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Introduzione all'Architettura dei Computer: CPU, Memoria e Dispositivi di Input/Output - P, Appunti di Fondamenti di informatica

La cpu,la memoria, dispositivi input e output, rappresentazione dei filmati

Tipologia: Appunti

2022/2023

Caricato il 28/05/2024

ylenia-vignogna
ylenia-vignogna 🇮🇹

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CAPITOLO 3: COMPONENTI DI UN COMPUTER
1. LA CPU In tutti i computer, l'elemento che contiene i circuiti per effettuare tutte le
operazioni i calcolo e di lettura/scrittura della memoria viene chiamato CPU (Central
processing unit) che è il vero e proprio cervello del computer. Viene realizzata mettendo
insieme miliardi di componenti elettronici miniaturizzati su un supporto di silicio piccolo. Ci
sono 2 operazioni:
- Lettura: per le istruzioni e per i dati registrati dalla memoria
- Scrittura: registrare le operazioni effettuate sui dati iniziali e per scrivere il risultato
finale di un algoritmo
La CPU si presenta fisicamente come un elemento rettangolare sottile dove su di un lato
sporgono numerosi contatti metallici detti piedini (o pin) per l'interconnessione della CPU con
gli altri componenti del computer. Ciascun componente della CPU comunica invidiando
segnali elettrici, con altro componenti che ricevono l'informazione dai primi, la elaborano e la
invitano ad altri componenti o alla memoria. Si adotta un segnale di sincronizzazione
chiamato clock della CPU: quando il segnale è attivo i componenti della CPU si attivano per
l'elaborazione e trasmissione dei segnali. Quando il segnale non è attivo, la trasmissione dei
segnali viene interrotta in modo da dare tempo ai componenti elettronici di elaborare e
propagare il segnale al loro interno. Il clock si presenta sotto forma di onda elettrica
quadrata, la frequenza di misura in hertz e fornisce un'approssimazione per eccesso del
numero di istruzioni che la CPU esegue in un secondo.
2. LA MEMORIA Per lavorare la CPU ha bisogno di una memoria da cui leggere le
istruzioni e in cui leggere e scrivere dati.
Il secondo elemento più importante del computer è la memoria (o memoria principale) ,
composta da una sequenza numerica di byte (indirizzo). Esistono altri due tipi di memoria:
Memoria RAM: memorizza i dati finché vi è corrente elettrica che alimenta i suoi circuiti,
quando il computer si spegne i dati svaniscono.
Memoria ROM: (analoga alla RAM) possono essere solo lette non vi è la possibilità di
modificare i dati in esse contenuti, i dati non svaniscono se il computer viene spento.
3. PRINCIPALI DISPOSITIVI DI INPUT E OUTPUT I componenti essenziali per costruire
un computer sono la CPU e la memoria principale (RAM). Ogni computer è dotato di alcuni
dispositivi che consentono l'ingresso di istruzioni e dati ed altri dispositivi per poter accedere
alla RAM e leggere i risultati dei calcoli. I dispositivi di input e output scrivono o leggono dati
dalla memoria principale, specificatamente:
1. Dispositivo input: immette informazioni dall'esterno all'interno del computer (nella RAM)
2. Dispositivo output: leggere o estrarre informazioni dall'interno verso l'esterno
Un computer è composto quindi da CPU, Memoria principale e dispositivo di input e output,
andando a costituire così l'architettura di von Neumann. Solitamente queste 3 componenti
vengono inserite nella scheda madre. Poi, vengono inseriti nel computer dei dispositivi
chiamati memoria secondaria o di massa (classificati come dispositivi di input ed output) che
sono in grado di memorizzare permanentemente i dati presenti nella RAM. La principale
memoria di massa è il disco rigido (hard disk), che viene visto come un disco metallico
ricoperto di materiale magnetico che ha la proprietà di poter cambiare la polarità del campo
magnetico se avvicinato ad una calamita. Così è possibile memorizzare sulla superficie del
disco decine di migliaia di bit. Un'altro tipo di memoria secondaria è quella delle memorie
flash (memorie a stato solido), sono di tipo elettrico e sono più veloci, leggere e compatte dei
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CAPITOLO 3: COMPONENTI DI UN COMPUTER

1. LA CPU › In tutti i computer, l'elemento che contiene i circuiti per effettuare tutte le operazioni i calcolo e di lettura/scrittura della memoria viene chiamato CPU (Central processing unit) che è il vero e proprio cervello del computer. Viene realizzata mettendo insieme miliardi di componenti elettronici miniaturizzati su un supporto di silicio piccolo. Ci sono 2 operazioni: - Lettura: per le istruzioni e per i dati registrati dalla memoria - Scrittura: registrare le operazioni effettuate sui dati iniziali e per scrivere il risultato finale di un algoritmo La CPU si presenta fisicamente come un elemento rettangolare sottile dove su di un lato sporgono numerosi contatti metallici detti piedini (o pin) per l'interconnessione della CPU con gli altri componenti del computer. Ciascun componente della CPU comunica invidiando segnali elettrici, con altro componenti che ricevono l'informazione dai primi, la elaborano e la invitano ad altri componenti o alla memoria. Si adotta un segnale di sincronizzazione chiamato clock della CPU: quando il segnale è attivo i componenti della CPU si attivano per l'elaborazione e trasmissione dei segnali. Quando il segnale non è attivo, la trasmissione dei segnali viene interrotta in modo da dare tempo ai componenti elettronici di elaborare e propagare il segnale al loro interno. Il clock si presenta sotto forma di onda elettrica quadrata, la frequenza di misura in hertz e fornisce un'approssimazione per eccesso del numero di istruzioni che la CPU esegue in un secondo. 2. LA MEMORIA → Per lavorare la CPU ha bisogno di una memoria da cui leggere le istruzioni e in cui leggere e scrivere dati. Il secondo elemento più importante del computer è la memoria (o memoria principale) , composta da una sequenza numerica di byte (indirizzo). Esistono altri due tipi di memoria:

  • Memoria RAM: memorizza i dati finché vi è corrente elettrica che alimenta i suoi circuiti, quando il computer si spegne i dati svaniscono.
  • Memoria ROM: (analoga alla RAM) possono essere solo lette non vi è la possibilità di modificare i dati in esse contenuti, i dati non svaniscono se il computer viene spento. 3. PRINCIPALI DISPOSITIVI DI INPUT E OUTPUT › I componenti essenziali per costruire un computer sono la CPU e la memoria principale (RAM). Ogni computer è dotato di alcuni dispositivi che consentono l'ingresso di istruzioni e dati ed altri dispositivi per poter accedere alla RAM e leggere i risultati dei calcoli. I dispositivi di input e output scrivono o leggono dati dalla memoria principale, specificatamente:
  1. Dispositivo input: immette informazioni dall'esterno all'interno del computer (nella RAM)
  2. Dispositivo output: leggere o estrarre informazioni dall'interno verso l'esterno Un computer è composto quindi da CPU, Memoria principale e dispositivo di input e output, andando a costituire così l'architettura di von Neumann. Solitamente queste 3 componenti vengono inserite nella scheda madre. Poi, vengono inseriti nel computer dei dispositivi chiamati memoria secondaria o di massa (classificati come dispositivi di input ed output) che sono in grado di memorizzare permanentemente i dati presenti nella RAM. La principale memoria di massa è il disco rigido (hard disk), che viene visto come un disco metallico ricoperto di materiale magnetico che ha la proprietà di poter cambiare la polarità del campo magnetico se avvicinato ad una calamita. Così è possibile memorizzare sulla superficie del disco decine di migliaia di bit. Un'altro tipo di memoria secondaria è quella delle memorie flash (memorie a stato solido), sono di tipo elettrico e sono più veloci, leggere e compatte dei

dischi e non vi sono parti in movimento. Altri dispositivi sono i dischi ottici come i CD (per memorizzare la musica), i DVD (per i video) e i Blue Ray Disc (per i video o film in alta risoluzione). Uno dei principali dispositivi di output nei computer è lo schermo. Generalmente un'immagine utilizza per ogni singolo pixel 3 byte. Nel modello dei colori (RGB, red green and blue) ciascun byte rappresenta la gradazione di 1 tra i 3 colori di base. Le dimensioni degli schermi video sono in un rapporto vicino alla proporzione aurea (circa 1,618033), uno standard diffuso è 16/9. Gli schermi in alta risoluzione più diffusi sono HD ready, Full HD, Ultra HD (4K). Le dimensioni degli schermi si misurano in pollici poiché si preferisce indicare la diagonale. I dati dell'immagine devono essere codificati in segnali elettrici da inviare al monitor tramite la scheda video che viene dotata di una RAM dedicata. Le schede grafiche moderne vengono chiamate GPU (Graphie Processing Unit) che sono in grado di effettuare operazioni di geometria computazionale complesse in modo efficiente e riescono a effettuare operazioni in parallelo.

4. PORTE E PERIFERICHE DI INPUT E OUTPUT Le porte periferiche sono di 3 tipi:

  1. Input: tastiera, mouse, microfono, fotocamera o webcam, scanner e joystick
  2. Output: stampanti e casse acustiche
  3. Input/output: schede di rete, dispositivo di connessione wi-fi e touch screen Le porte utilizzate sono la USB (Universal Serial Bus), la porta Ethernet (connettere il cavo per la connessione LAN), la porta VGA (Video Graphies Array) e la porta HDMI (connessione digitale e invio del segnale video verso il monitor). La frequenza di un campionamento (numero di campioni che viene registrato in un secondo) si misura in hertz (Hz). Per aumentare la qualità del suono vengono impiegate frequenze più alte di campionamento e si utilizzano fino a 3 bit per campione. Il suono può essere riprodotto con un procedimento analogo ma diverso a quello del campionamento. Sono stati sviluppati diversi algoritmi di compressione audio come MP3 (Moving Picture Expert Group-Audio Layer 3) e AAC (Advanced Audio Coding). Un immagine è rappresentata mediante una struttura tabellare detta matrice che ha n righe ed m colonne. Ciascun elemento della matrice rappresenta un colore e viene detto pixel (Picture element). Un altro tipo di rappresentazione utilizza per ciascun colore all'interno della matrice un numero compreso tra 0 ed un valore massimo M (che dipende da quanti colori vogliamo rappresentare) e a ciascun numero viene associato un colore diverso. Le dimensioni in pixel della matrice rapportate alla dimensione dell'immagine determinano la risoluzione dell'immagine (+ sono grandi + è risoluta l'immagine. È possibile comprimere le immagini abbassando le dimensioni consentendo un risparmio di memoria e un accorciamento dei tempi di trasmissione dell'immagine da un dispositivo all'altro. Formati molto diffusi sono JPEG e PNG, sviluppato per sostituire і GIF 5. RAPPRESENTAZIONE DEI FILMATI › I filmati possono essere visti come una sequenza di immagini accompagnata da una traccia audio. L'illusione del movimento viene data dal fatto che le immagini vengono proiettate sullo schermo in rapida sequenza (24 immagini al secondo). Esiste un gruppo di lavoro dell'organismo di standardizzazione mondiale chiamato MPEG che nel corso degli anni ha elaborato codifiche standard per la compressione dei video