Principali componenti di un PC. Tipi di computer e la loro evoluzione

Vediamo insieme i principali componenti di un PC. Analizzeremo anche i vari tipi di computer e di come e perché è avvenuta la loro evoluzione.

Cosa c’è dentro un computer? Cercherò di dare una risposta a questa domanda in modo semplice e comprensibile a tutti. Un personal computer è una macchina composta da molteplici componenti ed ognuno di questi è essenziali per il suo funzionamento, proprio per questo ne analizzeremo nel dettaglio ogni elemento ed impareremo a riconoscerlo, impareremo inoltre a riconoscere e ad utilizzare i principali supporti di memorizzazione.

Cosa vedremo in questa lezione:

• Quali sono i principali componenti di un computer
• Quali sono i diversi dispositivi di memorizzazione
• Come si sono evoluti i Computer
• Quali sono i diversi tipi di computer

Cosa impareremo:

• Distinguere i principali componenti di un PC
• Distinguere l’unità centrale dalle periferiche
• Le capacità e la velocità di accesso di una memoria
• Distinguere i vari tipi di computer

Principali componenti di un PC

Sono diversi i componenti di un PC, innanzitutto possiamo separare tutto quello che sta nel case del computer (unità centrale) da quello che è collegato attraverso le porto di comunicazione (periferiche). Analizzeremo i principali componenti che sono nell’unità centrale che si trovano all’interno di un contenitore metallico che li protegge e li mette insieme, Ogni case contiene anche alcune ventole che servono a dissipare il calore prodotto dai circuiti elettrici interni.

Scheda madre

Ogni PC è dotato di una scheda madre (motherboard), una scheda elettronica che contiene tutti i circuiti che servono ad assicurare i collegamenti tra gli altri componenti del pc e le porte comunicazione (USB, Rete, HDMI, VGA, uscite audio).

Nella scheda madre trova alloggiamento il microprocessore (CPU) che rappresenta l’unità di calcolo del computer e che svolge la maggior parte dei compiti. Ogni mainboard è predisposta per poter ospitare particolari modelli di processori, ogni famiglia di CPU ha quindi la sua serie di schede madri in grado si contenerle.

CPU

Il processore è uno degli componenti più importanti del computer, permette di eseguire delle istruzioni che vengono date al PC. Un dispositivo può essere dotato anche di più processori che collaborano tra di loro, è il caso dei server che devono avere prestazioni elevate rispetto ai Personal Computer.

Il processore essendo percorso da corrente elettrica si riscalda e produce calore, ha quindi bisogno di un dissipatore (una ventola) che lo raffredda. Il processore lavora ad una determinata frequenza, un particolare segnale che viene condiviso con i vari circuiti in grado di sincronizzarli, la frequenza di clock si misura in Gigahertz (GHz).

RAM

La RAM (Random Access Memory) è una memoria di tipo volatile in quanto spegnendo il computer essa perde tutti i dati è casuale in quanto l’accesso agli indirizzi di memoria durante i calcoli avviene in modo del tutto randomico, conferendo alla RAM anche la caratteristica di essere molto veloce. Tuttavia al termine di una elaborazione, alcuni risultati prodotti, devono essere memorizzati in modo permanente sul nostro computer. Questo compito spetta alla cosiddetta memoria secondaria che ha quindi la caratteristica di essere non volatile in quanto spegnendo il PC i dati salvati non vengono rimossi.

Scheda video

Tutto quello che vediamo sul nostro monitor viene elaborato dalla scheda video, una componente hardware che ha il suo processore (GPU – Graphics Processing Unit), la sua memoria, il suo dispositivo di dissipazione del calore e la sua ventola che bassano la temperatura del componente.

Altri dispositivi e periferiche

All’interno dell’unità di elaborazione sono presenti altri componenti come la scheda audio (cha a volte è integrata nella scheda madre), la scheda di rete per la connessione ad internet, lettori CD e DVD (ora in disuso perché sostituito da chiavette USB e cloud), l’alimentatore, i dispositivi di memorizzazione (Hard Disk). Collegati all’unità centrale attraverso le porte di comunicazione ci sono le periferiche, tra le più importanti troviamo: tastiera, mouse, webcam, microfono, monitor, stampante, altoparlanti, pen drive, router ed auricolari.

Modello di Von Neumann

L’architettura di Von Neumann viene introdotta negli anni cinquanta dall’ungherese John Von Neumann e si basa sul componente principale dei dispositivi elettronici: il processore (CPU)

La Central Processing Unit si divide in tre parti: la ALU (Arithmetic Logic Unit) che esegue operazioni di tipo matematico e logico, la CU (Control Unit) che coordina le attività di calcolo ed i registri.

Per effettuare le elaborazioni dei dati il modello ha bisogno di una memoria (RAM) che ha il compito di memorizzare tutti i dati ed i programmi utili all’elaborazione nel processore.

Le periferiche di input e output sono un’altra componente fondamentale dell’architettura di Von Neumann, attraverso questi dispositivi è possibile immettere i dati necessari all’elaborazione del calcolo, fase di input, e ricevere successivamente i risultati, fase di output. CPU, RAM, dischi rigidi e periferiche di input e output fanno parte delle mainboard e possono comunicare tra loro attraverso dei canali di collegamento definiti BUS.

L’architettura di Von Neumann si trova dunque alla base dei moderni calcolatori. Il suo principio di funzionamento può essere diviso in tre fasi:

1. fase di input, in cui l’utente inserisce dati
2. fase di elaborazione, in cui il processore elabora i dati e produce un risultato
3. fase di output, in cui viene restituito all’utente il risultato attraverso le periferiche di output

I supporti di memorizzazione

Vediamo ora i supporti di memorizzazione prima però diamo un’occhiata alla piramide relativa alla gerarchia di memoria. La piramide sintetizza alcuni parametri fondamentali delle memorie tv rappresentate

Alla base della piramide vi sono quei supporti di memorizzazione di grande capacità ma con tempi di accesso piuttosto lenti mentre man mano che si sale sulla piramide si giunge a memorie di piccola capacità ma estremamente veloci. Il costo per Megabyte sale dalla base della piramide sino alla cima.

I registi della CPU sono costituiti da celle di memoria che complessivamente raggiungono poche centinaia di byte, questi hanno tempi di accesso incredibilmente bassi anche inferiore al nanosecondo.

Le memorie cache di primo e secondo livello sono realizzate con RAM di tipo statico e arrivano ad avere capacità di qualche Kilobyte ma hanno velocità di accesso molto basse, dell’ordine di nanosecondi (1/10 ns).

La memoria centrale (RAM) è realizzata con caratteristiche e tecnologie dinamiche e arrivano a sostenere capacità dell’ordine del gigabyte (4, 8, 16, 32 Gb) con tempi di accesso dell’ordine dei 50/100 ns.

I dischi a stato solido (SSD) hanno una tecnologia di memorizzazione non meccanica ma elettronica ed arrivano a contenere dati dell’ordine del Terabyte, con tempi di accesso intorno ai 5/10 millisecondi.

Gli hard disk (HDD) hanno tempi di accesso dell’ordine dei millisecondi ma un alto livello capacitivo, infatti riescono a contenere più di un Terabyte di dati, sono più lenti dei dischi a stato solido poiché la loro tecnologia è meccanica e la lettura dei dati avviene sui dischi con apposite testine. A differenza della RAM non è una memoria ad accesso casuale in quanto i dati sono organizzati e strutturati nel file system del sistema operativo.

Infine ci sono i nastri che hanno in genere utilizzi per backup ed arrivano a memorizzare diversi Terabyte ma hanno tempi di accesso abbastanza lunghi.

Evoluzione dei computer

Vediamo insieme come è avvenuta l’evoluzione dei computer, quali sono stati i fattori che hanno portato dagli anni 50 ad oggi la crescita dell’uso degli elaboratori. I primi computer erano fisicamente molto grandi e costosi, destinati esclusivamente a grosse compagnie, ed enti governativi ed alle banche. Oggi i computer sono alla portata di tutti ed hanno dimensioni davvero ridotte, basta pensare agli Smartphone che hanno una potenza di calcolo molto simile ad un PC ma con dimensioni davvero ridotte e con costi davvero accessibili.

Cosa ha permesso tutto ciò? I parametri che hanno influenzato l’evoluzione sono sostanzialmente tre:

• miniaturizzazione: i componenti elettronici sono diminuiti in dimensione con il tempo.
• costo: i prezzi dei dispositivi sono bassati notevolmente
• facilità di utilizzo, le interfacce user friendly hanno permesso l’uso dei computer a chiunque, portando un incremento dello strumento in tutti gli ambienti

Tipi di computer

Vediamo ora un elenco dei tipi di computer facendo una panoramica di quelli più utilizzati.

Al primo posto sicuramente troviamo il Personal Computer (PC), è un computer di uso generico le cui dimensioni e prestazioni lo rendono adatto alle esigenze del singolo. Anche i costi di acquisto sono relativamente bassi e lo troviamo in molte delle nostre case. Le applicazioni software per PC comprendono sia programmi di videoscrittura che per elaborare dati (Word, Excel, Google Documenti, Google Fogli etc.), ma anche programmi di posta elettronica e software per lo svago come giochi e programmi di utilità quotidiana. I PC spesso sono connessi alla rete tramite cavo o attraverso la connessione wireless – Wi-Fi – e grazie ad i Browser web ci permettono di navigare su Internet, effettuare ricerche e consultare i portali presenti sul web.

Il laptop (o notebook o portatile) è una tipologia di PC che ha la caratteristica principale di essere trasportabile, il basso ingombro ed il peso contenuto lo rendono indicato a chi ha esigenza di spostarsi e portare con se l’elaboratore. Tutti i principali componenti hardware che formano questo computer sono in un blocco unico ed i componenti elettronici che lo compongono sono simili a quelli di un desktop ma naturalmente con dimensioni nettamente inferiori. Il laptop è dotato di batteria per essere autonomo nel suo funzionamento, proprio per questo è ottimizzato il risparmio energetico in modo tale da essere attivo per più tempo possibile. Sono molte le periferiche integrate, tra le principali troviamo:

• webcam
• lettore delle memory card
• tastiera
• mouse (touchpad)
• monitor

Lo smartphone è un telefono cellulare con capacità avanzate basato su sistemi operativi per dispositivi mobili (Android, IOS). Gli smartphone sono dotati di periferiche integrate che gli conferiscono funzioni multimediali e sono in grado di riprodurre musica, di scattare foto e girare video.

Il tablet ha la caratteristica di avere un monitor touch screen che permette all’utente di utilizzarlo direttamente dallo schermo mediante le dita. La grandezza delle schermo è dai 10 ai 12 pollici che rende lo strumento molto versatile, infatti può essere trasportato con semplicità avendo anche un peso davvero ridotto, meno di 500 grammi. I sistemi operativi usati per i tablet sono gli stessi di quelli usati per gli smartphone.

Il mainframe è una tipologia di computer caratterizzata da prestazioni di elaborazione di alto livello. I super computer sono utilizzati per svolgere diversi servizi, vanno infatti dal controllo degli accessi ai servizi avanzati di telefonia, spesso sono utilizzati della pubblica amministrazione e da grandi società. Attualmente i mainframe sono molto utilizzati nei servizi di tipo cloud, una tecnologia che consente di usufruire di risorse attraverso Internet.

Prestazioni di un computer

Da cosa dipendono le prestazioni del computer? Quali sono gli elementi che influenzano la velocità del nostro PC? Sicuramente la componentistica dell’unità centrale è quella che influenza maggiormente le prestazioni, infatti un moderno elaboratore con hardware di nuova generazione è sicuramente più prestante di uno con una tecnologia più obsoleta.

Ma quali sono i principali hardware che influenzano le prestazioni:

• CPU (unità centrale di elaborazione)
• Memoria di massa (SSD, HDD)
• RAM (memoria principale)
• Frequenza del BUS
• Scheda grafica

Anche l’utilizzo di alcuni Software potrebbero influenzare le prestazioni, bisogna fare attenzione dunque a quali e quanti programmi sono in esecuzione sul nostro Persona Computer per averlo sempre veloce e con prestazioni elevati. I giochi sono tra i software che hanno bisogno di PC con prestazioni elevate!!!

Mappa concettuale principali componenti di un PC

Di seguito la mappa concettuale dei principali componenti di un Personal Computer, altre mappe concettuali sono disponibili sul sito.

Puoi scaricarla e stamparla scaricando il PDF da qui.

Nelle altre lezioni

In questa serie di approfondimenti, vedremo insieme:

• Concetti di base della tecnologia dell’informazione
• Hardware e Software. Input, output e fasi di lavoro di un PC
• Principali componenti di un PC. Tipi di computer e la loro evoluzione
• Unità di misura e dispositivi di memorizzazione
• Sistemi di numerazione, binario, decimale ed esadecimale. Esercizi di conversione
• Codifica delle informazioni, testi, immagini, video, suoni
• Il software: sistemi operativi e software operativi
• Reti informatiche, tipologia, topologia e componenti principali