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Tipi di computer Con il termine computer intendiamo un dispositivo fisico che implementa il funzionamento di una “macchina di Turing” . Esistono diversi tipi di computer a seconda del compito che devono svolgere: da macchinari enormi che riempivano intere ali di edifici fino ai moderni computer formati da circuiti integrati delle dimensioni di pochi millimetri, in grado di controllare un robot o un telefono cellulare. la caratteristica comune per tutti i computer: possiedono almeno una memoria, una CPU, o microprocessore. Macchina di Turing è un macchinario immaginario in grado di manipolare i dati contenuti su un nastro di lunghezza infinita ideato dallo scienziato britannico Alan Turing nel 1936. Un computer, così come una macchina di Turing, svolge come compito principale l’esecuzione di programmi: un computer senza un programma da eseguire è inutilizzabile in quanto manca le istruzioni operative clic per calcolatore. Una prima distinzione:
Una seconda distinzione è: basata sull’accesso condiviso o meno alle risorse hardware: un computer general purpose può essere:
Le dimensioni dei sistemi di elaborazione sono diminuite nel corso del tempo grazie all’aumento della capacità di integrazione degli elementi elettronici di cui sono composti. Capacità di integrazione è un dato che determina quanti transistor sono in un circuito elettronico:
I supercomputer sono:
I mainframe sono:
I minicomputer sono:
I microcomputer sono:
Gli home computer sono:
I personal computer (PC):
II termine personal computer è stato coniato per la prima volta da Apple nel 1977 quando venne realizzato l'Apple II, il primo personal computer. Successivamente il termine venne adottato dall'azienda la IBM, che lanciò il PC IBM. Le workstation
I microcontrollori (microcontroller):
Embedded significa un sistema di elaborazione contenuto all'interno di un apparato o di un impianto e solitamente non separabile da esso. Si tratta di sistemi di elaborazione non accessibili direttamente e dedicati esclusivamente al controllo dell'apparato/impianto che lo ospita. Non riprogrammabile. I sistemi barebone "osso nudo".:
I notebook o laptop (Il termine originale):
Il termine laptop indica un computer da tenere appoggiato sulle gambe. I computer palmari o PDA(PDA, Personal Digital Assistant):
I tablet PC
Gli smartphone:
Le console per i videogame:
La legge di Moore Il grafico a lato riporta i microprocessori sviluppati dal 1971 al 2005 e il numero degli elementi (transìstor) integrati in essi. Moore seguì attentamente i primi sviluppi dell’industria elettronica e previde che ogni anno i transistor integrabili in una sola piastrina sarebbero raddoppiati. Considerando che nel 1975 vennero progettati chip un migliaio di volte piùu’ complessi di quelli di dieci anni prima. La legge di Gordon Moore: da quel momento in poi il numero dei dispositivi integrabili in un singolo chip sarebbero raddoppiati ogni due anni.
Ma la miniaturizzazione possiede limiti fisici difficili da superare, per le tecnologie a semiconduttore si prevede uno sviluppo fino al limite di 32 nanometri, dopodiché sarà necessario valutare altre soluzioni. I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività e una conducibilità intermedia tra i conduttori e gli isolanti. Le macchine virtuali Una macchina virtuale (virtual machine - VM) rende possibile riprodurre il funzionamento di altri sistemi operativi, di telefoni cellulari o di altri dispositivi mediante di emulazione. Emulazione è un'operazione che consente, grazie a opportuni software o hardware (chiamati di emulazione) di replicare повторять le funzioni di un sistema su un secondo sistema differente dal primo. Attraverso una macchina virtuale possiamo testare un particolare software al proprio compiuter con assolutamente diversa sistema instalata (simulatore di aiphone per eseguire l'app di appinvertor). A volte consentono l’emulazione di parti di hardware (daemon tools è simulatore di un disk CD). La macchina virtuale può essere usata contemporaneamente rispetto al sistema operativo effettivamente installato. Attraverso una macchina virtuale possiamo così ricreare una sorta di “altro computer” all’interno del nostro. Il difetto principale delle macchine virtuali è la lentezza dovuta a un uso eccessivo della memoria. I vantaggi delle macchine virtuali: in qualsiasi momento possiamo aprire una finestra e al suo interno avviare una applicazione che appare come un computer totalmente diverso e autonomo con un diverso sistema operativo e programmi differenti. Che cos’è l’architettura di un computer? Un sistema di elaborazione è l’insieme di hardware e software. Il confine tra hardware e software è firmware, formato dall’insieme dei programmi memorizzati direttamente sui circuiti elettronici (software cablato (secondo me è BIOS). L’architettura dei computer studia le tecniche con le quali i componenti di un sistema di elaborazione vengono progettati e uniti logicamente tra loro. L’architettura dei calcolatori ha l'obiettivo di ottenere le migliori prestazioni possibili dai componenti elettronici. L’elettronica dei calcolatori ha obiettivo di produrre circuiti sempre più veloci ed efficienti. "l’architettura" è l'insieme di concetti, metodologie e tecniche per definire, progettare e valutare un sistema. I due categorie principali dei componenti elettronici che formano un computer:
I circuiti elettronici elementari svolgono le operazioni logiche dell’algebra booleana basata sui valori logici VERO o FALSO (TRUE or FALSE). TRUE o FALSE corrispondono al passaggio (1 binario) o al non passaggio (0 binario) di corrente elettrica in circuiti. Attraverso l’assemblaggio сборка di porte logiche vengono realizzate macchine elementari:
I generatori di segnali producono un segnale periodico per sincronizzare gli elementi hardware presenti nei computer. Le architetture software comprendono il sistema operativo, cioè il software che si occupa della gestione e del coordinamento delle risorse hardware del computer e delle relative informazioni memorizzate. Il modello di Von Neumann Il modello di Von Neuniann (ricercatore ungherese) descrive il comportamento di una macchina e il suo inventore chiamò stored-program computer (esecutore sequenziale dotato di programma memorizzato). MODELLO DI VON NEUMANN e’ uno schema a blocchi che illustra il modello di funzionamento di massima di un computer. Il modello è stato ideato per la prima volta durante la progettazione del primo computer elettronico, chiamato IAS (negli Stati Uniti tra il 1945 e il 1951). John von Neumann morì nel 1957 a soli 53 anni lasciando molti progetti che verranno sviluppati più tardi presso i centri di ricerca militari di Los Alamos. Questo modello è in parte valido ancora oggi come punto di partenza per comprendere la struttura e il funzionamento di una moderna CPU. CPU (Central Processing Unit) è l'unità centrale di un computer, in grado di elaborare ed eseguire milioni di micro-istruzioni al secondo, costituita da un circuito elettronico chiamato microprocessore. il MIPS (Million Instructions Per Second, milioni di istruzioni per secondo) è l'unità di misura che indica quante istruzioni al massimo è in grado di eseguire il CPU dove con "istruzioni" si intendono le istruzioni in assembly, Un assembler è un software che trasforma le istruzioni mnemoniche dell'assembly in linguaggio macchina. Oggi si parla di architetture diverse NON Von Neumann. Possiamo così sintetizzare il significato dei nomi della macchina chiamata stored-program computer:
La frequenza del clock identifica quanti cicli macchina esegue la CPU (microprocessore) in un secondo. Non dobbiamo commettere l'errore di confonderla con il numero di istruzioni al secondo eseguite dalla CPU (MIPS). Il numero di istruzioni al secondo eseguite dalla CPU (MIPS) indica il numero di istruzioni codificate ed eseguite (cioè elaborate) in un secondo. I cicli macchina sono le operazioni elementari svolte dalla CPU. La CPU fa diversi cicli macchina per eseguire ciascuna istruzione in linguaggio assembly. Stored-program indica le istruzioni che la CPU deve eseguire:
Il diagramma a blocchi evidenzia alcuni componenti principali:
In questa rappresentazione schematica:
Ogni trasferimento di informazioni dovrà necessariamente passare attraverso la CPU. Lo schema a blocchi mostrato è non descrive la struttura fisica del sistema. Il modello Harvard A differenza del modello Von Neumann nel quale i dati e le istruzioni condividono assieme la stessa memoria, il modello Harvard ha due memorie:
È una soluzione più efficiente, ma tuttavia molto più costosa. Dispositivi che utilizzano l’architettura Harvard:
La memoria indicata nello schema viene (centrale o main memory) ha di due tipi:
La memoria è:
L’accesso alle celle di memoria avviene attraverso indirizzi numerici (memory address) che identificano la casella in cui si trova il dato. Il indirizzo logico è la casella in cui si trova il dato (non ha lo spazio fisico di memoria centrale). Il tempo di accesso è il tempo necessario per leggere o scrivere un dato su una cella di memoria. L’input/output I dispositivi di input/output rappresentano i flussi di dati in ingresso e in uscita da e verso le principali periferiche, attraverso appositi circuiti di interfaccia clic. I dispositivi di ingresso consentono al sistema di elaborazione di acquisire segnali provenienti dal mondo esterno. I dispositivi di uscita consentono al sistema di elaborazione di inviare segnali al mondo esterno. La CPU gestisce la comunicazione con i dispositivi I/O in modo asincrono tramite un segnale detto interrupt (IRQ). I segnali sono i bit (parole, numeri, suoni, immagini) che vengono inviati e ricevuti da tali dispositivi. Il controller:
Un protocollo di comunicazione è l'insieme di regole che governano la comunicazione tra CPU e dispositivo. I bus I bus sono l’autostrade sulle quali scorrono i bit. Le dimensioni di questi elementi variano in relazione alla struttura fisica della CPU:
La CPU La CPU (Central Processing Unit) o il processore:
Microprocessore o MPU (Micro Processor Unit) è un unico componentite elettronico che racchiude al suo interno tutte le funzioni di una CPU. Il processore ha il compito di preparare ed eseguire istruzioni:
II linguaggio macchina:
Il funzionamento di una CPU:
Il microprocessore Il microprocessore è un circuito integrato (chip) costituito da un monocristallo di silicio estremamente puro, e infine trattato ad altissime temperature in forni che contengono vari tipi di impurità allo stato gassoso. Queste impurità devono legarsi alla struttura reticolare del cristallo. Il silicio diventa un semiconduttore ed è in grado di resistere al passaggio di corrente elettrica in misura maggiore rispetto ai normali conduttori come il rame, ma non tanto quanto gli isolanti. Il microprocessore (CPU) è un'elaborata combinazione di transistor che può essere definita circuito integrato. Il microprocessore svolge due funzioni:
In base a queste funzioni possiamo suddividere la CPU in due unità fondamentali:
CPU contiene anche una memoria interna formata da diverse celle di memoria (registri di memoria) che vengono utilizzati per il controllo dell’esecuzione di un programma.
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