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L’informatica è la scienza che studia il trattamento, l’elaborazione e la rappresentazione automatica dei dati e delle informazioni attraverso algoritmi e sistemi computazionali automatici.Le componenti principali:
- Dati : elaborati dai sistemi informatici per generare informazioni.
- Algoritmi : sequenze di istruzioni per risolvere problemi.Possono essere semplici o complessi
- Hardware : dispositivi fisici (PC, smartphone, server), .Es. scheda madre,memoria,schermo
- Software : programmi e applicazioni che gestiscono i dispositivi.
- Protocolli
HARDWARE Cambiamenti importanti nella componente dura del computer: Capacità di calcolo Capacità di archiviazione Riduzione delle dimensioni Ampliamento funzionalità
LA COMPONENTE HARDWARE DI UN COMPUTER Un computer è un sistema complesso costituito da diverse componenti principali, ognuna delle quali svolge un ruolo fondamentale nel garantire il corretto funzionamento dell'intero dispositivo. La CPU (Central Processing Unit), anche chiamata processore, è il cuore del computer, responsabile dell'elaborazione dei dati e dell'esecuzione dei comandi. La CPU lavora in stretto contatto con la RAM (Random Access Memory), una memoria volatile che conserva temporaneamente i dati e le istruzioni necessari per il funzionamento del sistema operativo e delle applicazioni. Accanto alla CPU, troviamo la ROM (Read-Only Memory), una memoria non volatile che contiene i dati di sistema essenziali per l'avvio del computer. La cache è una memoria più veloce che aiuta a ridurre i tempi di accesso ai dati più frequentemente utilizzati dalla CPU. La scheda madre è il componente centrale che collega tutte le altre parti del computer, come la CPU, la RAM e le periferiche. Essa ospita anche i bus (suddivisi in tre sottobus: bus degli indirizzi ABUS, bus di controllo CBUS e bus dati DBUS*), che consentono la comunicazione tra i vari dispositivi. Altri componenti essenziali includono l'HD (Hard Disk) , una memoria di archiviazione tradizionale, e l'SSD (Solid State Drive) , che offre prestazioni superiori in termini di velocità di lettura e scrittura. Per il trasferimento dei dati, le pen drive offrono una soluzione portatile e pratica. Infine, le tecnologie di connessione come il WiFi (Wireless Fidelity ) e le LAN (Local Area Network) permettono al computer di connettersi a Internet o a una rete locale, facilitando la comunicazione con altri dispositivi. Le periferiche come tastiera, mouse, stampante e schermo sono gli strumenti che consentono all'utente di interagire con il sistema. In sintesi, un computer è formato da una serie di componenti interconnessi che lavorano insieme per permettere l'elaborazione e la gestione dei dati, la comunicazione e l'interazione con l'utente.
CPU La CPU (Unità centrale di elaborazione), detta anche processore, è il componente che esegue le istruzioni dei programmi, elabora i dati e coordina le principali operazioni del computer. La velocità di clock , , cioè la frequenza alla quale il processore svolge le proprie operazioni di base, si misura in hertz e, nei computer moderni, viene solitamente espressa in gigahertz (GHz). In generale, a parità di architettura e generazione, una frequenza di clock più elevata corrisponde a una maggiore rapidità di elaborazione.In modo semplificato, la CPU svolge ciclicamente le seguenti operazioni:
● lettura dell’istruzione : la CPU acquisisce un’istruzione dalla memoria centrale; ● decodifica: il processore interpreta l’istruzione per determinare quale operazione eseguire; ● esecuzione: la CPU esegue l’operazione richiesta; ● scrittura del risultato: il risultato viene memorizzato in un registro o in memoria.
Questo insieme di operazioni è spesso indicato con la sigla FDE , dall’inglese Fetch–Decode–Execute. Dal punto di vista informatico, il compito della CPU è eseguire le istruzioni dei programmi, che vengono caricati dalla memoria di massa (ad esempio un hard disk o un SSD) nella RAM , dove possono essere elaborati più rapidamente. Solitamente, una CPU comprende:
● l’ unità di controllo ( CU , Control Unit ), che legge e interpreta le istruzioni e coordina le operazioni del processore; ● l’ unità aritmetico-logica ( ALU , Arithmetic Logic Unit ), che esegue operazioni aritmetiche e logiche; ● i registri , che sono piccole aree di memoria interna alla CPU, molto veloci, usate per conservare temporaneamente dati e istruzioni; ● in alcuni casi, circuiti dedicati come lo shifter , utilizzato per effettuare operazioni di spostamento dei bit. La componente hardware di un computer
RAM
La RAM ( Random Access Memory ) è un tipo di memoria volatile che consente di accedere direttamente a qualsiasi posizione di memoria in tempi molto rapidi e sostanzialmente uniformi. Si parla di memoria volatile perché i dati vengono mantenuti solo finché il computer è alimentato elettricamente. È chiamata memoria ad accesso casuale perché permette di leggere o scrivere dati direttamente in qualunque posizione di memoria, senza dover seguire un ordine sequenziale.
TIPI DI RAM Esistono diversi tipi di RAM, tra cui: ● DRAM ( Dynamic RAM ): è il tipo di RAM più comune. Memorizza ogni bit di informazione in un condensatore all’interno di una cella di memoria. Poiché i condensatori tendono a perdere la carica nel tempo, i dati devono essere periodicamente rigenerati mediante un’operazione di refresh. ● SRAM ( Static RAM ): è più veloce della DRAM, ma anche più costosa e meno densa (consuma più spazio). Per questo motivo viene utilizzata soprattutto nella cache del processore. ● DDR SDRAM ( Double Data Rate Synchronous DRAM ): è una versione evoluta della DRAM, ampiamente utilizzata nei computer moderni, perché consente velocità di trasferimento dei dati più elevate. FUNZIONI PRINCIPALI ● Memoria temporanea : la RAM memorizza temporaneamente i dati e le istruzioni utilizzati dal sistema operativo e dai programmi in esecuzione. Quando si avvia un programma o si apre un file, i dati necessari vengono caricati nella RAM per consentire un accesso più rapido. ● Velocità : la RAM è molto più veloce delle memorie di archiviazione, come l’ hard disk o l’ SSD. Questo permette al processore di accedere rapidamente ai dati necessari per eseguire le operazioni. ● Volatilità : la RAM è una memoria volatile cioè perde il proprio contenuto quando il computer viene spento o riavviato. Al contrario, i dati memorizzati su hard disk e SSD restano disponibili anche in assenza di alimentazione, finché non vengono eliminati o sovrascritti. La quantità di RAM installata in un computer influisce in modo significativo sulle prestazioni complessive del sistema. In generale, una maggiore quantità di RAM consente di eseguire più programmi contemporaneamente con minori rallentamenti. Questo aspetto è particolarmente importante quando si utilizzano applicazioni complesse, come software di editing video, programmi di analisi dei dati o videogiochi avanzati.
ROM
La memoria di sola lettura ( Read-Only Memory , ROM ) è un tipo di memoria non volatile progettata per memorizzare dati e istruzioni essenziali per il funzionamento di un dispositivo elettronico. Queste istruzioni costituiscono il firmware del dispositivo.I dati memorizzati nella ROM non vengono persi quando il dispositivo viene spento. Inoltre, poiché si tratta di una memoria concepita principalmente per la lettura, i suoi contenuti non possono essere modificati facilmente oppure possono esserlo solo in condizioni particolari, a seconda del tipo di ROM:
● PROM ( Programmable ROM ): può essere programmata una sola volta e non può essere né cancellata né riscritta successivamente. ● EPROM ( Erasable Programmable ROM ): può essere programmata e poi cancellata mediante esposizione alla luce ultravioletta; dopo la cancellazione, può essere riprogrammata. ● EEPROM ( Electrically Erasable Programmable ROM ): può essere cancellata e riscritta elettricamente, senza bisogno di esposizione alla luce ultravioletta.
Dal punto di vista fisico, i dati sono organizzati sul disco secondo una struttura ben definita. I principali elementi sono:
● piatto : ciascun disco rigido è formato da uno o più piatti sovrapposti, che ruotano ad alta velocità (attualmente tra i 5200 e i 7400 giri al minuto -RPM- per gli HDD per uso consumer, nei modelli ad alte prestazioni si raggiungono i 10.000-15.000 RPM.); ● testina : ogni lato di ciascun piatto ha una testina che legge o scrive i dati; ● traccia : ogni superficie del piatto è suddivisa in circonferenze concentriche chiamate tracce (A); ● cluster : insieme di settori di tracce contigui (D); ● settore : ogni traccia è suddivisa in settori, che rappresentano le unità elementari di memorizzazione fisica (B); ● cilindro : l’insieme delle tracce poste alla stessa distanza dal centro su tutti i piatti prende il nome di cilindro (C).
In passato, per individuare la posizione dei dati sul disco, si utilizzava spesso lo schema CHS ( Cylinder / Head / Sector ), basato proprio su cilindro, testina e settore.Oggi , invece, nei sistemi moderni è più comune l’uso dell’indirizzamento LBA ( Logical Block Addressing ), che rappresenta i dati come una sequenza lineare di blocchi.
Le prestazioni di un hard disk dipendono da vari fattori, tra cui:
● la velocità di rotazione dei piatti, spesso espressa in giri al minuto ( RPM ); ● il tempo di accesso ai dati; ● la capacità di archiviazione; ● la memoria cache interna, che può migliorare la rapidità di lettura e scrittura.
GLI SSD Un SSD ( Solid State Drive ) è un dispositivo di archiviazione che funziona in modo diverso rispetto ai hard disk (HDD). Mentre gli HDD utilizzano dischi magnetici rotanti per memorizzare i dati, gli SSD sfruttano memoria flash , simile a quella impiegata nelle chiavette USB.
Questa differenza rende gli SSD molto più veloci, silenziosi e resistenti agli urti e meno soggetti a guasti meccanici , poiché non contengono parti meccaniche in movimento. Di conseguenza, il sistema operativo si avvia più rapidamente e anche programmi applicativi si caricano in tempi ridotti.
Gli SSD presentano anche altri vantaggi: consumano meno energia, producono meno calore. Tuttavia, a parità di prezzo, offrono spesso una capacità di archiviazione inferiore rispetto agli hard disk tradizionali.
Le unità allo stato solido si basano solitamente su memoria flash NAND per l’immagazzinamento dei dati. Questa tecnologia consente di memorizzare le informazioni senza l’impiego di dischi, motori o testine.La memoria degli SSD può essere realizzata in forma 2D NAND oppure 3D NAND (o V-NAND) , nella quale le celle di memoria sono disposte su più strati per aumentare densità e capacità.
PENDRIVE Le pen drive USB, dette anche chiavette USB, sono dispositivi di memoria di massa rimovibili basati su celle di memoria flash. Possono essere utilizzate per il trasferimento di dati e per il backup, cioè per la copia di sicurezza di uno o più file su un supporto esterno al computer. Grazie al connettore USB, queste unità possono essere collegate facilmente al computer e ad altri dispositivi compatibili.
I primi modelli disponibili sul mercato avevano capacità molto limitate, pari a 32 o 64 megabyte. Con il progresso tecnologico, però, la loro capacità è aumentata notevolmente , arrivando prima ai gigabyte e poi a valori ancora più elevati. Oggi le pen drive hanno comunemente capacità comprese tra pochi gigabyte e alcune centinaia di gigabyte , e in alcuni casi possono superare anche 1 terabyte.
I BUS
I bus sono canali di comunicazione ch e permettono ai vari componenti del computer di scambiarsi dati, indirizzi e segnali di controllo. In particolare, consentono alla CPU, alla memoria e alle periferiche di comunicare tra loro.Dal punto di vista fisico, i bus sono costituiti da linee di collegamento elettrico lungo le quali le informazioni vengono trasmesse in forma binaria. I tre principali tipi di bus sono:
● DBUS Bus dati: è generalmente bidirezionale e viene utilizzato per trasferire i dati tra processore, memoria e periferiche. La sua ampiezza, misurata in bit, indica quanti bit possono essere trasmessi contemporaneamente. Allo stesso tempo, altri componenti del sistema possono inviare alla CPU segnali di stato o di richiesta, come nel caso delle interruzioni. ● ABUS Bus indirizzi : è generalmente unidirezionale e serve a indicare la posizione di memoria o il dispositivo a cui sono destinati i dati.Esso è Unidirezionale: la CPU invia l’indirizzo verso la memoria o un dispositivo, ma non riceve nulla da essi sullo stesso bus. ● CBUS Bus di controllo : trasporta i segnali di controllo e coordinamento del sistema. Attraverso di esso il processore invia comandi e riceve segnali di stato dagli altri componenti.Attraverso il bus di controllo, la CPU può inviare comandi alla memoria e alle periferiche, come ad esempio i segnali di lettura e scrittura.
Oltre a questi, si possono distinguere anche altri tipi di bus, a seconda della funzione svolta nel sistema. Ad esempio:
● il bus di sistema, che collega i componenti principali del computer; ● i bus di input/output, che gestiscono la comunicazione con le periferiche; ● i bus locali, utilizzati per collegamenti più rapidi all’interno di specifici sottosistemi.
IL WIFI
Il Wi-Fi è una tecnologia di comunicazione senza fili che consente di trasmettere e ricevere dati tra dispositivi mediante onde radio. Si basa sulla famiglia di standard IEEE 802.11, utilizzata per realizzare reti locali wireless e per consentire l’accesso a Internet tramite access point o router.Il Wi-Fi opera su specifiche bande di frequenza radio. Le più diffuse sono 2,4 GHz e 5 GHz; nei dispositivi più recenti è disponibile anche la banda 6 GHz. In generale, la banda 2,4 GHz offre una copertura più ampia ma velocità inferiori ed è più soggetta a interferenze; le bande 5 GHz e 6 GHz permettono invece velocità più elevate, ma in genere hanno una portata minore.
I segnali radio vengono trasmessi da un access point o da un router wireless e ricevuti dai dispositivi compatibili, come computer, smartphone e tablet.Per proteggere la rete Wi-Fi da accessi non autorizzati, si utilizzano meccanismi di autenticazione e di cifratura. L’autenticazione verifica che l’utente o il dispositivo sia autorizzato a collegarsi alla rete, mentre la cifratura protegge i dati trasmessi rendendoli non leggibili a eventuali intercettatori. Tra gli standard di sicurezza più diffusi vi sono WPA2 e WPA3 , quest’ultimo più recente e più sicuro.
Per migliorare la copertura si possono utilizzare dispositivi aggiuntivi, come ripetitori o sistemi mesh. L’obiettivo è garantire una connessione stabile ed efficiente tra i dispositivi della rete
LAN Una LAN ( Local Area Network ) è una rete di computer e altri dispositivi che copre un’area geografica limitata , come una casa, un ufficio, un laboratorio o un edificio.Una LAN consente ai dispositivi collegati, come computer, stampanti, server, di comunicare tra loro e di condividere risorse, ad es file, applicazioni e connessione a Internet.
Le LAN sono caratterizzate in genere da alta velocità di trasmissione, bassa latenza e costi relativamente contenuti. Per questo motivo sono molto utilizzate.Una rete LAN può essere realizzata tramite collegamenti cablati, ad esempio con cavi Ethernet, oppure tramite connessioni wireless , come nel caso delle reti Wi-Fi.
Una LAN può inoltre essere collegata ad altre reti, compresa Internet, attraverso dispositivi come router o gateway.
La sicurezza nelle LAN è un aspetto fondamentale: per proteggere dati e accessi si possono utilizzare strumenti e procedure come firewall, autenticazione degli utenti, crittografia e controllo degli accessi.
