU, da Central Process Unit) e la memoria centrale.
- CPU
E’ detta anche “processore “ o “microprocessore” ed è costituita da una piastrina di silicio (chip) che incorpora un elevatissimo numero di microcircuiti elettronici a semiconduttore: secondo le tecniche VLSI (Very Large Scale Integration) di miniaturizzazione dei componenti elettronici che caratterizzano i più recenti computer un chip può arrivare a comprendere un milione di circuiti elettronici.
La CPU è articolata in una Unità aritmetico-logica (ALU da Arithmetic Logic Unit) che esegue le operazioni di tipo aritmetico e logico; in un’unità di controllo che coordina le varie componenti del sistema e interpreta le istruzioni del programma e controlla anche il clock (orologio interno) , da cui dipende la velocità di elaborazione del computer; e nei registri di memoria, in cui le informazioni in transito necessarie per la successiva elaborazione vengono temporaneamente memorizzate.

- LA MEMORIA CENTRALE
E’ detta anche memoria di lavoro, o principale.
Conserva dati e programmi e permette di leggere o scrivere informazioni con velocità molto elevata.
E’ costituita da celle, composte di 8 bit ( 1 byte ), raggruppate in gruppi, detti parole, o words, che a seconda dell’architettura del computer possono corrispondere a un byte (nei computer della prima generazione), 2 byte, 4 byte, 8 byte (nei computer più recenti).
La memoria centrale può essere vista come una serie di words e ha una capacità che va dalle centinaia di kilobyte a qualche megabyte.
La memoria centrale è composta da una memoria a sola lettura ROM (Read Only Memory), sulla quale l’utente non può intervenire, e da una memoria ad accesso casuale RAM (Randon Access Memory), riservata ai dati e ai programmi immessi dall’utente. Nella memoria ROM sono contenuti i programmi di servizio essenziali per il funzionamento della macchina, immessi dalla ditta costruttrice; perciò il suo contenuto non può essere manomesso e non viene perso quando si spegne il computer.
La memoria RAM invece consente di leggere, cancellare, modificare le informazioni contenute o aggiungerne altre. Essa contiene parte del sistema operativo, programmi e dati caricati dopo l’accensione.
Viene anche definita memoria volatile, poichè perde il suo contenuto quando il computer viene spento.
La capacità della RAM è molto maggiore rispetto a quella della ROM.
LE MEMORIE DI MASSA
Sono memorie ausiliarie necessarie per archiviare dati e programmi che non possono essere contenuti nella memoria centrale. Le più diffuse sono quelle a dischi magnetici, distinti in dischetti flessibili , o floppy disk (nella versione standard con la capacità da 720 Kilobyte o da 1,4 Megabyte), e dischi rigidi, o hard disk (con capacità da alcune decine di Megabyte e svariati Gigabyte), molto più veloci e solitamente fissi nello Chassis. All’interno dello Chiassis sono presenti i disk driver (lettori di dischi), sia per i dischetti (floppy disk driver, FDD), sia per i dischi rigidi (hard disk driver , HDD).
Nuovi supporti (dischi ottici, nastri magnetici, ecc..) stanno sempre più diffusamente affiancando i dischi magnetici, per la maggior quantità di dati memorizzabili o il minor tempo di accesso a essi.
IL PROCESSO DI ELABORAZIONE DEI DATI
Il CPU riceve in ingresso una procedura, composta da una serie ordinata di istruzioni ( algoritmo), che memorizza in sequenza in opportune zone di memoria. Anche i dati da trattare secondo quella procedura vengono indirizzati in opportune celle della memoria. Al comando di esecuzione della procedura, il CPU avvia ill processo di elaborazione dei dati: schematicamente questo consiste nel prelevare un’istruzione nella zona di memoria in cui si trova la procedura, eseguire l’istruzione e indirizzarne il risultato in una determinata posizione di memoria, prelevare ed eseguire l’istruzione successiva, e così via fino all’ultima istruzione.
Le due operazioni di prelievo e di esecuzione sono a loro volta scomposte in una serie di istruzioni che indicano al computer come utilizzare la sua struttura hardware nel processo di elaborazione.
Al termine di ogni operazione di esecuzione il CPU, prima di prelevare l’istruzione successiva, aggiorna un contatore di istruzioni, così da poter conoscere in ogni istante l’indirizzo di memoria dell’istruzione da eseguire nel ciclo successivo.
La sincronizzazione delle varie strutture di hardware che le eseguono è regolata dal clock del CPU, la cui frequenza ( misurata in Mhz) definisce la velocità di elaborazione del computer.
Lo studio teorico e pratico dei programmi e dei linguaggi di programmazione, e , più in generale, dell’interazione tra software e hardware sono oggetto dell’informatica.
SVILUPPI FUTURI
La tendenza di sviluppo dei computer è verso hardware sempre più piccoli e potenti, capaci di utilizzare programmi versatili, facili da usare anche per i non specialisti. Per facilitare l’approccio al computer sono in sperimentazione i comandi a voce e la sostituzione del mouse con l’indicazione a dito.
Occorre tener presente che quanto più un programma è versatile e facile, tanto più il suo algoritmo è complesso e richiede maggiori spazi di memoria e potenza di calcolo.
Per superare i limiti fisici della struttura a circuiti integrati, che non possono essere ridotti al di sotto di certe dimensioni minime, la ricerca si è orientata sull’impiego di segnali ottici, in grado anche di aumentare la velocità di prestazione e diminuire consumi rispetto ai tradizionali impulsi elettrici.
Un’altra tendenza è di formare reti sempre più vaste e articolate di computer interconnessi.

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