L'hardware di un pc

Materie:Tesina
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Testo

Guida Hardware
CASE
Cominciamo dal primo passo. Innanzi tutto ci troviamo davanti un mobiletto che solitamente può prendere tre forme:
Desktop: che si sviluppa orizzontalmente
Mini Tower: come dice il nome è una torre piccola che solitamente ha 2 slot da 5"1/4 (per cd rom o per i vecchi dischetti) e uno da 3"1/2 e ha uno sviluppo verticale.
Midi Tower: come sopra ma essendo più alto ha maggiore spazio all'interno. Si possono trovare anche due slot in più (uno da 5"1/4 e uno da 3"1/2)
High Tower: come sopra ma utilizzata soprattutto per i server solitamente per aprire un case si deve solo svitare circa 8 viti con un normale cacciavite a croce. Una volta terminata l'operazione ci si trova davanti un grumolo di fili e di schede. Cominciamo ad esaminare i singoli componenti:
SCHEDA MADRE
A seconda del case, la scheda madre (o motherboard) può essere posizionata orizzontalmente (nei desktop) o verticalmente (nei tower). A questo componente fondamentale si collegano tutti gli altri accessori del computer. Esistono in commercio vari tipi di schede madri caratterizzate da un chipset. Il chipset è quel chip che gestisce tutti i segnali di input e output di ogni singolo componente. Il codice di questo integrato identifica molto spesso la scheda madre.Il mercato offre due formati pricipali per le schede madri e di conseguenza anche per i tower:
AT: E' il formato utilizzato dalle schede per i 486 e i primi pentium. E' di dimensioni contenute rispetto al formato ATX, solitamente si sviluppa orizzontalmente. Non permette lo spegnimento automatico e la sospensione della sezione di lavoro. Le contenute dimensioni del case permettono, in caso di overclock un raffreddamento non sempre sufficente.
ATX: E' il formato delle nuove schede madri. Ha dimensioni maggiori rispetto al formato AT e permette di utilizzare alcune funzioni innovative: previa configurazione del bios, il sistema è in grado di effettuare lo spegnimento automatico e la "sospensione". Hanno un connettore di alimentazione differente. Solitamente è presente un interruttore che permette di alimentare la scheda madre dato che, secondo lo standard ATX, la piastra verrebbe sempre tenuta sotto tensione dato che sbalzi eccessivi e frequenti di corrente potrebbero alla lunga danneggiare alcuni componenti.

BIOS
Un altro elemento molto importante è il bios. Questo è un chip di tipo riscrivibile (infatti il bios si può facilmente aggiornare) e solitamente è identificabile per il suo maggior spessore rispetto agli altri chip della scheda madre. Il bios si attiva all' avvio utilizzando il tasto che viene indicato (solitamente del o F1). Da bios si possono modificare molte caratteristiche come per esempio la gestione avanzata dell' energia, il numero di Hard Disk ecc.
PIN & JUMPER
Sulla scheda madre si trovano anche alcuni piccoli elementi. Solitamente sono piccole punte di metallo con sopra piccoli pezzi di plastica colorati che li uniscono. I primi vengono chiamati pin (dall' inglese "spillo") mentre i secondi jumper (dall'inglese "ponticelli"). La scheda interpreta il diverso posizionamento dei vari jumper come delle semplici istruzioni da seguire. Nel manuale di ogni scheda madre vi sono elencate le varie combinazioni. Se questi piccoli ponticelli vengono configurati in un certo modo si può richiedere che venga cancellata la CMOS (memoria dove sono conservati i dati del pc come per esempio il numeri di cilindri del proprio Hard Disk) o che venga cancellata la password impostata da bios e infine, attraverso il posizionamento di questi jumper, si deve indicare la frequenza del proprio processore. Solitamente se si acquista un computer nuovo questi vanno lasciati dove si trovano se non si è a conoscenza del loro funzionamento.
SLOT DI ESPANSIONE
Passiamo ai veri mezzi di comunicazione tra scheda madre e schede di espansione. A secondo della marca e del modello della propria motherboard possono essere presenti un numero variabile di slot (dall'inglese "aperture"). Ne esistono di quattro tipi:
PCI: sono di colore bianco. La frequenza del bus PCI dipende da quella del bus frontale in base ad un divisore. Se il bus frontale è sotto i 100 Mhz (solitamente è a 66Mhz) questo divisore è 2. Se invece i bus frontale è superiore ai 100 Mhz, come per esempio 113,5 133 ecc, il divisore diventa 3. Vengono utilizzati per collegare al pc gli elementi più comuni come per esempio un modem interno o una scheda audio.
ISA: sono di colore nero. la frequenza del bus ISA è indipendente da qualsiasi altra frequenza ed è di circa 8,3 Mhz. Si possono collegare vecchie periferiche a 16 bit come una scheda audio.VESA: sono presenti in computer molto vecchi e servono per collegare schede video di tipo VESA. Sono simili a quelli ISA, quindi di colore nero, ma sono più lunghi.
AGP:Il bus AGP funziona, fino agli 83 mhz, alla stessa velocità del bus principale, dai 100 in su a 2/3 di tale velocità, quindi il rapporto e' lo stesso come col bus PCI.

Vediamoli nell'immagine i componenti principali:
Figura 1

1. Bus ISA
2. Bus PCI
3. Bus AGP
4. Porte seriali e parallela
5. Porte USB (Universal serial bus)
6. Tastiera
7. Alimentazione
8. Slot One
9. Slot One
10. Chipset
11. Bios
12. Batteria al Litio
13. Connettore floppy
14. Quattro banchi di Ram DIMM
15. Connettori EIDE
Quindi l' EEPROM del bios è questo integrato, in basso a sinistra. I 4 bus PCI sono in alto a sinistra e i due ISA sono a fianco di quelli PCI, sull'estrema sinistra. Il bus AGP è di fianco all' ultimo bus PCI e solitamente è di colore marrone scuro. In alto, proprio sull'estremità si possono notare le porte seriali (solitamente 2) e la parallela.
USB
Sulle schede più nuove vi sono anche due porte USB. L'USB è una nuova tecnologia che permette di connettere fino ad un massimo di 127 periferiche a cascata. Oggi, però, esistono solo pochissimi componenti che supportano questa tecnologia come per esempio alcuni scanner e le telecamere.
PORTE SERIALI E PARALLELE
Si deve ricordare che le porte parallele sono più grosse, consentono il transito dei bit in parallelo (quindi sono teoricamente più veloci) e solitamente vi si attaccano componenti come le stampanti. Invece, le porte seriali sono più piccole, permettono il transito dei bit solo uno dopo l'altro e vi si collegano periferiche come per esempio mouse e modem esterni.
BATTERIA AL LITIO
Non si deve dimenticare che una scheda madre per funzionare correttamente e per tenere memorizzati i dati del bios deve essere dotata di una normale batteria al litio e quindi questa dovrà essere periodicamente essere sostituita (ogni 5 o più anni).
RAM
Sempre nell'immagine precedente notiamo nella parte inferiore alcuni strani connettori. Questi sono 4 e di colore nero. Proprio qui si possono collegare i moduli di RAM (Random access memory). La RAM è una memoria molto importante: qui vengono stivati i dati ancora in elaborazione e grazie a tempi di accesso molto veloci (anche fino a 10 ns) velocizza l'intero sistema. Molta RAM, per esempio, evita che un sistema operativo molto "pesante" come Windows 9x utilizzi in modo eccessivo il file di swap (che si trova nella directory di Windows, con nome win386.swp dove vengono momentaneamente immagazzinati i dati in transito), velocizzando l'intero sistema. Prendiamo in considerazione questa seconda immagine:

Figura 2

Come si può facilmente notare in questo caso i connettori (in alto) sono di colore bianco e sono leggermente più corti. Infatti esistono diversi tipi di RAM:
Moduli SIMM: sono di vecchio tipo, esistono banchi da 30 o 72 contatti. Hanno solitamente tempo di accesso non inferiore ai 50-60 ns.Su motherboard per Pentium devono essere montate in numero pari dato che l'ampiezza del bus è di 64 bit e ogni modulo è di 32 bit. Per inserire così come per togliere ciascun modulo, lo si deve inclinare di 45°. Solitamente i moduli SIMM sono di tipo EDO. Alimentazione a 5 V.
Moduli DIMM: sono il nuovo tipo di memoria RAM ormai ampiamente diffusi. I moduli DIMM sono stati creati appositamente per superare il problema del bus a 64 bit. Infatti dato che ogni modulo ha il bus ampio appunto 64 bit possono essere montati anche in numero dispari.
La velocità di accesso si legge sui chip di ogni modulo di RAM: se c'è una sigla del tipo xxxx-yyyy-xx-xx-60 o 6 molto probabilmente quei moduli hanno un timing rate di 60 ns. Se convivono due banchi, uno da 10 ns e l'altro da 60, entrambi viaggeranno alla velocità del più lento, quindi a 60 ns.
Esistono inoltre anche delle memorie chiamate ECC. Queste si occupano della salvaguardia e della correzione dei dati e vengono quindi solitamente installate sui server di rete. Le nuove memorie vengono denominate PC 100. Tutti i banchi di Ram che rispettano questo standard sono assicurati per supportare una velocità di bus di 100 Mhz nei PII 350, 400 e 450 Mhz.

CONNETTORI EIDE

Rivediamo la figura 1.

Possiamo notare nella parte inferiore della scheda madre in questione alcuni connettori di colore nero. Uno serve per collegarvi il Floppy da 3,5" (quello verticale), gli altri due disposti orizzontalmente sono i due connettori EIDE.
Questo ha due canali denominati Master (signore) e Slave (schiavo). Su ogni canale possono essere collegati fino a due componenti che supportano questo standard quindi Hard Disk e lettori cd rom.
Al contrario dell' interfaccia SCSI, il controller EIDE è presente su tutte le schede madri con socket 7. In relazione ai connettori EIDE abbiamo da esaminare anche un altro importante elemento: il PIO mode (Programmable Input Output). Questo è un protocollo per la comunicazione tra scheda madre e periferiche. Esistono i PIO mode 1, 2, 3, 4 e 5 (che può essere utilizzato solo con schede madri eventi chipset 440LX o 430 TX o superiori e deve essere supportato dai componenti) .
Il più diffuso oggi è il 4 che permette un trasfert rate di 16,6 Mb/s. Oggi i dischi fissi usano un protocollo ancora più evoluto l' ULTRA DMA che permette un transfer rate (teorico) di 33 Mb/s. L' UDMA è una prerogativa esclusiva dell'HD e della Motherboard se lo supporta. Quindi UDMA viene gestito autonomamente dal Bios e non necessita di alcun driver. Lo dimostra il fatto che Windows 95, in proprietà dell'HD, deseleziona la casella DMA: questo perchè DMA è un protocollo inferiore a UDMA e quindi non conveniente da utilizzare.
CPU
Componente Hardware evidentemente fondamentale e visibile una volta tolto il coperchio al case è il microprocessore. Il sito nel quale viene alloggiata la CPU è detto socket. In questo alloggiamento vengono inseriti i piedini di input/output del processore stesso. Pertanto per ogni cpu è necessaria una scheda madre che lo supporti, quindi anche con un socket in grado si comunicare con essa. Ecco una breve lista dei socket e dei rispettivi processori supportati:

2 - 80486
3 - 80486 (100 o superiore)
4 - Pentium 66
5 - Pentium da 75 a 133
6 - Pentium 90/100
7 - Pentium (120 o superiore)
8 - Pentium Pro

Slot1 - Pentium2

Il socket 7 si differenzia dal 5 solo perche' supporta moltipliche superiori a 2 come per esempio 2.5, 3, 3.5. Facciamo un po' di chiarezza sul significato di moltipliche: la velocità di ogni processore è data dal prodotto tra la velocità di bus (quindi la frequenza con la quale il processore può comunicare con la scheda madre) e un moltiplicatore. La velocità di bus solitamente è di 66 Mhz, nei PII 350 o superiori è di 100 mhz. Il valore si può modificare o attraverso dei jumper presenti sulla piastra madre o via bios (se supportato). La velocità del bus PCI è metà della velocità di bus se questa è sotto i 100 Mhz, altrimenti è di un terzo della stessa.Il moltiplicatore moltiplica per x volte la velocità di bus. Questo può essere aumentato o diminuito allo stesso modo della velocità del bus.
Riprendiamo in esame le figure 1 e 2:


La prima scheda in questione è una ATX e, come si può ben vedere, è una motherboard biprocessore con due slot one. La seconda è una AT con socket 7. Probabilmente nel secondo caso, se quindi possedete una scheda con socket 7, una volta aperto il case non vedrete a colpo d' occhio il processore. Questo accade perchè sopra di esso viene montata una ventolina. Ciò accade anche nel caso dei PII. Quest' ultimo infatti è solo una sottile scheda: tutto il resto è occupato dalla ventolina di raffreddamento e se c'è da un dissipatore (che serve appunto per dissipare il calore). Prima di prendere in esame tutti i principali processori, è opportuno puntualizzare il significato di memoria cache. Questa è un tipo di memoria RAM molto veloce (solitamente con timing rate non superiore a 10 ns) e serve per velocizzare la trasmissione dei dati tra memoria e processore. La memoria cache può essere di pimo livello (sempre integrata sul processore e può essere divisa in due, una per le istruzioni, l'altra per i dati) o di secondo livello (a seconda del processore si può trovare sulla scheda madre e viaggia alla velocità di bus o nel SEC della cpu). Vediamo ora i processori più comuni presenti sul mercato:

Intel Pentium
AMD K5
Cyrix 6x86
Intel Pentium MMX
Intel Pentium Pro
AMD K6
Cyrix 6x86MX
Intel Pentium II
Intel Celeron
Intel Mendocino
Pentium III


Intel Pentium:
Vanno montati sul socket 7 (quindi in una scheda tipo quella di figura 2). Hanno 16Kb di cache di pirmo livello (8Kb per le istruzioni, 8Kb per i dati) Esistono Pentium a 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 e 200 Mhz. La velocità del bus è di 60 Mhz (quindi il bus PCI viaggia a 30 Mhz) nei Pentium 60, 90 e 150 Mhz; è di 50 Mhz nel Pentium 75. Per gli altri la velocità è di 66 Mhz.
AMD K5:
Non è dotato delle istruzioni MMX. Si monta su piastra madre con zoccolo socket 7. Costa quasi la metà di un processore Intel equivalente ma ha prestazioni analoche.Non molto performante nei calcoli in virgola mobile. Esistono K5 a 75, 90, 100, 120, 133 e 166 Mhz. Il K5 90 e 120 utilizzano una velocità di bus di 60 Mhz, il K5 75 a 50 Mhz. Tutti gli altri hanno il bus a 66 Mhz.
Cyrix 6x86:
Viene montato su socket 7, sviluppa molto calore. Raggiunge ottime prestazioni.Poco performante nei calcoli in virgola mobile.Cache di 1° livello di 16 Kb unificata per istruzioni e dati. Esistono modelli a 120, 133, 150 ,166 e 200 Mhz. Tutti i modelli hanno il moltiplicatore 2, cambia quindi solo la velocità di bus.
Intel Pentium MMX:
Questo processore di innovativo possiede in più rispetto al proprio predecessore le 57 istruzioni MMX. Queste, se supportate dal programma, aiutano l' FPU (Floating Point Unit, unità di calcolo in virgola mobile) nei calcoli tra numeri non interi. La cache di primo livello è di 32 Kb (16 Kb per le istruzioni, 16 Kb per i dati) Necessita di una scheda madre che lo supporta dato che questo processore necessita di una doppia alimentazione (2.8v per il core della cpu, 3.3v per i piedini e per la parte relativa all' input/output) Va montato quindi su scheda madre con socket 7. Esistono Pentium MMX da 166, 200 e 233 Mhz. Tutti hanno il bus a 66 Mhz.
Intel Pentium Pro:
Va montato su una scheda madre apposita con socket 8. E' il primo processore detto di 6° generazione Funziona a 3.3v Presenta una cache di primo livello di 16Kb e una di secondo livello direttamente integrata sul processore di 256 o 512 Kb (dipende dai modelli) che viaggia alla stessa velocità di clock. A causa dell' elevato numero di transistor e dell' alta potenza assorbita (35 W massimi nella versione a 200 Mhz) sviluppa un elevato calore. E' molto adatto in configurazioni multiprocessore.
AMD K6:
Il K6 ha molte caratteristiche simili a Pentium MMX e Pentium Pro sebbene li riesca a superare per quanto riguarda le prestazioni.Ha costo molto inferiore (fino al 25%) rispetto ai corrispondenti processori Intel. Va montato su scheda madre con socket 7. Ha le 57 istruzioni MMX. Ha una cache di primo livello di 64 Kb, 16 Kb per i dati e 16 Kb per le istruzioni.Sono in commercio K6 a 166, 200 e 233 Mhz, tutti con velocità di bus di 66 Mhz. Il K6 2 3DNow! possiede le 21 istruzioni 3dnow! che equivalgono a quelle MMX. Vale il solito ragionamento: se si è in possesso di software ottimizzato si può ricavare un ottimo incremento di prestazioni. Ma come è successo per le istruzioni MMX i programmi ottimizzati per utilizzare questa funzione sono pochissimi.
Cyrix 6x86MX:
Va montato su socket 7. Ha una cache di secondo livello di 64 Kb unificata sia per i dati sia per le istruzioni. E' dotato delle istruzioni MMX. Non è per niente performante nei calcoli in virgola mobile. Un Cyrix 188 Mhz supera il K6 233 Mhz e il PII 233 Mhz per quanto riguarda le prestazioni generali. Sono in commercio processori a 150, 166 e 188 Mhz. Gli ultimi due supportano anche una velocità di bus di 75 Mhz raggiungendo rispettivamente i 166 e 200 Mhz. Prezzo molto basso.

Intel Pentium II:
Va montato su scheda provvista di Slot One (come quella in figura 1). E' dotato delle 57 istruzioni MMX. E' montato dentro una "custodia" di plastica, non di ceramica come i processori per socket 7. Ha una memoria cache di primo livello di 32 Kb e una di secondo livello di 512 Kb montata direttamente nella SEC del processore e viaggia alla metà della velocità di clock Esistono PII a 166, 200, 233, 266, 300, 333, 350, 400 e 450 Mhz. I modelli a 350, 400 e 450 Mhz hanno il bus a 100 Mhz.
Intel Celeron:
Va montato su scheda madre provvista di Slot One. E' dotato delle 57 istruzioni MMX. E' molto simile al PII classico ma si differenzia da quest' ultimo per un costo decisamente inferiore e per non possedere la memoria cache di 2° livello. Questo non porta nessuno svantaggio se si utilizza il computer per i giochi (infatti il Celeron ha la stessa FPU del PII classico) ma penalizza il sistema in tutti gli altri casi. Il Celeron non si presenta racchiuso nel contenitore di plastica come i PII classici.
Intel Mendocino:
Va montato su scheda madre provvista di Slot One. E' dotato delle 57 istruzioni MMX. E' molto simile al Celeron ma Intel con questo processore ha cercato di porre riparo al problema della mancanza di cache di secondo livello. Infatti il mendocino monta una cache di 128 Kb sul processore che viaggia alla velocità di clock. Questo porta un sistema con mendocino a raggiungere prestazioni molto simili ad uno con PII classico. Dato che questa memoria viaggia alla stessa velocità di clock, permette un overclock più facile. Infatti i PII venivano molto limitati dal fatto che la cache di 2° livello viaggiasse alla metà della velocità di clock. Non si deve dimenticare che il mendocino, come tutti i nuovi processori della Intel, ha il moltiplicatore bloccato sia verso l'alto sia verso il basso.

Pentium III
Uscito a febbraio 1999 è l'ultimo nato in casa Intel. E' disponibile con frequenza a 450 e 500 Mhz.E' dotato delle istruzioni Katmai dedicate alle applicazioni audio e video e migliorando i calcoli in virgola mobile.Miglioramento nella decompressione di immagini di tipo MPEG-2 (funzionanti anche senza scheda apposita se il programma supporta le istruzioni Katmai). E' identificato da un numero di serie univoco Bus a 100 Mhz costi ancora elevati.
Overclock
Una domanda sorge spontanea: posso aumentare la velocità di bus o il moltipicatore per avere un computer più veloce? Certo! Si tratta appunto di una pratica di overclock. Non bisogna dimenticare che questo non è sempre possibile e non porta sempre ai risultati sperati. Questo può avvenire per svariati motivi:
I processori di ultima generazione hanno il moltiplicatore bloccato sia verso l'alto sia verso il basso e rendono quasi impossibile agire su di esso. Si deve agire quindi solo sulla velocità del bus.Un aumento eccessivo della velocità può provocare danni irreparabili alla cpu o ad altri componenti Hardware dato che con un aumento del bus da 66 a 83 porta tutte le periferiche a dover viaggiare ad una velocità di 41.5 Mhz, provocandone nel caso si una scheda video il surriscaldamento, nel caso della Ram errori di protezione e nel caso di un Hard Disk la corruzione della FAT (File Allocation Table, dove vi è memorizzato su quale/i cluster è presente un file) e anche danni irreparabili al componente. L'eccessivo surriscaldarsi della CPU, alla lunga può provocare il fenomeno dell' elettromigrazione. Infatti per ottenere un overclock stabile, vi è spesso la necessità di aumentare il voltaggio del processore stesso. Questa modifica porta un flusso maggiore di elettroni all' interno delle piste di silicio provocandone alla lunga la rottura. A questo punto risulta impossibile da riparare e si è costretti a buttare via il processore.
Evidentemente aumentando la frequenza del bus si possono ottenere risultati più soddisfacenti: infatti in questo modo tutte le periferiche che dipendono da questa velocità sono costrette a viaggiare alla velocità che decidete voi. Per questo, per venire a capo di un buon overclock ci si deve innanzi tutto premunire di una scheda madre di marca, di un Hard Disk che riesca a viaggiare a velocità superiori a quelle per le quali è stato progettato, di Ram con un basso Timing rate e un generoso sistema di raffreddamento.
FPU
Manca solo un punto da trattare per quanto riguarda l'architettura di un microprocessore: L' FPU (Floating Point Unit, unità di calcolo in virgola mobile). Sin dai 80486 l' allora denominato coprocessore matematico era presente. Questo particolare componente del processore è di fondamentale importanza dato che esegue tutti i calcoli tra numeri non interi. Intel in questo campo è al 1° posto dato che i suoi processori battono i rispettivi concorrenti di AMD e Cyrix. Il pregio di avere una buona FPU porta i maggiori vantaggi nei giochi tridimensionali e nei programmi di fotoritocco.

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