Il calcolatore: concetti base dell'informatica per la scuola superiore

Il calcolatore

Che differenza c'è tra un tostapane e un computer? Il tostapane è in grado di svolgere una sola attività Il computer è un dispositivo costituito da circuiti in grado di eseguire delle sequenze di comandi, adatto a svolgere compiti diversi in funzione delle istruzioni assegnate volta per volta, quindi ...Un calcolatore è in grado di eseguire algoritmi, scritti utilizzando opportuni formalismi (linguaggi di programmazione) per manipolare, elaborare e rappresentare le informazioni Un calcolatore deve essere in grado di memorizzare dati, eseguire istruzioni sui dati, memorizzare sequenze di istruzioni e controllarne il flusso (struttura di Von Neumann)

Componenti del computer

Com'è fatto un computer? Il computer è un insieme di due componenti indipendenti tra loro: L'hardware, cioè la parte fisica; Il software (di sistema e applicativo) cioè i programmi.

Hardware

inserimento elaborazione memorizzazione emissione tastiera CPU RAM video mouse ROM stampante Memorie di massa Hard disk floppy CD ROM pendrive

Elaborazione di un programma

Quando un computer elabora un programma intervengono tutte le sue componenti Unità di input (tastiera, mouse, ... ) e di output (monitor, casse, ... ) Memoria centrale ROM (Read Only Memory) che contiene il BIOS (Basic Input-Output System) che è il primo programma che viene eseguito dopo l'accensione, coinvolto pertanto nella fase di avvio (boot) del sistema di elaborazione e la RAM (Random Access Memory) memoria volatile temporanea dove vengono copiati (caricati) i programmi che la CPU deve eseguire CPU (Central Process Unit) divisa in CU (Control Unit) e in ALU (Arithmetic Logical Unit) · Memorie di massa (hard disk, usb, cd, ... )

La macchina di Von Neumann

La macchina di Von Neumann nasce alla fine degli anni 40 e costituisce la struttura base per i moderni calcolatori. La novità di tale macchina è nella sua programmabilità e quindi nel controllo delle sue funzioni

Schema funzionale della macchina di Von Neumann

Input MEMORIA CENTRALE OUTPUT CPU

Struttura della macchina di Von Neumann

CPU (Central Processing Unit) MEMORIA CENTRALE · DISPOSITIVI DI I/O BUS BUS DI SISTEMA UNITA' DI ELABORAZIONE MEMORIA CENTRALE INTERFACCE VERSO PERIFERICHE

La CPU

La CPU costituisce il cervello dell'elaboratore L'unità centrale di elaborazione (CPU) è la parte del sistema che contiene gli elementi circuitali necessari al funzionamento dell'elaboratore. Questa esegue i programmi che risiedono nella memoria centrale, prelevando, decodificando ed eseguendo le istruzioni in essi contenute e coordinando il trasferimento dei dati tra le varie unità funzionali interne e le periferiche.

Componenti della CPU

La CPU si compone di: una unità di controllo (CU Control Unit), che ha lo scopo di interpretare e attivare le risorse necessarie alla esecuzione delle istruzioni; una unità aritmetico - logica (ALU Arithmetic Logic Unit) in cui vengono effettuati i calcoli aritmetici e logici presenti nelle istruzioni del programma ; · alcuni dispositivi di memoria detti registri.

CPU CU ALU MEMORIA LOCALE

Registri della CPU

I registri sono supporti fisici (circuiti elettronici) atti a memorizzare pacchetti di bit e con compiti specifici. I principali sono : PC (Program Counter) che individua l'indirizzo della prossima istruzione da eseguire; IR (Istruction Register) che contiene l'istruzione che deve essere eseguita; : MAR (Memory Address Register) che contiene l'indirizzo della cella di memoria a cui si deve accedere o in cui si deve memorizzare un indirizzo; :: MDR (Memory Data Register) che contiene il dato acceduto o che deve essere memorizzato : PSW (Processor Status Word) o registro di FLAG che contiene informazioni circa l'esito dell'ultima istruzione eseguita. Registro Accumulatore che raccoglie i risultati in uscita dalla ALU

Struttura di una unità centrale di elaborazione

unità di controllo legal PC bus controllo IR PSW memoria centrale MAR 0 bus indirizzi registro periferiche registro ALU chequi MDR registro operazione bus dati unità centrale di elaborazione

Funzionamento della CPU

Come funziona la CPU? L'unità centrale di elaborazione esegue un'istruzione svolgendo ciclicamente tre operazioni di base:

1. FETCH (lettura)
2. DECODE (decodifica)
3. EXECUTE (esecuzione)

Bus di sistema

Il bus di sistema è il mezzo che collega le varie unità funzionali della macchina di Von Neumann sotto il controllo della CPU.

Tipi di bus

Tipi di bus (sia interni che esterni alla CPU): Bus degli indirizzi Bus dei dati Bus di controllo

La memoria

Definizione di memoria

Che cos'è? È un dispositivo in grado di immettere, conservare ed estrarre informazioni.

Tipi di memoria

Tipi di memoria: Memoria centrale o interna (RAM e ROM) Memoria di massa o esterna

Memoria esterna o ausiliaria

Le memorie di massa o ausiliarie sono supporti magneto - ottici (nastri, floppy, hard disk, cd rom, usb, ) che permettono di memorizzare dati e programmi in modo permanente. Essi possono essere ad accesso sequenziale o diretto.

Scheda madre o Motherboard

All'interno del case, la principale componente presente è una grande piastra piena di elementi elettronici: la scheda madre. Ad essa vengono collegate tutte le parti del PC affinché possano comunicare tra loro.

Componenti della Motherboard

Southbridge Northbridge (with heatsink) IDE Connector (x2) DRAM Memory Slot PCI Slot (x5) AGP Slot 20-pin ATX Power Connector CMOS Backup Battery CPU Fan & Heatsink Mounting Points Connectors For Integrated Peripherals CPU Socket