Struttura dell'elaboratore

L'elaboratore o calcolatore elettronico non è un apparato specifico. È un generico apparato caratterizzato dalla sua struttura fisica e dalla sua funzione.

Il termine indica una vasta gamma di macchine, dai supercalcolatori per le analisi strutturali o per le simulazioni meteorologiche, fino ai microprocessori incorporati negli apparecchi domestici (cellulari, televisori, lavatrici e frigoriferi). Ci riferiremo in particolare al calcolatore destinato all'uso generale: il personal computer o PC.

Un elaboratore (anche il PC più economico) è un apparato complesso, quindi è costituito da più parti o componenti.

Alcuni componenti formano il nucleo centrale del calcolatore (il 'cuore'). Essi sono detti componenti centrali.

Nei calcolatori moderni, essi sono tutti ospitati su un'unica scheda di circuito stampato, detta scheda madre (motherboard)

La maggior parte di essi trova addirittura spazio all'interno di un unico circuito integrato, il microprocessore.

Questi componenti sono imprescindibili per il funzionamento del calcolatore.

Altri componenti sono concettualmente esterni al nucleo centrale del calcolatore, e sono pertanto detti componenti periferici o periferiche.

I componenti periferici non sono in linea di principio indispensabili per il funzionamento dell'apparato. In realtà, molti di essi sono necessari per poter utilizzare il calcolatore (ad es. tastiera e schermo).

Com'è fatto l'hardware

Sostanzialmente tutti i computer sono realizzati sulla base di uno schema proposto nel 1946 dallo scienziato J. Von Neumann.

La macchina di Von Neumann è composta come illustrato nella figura seguente.

La macchina di Von Neumann è costituita da cinque elementi funzionali che svolgono un ruolo specifico.

Memoria interna

Contiene tutto il necessario all'esecuzione di un programma: i dati e le istruzioni. Spesso indicata con l'acronimo RAM , dall'inglese Random Access Memory, che può essere tradotto come memoria ad accesso diretto; viene anche detta memoria centrale. Un programma in esecuzione deve essere contenuto nella memoria centrale. È di tipo volatile, ossia perde il suo contenuto quando il computer viene spento.

Bus di sistema

Ha la funzione di connettere tra loro gli altri elementi funzionali permettendo un scambio di dati fra questi.

Unità centrale di elaborazione o processore

Svolge le elaborazioni e controlla il trasferimento dei dati e programmi tra le altre componenti. È l'elemento funzionale che esegue i programmi. Spesso è chiamata CPU, acronimo inglese di Central Processing Unit.

Memoria esterna

Contiene dati e programmi in forma persistente, ossia indipendentemente dallo stato di acceso o di spento del computer. Solitamente indicata come memoria di massa perché la sua capacità è tipicamente molto più grande di quella della RAM. Ha tempi di accesso molto più lenti di quelli della RAM.

Interfaccia alle periferiche

È la parte che gestisce tutte le periferiche di comunicazione con l'ambiente esterno. Si noti che le periferiche, ad esempio tastiera video o mouse, sono considerate dispositivi distinti dal computer.

Componenti centrali principali:

Unità centrale di elaborazione/Central Processing Unit/CPU: esegue i programmi.

È temporizzata da un segnale, detto clock, che imposta il ritmo di esecuzione delle operazioni ed è generato da un apposito circuito presente sulla scheda madre. (Quindi la scheda madre impone la frequenza di clock.)
La CPU è il componente principale del microprocessore, che può contenere però anche parti ausiliarie: memorie temporanee, elaboratori di istruzioni matematiche o di elaborazione segnali, circuiti di controllo e accesso alla memoria RAM, ecc.

Memoria di lavoro/RAM: contiene i programmi in esecuzione e i dati su cui i programmi stanno lavorando.

Periferiche principali:

Tastiera: dispositivo di ingresso (input) di caratteri alfanumerici e simboli.

Schermo/monitor: dispositivo di uscita (output) grafico.

Mouse: dispositivo di ingresso, usato per il puntamento.

Scheda video: dispositivo di conversione, codifica l'uscita grafica destinata al monitor per renderla visualizzabile.

Disco rigido/Disco fisso/Hard disk: dispositivo di ingresso/uscita, per memorizzare le informazioni in modo stabile ma reversibile (si possono cancellare e modificare). È inamovibile (il disco è fisicamente sigillato all'interno del lettore, il drive, e nemmeno l'aria può raggiungerlo). Data la sua velocità, è usato anche come estensione della memoria di lavoro.

Dischetto/Floppy disk: dispositivo di ingresso/uscita, per memorizzare le informazioni in modo stabile ma reversibile. È amovibile (posso sostituire un disco con un altro, semplicemente togliendolo dal drive). È notevolmente più lento di un hard disk.

Altre periferiche:

Stampante: dispositivo di uscita su carta.

Lettore dischi ottici (CD-ROM, DVD-ROM): dispositivo di ingresso, analogo a floppy disk perché amovibile, ma più capace e non scrivibile.

Masterizzatore dischi ottici: scrive i dischi ottici. I dischi usati sono di un tipo apposito. In lettura è identico al lettore descritto sopra.

Scheda di rete: dispositivo per il collegamento a una rete locale.

Modem: dispositivo per il collegamento a una linea telefonica.

Scheda audio: dispositivo per l'acquisizione, l'elaborazione e l'emissione di informazioni acustiche, memorizzate in forma digitale.

In passato i compiti di avviare i programmi, inserire i dati e leggere i risultati erano affidati a persone esperte che interagivano direttamente con l'elaboratore.

Per utilizzare un elaboratore moderno occorre un aiuto, un 'esperto' che si occupi di farlo funzionare in modo pratico e rapido. Tale 'esperto' è un apposito programma speciale, il sistema operativo.

Il sistema operativo

Il sistema operativo è un programma.

La sua funzione è la seguente: esso si occupa di nascondere la complessità della macchina e presentare - sia all'utilizzatore che agli altri programmi - una astrazione del calcolatore, una macchina virtuale, più semplice e più flessibile di quanto non sia il calcolatore reale.

Per esempio: non mi interessa sapere dove sia esattamente memorizzato, nella memoria del calcolatore, il documento che sto scrivendo: mi interessa solo che ci sia e che io possa usarlo.

Il sistema operativo si occupa di darmi accesso a un'informazione senza che io conosca i dettagli di dove si trova.

Per esempio: non voglio essere obbligato ad avviare il motore di rotazione del disco tutte le volte che voglio leggere un'informazione.

Il sistema operativo mi fornisce un'istruzione 'leggi', che realizza tutti i dettagli della lettura del disco, tra cui avviamento, posizionamento delle testine, calcolo della posizione fisica, ecc.

Come dialogo con il sistema operativo?

Il sistema operativo dialoga sia con l'operatore che con i programmi in esecuzione.

Per l'operatore, il sistema operativo è costituito principalmente dalla sua interfaccia.

L'interfaccia rappresenta il modo in cui il sistema operativo ci presenta le informazioni, e il modo in cui si forniscono comandi/informazioni al sistema operativo.

Esistono due tipi fondamentali di interfaccia:

l'interfaccia orientata ai caratteri;

l'interfaccia grafica.

L'interfaccia orientata ai caratteri prevede che il sistema mi fornisca informazioni sotto forma di righe di testo che appaiono sullo schermo e che io gli fornisca informazioni/comandi attraverso righe di testo che digito sulla tastiera.

L'interfaccia grafica prevede che il sistema mi fornisca informazioni sotto forma di immagini e animazioni sullo schermo e che io gli fornisca informazioni/comandi attraverso semplici operazioni con il mouse.

Solo occasionalmente vengono scambiate righe di testo, che appaiono entro appositi elementi grafici o che io digito sulla tastiera.

Con l'interfaccia a caratteri, occorre di solito sapere esattamente quello che si scrive e il significato di ciò che si legge.

L'interfaccia grafica si affida a una serie di analogie e metafore che facilitano la comprensione intuitiva di ciò che avviene (ad es. la metafora del pulsante da premere, la clessidra con la sabbia che scorre, le finestre)

L'interfaccia grafica mette in grado i principianti di lavorare subito. Però non consente di andare oltre un certo limite di praticità ed efficienza.

Oltre tale limite, l'utilizzatore esperto trova molto più veloce utilizzare la tastiera piuttosto che il mouse.

Per i programmi in esecuzione, il sistema operativo ha la funzione principale di amministratore delle risorse.

Risorsa è qualunque parte del calcolatore che può essere utilizzata da un programma (monitor, tastiera, stampante, memoria, la CPU stessa).

Il sistema operativo decide, in ogni istante, chi può utilizzare quali risorse.

Ad esempio è il sistema operativo a mettere in coda (in ordine di arrivo) le richieste di stampa e a soddisfarle (cioè a inviarle alla stampante) una per una.

Il sistema operativo Windows

È un esempio di sistema operativo con interfaccia grafica.

Tuttavia esiste anche un modo di interazione orientato ai caratteri (la 'finestra DOS', o 'Prompt di MS-DOS', o 'Command').

La prima cosa che occorre fare all'accensione del calcolatore è identificarsi. La procedura è detta log-in.

In Windows 2000 ogni utilizzatore ha accesso a risorse comuni (ad es. una stampante), ma possiede anche le proprie risorse, distinte da quelle degli altri. Quindi, per identificarsi, occorre fornire al sistema operativo il proprio user name/nome utente.

Ogni utilizzatore ha inoltre diritto ad avere le proprie informazioni private; oppure il diritto a non farsele cancellare da altri; ecc. Quindi esiste anche una parola segreta che occorre indicare, insieme allo user name, per identificarsi al sistema: la password.

(Il Dominio, richiesto in figura, identifica un gruppo di calcolatori in una rete. Ogni utente appartiene ad almeno un dominio.)

Dopo l'identificazione, ci si trova direttamente in grado di lavorare.

La metafora dell'interfaccia di Windows è la seguente:

Esiste un'area di lavoro, il desktop (scrivania), che occupa l'intero schermo.
Sulla scrivania (come una scrivania reale) posso lasciare le cose che uso più di frequente, es. i documenti in lavorazione.
C'è anche un cestino per buttar via ciò che non serve più.

Per avviare i programmi, esiste una barra delle applicazioni o taskbar, che quando non serve sparisce. Se riavvicino il puntatore del mouse, ricompare.
La barra contiene, da sinistra a destra: il pulsante di avvio o start button (da cui escono i menu di avvio per avviare tutti i programmi); pulsanti per l'avvio rapido dei programmi d'uso più frequente, organizzati in gruppi detti toolbars; un pulsante per evidenziare o nascondere ciascuno dei programmi già attivati (quindi, subito dopo essersi identificati, ancora nessuno); alcune informazioni come l'ora corrente o la presenza di antivirus attivi.

Le informazioni memorizzate sui dischi sono organizzate in cartelle o folders, analoghe alle cartelle o ai raccoglitori utilizzati nel lavoro d'ufficio.

Le 'cose' che il calcolatore tratta sono dettexoggetti.
Ogni oggetto possiede una rappresentazione grafica detta icona (in realtà somiglia a un francobollo), che cerca di illustrarne al meglio il significato e la funzione.

Ad es. l'oggetto che si occupa di raccogliere le cose non più utili (il Recycle bin, il Cestino) ha un'icona che rappresenta un cestino.

La maggior parte delle icone può essere attivata per l'uso, aprendo una corrispondentexfinestra.

Una finestra è un'area rettangolare con vari elementi grafici di controllo e con una zona di lavoro. Se il contenuto della finestra non è completamente visibile, esso può essere fatto scorrere verticalmente o orizzontalmente muovendo i blocchetti presenti sulle barre di scorrimento (scroll-bars) rispettivamente verticale od orizzontale.

Gli elementi di controllo delle finestre e quelli dei vari programmi applicativi sono pulsanti.

Azioni elementari su vari tipi di oggetti:

Su un pulsante si agisce cliccando con il mouse mentre il puntatore è posizionato sul pulsante.

Per attivare un'icona (e aprire la corrispondente finestra) si deve fare un doppio click con il mouse (uguale a cliccare, ma due volte in sequenza possibilmente senza spostare il mouse).

Per spostare un oggetto (ad es. per prenderlo dalla scrivania e buttarlo nel cestino) si deve fare col mouse un'operazione di drag‑and‑drop:

spostare il puntatore sull'oggetto

tenere il tasto premuto

spostare sulla destinazione (tasto    sempre premuto)

rilasciare il tasto.

Ogni oggetto possiede un menu specifico che contiene le principali azioni che posso effettuare su di esso. A tale shortcut menu o menu di scelta rapida si accede facendo click col tasto destro del mouse (uguale a cliccare, ma con l'altro tasto, quello per il dito medio).

Quando voglio agire su uno o più oggetti, occorre che io specifichi quali oggetti.
Per fare questo, gli oggetti devono essere selezionati. Un oggetto selezionato appare evidenziato (ad es. i colori possono essere trasformati in negativo).
Per selezionare si può usare il mouse oppurexlaxtastiera.

Per selezionare con il mouse:

puntatore del mouse su un estremo della zona da selezionare (inizio oppure fine) e premere il tasto del mouse (senza rilasciarlo ancora)

spostamento del puntatore del mouse all'altro estremo della zona sempre senza alzare il dito dal tasto del mouse

una volta sulla posizione finale, rilasciare ilxtastoxdelxmouse.

Per selezionare con la tastiera:

il tasto Shift ha il ruolo del pulsante del mouse; i normali comandi di movimento hanno il ruolo del movimento del mouse.

Quindi:

cursore ad un estremo della zona da selezionare (inizio oppure fine), p.es. sul primo oggetto del desktop; premere il tasto Shift (senza rilasciarlo ancora)

spostamento all'altro estremo della zona (sempre senza alzare il dito dal tasto Shift) usando i normali comandi da tastiera: frecce, control-frecce, home, end, ecc (vedi sopra);

una volta sulla posizione finale, rilasciare il tasto Shift