Il calcolatore e la sua architettura

L’architettura, o struttura, di un computer è la complessità tecnologica con cui è costruito un calcolatore elettronico: è quindi l’insieme delle unità logiche (sottosistemi) – tipologie di componenti hardware (in particolar modo la famiglia di CPU) e di Sistema Operativo (il tipo di software di base su tale struttura hardware).

Studiare l’architettura di un computer significa analizzare il modo in cui sono collegati tra loro i componenti.

Lo schema funzionale di un calcolatore digitale moderno corrisponde ancora oggi a quello della macchina di von Neumann (si pronuncia “fon noiman”).

Dal precedente modello è anche possibile ricavare il modello a BUS, in cui si mette in evidenza come le varie unità sono fra loro connesse al fine di trasmettersi le informazioni: attraverso il canale di comunicazione detto appunto BUS:

Argomenti della dispensa sui calcolatori:

Cap03_Architettura calcolatore
Cap04_Hardware e Software (manca SO)
Cap06_bit e byte
Cap07_Prestazioni del calcolatore

 

SISTEMA DI ELABORAZIONE

Insieme organizzato di elementi fisici (hardware) e astratti (software) che interagiscono fra loro, finalizzati all’elaborazione automatica delle informazioni. È una macchina programmabile in grado di svolgere i compiti che un programma gli ordina di svolgere.

Ad es. in una lavatrice può essere selezionato un programma di lavaggio, che consente alla lavatrice di comportarsi in maniera differente a seconda della posizione di alcune manopole del pannello.

Affinché sia possibile usare un sistema di elaborazione, è necessario comunicargli le azioni che deve compiere, e ciò viene fatto tramite i programmi.

In assenza di un preciso programma, la macchina non fa assolutamente niente.

 

Un sistema di elaborazione è composto da:

• La macchina vera e propria (HARDWARE – HW)
• L’insieme dei programmi (SOFTWARE – SW).

 

IL COMPUTER

Il computer fa parte delle categoria dei sistemi di elaborazione (digitali) per scopi generici.

Sebbene un computer, strutturalmente, non ha niente di diverso da un televisore, uno stereo, un telefono cellulare o una calcolatrice, esso è stato progettato per svolgere differenti tipologie di compiti.

Elaboratore, Cervello Elettronico, Ordinatore, Processore sono tutti sinonimi del Computer.

Il computer è un apparecchio elettronico digitale utilizzato per analizzare e trattare (elaborare) i dati in modo automatico, in grado di svolgere operazioni aritmetiche e logiche e, di memorizzare le informazioni ad alta velocità.

 

Ciò che differenzia un computer da un televisore o altro sistema elettronico embedded è la sua versatilità. Il computer è in grado di svolgere compiti molto diversi tra loro variando opportunamente i programmi.

 

ORIGINI DELLA PAROLA COMPUTER

La traduzione in italiano di “Computer” è “Calcolatore”, ma comunemente il termine che ne descrive meglio la funzione è “Elaboratore”. L’elaboratore, infatti, non è semplicemente una calcolatrice molto sofisticata che esegue calcoli matematici e logici, ma è una macchina in grado di svolgere qualsiasi tipo di elaborazione di informazioni per cui è stata programmata.

 

LATINO: COMPUTARE (CALCOLARE)

ENG: TO COMPUTE (CALCOLARE)

ITA: CALCOLATORE/ELABORATORE

 

DEFINIZIONE 1

Il computer (in italiano anche calcolatore, elaboratore, cervello elettronico) è una macchina calcolatrice in grado di

• eseguire le istruzioni che le vengono comunicate dall’uomo,
• memorizzare le informazioni,
• ed elaborare le informazioni,

in modo

• automatico,
• con rapidità e
• precisione.

Il computer, infatti, esegue automaticamente (con elevata velocità e precisione) sequenze di operazioni logico-aritmetiche sui dati in ingresso (input) e restituisce i risultati di tali operazioni in uscita (output).

Le sue caratteristiche sono:

• Velocità: svolge le operazioni ad elevata velocità (milioni di istruzioni al secondo).
• Precisione: il margine di errori è nullo.
• Versatilità: può svolgere compiti molto diversi fra loro.

 

Analizziamo i termini contenuti nella definizione di computer:

• Elaboratore: immagazzina ed elabora dati in base ad una serie di istruzioni (il programma).
• Elettronico: utilizza componenti elettronici (valvole, transistor, microchip).
• Digitale: l’informazione viene elaborata convertendola in segnali numerici basati sul sistema binario.

 

 

DEFINIZIONE 2

Il computer è un ELABORATORE ELETTRONICO DIGITALE, PROGRAMMABILE PER SCOPI GENERICI.

Questa è la definizione attualmente più utilizzata.

Nel corso della storia, grazie alle invenzioni nel campo tecnologico, il computer si è modificato profondamente sia nei meccanismi di funzionamento (elettrici, meccanici ed elettromeccanici), che nelle modalità di rappresentazione delle informazioni (analogica e digitale) che in altre caratteristiche (architettura interna, programmabilità, tecnologia implementativa, ecc.).

Attualmente il computer è costruito secondo la cosiddetta ARCHITETTURA DI VON NEUMANN e si basa sul modello tecnico-computazionale della cosiddetta MACCHINA DI TOURING.

Il computer, al pari del televisore, rappresenta il mezzo di comunicazione tecnologico di massa simbolo che più ha modificato le abitudini umane dal secondo dopoguerra ad oggi; la sua invenzione ha contribuito alla nascita e allo sviluppo dell’informatica moderna, che ha segnato l’avvento della cosiddetta TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE e della società dell’informazione.

Come tutte le macchine il computer non ha capacità discrezionali (decisionali), ma si limita ad eseguire determinate operazioni secondo procedure prestabilite (programmi).

Con il termine programma s’intende l’insieme delle istruzioni da fornire alla macchina perché esegua una certa operazione. Grazie ai programmi, è possibile impartire al computer le istruzioni necessarie per compiere qualunque tipo di elaborazione in modo automatico.

Il computer è costituito da parti materiali (hardware) e da parti immateriali (software); alcune fra le parti immateriali permettono il corretto funzionamento delle parti materiali; le altre parti immateriali, invece, vengono eseguite dal computer e sono anche dette programmi; i programmi consentono all’uomo di sfruttare il computer per differenti scopi.

Il computer è costituito da un insieme di dispositivi di diversa natura (elettrici, elettronici, meccanici, ottici), in grado di svolgere automaticamente una funzione ben precisa: l’elaborazione dei dati. L’automatismo si realizza con il passaggio di corrente elettrica attraverso i componenti del computer, ovvero circuiti, transistor, circuiti integrati, ecc.

L’elaborazione delle informazioni può essere considerata una trasformazione di dati inseriti dall’operatore o da un altro computer (input) in altri dati (output) che vengono restituiti all’utente o inviati ad altri elaboratori

NB Anche quando sembra che il computer non stia facendo nulla, sta in realtà eseguendo ciclicamente un’istruzione di “attesa”.

 

NB Dal momento in cui viene avviato al momento in cui viene spento, il computer esegue un’istruzione dietro l’altra, senza mai avere delle interruzioni, ad altissima velocità (miliardi di volte al secondo).

Per essere utilizzato per svolgere determinati compiti, il computer deve essere opportunamente istruito o per meglio dire programmato. L’elaboratore infatti per eseguire determinate funzioni deve utilizzare dei programmi, cioè delle sequenze finite di istruzioni elementari da svolgere in modo rapido e preciso.

Abbiamo potuto osservare che il termine computer, indicava inizialmente una macchina in grado di svolgere soltanto calcoli matematici; i primi computer (anni ‘40, ‘50, ‘60, ‘70) erano, infatti, finalizzati esclusivamente al calcolo.

 

Attualmente, invece, l’impiego prevalente dei computer non consiste più nel calcolo, bensì nella gestione, conservazione e trasmissione delle informazioni.

 

Si può anzi affermare, paradossalmente, che il computer è in grado di compiere un’unica azione: eseguire istruzioni; dal momento in cui viene avviato al momento in cui viene spento, il computer esegue un’istruzione dietro l’altra senza mai nessuna interruzione (molti milioni di volte per secondo). Anche quando sembra che non stia facendo niente, sta in realtà eseguendo ciclicamente un’istruzione di “attesa”.

IL calcolatore è una macchina a programma memorizzato, cioè una macchina progettata per eseguire operazioni in base a programmi registrati nella sua memoria.