Per cominciare si consideri cos'è un computer. Detto in modo semplice, un computer, anche chiamato sistema di computo, è un dispositivo elettronico che riceve dati esterni (input) come numeri, testi o immagini e impiega una serie di istruzioni (un programma) per elaborare e trasformare i dati in un'informazione sensata in diversi formati (output).
Gli elementi che permettono ad un computer di funzionare vengono categorizzati grosso modo in due gruppi, hardware e software.
L'hardware si riferisce agli elementi fisici di un computer o di un sistema elettronico: Il macchinario stesso del computer o la strumentazione esterna del computer. La tastiera, lo schermo e le componenti elettroniche dentro l'unità centrale fanno tutte parte dell'hardware.
Diversamente il software rappresenta la componente “non fisica”, le istruzioni che dicono ad un computer cosa fare. Esso ci permette di “parlare” al computer senza conoscere il linguaggio del computer. Le parti più importanti del software di un computer sono il sistema operativo (SO) e le applicazioni.
Il sistema operativo agisce da interfaccia tra l'hardware ed i programmi applicativi. Dal momento che diversi programmi sono di solito attivi sul computer allo stesso tempo e tutti hanno bisogno di accedere alle risorse del computer, il sistema operativo coordina il tutto per fare in modo che ogni programma riceva ciò di cui ha bisogno.
I programmi applicativi svolgono funzioni specifiche in un sistema: un programma per l'elaborazione dei testi, un programma per riprodurre la musica, un browser per il web e così via.
Hardware e software sono strettamente interconnessi: senza il software l'hardware di un computer non avrebbe una funzione. Senza l'hardware necessario per l'azione dettata dal software, il software sarebbe inutile.
Le componenti hardware devono avere certe caratteristiche per permettere al software di funzionare bene. Queste componenti di un computer interagiscono l'una con l'altra per svolgere compiti specifici, quindi per comprenderli è importante comprendere l'intero processo, nella misura in cui sono l'una dipendente dall'altra per funzionare correttamente. Questa interconnessione è solitamente rappresentata a strati.
Il livello più in superficie di un sistema di computo è quello delle applicazioni software, i programmi che usiamo di solito e che ci permettono di interagire con il computer.
Sotto questo strato troviamo il sistema operativo, il quale agisce come un traduttore tra le applicazioni e l'hardware in modo che possano comunicare tra di loro.
Più in profondità troviamo l'hardware, tutti i dispositivi che possiamo fisicamente toccare. I sistemi operativi devono venir ospitati in punti specifici dell'hardware affinché possano funzionare bene.
Questo processo è comune a tutti i sistemi di computer sia PC che industriali.
Approfondimento hardware
Si prendano ora in considerazione le principali componenti hardware di un computer e quale ruolo ognuna di esse riveste. È importante conoscere queste componenti e le loro caratteristiche perché esse sono determinanti affinché il computer possa svolgere le azioni che gli chiediamo di svolgere. Nell'acquisto di un nuovo computer o nel sostituire le parti di un computer che già si possiede è necessario conoscere le specificazioni dell'hardware per essere sicuri che funzionerà correttamente per ciò che ci serve: lavoro, navigare su internet o videogiochi.
Anche se ci concentreremo principalmente sui PC, poiché sono il tipo più comune di computer, e sui dispositivi periferici che vengono comunemente usati insieme ad essi, gli stessi principi si applicano a tutti i computer.
Le componenti di un computer generico possono essere suddivise in due categorie: interne ed esterne. L'hardware interno di un computer sono quelle componenti progettate per adattarsi all'interno di un computer, le quali svolgono tutte un ruolo importante. Le componenti esterne si connettono al computer dall'esterno. Non sono necessarie affinché il sistema funzioni ma rendono la nostra esperienza più semplice e migliore in altri modi.
Le componenti di un computer sono:
Il processore
Il processore o unità centrale di elaborazione (CPU) esegue le informazioni organizzate in programmi ("software") i quali dicono al computer quali dati elaborare e come elaborarli. Senza una CPU non saremmo in grado di far partire un programma su un computer.
Viene spesso chiamato il “cervello” del computer, poiché contiene tutti i circuiti richiesti per elaborare input, stoccare i dati e produrre un output.
La velocità con la quale un processore elabora l'informazione si misura in gigahertz (GHz). In generale più alta è la velocità più veloce è la performance del computer.
Unità di memoria
L'unità di memoria è ciò che permette ad un computer di ricordare i dati e le informazioni. Simile alla memoria umana, esiste una memoria a breve termine (RAM) ed una memoria a lungo termine (l'hard disk o disco rigido).
La RAM (random-access memory o memoria ad accesso casuale) e la ROM (read-only memory o memoria a sola lettura) vengono impiegate per archiviare i dati del computer e la CPU vi può accedere direttamente.
La RAM viene impiegata per stoccare temporaneamente le informazioni che sono attualmente in uso nel computer.
La ROM viene impiegata per archiviare in modo permanente le istruzioni che dicono ad un computer come avviarsi. Essa carica anche il sistema operativo.
Il disco rigido o hard disk (che può essere sia interno che esterno) viene usato per archiviare in modo permanente i dati ed i programmi per tutto il tempo di cui abbiamo bisogno.
Il contenuto della RAM èvolatile e viene cancellato ogni volta che il computer si spegne. Per salvare il proprio lavoro anche dopo che il computer si è spento, è necessario salvarlo nello spazio di archiviazione permanente (un dispositivo interno od esterno).
La scheda madre
Anche conosciuta come “scheda principale”, è la sede del circuito centrale che permette la connessione tra tutte le componenti e le periferiche attaccate al computer.
La scheda madre distribuisce l'energia dove richiesta, comunica con e coordina tutte le altre componenti. Per questo motivo è uno dei pezzi di hardware più importanti in un computer.
Tutte le altre componenti si allacciano alla scheda madre direttamente (direttamente nel pannello del circuito) o indirettamente (attraverso porte USB) ed insieme formano il sistema computer.
La scheda grafica
La scheda grafica o scheda video è un dispositivo hardware che si allaccia alla scheda madre e permette ad un computer di mostrare immagini sullo schermo.
Il processore di una scheda grafica, chiamato unità di elaborazione grafica (GPU), è simile alla CPU di un computer, ma viene progettato specificatamente per svolgere calcoli matematici e geometrici complessi che sono necessari per la rappresentazione grafica.
Le GPU sono nuclei d'elaborazione specializzati che possono venir impiegati per velocizzare i processi computazionali. Progettati inizialmente per l'elaborazione delle immagini e dei dati visivi, le GPU vengono oggi impiegate per incrementare anche altri processi computazionali come ad esempio l'apprendimento profondo del computer o l'infrastruttura per la moderna intelligenza artificiale.
Scheda audio
Le schede audio sono dispositivi hardware interni che si allacciano alla scheda madre e che permettono al computer di riprodurre il suono. Permettono anche agli utenti di connettere microfoni al fine di immettere un input audio nel computer.
Alimentatore
Un alimentatore è il punto in cui l'energia viene immessa nel sistema computer da una fonte di energia esterna per esser poi ridistribuita dalla scheda madre alle singole componenti hardware.
Dispositivi input
Essi sono quei dispositivi attraverso i quali i dati e le istruzioni vengono immessi in un computer.
I dispositivi input possono essere divisi in due categorie: dispositivi di input manuali (per esempio il mouse, la tastiera, il touchscreen o lo scanner), i quali devono venir operati da un umano per immettere informazioni e dispositivi di input automatici (un lettore di codici a barre o un lettore di carte magnetiche per esempio) i quali possono immettere le informazioni da soli.
Dispositivi output
Quando i dati immessi sono stati elaborati diventano informazione utilizzabile, la quale può venir trasmessa all'utente attraverso i dispositivi output.
Dispositivi output sono lo schermo, la stampante o un altro dispositivo che permette di vedere cosa è riuscito a fare il computer.
In un laptop tutte le componenti hardware sono integrate insieme. E al livello successivo uno smartphone contiene gli stessi elementi integrati in un dispositivo ancora più piccolo.
Quando si pensa ad un computer la maggior parte delle persone pensano al computer che hanno a casa o a quello che hanno al lavoro. Tuttavia i computer oggi hanno molte forme e vengono impiegati per un'ampia varietà di funzioni. Spaziando dall'elaborazione e produzione dei dati, i computer possono avere anche capacità d'“azione” per esempio nei sistemi di controllo, nella robotica e così via.
La rivoluzione dei dispositivi di archiviazione dei dati
Un computer digitale rappresenta i dati attraverso il sistema numerico binario. Ciò significa che ogni forma di informazione, sia che siano numeri, testi, immagini o tracce audio può essere convertito in cifre binarie, ognuna delle quali ha il valore 1 o il valore 0. La più comune unità di archiviazione è il byte, il quale equivale a 8 bit. Un'informazione può essere gestita da qualunque computer o dispositivo la cui capacità di archiviazione è abbastanza grande per contenere la rappresentazione binaria di un'informazione e semplicemente per contenere dei dati.
Quindi la capacità di archiviare i dati fornisce ai computer una delle loro funzioni fondamentali, quella di contenere dati digitali. Per quanto questa funzione sia data oggi per scontata, l'archiviazione dei dati ha dovuto fare molta strada dai primi giorni della computazione.
All'inizio i computer venivano programmati per mezzo di fogli di carta rigidi contenenti comandi e altri dati rappresentati dalla presenza o assenza di un buco. Queste schede vennero poi sostituite da bobine di nastro magnetico, che erano più semplici da maneggiare in termini di spazio, considerando che archiviare pile di schede era molto poco pratico, ma era comunque necessario molto tempo e molto lavoro per effettuare la programmazione e l'intero processo era tedioso.
Il primo PC non aveva un archivio interno per i dati (disco rigido), quindi il software, il quale all'epoca era molto semplice e aveva solo bisogno di una piccola quantità di dati, veniva caricato attraverso un floppy disk. Ciò è cambiato con l'evoluzione dell'hardware. Quando il disco duro interno divenne standard, il software poté essere installato sul computer. Ciò significa che le aziende potevano vendere computer con un sistema operativo e delle applicazioni preinstallate. Le persone non avevano più bisogno di cambiare disco per passare da un software all'altro e ciò ha reso il lavoro al computer più efficiente ed efficace.
Le cose hanno continuato a migliorare: sono arrivati i CD-ROM, poi i CD, poi i DVD e hard drive sempre più capienti. E con l'evoluzione di internet non c'è più bisogno di acquistare software su CD, perché i programmi di cui si ha bisogno possono venir scaricati o addirittura utilizzati direttamente dal cloud.
I tipi di computer
Il tema qui affrontato sono i diversi tipi di computer oggi a disposizione classificati sulla base della loro funzione generale.
Personal computers
I personal computer (PC) sono computer progettati per l'uso generico di una singola persona. Hanno un monitor connesso, una tastiera e una CPU e si sono evoluti in uno strumento pratico e flessibile, capace di operare indipendentemente o come parte di una rete d'organizzazione. Oggi ci sono PC disponibili in molte forme e dimensioni, da quelli desktop ai portatili, dai telefoni cellulari ai tablet. I vari tipi di PC verranno approfonditi nella prossima sezione.
I server
I server sono computer che sono stati ottimizzati per fornire servizi ad altri computer attraverso una rete. Essi hanno in genere processori molto potenti, molta memoria e dischi rigidi di grandi dimensioni. Esistono per esempio server multimediali domestici, server di rete e server di stampa. Ci sono anche server per la condivisione dei file e server di database. Le aziende fanno affidamento sui server per fornire informazioni, elaborare gli ordini, tracciare i dati di spedizioni, eseguire calcoli basati su formule scientifiche e così via.
Mainframe computer o sistemi centrali
Essi sono grossi computer con alte capacità e velocità di elaborazione. I mainframe eseguono molti programmi allo stesso tempo e sono capaci di gestire centinaia o anche migliaia di utenti simultaneamente. I mainframe hanno architetture molto resistenti e garantiscono un'alta affidabilità e sicurezza. Queste macchine sono caratterizzate da un'ampia disponibilità, funzionano in genere per anni senza interruzione, e possono venire riparate o aggiornate nelle componenti hardware rimanendo in funzione. Addirittura possono continuare a funzionare anche nel caso in cui una componente vada in panne.
Vengono dunque impiegate sopratutto dai governi e da grandi organizzazioni per l'elaborazione di un ampio volume di dati, per applicazioni critiche, e per garantire numerosissime transazioni confidenziali, tra le altre cose, analisi statistiche per l'industria e sul consumo.
I supercomputer
I supercomputer sono come le macchine da corsa del mondo dei computer; raggiungono le vette delle attuali capacità di elaborazione sopratutto in termini di velocità di calcolo. Possono essere composti o da un piccolo numero di componenti molto potenti o da una serie più ampia di unità meno potenti. Essi vengono impiegati per applicazioni specializzate che richiedono un numero enorme di calcoli matematici. Troviamo supercomputer per esempio negli istituti scientifici o nelle stazioni meteorologiche per i quali la velocità di calcolo è fondamentale.
Sistemi informatici integrati
Invece di essere indipendenti i computer integrati vengono incorporati all'interno di altri dispositivi e vengono progettati per svolgere dei compiti specifici. Alcuni esempi includono le fotocamere digitali, i lettori di musica e quasi ogni tipo di sistema di controllo industriale o domestico. Per esempio la maggior parte dei telefoni cellulari moderni contiene in realtà un certo numero di computer separati: oltre alla SIM card, un telefono può avere un altro microprocessore per gestire le comunicazioni radio e un secondo computer chip per far girare tutte le applicazioni che sforzano il processore come ad esempio i videogiochi. Anche le lavatrici oggigiorno hanno un microprocessore al loro interno che calcola il ciclo di lavaggio e fa girare il motore del cestello nel modo più efficiente possibile.
Come si è visto i computer di oggi sono molto versatili e la loro flessibilità combinata con il loro potenziale di miglioramento suggerisce che la rivoluzione dei computer è ancora in corso.
