ARCHITETTURA DI UN PERSONAL COMPUTER

1. Il CASE: cassa metallica a parallelepipedo (vedi figura) contiene l'alimentatore, l'elettronica, il processore, la memoria e i dischi.
2. Le UNITA' DI INPUT: tastiera e mouse
3. Le UNITA' DI OUTPUT: monitor e stampante

Il CASE contiene un alimentatore dotato di ventola di raffreddamento che alimenta i componenti interni del PC, questi sono:

• La PIASTRA MADRE (motherboard) che contiene l'elettronica fondamentale, il chip della memoria ROM che contiene il BIOS (Basic Input Output System) e ospita nei suoi SLOT (alloggiamenti) di espansione tutti gli altri componenti ed in particolare:
• Il MICROPROCESSORE, detto anche CPU (Central Processing Unit), il cervello del computer, esegue i calcoli in numeri binari. Ogni cosa che vi appare sullo schermo è frutto di un calcolo più o meno complesso del vostro processore; (per approfondimenti consultare l'apposita sezione).
• La MEMORIA RAM: (Random Access Memory) memoria composta di moduli di 4, 8, 16, 32, 64 e più Megabyte ove il processore opera i suoi calcoli leggendo e scrivendo dati. Detta anche memoria volatile in quanto quando spegnendo il computer i dati presenti in essa sono cancellati.
• La SCHEDA VIDEO: Essa si occupa di inviare il segnale video al Monitor per la visualizzazione di testo e grafica, dispone di un proprio processore che nei vecchi modelli svolgeva la sola funzione di trasmettitore di segnale e veniva definito Frame-Buffer. Questo processore gestiva anche una memoria propria installata sulla scheda video definita appunto Memoria Video o VRAM in genere da 0.5 a 2 Megabyte. Dall'avvento dei sistemi operativi grafici (Windows 3.0, 3.1 e 95) però le case costruttrici hanno fatto si che il chip video elaborasse informazioni alla stregua di un coprocessore, si parla da qui in poi di Accelleratore Grafico. Gli attuali Accelleratori Grafici gestiscono una memoria video di grandi dimensioni (da 2 a 32 megabyte) ed hanno raggiunto prestazioni tali che una scheda video attuale può essere considerata un computer nel computer e pertanto le prestazioni della stessa sono molto importanti affinche il computer globalmente sia veloce. Voi potete acquistare un costoso computer con un processore velocissimo, con molta memoria RAM e un disco fisso altrettanto capiente e veloce ma se la scheda video è lenta qualsiasi applicativo farete funzionare sarà rallentato da essa, questo in termine tecnico si chiama Collo di Bottiglia.
• I DISCHI: detti anche memoria di massa, sono il DISCO RIGIDO (Hard Disk) il disco Floppy ed eventualmente i dischi Rimovibili (ZIP), hanno il compito di stoccare i dati su un supporto fisso in modo che spegnendo il computer essi non vadano persi. Hanno una velocità di accesso notevolmente più bassa rispetto alla memoria RAM (millisecondi contro nanosecondi) ma hanno una capacità di contenere dati in relazione molto superiore. (Gigabyte contro Megabyte) con un costo quindi molto più favorevole.

Le UNITA' DI INPUT: ossia unità di ingresso per i dati, per comunicare dati al computer, digitando numeri e caratteri.

• La tastiera: dispositivo che simula una macchina da scrivere per inviare dati al computer.
• Il mouse: dispositivo optomeccanico che serve per spostare il puntatore (freccietta) animato sullo schermo. Altre unità meno diffuse sono come il trackball, la penna ottica e la tavoletta grafica.
• Lo SCANNER: dispositivo che serve per trasmettere al computer in formato digitale immagini e testi, funziona con lo stesso principio di una fotocopiatrice.

Le UNITA' DI OUTPUT: unità per i dati in uscita, servono affinché il computer possa trasmetterci il risultato delle sue elaborazioni:

• Il MONITOR: visualizza in formato testo o grafico l'elaborazione del processore sui dati da noi inseriti
• La STAMPANTE: riporta su carta la visualizzazione

Gli attuali calcolatori digitali, benché siano tutti concettualmente simili, possono essere classificati in diverse categorie in base al costo e alle prestazioni: i personal computer o microcomputer sono macchine di costo relativamente ridotto e di dimensioni adatte, di norma, a una scrivania (ma ve ne sono ormai delle dimensioni di un libro); le workstation (stazioni di lavoro) sono computer con prestazioni grafiche e di comunicazione avanzate, particolarmente util 545b14f i nel lavoro d'ufficio e spesso collegati in rete locale o estesa; i minicomputer sono macchine di dimensioni maggiori, in genere troppo costose per l'uso personale, con potenzialità sufficienti per un'azienda, una scuola o un laboratorio; infine i mainframe computer sono macchine assai costose, in grado di soddisfare le esigenze di una grande impresa commerciale, di un ministero, di un centro di ricerca scientifica, o di altre strutture simili (i più grandi e veloci tra questi sono detti supercomputer).

In un computer digitale possono essere distinti cinque elementi:

1. una unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit);
2. i dispositivi di ingresso
3. i dispositivi di memoria
4. i dispositivi di uscita

una rete di comunicazione, detta bus, che collega tutti gli elementi del sistema e permette a questo di comunicare con l'esterno.

Parte seconda; il Software: è composto da:

1. SISTEMA OPERATIVO: è il programma principale, occorre come base per far funzionare tutti gli altri programmi. Quando un computer viene acceso come prima cosa carica in memoria il sistema operativo che è stoccato sul disco fisso. Esso governa la gestione della memoria e le periferiche (tastiera, monitor, stampanti ...), la temporizzazione del microprocessore e la destinazione dello spazio sui dischi. Esempi di sistemi operativi sono:

• il DOS (Disk Operativing System), sistema operativo a linea di comando, si digita un comando (come ad esempio DIR) o il nome di un programma ed il computer lo esegue.
• Il WINDOWS (sistema operativo grafico a finestre ed icone) nelle sue varie versioni Windows 3.1, Windows 95, Windows 98, Windows NT. In questo S.O. si opera con un puntatore animato che va ad azionare programmi rappresentati da icone. Ingloba anche una emulazione del DOS. Prodotto da Microsoft.
• Unix, sistema operativo linea di comando ora aggiornato alla grafica con le nuove versioni (X-Windows), fu il primo sistema operativo a consentire il funzionamento di più programmi contemporaneamente ma è attualmente afflitto da una differenziazione di versioni (dialetti Unix) tutte incompatibili tra di loro prodotte dalle varie case produttrici di software (Novell, IBM ecc.) che ne hanno seriamente minato la esistenza e la utilizzabilità. E' comunque tuttora usato nelle Workstation.
• OS2, sistema operativo grafico a finestre ed icone, simile a Windows, prodotto da IBM che con questo prodotto intendeva dominare il mercato del Software: si è rivelato uno dei fallimenti più grandi della pur prestigiosa casa di Redmond a causa della sua incompatibilità con diverse schede video, audio ed altri dispositivi ma soprattutto perché le case produttrici di programmi software si rifiutarono di sviluppare applicativi per questo prodotto. La stessa IBM ha abbandonato questo sistema operativo.
• Sistemi operativi proprietari come OS400, VM, ed altri sono usati tipicamente nei Minicomputer e nei Mainframe ossia elaboratori di grandi dimensioni incaricati solitamente di gestire ambienti di tipo dipartimentale o militare con una sicurezza nella gestione e riservatezza dei dati superiore.

PROGRAMMI APPLICATIVI: Il programma applicativo è quel qualcosa che permette all'utente di interagire con il computer passando tramite il sistema operativo. Un programma di videoscrittura come il Word o un foglio di calcolo come Excel sono programmi applicativi. Nel vostro uso quotidiano del PC voi userete solo programmi applicativi. Anche un videogioco è un programma applicativo. Un programma applicativo realizzato per un sistema operativo (a parte rari casi) non funziona su di un altro di cui non rappresenti una estensione o aggiornamento.

In dettaglio:

Unità centrale (CPU)

L'unità centrale di elaborazione può essere realizzata con un solo integrato o con più integrati collegati, e svolge operazioni aritmetiche e logiche, oltre a temporizzare e comandare le operazioni di tutti gli altri elementi del sistema. Le tecniche di miniaturizzazione e integrazione hanno reso possibile lo sviluppo della CPU su un chip singolo, o in altre parole del microprocessore, che contiene anche circuiti ausiliari e memoria. Ne sono derivati computer più piccoli e una riduzione della circuiteria di supporto. I microprocessori sono presenti nella maggior parte degli attuali personal.

La maggior parte delle CPU e dei microprocessori è composta da quattro sezioni: 1) un'unità aritmetico/logica (ALU, Arithmetic/Logic Unit); 2) alcuni registri; 3) una sezione di controllo; 4) un bus interno. L'ALU è la sede delle capacità di calcolo, e svolge operazioni aritmetiche e logiche. I registri sono spazi di memoria temporanei che conservano i dati e gli indirizzi delle istruzioni, i risultati delle operazioni e le locazioni in cui queste informazioni vanno archiviate. La sezione di controllo svolge tre funzioni principali: temporizza e regola le operazioni dell'intero sistema; per mezzo di un decodificatore di istruzioni, legge le relative combinazioni in un apposito registro, le riconosce e produce le azioni necessarie per la loro esecuzione; infine, mediante l'unità di interrupt (interruzione) stabilisce l'ordine in cui i diversi dispositivi del sistema possono utilizzare le risorse della CPU e regola gli intervalli di tempo di lavoro che la CPU stessa deve destinare a ciascuna operazione.

L'ultimo elemento strutturale di una CPU o di un microprocessore è il bus interno, una rete di linee di comunicazione che collegano le varie parti del processore tra loro e ai terminali esterni. Una CPU ha tre diversi tipi di bus: 1) un bus di controllo, costituito da linee che ricevono segnali dall'esterno e da altre che trasportano all'esterno i segnali di controllo prodotti dalla CPU; 2) il bus degli indirizzi, unidirezionale, che trasporta i segnali per la selezione delle locazioni di memoria; 3) il bus dei dati, bidirezionale, per portare alla CPU i dati letti in memoria e per portare alla memoria nuovi dati.

Dispositivi di ingresso

Questi dispositivi permettono all'utente di inviare alla CPU dati, comandi e programmi. Il più comune tra essi è la tastiera, simile a quella di una macchina da scrivere, che trasforma ciascun carattere battuto in una combinazione di bit riconoscibile dal computer. Altri dispositivi di ingresso sono le penne ottiche, che trasferiscono al computer informazioni tramite tavolette grafiche; i joystick e i mouse, che comandano il movimento di un cursore sullo schermo mediante un analogo effettivo movimento del dispositivo; gli scanner ottici, che "leggono" parole e simboli su una pagina stampata e li "traducono" in sequenze di bit elaborabili o memorizzabili da un computer; infine, i riconoscitori vocali, che traducono in segnali digitali le parole pronunciate dall'operatore. Anche i dispositivi di memoria possono essere usati per trasferire dati verso l'unità di elaborazione.

Dispositivi di memoria

I sistemi di calcolo possono immagazzinare dati sia internamente (nella memoria di lavoro), sia esternamente (nelle memorie di massa). Le memorie di lavoro contengono dati temporanei e sono costituite da RAM (Random Access Memory, memoria ad accesso casuale) integrate, montate direttamente sulla scheda principale del computer oppure su schede aggiuntive (espansioni) inserite nella principale mediante appositi connettori. Una RAM integrata contiene anche più di un milione di circuiti elementari a transistor il cui stato (binario) può essere imposto mediante comandi elettrici. In assenza di comandi, le RAM chiamate "statiche" mantengono i loro dati inalterati finché l'integrato viene alimentato (cioè finché gli viene fornita energia elettrica tramite un generatore); nelle RAM dette "dinamiche", invece, i dati devono essere periodicamente letti e riscritti per non essere persi (questa operazione, detta "rinfresco", deve essere eseguita a intervalli che non superano i due millisecondi circa).

Le memorie ROM (Read-Only Memory, memoria di sola lettura) contengono circuiti elementari il cui stato non può essere variato con comandi esterni e viene fissato in fase di costruzione; su queste memorie, non cancellabili, sono raccolti comandi, dati e programmi necessari al corretto funzionamento del computer. Le RAM, dunque, possono essere scritte, cancellate e riscritte senza limitazioni (e si cancellano spegnendo il computer), mentre il contenuto delle ROM è permanente e può solo essere letto. Entrambe le memorie sono collegate alla CPU.

Le memorie di massa possono far parte del computer come unità fisica, ma non risiedono sulla sua scheda principale. Questi dispositivi immagazzinano i dati in forma di alterazioni dello stato magnetico di un supporto sensibile, come il nastro di un registratore o, più comunemente, un disco rivestito da un sottile strato di materiale magnetico. I tipi più comuni di dispositivi esterni di memoria sono i floppy disk e gli hard disk, mentre la maggior parte dei grandi sistemi di calcolo usa unità di memoria con banchi di nastri magnetici. I floppy disk possono contenere da qualche centinaio di migliaia a oltre un milione di byte, secondo il sistema che li impiega. Gli hard disk (dischi "rigidi" o "fissi") non possono essere estratti dal loro alloggiamento nel circuito che li pilota e che contiene i dispositivi di lettura e scrittura dei dati sulle superfici magnetizzate. Essi possono contenere da parecchi milioni a oltre un miliardo di byte. I CD-ROM, che impiegano tecnologie simili a quelle dei compact disc (CD) per riproduzioni audio, permettono di raggiungere capacità di memoria di diversi miliardi di byte.

Hardware:

In generale un elaboratore può essere schematizzato come segue:

 L'Unità di elaborazione, detta Unità Centrale, è l'elemento fondamentale del calcolatore, la parte più complessa dove avvengono le elaborazioni.

Essa è costituita da:

un processore o CPU (Central Processing Unit), è la componente che svolge tutti i calcoli e decide la sequenza delle operazioni da eseguire, è composta da una:

Unità Logico-Aritmetica, Arithmetic and Logic Unit, (ALU); questa esegue le operazioni aritmetiche e logiche sui dati;

Unità di Controllo o governo, Control Unit, (CU), predispone e controlla la registrazione dei dati in ingresso, decodifica le istruzioni memorizzate per attivare i corrispondenti circuiti dell'unità di esecuzione (ALU), gestisce la memorizzazione dei dati elaborati e l'uscita dei risultati delle operazioni.

Nota: comanda l'esecuzione di una particolare operazione tra tutte quelle a disposizione nella ALU, attivando di volta in volta quella richiesta dalle istruzioni del programma. Questa unità esegue iterativamente il seguente processo composto dalle seguenti tre fasi:

Fase di fetch: prelevamento di una istruzione dalla memoria centrale, con una lettura non distruttiva.

Fase di decodifica: individuazione delle operazioni richieste dall'istruzione prelevata.

Fase di esecuzione: a seconda dell'istruzione, generazione di segnali alla ALU per attivare l'opportuna operazione ed eventuale lettura di altri dati dalla memoria centrale.

una Memoria Centrale, in cui risiedono le sequenze di istruzioni da eseguire e i dati da elaborare o ricavate dal processore per essere stampate, visualizzate, ecc.

i controller, ai quali è demandato il controllo dei dispositivi esterni;

i bus di comunicazione, che interconnettono le componenti dell'unità centrale.

memorie di massa: costituiscono la memoria "ausiliaria" dell'elaboratore ed è un'estensione della memoria centrale;

dispositivi di Input/Output, sono dei dispositivi che consentono all'unità centrale di comunicare con l'esterno;

dispositivi di comunicazione, consentono ai calcolatori lo scambio di informazioni con altri computer.

Componenti hardware.

RAM
ROM
ULA
UC
Controller
BUS

Bus di dati
Bus indirizzi
Bus controllo

Hard Disk
Floppy disk
CD Rom
DVD
Videodisco
ZIP / Jazz

Tastiera
Mouse
Penna ottica
Scanner
Speach card (scheda vocale)
Monitor
Stampante
Plotter

ROM Shadowing:

Tecnica consistente nel copiare il contenuto di una ROM in RAM, allo scopo di aumentarne la velocita' di lettura.
Per accedere ai dispositivi fisici, e' necessario utilizzare routine a basso livello, in grado di comandare direttamente l'hardware (BIOS). Queste routine possono essere integrate nel Sistema Operativo (come avviene per molti dei più recenti S.O.), ma, per "alleggerire" il sistema operativo stesso e renderlo meno dipendente dell'hardware, la maggior parte di esse vengono anche fornite su ROM.
C'e' quindi una ROM contenente le routine principali di sistema (Main System ROM BIOS), che permette il controllo dei dispositivi di Input/Output quali dischi, porte seriali e parallele, funzionalita' base del video, più dispositivi a basso livello quali il timer ecc., una ROM conenente le routine per la tastiera (a volte integrate nel Main System BIOS), e le ROM aggiuntive poste a bordo delle schede, contenenti le routine per l'accesso a quella particolare periferica (es: Video BIOS).
Purtroppo, la ROM e' caratterizzata da un tempo di accesso piuttosto elevato (da due a tre volte superiore a quello di una RAM), e cio' può penalizzare le prestazioni del sistema, quando questo debba accedere frequentemente alle routine dei BIOS. Viene allora adottata le tecnica del ROM-Shadowing, che consiste nel copiare nella RAM di sistema il contenuto di una o più ROM, rimappando opportunamente gli indirizzi. In questo modo, ogni volta che il sistema operativo richiede una routine contenuta in quella ROM, l'accesso avviene invece dalla più veloce RAM. Questo procedimento comporta una diminuzione della quantita' di RAM disponibile (parte verra' appunto occupata dal contenuto delle ROM), percio' occorre valutare bene quali ROM convenga sottoporre a shadowing.

La piastra madre e la CPU  

All'interno del cabinet, la prima componente che dovrebbe attirare la nostra attenzione è una vasta piastra piena di componenti elettroniche di tutti i tipi. Si tratta della cosiddetta piastra madre, la scheda che raccoglie in maniera efficiente e compatta la maggior parte delle componenti fondamentali di ogni computer: il microprocessore, che costituisce il vero 'cervello' del computer, e poi la memoria, le porte di comunicazione, e così via. Per capire come è fatta una piastra madre, possiamo aiutarci con le figure seguenti (che rappresentano una tipica piastra madre del 1999).

La prima e più importante componente della piastra madre è il microprocessore, ovvero la cosiddetta CPU (Central Processing Unit). Per essere esatti, microprocessore e CPU non sono proprio la stessa cosa: parliamo di microprocessore quando ci riferiamo all'oggetto fisico che si trova nel nostro computer (e ormai anche in moltissimi altri dispositivi, dalle automobili ai televisori, dalle macchine fotografiche agli impianti HI-FI.), mentre quello di CPU, ovvero di unità di elaborazione centrale, è soprattutto un concetto logico-funzionale. Concretamente, comunque, la CPU è per così dire 'incarnata' dentro un microprocessore (magari insieme ad alcune componenti aggiuntive), e nella maggior parte dei contesti i due termini possono essere usati in maniera quasi intercambiabile.

Ma cosa fa la CPU? La CPU corrisponde un po' alla 'fabbrica' che lavora sulle informazioni, o meglio, alla catena di montaggio di questa fabbrica. Essa infatti lavora per lo più trasferendo (copiando) informazioni in formato digitale dalla memoria del computer a dei piccoli 'scaffali di lavoro' disponibili al suo interno, i cosiddetti registri; leggendo quindi i valori che trova nei registri, modificandoli se necessario in base alle regole previste dal programma che sta eseguendo, e quindi trasferendo nuovamente nella memoria i valori eventualmente modificati. Fra i registri dei quali dispone la CPU, ve ne saranno alcuni destinati a contenere i dati sui quali il processore sta lavorando, altri che conterranno - sempre in forma codificata - le istruzioni che il processore deve eseguire, mentre un registro 'contatore' si occuperà di controllare l'ordine con il quale vengono eseguite le istruzioni del programma, tenendo nota di quale istruzione il processore sta eseguendo in quel determinato momento.

Molte istruzioni di programma richiedono l'intervento di una componente particolarmente importante della CPU, l'Unità Aritmetico-Logica o ALU: come dice il suo nome, la ALU compie le principali operazioni aritmetiche e logiche (ad esempio, somma numeri binari, confronta due valori, o controlla se alcune condizioni previste dal programma siano o no soddisfatte).

Abbiamo accennato alla necessità di disporre di registri per i dati, e di registri per le istruzioni e per il contatore (questi ultimi faranno parte della cosiddetta unità di controllo, il sottosistema della CPU che deve identificare e controllare l'esecuzione di un'istruzione). Abbiamo parlato anche della unità aritmetico-logica, la ALU. Resta da ricordare che i bit che vanno avanti e indietro dai registri e sui quali lavorano l'unità di controllo e la ALU hanno naturalmente bisogno di canali attraverso cui viaggiare: si tratta dei cosiddetti bus; l'architettura di un computer dovrà naturalmente prevedere diversi tipi di bus per lo scambio di dati: alcuni interni alla CPU, altri fra la CPU e le altre componenti del computer. I bus di dati sono strade di comunicazione assai trafficate, e l'efficienza e la velocità di un computer dipenderanno anche dalla loro 'portata': un numero maggiore di 'corsie' permetterà di far viaggiare contemporaneamente più bit, e migliorerà la velocità del sistema.

Quanto abbiamo detto finora non basta certo a dare una rappresentazione completa e rigorosa del lavoro interno alla CPU, ma speriamo possa fornirne almeno un'idea: nel cuore del nostro computer lavora un'attivissima fabbrica impegnata nella continua elaborazione di dati in formato binario (rappresentati cioè da lunghe catene di '0' e '1'); attraverso le vie di comunicazione costituite dai bus, la materia prima arriva dall'esterno sotto forma di dati binari in entrata; viene poi 'lavorata' in accordo con le istruzioni del programma, e viene infine nuovamente 'spedita' verso l'esterno. Resta da dire che i ritmi di lavoro della fabbrica sono scanditi dall'orologio della CPU (più 'veloce' è questo orologio, più rapidamente vengono eseguiti i compiti richiesti), e che le capacità di elaborazione della fabbrica dipendono direttamente dall'insieme di istruzioni che il processore può riconoscere ed eseguire: ogni programma costruito per essere eseguito da un particolare processore deve essere basato su comandi tratti dal relativo 'set di istruzioni'.

Anche chi non utilizza normalmente un computer sa probabilmente che per identificare le caratteristiche di questa o di quella macchina si utilizzano spesso e volentieri sigle piuttosto arcane: Pentium III 500, Celeron 233, PowerPC G3, e chi più ne ha più ne metta. Ebbene, non di rado le sigle che trovate associate ai diversi computer indicano, oltre al nome del processore, la sua 'frequenza di clock', ovvero la sua 'velocità', espressa in megahertz. Il processore al momento più diffuso è il Pentium della Intel. E un Pentium II 200 avrà un orologio interno che cammina alla velocità di 200 megahertz, e sarà un po' più lento di un Pentium II 300, e parecchio più lento di un Pentium II 400.

Nel corso del tempo, la frequenza di clock dei processori è andata continuamente aumentando: pensate che i processori dei primi personal computer IBM avevano una frequenza di clock di poco superiore a 4 megahertz, mentre oggi non è infrequente trovare processori con frequenza di clock pari a 500 megahertz o superiore.

Naturalmente, il fatto che la CPU lavori così velocemente porta anche dei problemi: ad esempio, le CPU di oggi, lavorando a una frequenza molto alta ('molto velocemente'), sviluppano anche molto calore. Ed ecco che diventa essenziale 'raffreddare' le CPU; un sistema spesso usato è quello della sovrapposizione alla CPU stessa di una piccola ventola a motore. Altrimenti? Altrimenti, surriscaldata, la CPU potrebbe lavorare male, o guastarsi del tutto.

Abbiamo parlato della 'frequenza di clock' come di uno degli indici della velocità di un processore. Ma ricordiamo che la potenza effettiva di un processore non dipende solo dalla sua frequenza di clock. Dipende anche dal numero e dal tipo di istruzioni che il processore è in grado di eseguire.

Abbiamo detto che la CPU è la più importante fra le componenti che troviamo sulla piastra madre. Ma dove si trova la CPU? Nella piastra madre rappresentata dalla Figura 2, essa viene inserita nella fessura (slot) situata in alto a destra e marcata come slot one. In altre piastre madri, la CPU può essere invece inserita in un apposito alloggiamento (socket) orizzontale, in genere di forma quadrata. Alcune piastre madri permettono di alloggiare due CPU, che si divideranno il lavoro migliorando le prestazioni del computer. Il fatto che la CPU non sia saldata alla piastra madre, ma inserita in un apposito slot permette all'occorrenza di sostituirla, magari con un modello più recente (che in questo caso dovrà però essere progettato in modo da adattarsi allo slot già esistente).

Le 'porte' della piastra madre

Sopra lo slot nel quale alloggia la CPU, troviamo le porte di comunicazione verso l'esterno; attraverso di esse, i dati possono raggiungere periferiche come stampante, tastiera, mouse, schermo, modem (e magari per questa via altri computer collegati alla rete Internet) e così via.

Le porte che vedete indicate sono la porta parallela (utilizzata in genere per il collegamento di una stampante, e per i modelli più economici di scanner) e quella seriale (alla quale possono essere collegati modem, mouse e altri dispositivi), la porta USB (Universal Serial Bus) che costituisce un'alternativa recente e più veloce alla porta seriale, e permette di collegare 'a cascata' molteplici periferiche (fra l'altro schermo, telecamere, scanner, mouse, tastiere.), e la porta PS/2, usata spesso per il collegamento del mouse. Naturalmente, queste porte sono collegate alla CPU attraverso bus di dati che 'corrono' lungo la piastra madre; per evitare una eccessiva confusione dello schema, nell'immagine i bus di dati non sono evidenziati, ma dovete pensare a tutta la piastra madre come percorsa da una fitta ragnatela di strade di comunicazione che ne collegano le diverse componenti.

Sotto lo slot del processore troviamo il chip di controllo della AGP (Accelerated Graphic Port); la AGP è un canale dedicato a far circolare in maniera veloce unicamente i dati grafici. Le applicazioni multimediali più recenti - e soprattutto i giochi, particolarmente 'affamati' di grafica ricca e dettagliata - richiedono infatti la generazione e l'aggiornamento continuo delle immagini inviate allo schermo. Ecco allora che un canale dedicato esclusivamente al passaggio dei dati grafici può rivelarsi prezioso, specialmente se affiancato da una buona scheda grafica in grado di aiutare la CPU nella loro gestione.

A fianco della AGP, nella parte superiore sinistra della piastra madre rappresentata nella Figura 2 troviamo degli altri slot, marcati come ISA e PCI: si tratta di alloggiamenti nei quali possono essere inserite schede di espansione (ad esempio schede sonore, grafiche, video, ecc.). Le sigle ISA e PCI identificano due standard diversi: lo standard PCI (Peripheral Component Interconnect) è più recente, e permette una comunicazione più veloce fra la scheda e la piastra madre; lo standard ISA (Industry Standard Architecture) è più antico, era già presente sui primi personal computer IBM, e pur se meno efficiente, proprio per la sua natura di standard diffuso ha continuato ad essere utilizzato negli anni successivi (spesso nella versione 'estesa' rappresentata dall'Extended ISA o EISA).

Memoria

Un'altra componente fondamentale della piastra madre sulla quale vale la pena di soffermarsi è la memoria. La CPU ha bisogno di memoria esterna, di molta memoria esterna sulla quale conservare (nel solito formato digitale!) i dati di lavoro, le istruzioni dei programmi che sta eseguendo, e così via. La memoria utilizzata dalla CPU può essere di vari tipi: memoria 'a portata di mano', disponibile sulla piastra madre, e alla quale è dunque possibile accedere, in lettura e scrittura, in maniera molto veloce, e memoria esterna alla piastra madre, sotto forma di dispositivi di memoria di massa come i floppy disk, i dischi rigidi, i CD-ROM, i DVD ecc.

Ci soffermeremo più avanti sulla memoria 'esterna'; per ora concentriamoci su quella direttamente innestata nella piastra madre. A sua volta, essa può essere di vari tipi; il deposito più capiente è quello rappresentato dalla cosiddetta RAM (Random Access Memory), dove mentre usiamo il computer viene conservata, momento per momento, la gran parte dei dati sui quali stiamo lavorando e delle istruzioni relative ai programmi che stiamo usando. Se ad esempio stiamo utilizzando un programma di videoscrittura, la RAM conterrà il testo che stiamo scrivendo (o una larga parte di esso) e i moduli fondamentali del programma che stiamo usando per scriverlo.

La RAM è una memoria volatile: i dati vengono conservati sotto forma di potenziali elettrici, e se spegniamo la spina (o se va via la corrente) vanno persi. Nello schema della Figura 2, la RAM viene inserita negli alloggiamenti (sockets) in basso a destra, subito sopra i connettori per disco rigido e lettore di floppy disk.

E' necessario però che sulla piastra madre sia presente, a disposizione della CPU, anche una parte di memoria non volatile, contenente una serie di informazioni fondamentali per il funzionamento del computer. Ad esempio, le informazioni su quali siano i dispositivi presenti sulla piastra madre, e su come comunicare con essi. Queste informazioni non possono essere date 'dall'esterno', perché senza di esse la stessa comunicazione con l'esterno è impossibile. Non possono nemmeno essere volatili, perché se lo fossero scomparirebbero al momento di spegnere il computer, e alla successiva riaccensione non sapremmo più come reinserirle, dato che il computer stesso non 'ricorderebbe' più come fare per comunicare con l'esterno.

Devono dunque essere a portata di mano, sulla piastra madre, e conservate da una memoria non volatile. Si tratta del cosiddetto BIOS, Basic Input-Output System. La memoria non volatile che conserva questi dati è in genere considerata memoria a sola lettura, o memoria ROM (Read Only Memory), anche se ormai questa denominazione è inesatta: si usano infatti sempre più spesso a questo scopo moduli di memoria non volatile 'aggiornabili' in caso di necessità (flash memory).

Nello schema della Figura 2, la memoria che contiene il BIOS si trova sulla sinistra, subito sotto gli slot ISA.

Talvolta, oltre al BIOS, nella memoria non volatile trovano posto anche veri e propri programmi; è il caso ad esempio di molti computer palmari della nuova generazione (si tratta dell'evoluzione delle cosiddette agendine elettroniche: pesanti qualche centinaio di grammi e in grado di essere portati in una tasca, i computer palmari di oggi sono molto più potenti dei personal computer di sei o sette anni fa). In questo caso, l'installazione in ROM del sistema operativo e dei principali programmi usati consente non solo di averli immediatamente a disposizione, senza aspettare i tempi necessari al loro caricamento da una memoria esterna, ma anche di ridurre il peso della macchina, dato che non servono dispositivi di memoria di massa come dischi rigidi o floppy disk dai quali altrimenti questi programmi dovrebbero essere caricati.

Dal momento che stiamo parlando di memoria, conviene aggiungere una annotazione: abbiamo visto come nella piastra madre trovino posto la RAM e la ROM del computer. Negli ultimi anni, tuttavia, si è diffusa l'abitudine a inserire una memoria autonoma di una certa ampiezza anche all'interno del microprocessore; questa memoria, detta memoria cache, trovandosi a portata diretta della CPU è ancor più veloce della RAM installata sulla piastra madre, ed è quindi in grado di migliorare ulteriormente le prestazioni del sistema.

Ma torniamo alle principali componenti che trovano posto nella piastra madre, per concludere il nostro rapido viaggio al suo interno. Non ci manca molto: resta da ricordare che sarà naturalmente necessario un collegamento che porti l'energia elettrica (power connector), e che sarà di norma presente anche una batteria tampone in grado di mantenere aggiornati alcuni dati essenziali (ad esempio la data e l'ora) anche a computer spento.

Misurare la memoria

Abbiamo parlato di memoria. Ma come si misura, la memoria di un computer? L'unità di misura fondamentale dell'informazione è il bit, che corrisponde alla quantità di informazione convogliata dalla scelta fra due sole alternative. Con un solo bit di memoria possiamo rappresentare, ad esempio, lo stato di un singolo interruttore (acceso o spento), o un carattere di un linguaggio composto da due soli simboli. Per fare cose un po' più interessanti serve molta più memoria! Il passo successivo è il byte, che corrisponde a una 'parola' composta da otto bit. Un byte può 'informarci' sulla scelta fra 2⁸ = 256 diverse alternative. Può quindi rappresentare ad esempio un carattere scelto da un alfabeto di 256 simboli, un numero intero compreso fra 0 e 255, un colore scelto da una 'tavolozza' di 256 colori diversi, e così via.

Le tabelle più diffuse di codifica dei caratteri, come la tabella Iso Latin 1, utilizzano proprio un byte per codificare un carattere. Un carattere di testo, dunque, 'pesa' normalmente un byte.

Quanto peserà, allora, una cartella di testo? Se supponiamo che la cartella comprenda circa 2000 battute, essa peserà circa 2000 byte.

Bit e byte sono unità di misura della quantità di informazione, e dato che la capacità di una memoria corrisponde appunto alla quantità di informazione che in essa può essere immagazzinata, bit e byte sono anche le unità di misura di base per esprimere la capacità di immagazzinamento (la 'dimensione') di una memoria. Man mano che le dimensioni delle memorie (e della quantità di informazione che vogliamo immagazzinarvi) crescono, tuttavia, diventa scomodo continuare a parlare utilizzando solo unità di misura 'piccole' come il bit e il byte.

Ecco allora che, proprio come accade per altre familiari unità di misura, anche in questo caso si fa ricorso a nomi specifici per indicare i principali multipli delle nostre familiari unità di base. A differenza di quanto accade ad esempio nel caso della lunghezza o del peso, tuttavia, nel caso della quantità di informazione non si usa, per la costruzione di queste unità di misura di livello superiore, il sistema decimale. Abbiamo visto infatti che nel campo del digitale è la numerazione binaria, non quella decimale, a fare da padrona. Ecco allora che il Kilobyte (abbreviato come Kb) non corrisponde a 1000 byte ma a 2¹⁰ = 1024 byte. 2 Kb di testo corrispondono dunque non a 2000, ma a 2048 caratteri (siamo comunque sempre vicini alle dimensioni di una cartella standard). Proseguendo nella scala, troviamo il Megabyte (Mb), che corrisponde a 1024 Kilobyte), e il Gigabyte (Gb), che corrisponde a 1024 Megabyte.

Dispositivi di memoria di massa

La memoria RAM interna al computer diventa sempre più ampia (sono ormai frequenti personal computer equipaggiati con 64 o 128 Mb di RAM), ma come abbiamo accennato si tratta di una memoria volatile, che non è dunque in grado di conservare in maniera permanente dati e programmi. Per quest'ultimo scopo, è bene disporre di depositi di memoria ancor più grandi, dato che vogliamo conservarvi tutti i programmi e tutti i dati che desideriamo avere a nostra disposizione, e non solo quelli che utilizziamo in un dato momento.