Computer (Costituenti di un computer)

Definizione
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.

Costituenti di un computer
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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.

Memorie di massa
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.

Bus di sistema
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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:

Bus Indirizzi
Bus Dati
Bus Controlli

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":

ISA
EISA
VESA
PCI
·PCI Express
PCI X
AGP (per schede grafiche)
VMEbus
S100
·Zorro
NuBus
MBus
SBus

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Porta parallela (Centronics)

Interfacce generiche
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Porta seriale
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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:

RS232 (interfaccia seriale)
RS432
Centronics (interfaccia parallela)
IEEE 488
SHUGART (per floppy disk)
IDE (per hard disk)
EIDE (per hard disk)
SCSI (hard disk, CD-ROM, scanner e altri)
SATA (per hard disk)
IEEE 1394 o Firewire (periferiche esterne come hard disk, scanner, videocamere e fotocamere digitali)
PS/2 (tastiera e mouse)
USB (bus seriale esterno espandibile, capace di fornire alimentazione ai dispositivi tastiera e mouse, fotocamere digitali, ecc.)

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.

Tipi di computer
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.

Mainframe

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.

Minicomputer

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.

Microcomputer

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
.
Home computer

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.

Personal computer

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.

Altre categorie

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.

fonte
Wikipedia