Rappresentazione schematica del funzionamento del computer

"Computer" in inglese significa "calcolatore", ma in italiano esiste un termine che forse ne descrive meglio la funzione: elaboratore. Il computer infatti non è semplicemente una calcolatrice molto sofisticata, ma è in grado di svolgere qualunque tipo di elaborazione di informazioni per cui è stato programmato.

Il funzionamento di un computer può essere schematizzato nel modo seguente:

schema funzionale computer

lo schema mostra subito che il computer è al centro di un flusso di informazioni che arrivano dalle periferiche di ingresso, vengono elaborate dal processore e infine vengono inviate alle periferiche di uscita.

L'unità di elaborazione vera e propria del computer è il processore, detto anche CPU (Central Process Unit): esso è in grado di eseguire sequenze prestabilite di operazioni logiche o aritmetiche (i programmi) sui dati che riceve, effettuando così l'elaborazione.

Cosa è una periferica per computer? Periferica nel campo dell'informatica è un dispositivo hardware collegato al computer, controllato dal sistema operativo con pacchetti software chiamati device driver.

Esempi di periferiche di ingresso note a tutti sono la tastiera e il mouse, ma in realtà possono essere le più svariate: hard disk, lettori di floppy disk, lettori di CDROM o DVD etc. da cui leggere i dati da elaborare; microfoni per raccogliere suoni o telecamere per raccogliere immagini; tastiere musicali; qualunque strumento di misura (termometri, barometri, fonometri, etc.); modem o schede di rete per i dati provenienti da altri calcolatori; scanner, macchine fotografiche, ...

Ci vengono subito in mente anche delle periferiche di uscita: il monitor, la stampante, o gli altoparlanti. Ma ancora possono essere periferiche di uscita l' hard disk o il floppy disk su cui vengono scritti i risultati delle elaborazioni; il modem o la scheda di rete per spedire informazioni ad altri computer; masterizzatori per scrivere CDROM o DVD....

Quindi alcune periferiche sono sia di ingresso, sia di uscita: in questo caso si dice periferiche di I/O (Input/Output).

Tastiera (keyboard), mouse e monitor (monitor lcd, a cristalli liquidi, o monitor crt, tubo catodico) sono le periferiche principali.

In generale l'apparato di comando di un qualunque macchinario (dall'interruttore per accendere la luce o la macchina del caffè al sistema di comando di una centrale elettrica) può essere configurato per ricevere l'output di un computer. Così possiamo avere un computer che gestisce un sistema antiincendio, ricevendo l'input dai sensori di fumo, e controllando in output i dispositivi di spegnimento automatico e la linea telefonica per chiamare i pompieri. Oppure possiamo usarlo per gestire un parcheggio, facendogli controllare quali utenti possono parcheggiare e a che ora.

Il compito delle interfacce di ingresso è quello di trasformare i segnali provenienti dalle diverse periferiche in dati utilizzabili dalla CPU. Analogamente le interfacce di uscita trasformano i dati elaborati dal processore in segnali adatti a comandare la periferica di output. Queste interfacce in genere sono schede elettroniche collocate di solito all'interno della scatola che contiene il computer (detta case). Ad esempio la scheda audio contiene una interfaccia di ingresso che si occupa di trasformare i segnali elettrici provenienti dal microfono in dati utilizzabili dal calcolatore; ed ha una interfaccia di uscita in grado di trasformare dati audio in segnali elettrici da inviare agli altoparlanti. Un ulteriore esempio di interfaccia di output è la scheda video, in grado di trasformare i dati che rappresentano immagini in segnali elettrici adatti a pilotare il monitor.

Durante l'elaborazione il processore utilizza una memoria ad accesso veloce, la RAM, per memorizzare temporaneamente i dati e i programmi in uso e i risultati parziali delle elaborazioni. Questo permette di evitare di accedere continuamente ad altre periferiche più lente (come gli hard disk).

CPU, RAM e interfacce di input e output si scambiano le informazioni attraverso un canale condiviso chiamato BUS (con tale termine si indica appunto un canale di comunicazione condiviso da più entità). Negli ultimi 10 anni la dimensione della RAM è salita da qualche MB (megabyte: un milione di byte) a centinaia di MB e ormai sono comuni i personal computer con RAM superiore al GB (gigabyte: miliardo di byte).

Infine nello schema sono indicati con due frecce dirette verso la cpu due tipi di segnali molto importanti che arrivano al processore: il clock e gli interrupts.

Il clock "batte il tempo" in modo da sincronizzare i vari componenti del computer: ogni operazione del processore, ogni trasmissione di un dato, ogni comando ad una periferica richiede almeno un "battito" del clock, o un numero intero di "battiti". Quindi più rapido è il segnale di clock e più veloci sono le elaborazioni del computer. Negli ultimi 10 anni si e` passati da clock con un milione di battiti al secondo (1 MHz) a clock da un miliardo di battiti al secondo (1 GHz)

Gli interrupts (interruzioni) sono segnali che possono arrivare al processore in qualunque momento e hanno il compito di interrompere l'elaborazione salvando i risultati parziali e eseguire un compito con priorità più alta: ad esempio quando muovo il mouse o premo un tasto sulla tastiera, il processore interrompe l'elaborazione in corso, gestisce l'arrivo dei dati provenienti da mouse o tastiera e poi riprende l'elaborazione dal punto in cui era arrivato.