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Con il lemma
computer (mutuato dalla
lingua inglese e tradotto talvolta in
italiano con le parole calcolatore o elaboratore
elettronico) si intende un dispositivo fisico che implementa
il funzionamento di una
macchina di Turing.
Questa
definizione, anche se rigorosa, non dice molto su quello che in
pratica un computer è o può fare: in effetti esistono molti tipi
diversi di computer, costruiti e specializzati per vari compiti:
da macchine che riempiono intere sale, capaci di qualunque tipo
di elaborazione a
circuiti integrati grandi pochi millimetri che controllano
un minirobot o un orologio da polso. Ma a prescindere da quanto
sono grandi e da che cosa fanno, possiedono tutti due cose:
(almeno) una memoria e (almeno) una
CPU, o
processore.
Una macchina
di Turing (e quindi un computer) nasce per eseguire programmi:
un computer senza un programma da eseguire è inutile. Tutti i
computer hanno quindi bisogno di programmi: il programma di gran
lunga più importante per un computer è il suo
sistema operativo, che si occupa di gestire la macchina, le
sue risorse e i programmi che vi sono eseguiti, e fornisce
all'utente un mezzo per inserire ed eseguire gli altri
programmi, comunemente chiamati applicazioni o
software, in
contrapposizione all'hardware
che è la parte fisica degli elaboratori.
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Costituenti di un computer |
Case per
Personal computer di tipo MiddleTower
Come già
detto, un computer non è altro che l'implementazione fisica,
pratica, di una macchina di Turing, secondo l'architettura
ideata da
von Neumann: quindi tutti i computer hanno almeno una
CPU, una certa quantità di
memoria RAM di lavoro e una certa
quantità di memoria non volatile (ROM,
PROM,
EPROM,
EEPROM o
Flash) in cui è scritto il primo
programma da eseguire all'avvio del computer stesso: a seconda dei casi, questo
programma può essere l'unico che la macchina eseguirà (firmware)
oppure fare da trampolino di lancio per caricare il
sistema operativo vero e proprio in
memoria di lavoro: in questo caso si parla di loader (o di
BIOS se assolve anche altre funzioni
oltre a questa). In genere questi tre componenti si trovano fisicamente insieme
nello stesso circuito integrato o sulla stessa scheda elettronica, che in questo
caso viene detta scheda madre
o
mainboard. Importante ricordare che,
attualmente, vi è una piccola quantità di memoria detta
Cache all'interno della
CPU; questo perché la velocità del
Bus di collegamento fra
CPU e Memoria è troppo bassa, quindi
si avrebbe che in questi casi la
CPU è "frenata" dal collo di bottiglia
della RAM, ciò non avviene naturalmente se si ha una piccola quantità di memoria
all'interno della
CPU stessa, nella quale vengono
caricate le informazioni che vengono elaborate più spesso.
Oltre ad eseguire programmi, un computer deve anche poter comunicare con
l'esterno: per questo sono sempre presenti anche un certo numero di
interfacce verso vari dispositivi.
Quasi sempre, tranne i casi di microcontroller molto semplici, è prevista la
possibilità di collegare una
tastiera e un dispositivo di
visualizzazione (monitor,
stampante,
display). Inoltre in genere un
computer fa uso di memorie di massa per registrare i dati e i programmi
liberando la memoria RAM, e quasi sempre è possibile collegare ad esso
periferiche esterne e schede di espansione.
La memoria RAM
di lavoro è sì molto veloce, ma ha due problemi:
1.
è molto costosa
anche se in progressiva riduzione;
2.
è volatile,
cioè allo spegnimento della macchina il suo contenuto viene
perso.
Per questo
ad essa si affianca, sempre, un altro tipo di memoria, molto più
lenta ed economica ma soprattutto capace di mantenere i dati che
vi vengono scritti per un tempo indefinito: questa viene detta
memoria di massa ed è costituita in genere da dischi o
nastri magnetici (esistono tuttavia prodotti composti da memoria
solida - la stessa utilizza per le RAM - ma questi dispositivi
sono molto costosi e utilizzati in campi medici e militari). In
casi di applicativi che richiedono poca memoria vengono
utilizzate le NOVRAM, particolari RAM non volatili, se si vuole
la scrittura e riscrittura dei dati, le
ROM se il programma non deve essere cambiato, o al massimo
cambiato molto raramente (ROM
cancellabili tramite raggi UV o tensioni predefinite). In
genere, i dati vengono scritti su queste memorie sotto forma di
file: il modo in cui i file sono organizzati e catalogati si
chiama
file system.
Esempio di slot
PCI
Il nostro
computer non potrebbe funzionare senza il
bus di sistema. Questo è infatti il collegamento fra le
varie componenti di un computer:
CPU,
Chipset,
Scheda video, ecc, ecc. Esso è formato da dei fili su cui
passano le informazioni in forma di dati che si scambiano le
varie
Periferiche e componenti del computer. Esistono 3 tipi
fondamentali di
Bus che, assieme, formano il
bus di sistema:
Le
periferiche esterne possono essere collegate al
bus di sistema mediante le interfacce fornite dal
costruttore (nel caso di componenti di facile integrazione), o
mediante interfacce propietarie nel caso di componenti
particolari o non integrati nel proprio sistema (Scheda
madre) Questi componenti sono detti schede di espansione
e si collegano direttamente in alloggiamenti (slot) della
scheda madre appositamente progettati. Questi slot dialogano,
grazie all'interfaccia del
Chipset, con tutto il resto del sistema. Quindi naturalmente
la presenza di certe interfacce o di altre dipende unicamente
dal
Chipset presente sulla
Scheda madre.
Alcuni tipi
di interfacce a "Slot":
Porta parallela
(Centronics)
Porta seriale
Porte PS2
Esistono un
certo numero di interfacce generiche, adatte a molti scopi, che
in genere i costruttori hanno cura di implementare sempre nei
computer che producono, per aumentarne la versatilità. In genere
le specifiche per queste interfacce sono standard pubblici,
stabilite da enti come l'IEEE
o l'ISO.
Interfacce:
Attualmente
si stanno abbandonando i lettori per dischetti Floppy e le
interfacce
Centronics (in special
modo sui laptop) e allo stesso tempo si stanno installando
lettori di
smartcard.
I computer
possono essere divisi in alcune categorie molto generali, a
seconda delle loro caratteristiche salienti, dell'uso che in
generale se ne fa, del software e dei sistemi operativi che
fanno girare e dell'epoca in cui sono comparse. Le definizioni
nel tempo sono molto cambiate e i confini non sono mai così
netti.
All'inizio
dell'informatica i computer occupavano stanze intere, l'energia
richiesta per il funzionamento ed il raffreddamento era elevata
e, naturalmente, erano costosissimi; per questo motivo li si
tendeva a sfruttare il più possibile e, quindi, l'utilizzo era
suddiviso generalmente fra un numero di utenti piuttosto grande.
In un
secondo tempo, negli
anni '60, in particolare da
Digital e da
HP, vennero introdotti elaboratori dal costo abbastanza
ridotto da poter essere comprati anche da piccole aziende o da
singoli dipartimenti di ricerca e di dimensioni paragonabili ad
un armadio. Questo permise un utilizzo più flessibile e quindi
le prime sperimentazioni in campo informatico. Per distinguerli
dai mainframe venne coniato il termine minicomputer.
All'inizio
degli
anni '70 l'introduzione del primo
microprocessore, l'Intel
4004, rese disponibili computer dal prezzo abbastanza
ridotto da poter essere acquistati anche da una singola persona.
La prima generazione di questi dispositivi era destinata
soprattutto agli appassionati, perché di difficile utilizzo. I
personal computer possono essere considerati microcomputer.
La seconda
generazione di microcomputer, che prende il nome popolare di
home computer, fece il suo ingresso nel mercato nella
seconda metà degli anni Settanta e divenne comune nel corso
degli
anni Ottanta, per estinguersi entro i primi
anni Novanta con l'ascesa dei personal computer.
Gli home
computer, macchine a costo contenuto e di utilizzo
prevalentemente domestico, contribuirono largamente a diffondere
a livello popolare l'uso del computer e all'alfabetizzazione
informatica di vasti strati di popolazione (specie giovanile)
nei paesi sviluppati.
Basati su
processori a 8 bit e costruttivamente molto semplici, erano
dotati di interfacce esclusivamente testuali e come memorie di
massa sfruttavano, almeno inizialmente, le cassette audio. Erano
utilizzati prevalentemente come console per videogiochi, oppure
per i primi approcci con la programmazione.
Con oltre
dieci milioni di macchine vendute, il più rappresentativo
computer di questa categoria è il
Commodore 64. Anche lo
ZX Spectrum della
Sinclair ha avuto buona
diffusione.
Per
Personal Computer si intende un
microcomputer economico destinato, prevalentemente, ad un
utilizzo personale da parte di un singolo individuo. Si
distingue da un
Home computer principalmente perché si prestano - grazie
alle maggiori risorse hardware e software a disposizione - ad
utilizzi maggiormente produttivi rispetto a questi ultimi,
destinati ad un utilizzo ludico o didattico. Dato che la
definizione di Personal Computer nacque con la diffusione dei
computer
PC IBM, oggi per Personal Computer (PC), spesso si intende
un computer da essi derivato.
-
I
supercomputer: dotati di elevatissima capacità elaborativa e
distinti dai mainframe perché solitamente destinati ad una
singola applicazione come previsioni meteorologiche o
simulazioni.
-
I
microcontroller: elaboratori completi totalmente contenuti
in singoli circuiti integrati.
-
I sistemi
barebone: personal
computer compatti, dotati di molteplici funzioni multimediali e
dal design raffinato simile a quello tipico dei sistemi
hi-fi.
I computer
palmari: coputer di ridotte dimensioni, tali da essere
portati sul palmo di una mano. |
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