APPUNTI DI INFOR MATICA

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APPUNTI
DI
INFOR
MATICA
Corso di Informatica
Introduzione
INFORMATICA
L'informatica è una scienza di tipo matematico che crea sistemi per raccogliere, organizzare e conservare le informazioni in modo automatico. Il termine deriva da: INFORmazione autoMATICA
Lo scopo fondamentale di questa disciplina è quindi quello di realizzare le macchine, dette automi,
capaci di eseguire le azioni necessarie alla risoluzione di un problema. Un automa può essere definito
come una macchina che imita i movimenti dell'uomo e lo sostituisce in certe attività riducendo fatiche
e rischi.
Dal punto di vista dell'informatica un automa è un sistema in
grado di ricevere informazioni dall'esterno, reagire alle
stesse, e inviare informazioni dirette di nuovo all'esterno.
Un automa risponde solo alle istruzioni per le quali viene
programmato. Da questa affermazione deriva il termine
programma (o algoritmo), applicato ad una sequenza di operazioni definite a priori.
Un algoritmo è un metodo che descrive come effettuare un’operazione complessa attraverso una sequenza finita, deterministica ed automatica di elaborazioni elementari. In questa definizione vi sono
alcuni termini che vanno spiegati:
- Sequenza finita: è impossibile pensare che esistano algoritmi composti da una sequenza di infiniti passi; nessuna macchina riuscirebbe ad eseguirli.
- Deterministica: l’algoritmo non può produrre risultati casuali.
- Automatica: presuppone l’esistenza di una macchina che realizzi l’algoritmo.
- Elaborazione: ovvero la trasformazione dei dati secondo una opportuna legge del tipo: y=f(x)
Un programma è un algoritmo formulato in un linguaggio comprensibile al computer. Un computer
è una macchina in grado di eseguire programmi. Cambiando il programma, cambia l’operazione che il
computer svolge. E’ attraverso questo meccanismo che il computer è una macchina universale.
Gli strumenti, i metodi e le analisi che interessano l'informatica possono anche essere definite tecnologia dell'informazione, poiché l'informazione viene manipolata come un oggetto dall'informatica.
Il computer è il risultato di una evoluzione che inizia molti secoli fa. La procedura di calcolo basata
sulle cifre deriva dal termine latino "digitus" che significa dito; intorno al 3.000 a.C. comparve il primo strumento di calcolo: l'abaco.
Il matematico Blaise Pascal (1623-1662) introdusse l'uso della numerazione binaria costituita dalle
sole due cifre 0 e 1, ma fu Gottfried Leibnitz (1646–1716) che sviluppò la forma moderna del sistema
di numerazione binaria utilizzato oggi nell'informatica; purtroppo però essa cadde nel vuoto e solo nel
1847 verrà riscoperta, grazie al matematico inglese George Boole (1815–1864), che aprirà l'orizzonte
alla nascita del calcolatore elettronico. Questo permise uno sviluppo notevole nel mondo del calcolo
strumentale: un dispositivo meccanico può esprimere i valori indicandoli con due cifre mentre è più
difficile codificare i 10 simboli necessari per la numerazione decimale. Tutti i sistemi di calcolo attuali
utilizzano la numerazione binaria, che è quindi di tipo digitale.
Il modello di Von Neumann, realizzato agli inizi degli anni 40 dal gruppo di studio del professor
John Von Neumann, riveste una notevole importanza giacché è il principio ispiratore delle architetture
dei moderni sistemi di calcolo. Nella sua forma più semplice un calcolatore consiste di cinque sistemi
fondamentali, funzionalmente indipendenti :
1. unità d’ingresso (la tastiera ad esempio);
2. unità d’uscita (il video);
3. unità di controllo composta o processore o Control
Unit (CU);
4. Aritmetic Logic Unit (ALU);
5. memoria centrale (le memorie RAM dei computer);
- due tipi di segnali: segnali di controllo (a tratto pieno), e flusso dati (segnali tratteggiati).
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Il computer
1.1 - COMPUTER
Con il termine computer (mutuato dalla lingua inglese, ma di origine
latina, e tradotto talvolta in italiano con le parole calcolatore, ordinatore, elaboratore elettronico o cervello elettronico) si intende un dispositivo fisico che implementa il funzionamento di una macchina di
Turing, un modello di calcolo introdotto nel 1936 da Alan 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.
1.1.1 - ICT
Per Information Technology o IT si intende letteralmente la tecnologia dell'informatica. Tale termine contempla varie tipologie di forme tecnologiche finalizzate al concepimento, la memorizzazione e
l'uso dell'informazione nelle sue molteplici forme (dati, immagini, presentazioni multimediali).
Con ICT è l'acronimo di Information and Communications Technology, cioè Tecnologie dell'Informazione e della comunicazione (TIC). Con questa sigla si intende la convergenza di informatica e
telematica per nuovi modi di trasmettere l’informazione.
Il sistema di elaborazione è l'insieme costituito dalle parti materiali della macchina e dai programmi
che le permettono di funzionare.
1.1.2 - TIPI DI COMPUTER
Esistono diverse categorie di computer, suddivise secondo la potenza e l'utilizzo. La distinzione a volte è piuttosto sfumata, ma si possono individuare alcune categorie di riferimento:
- Supercomputer - In ambienti con necessità di calcolo avanzato si usano dei Supercomputer
potentissimi e costosissimi (possono arrivare a costare anche molti milioni di Euro). Si trovano
solo presso i grandi centri di ricerca.
- Mainframe - In grandi aziende, nelle banche e ovunque ci sia bisogno di gestire una complessa e delicata rete di computer e apparecchiature, sono usati grandi computer, detti Mainframe,
per la gestione centralizzata di tutto il sistema. I mainframe sono gli eredi diretti dei primi
computer (quelli grandi come armadi che si vedono in certi film di spionaggio degli anni '60
'70) e ne rispecchiano ancora la struttura di base, con una macchina centrale cui fanno capo diversi terminali secondari; in questo ambito viene usato il termine Minicomputer, per riferirsi
ad una macchina che sta a metà strada fra mainframe e PC.
- Workstation - Nei laboratori di ricerca e nelle università si trovano spesso personal computer
molto potenti (detti Workstation) usati ancora per il calcolo e la programmazione oppure per la
grafica avanzata (set virtuali, montaggio video, effetti speciali cinematografici) e per la ricerca.
- PC - I normali computer da casa o da ufficio (detti Personal Computer o semplicemente PC) si
usano per lo più come elaboratori di testo (word processor), per reperire o gestire informazioni
(Internet, basi di dati), come strumenti da ufficio (amministrazione, programmi gestionali), per
la comunicazione (e-mail), per la grafica o i giochi.
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Il computer
1.1.2.1 - SUPERCOMPUTER
Il supercomputer è un tipo di sistema di elaborazione progettato per ottenere potenze di calcolo estremamente elevate, dedicato ad eseguire calcoli particolarmente onerosi. I supercomputer sono ovviamente strumenti costosi, normalmente di proprietà di società o enti di ricerca che condividono il loro utilizzo tra molti dipendenti/ricercatori. Vista la velocità attuale dello sviluppo tecnologico nel
campo dell'informatica e dei microprocessori, di solito perdono l'aggettivo "super" dopo pochi anni
dalla loro nascita, superati da macchine ancora più potenti. In passato, i supercomputer erano dotati di
architetture più sofisticate e componentistica migliore degli usuali computer al fine di poter svolgere
con maggior efficienza le elaborazioni assegnate. Tuttavia in tempi recenti (a partire dagli anni '90) il
divario fra la potenza delle CPU per supercomputer e i normali microprocessori commerciali è andato
assottigliandosi progressivamente, e l'architettura dei supercomputer ha visto crescere progressivamente il numero di CPU impiegate. Attualmente la maggior parte dei nuovi supercomputer in progetto
e di quelli in funzione sono basati su cluster di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di unità di
calcolo non molto più potenti di un buon personal computer, connesse da reti locali ad alta velocità e
coordinate da estensioni apposite del sistema operativo adottato, generalmente una versione di Unix.
1.1.2.2 - MAINFRAME
I mainframe o Sistemi Centrali sono computer utilizzati per applicazioni critiche soprattutto da grandi aziende e istituzioni, tipicamente per elaborare con alte prestazioni ed alta affidabilità grandi moli
di dati, come quelle in gioco nelle transazioni finanziarie, nei censimenti, nelle statistiche di industrie
e clienti, nelle applicazioni bancarie, da grossi enti pubblici a carattere nazionale, etc.
Comunemente è usato nelle reti come punto centrale o di smistamento, in modo da ricoprire il ruolo di
server per le migliaia di utenti che sono ad esso collegati simultaneamente.
La distinzione tra supercomputers e mainframes non è semplicissima, tuttavia i supercomputer generalmente si focalizzano su problemi legati alla velocità di calcolo, mentre i mainframe si focalizzano
su problemi quali l’accesso rapido a grosse quantità di dati e l’affidabilità.
1.1.2.3 - MINICOMPUTER
Tipo di computer di capacità, costo e prestazioni intermedie, fra i mainframe ed i PC, utilizzato da società di medie dimensioni per l'accesso contemporaneo da parte di decine di utenti. Si serve sia di terminali "stupidi" (unità caratterizzata dal fatto di non possedere capacità di memoria né di elaborazione
i dati, ma semplicemente di leggerli dal computer centrale e chiederne l'elaborazione allo stesso) che
di personal per la consultazione e l'inserimento dei dati. Con l'avvento e la concorrenza dei PC e il loro costante progresso, il minicomputer ha subito un processo di trasformazione, trasformandosi in
workstation, cioè una versione di personal computer molto potente e con un'architettura fatta su misura per scopi professionali spesso con programmi e sistemi operativi proprietari.
1.1.2.4 - PERSONAL COMPUTER
I predecessori dei Personal Computer, nascono in California alla fine degli anni '70: sono piccoli elaboratori ideati per l'uso personale di ogni singolo destinatario. Nel 1981, l'IBM presenta il primo vero Personal Computer. Col passare degli anni, arriviamo ai giorni nostri, in cui, grazie ai progressi della microelettronica, milioni di persone possiedono macchine in grado di elaborare dati documenti e
creare immagini. Il Computer si afferma su scala mondiale in maniera dilagante. I prezzi di un personal computer variano, in media, da alcune centinaia di euro ad oltre duemila euro. Il PC è utilizzato in
maniera preponderante nei luoghi di lavoro, per l'elaborazione di documenti, la redazione della contabilità, e per le applicazioni del foglio di calcolo elettronico e della gestione del database. Anche a casa
è largamente utilizzato; un tempo prevalentemente a scopo ricreativo, oggi grazie alla diffusione di Internet e del telelavoro, anche come strumento di lavoro. Vengono detti Desktop Computer i PC con
la cassa orizzontale. In origine i PC erano sempre orizzontali, ma in seguito si sono affermati i modelli
a cassa verticale che occupano meno spazio sulla scrivania. I computer a cassa verticale sono detti
Tower Computer. Ne esistono più o meno tre misure principali: Minitower, Midtower e Fulltower (o
Bigtower). La figura a lato rappresenta un minitower; il fulltower è alto circa il doppio ed è, ovviamente, in grado di contenere un maggior numero di dispositivi al suo interno.
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Il computer
1.1.2.5 - NOTEBOOK
L'affermazione di tecnologie sempre più avanzate e sofisticate porta alla generazione
di computer sempre più piccoli e leggeri, fino ad arrivare al laptop computer (chiamato anche notebook computer o ancora più comunemente portatile), un PC le cui
caratteristiche sono: batteria portatile, dimensioni ridotte, tanto che può entrare comodamente in una ventiquattrore, e prestazioni assimilabili a quelle dei computer dei
laboratori di ricerca di alcuni anni fa. Il costo di un portatile è circa due volte superiore rispetto a quello di un normale PC di potenza equivalente, a causa della maggiore raffinatezza e
ricercatezza di progettazione ed elaborazione. È vero che, se da un lato un computer portatile offre notevoli vantaggi, comporta anche diversi svantaggi, vediamo di esaminarli:
VANTAGGI
è leggero e maneggevole
funziona per diverse ore senza la necessità di un'alimentazione di corrente
si può conseguentemente portare con estrema facilità in viaggio o in vacanza
SVANTAGGI
economicamente parlando, è più caro di un normale PC
non dà la possibilità di collegare molte schede di espansione
la visione dello schermo è di qualità limitata
l'agibilità della tastiera non è eccellente
1.1.2.6 - PDA
Un computer palmare (detto anche palmare), spesso indicato in lingua inglese con l'acronimo PDA
(Personal Digital Assistant), è un computer di dimensioni contenute, tali da essere portato sul palmo
di una mano, dotato di uno schermo sensibile al tocco (o Touch Screen).
Originariamente concepito come agenda elettronica (organizer), o sistema non particolarmente evoluto dotato di un orologio, di una calcolatrice, di un calendario, di una rubrica dei contatti, di una lista di
impegni/attività e della possibilità di memorizzare note e appunti (anche vocali) (personal information
manager), si è nel corso degli anni arricchito di funzioni sempre più potenti ed avanzate. Normalmente
questi dispositivi sono dotati della capacità di collegarsi e sincronizzare dati con i personal computer,
sia con un collegamento a infrarossi che con una connessione seriale, USB o Bluetooth.
Inoltre spesso è possibile caricare programmi appositamente sviluppati che permettono di aggiungervi
le più diverse funzionalità: fogli elettronici, calcolatrici scientifiche, client di posta elettronica, MP3 e
video player, giochi, ecc. Infine alcuni palmari integrano o possono collegarsi a dispositivi esterni (telefono cellulare, GPS) aumentandone le possibilità d'uso.
1.1.2.7 - ALTRI TIPI DI COMPUTER
- Network computer: computer a basso costo, che funziona grazie a un server a cui è collegato
e dal quale preleva le risorse necessarie per poi elaborarle in locale.
- Workstation: è un sistema con elevate prestazioni di calcolo e funzioni grafiche, solitamente
utilizzato per la progettazione.
- Game computer o consolle giochi: computer dedicati per supportare videogame in 2D/3D,
audio di buona qualità, lettore CD/DVD, disco fisso, connessione a Internet; i prodotti più noti
sono: Sony PlayStation, Microsoft Xbox 360, Nintendo Wii.
- Terminale: è la postazione di lavoro che utilizza la rete per stabilire una connessione a sistemi
di elaborazione remoti per l'accesso a dati e servizi.
Esistono due tipi di terminali:
• terminale “intelligente”: dotato di microprocessore e di memoria, in grado di elaborare informazioni in maniera autonoma anche in assenza di collegamento telematico con il computer centrale;
• terminale “stupido”: non possiede né microprocessore né memoria, quindi non può elaborare dati ma semplicemente leggerli dal computer centrale e chiederne l’elaborazione.
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Il computer
Troviamo inoltre i teminali self-service, come gli sportelli automatici, gli sportelli informativi o le biglietterie automatiche. Questi dispositivi hanno uno schermo sensibile al tatto, pochi tasti, una guida
in linea ed un uso diffuso di menu.
1.1.3 - HARDWARE
Le componenti materiali del computer prendono il nome di hardware. Cosa vuol dire? L'aggettivo
inglese "hard" significa duro, rigido, e la parola "ware" può essere tradotta in materiale.
L'hardware è costituito da schede con circuiti elettronici che materialmente permettono al computer di
mettersi in moto e funzionare. In altre parole è hardware tutto ciò che in un computer si riconosce fisicamente (ha un peso, un volume, una consistenza fisica) e quindi tutte le periferiche, le parti elettriche,
meccaniche, elettroniche ed ottiche.
Tipici componenti Hardware sono: tastiera, mouse, hard disk, floppy disk, CD/DVD, RAM, scheda
madre, monitor, scheda video, scheda di rete, CPU, modem, stampante, casse, scanner, cavi.
1.1.4 - SOFTWARE
L'altra componente fondamentale di un computer è il software, termine con il quale si intendono i
programmi di un elaboratore. Un programma è quell'insieme di istruzioni che, processato ed elaborato
da un computer, rende possibile il suo funzionamento. Di contro alla parola hardware, il termine software è composto dall'aggettivo inglese "soft", che significa morbido, e dalla parola "ware", che, come
già in precedenza detto, significa materiale. I programmi più comunemente adoperati per creare documenti, sviluppare immagini, gestire la contabilità di un'azienda non sono altro che software. È un
software anche il sistema operativo (ad esempio Windows, Linux, ecc.), senza il quale tutti gli altri
programmi non potrebbero essere utilizzati dal computer.
Viene in generale suddiviso in:
- software di base o di sistema perchè è indispensabile al funzionamento del computer dal
momento che senza di esso non sarebbe che hardware inutilizzabile, viene identificato con il
sistema operativo;
- software applicativo: esso comprende i programmi che il programmatore realizza utilizzando
le prestazioni che offre il sistema operativo e tra essi troviamo ad esempio applicazioni gestionali destinati alle esigenze specifiche di un utente o di un'azienda e tutto ciò che riguarda l'Office Automation.
1.1.5 - IL PERSONAL COMPUTER
Il termine Personal Computer deriva da un marchio di fabbrica. Era infatti il 1981 quando l'IBM
lanciò sul mercato (con pochissima convinzione, a dire il vero) un nuovo modello di
computer detto "IBM PC". Al contrario dei computer prodotti fino ad allora (pensati,
come si è detto, per i centri di ricerca e le grandi aziende) il PC era pensato per l'utilizzo da parte delle piccole aziende e degli utenti privati; quasi un computer "casalingo".
Il fatto è che all'epoca nessuno sapeva bene che farsene di un computer in casa; si lanciavano idee alquanto surreali, tipo catalogare le ricette di cucina o tenere la contabilità
familiare, fra l'altro l'IBM PC costava uno sproposito (circa 8000 Euro di oggi; un prezzo comunque
molto inferiore a quello delle altre macchine in commercio) e aveva una potenza ridicola rispetto agli
standard attuali.
L'IBM credeva così poco nel progetto che non si degnò neppure di creare un nuovo sistema operativo
per la macchina, ma ne prese uno già fatto: l' MS-DOS, prodotto da una piccola società di software
chiamata Microsoft. Il resto è storia recente: il successo clamoroso del PC ha fatto di Bill Gates, proprietario della Microsoft, uno degli uomini più ricchi del mondo.
All'inizio il PC non si diffuse tanto fra i privati, quanto piuttosto nelle piccole aziende e negli enti minori (che non potevano permettersi il costo di macchine più potenti). Ben presto altre case misero in
commercio i loro modelli di PC con sistemi operativi vecchi e nuovi. Furono prodotti anche dei modelli molto semplificati, detti Home Computer, che avevano finalmente un prezzo abbordabile, ma
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anche capacità estremamente limitate; alcuni modelli, come i Commodore Vic 20 e 64, ebbero un discreto successo nella prima metà degli anni '80, ma finirono per essere usati soltanto per i giochi.
Nel mercato dei personal computer le macchine che, come l'IBM PC, si basavano sul sistema DOS furono dette IBM-compatibili. Le macchine che usavano altri sistemi operativi ebbero per la maggior
parte vita effimera, con l'unica eccezione del Macintosh (o "Mac"), prodotto dalla Apple a partire dal
1984 e ancora oggi sul mercato con i modelli iMac e PowerMac. I Mac, pur essendo affini ai personal
computer, di solito non vengono designati come "PC"; questo termine ormai è diventato sinonimo di
"IBM-compatibile".
Il primo computer a possedere un'interfaccia grafica per l'interazione con l'utente (invece dei comandi
da tastiera) fu "Lisa" della Apple, lanciato nel 1983. Lisa ebbe uno scarsissimo successo per via del
costo eccessivo e dell'instabilità dell'hardware, ma l'idea dell'interfaccia grafica fu ripresa l'anno successivo per il Mac e fu copiata pure dalla Microsoft, che nel 1985 lanciò Windows 1.
La nascita delle interfacce utente grafiche (GUI, Graphical User Interface) semplificò enormemente
l'uso del PC: non occorreva più ricordarsi i vari comandi da battere sulla tastiera, ma era sufficiente
cliccare col mouse su delle figure (icone) per lanciare le varie applicazioni, inoltre si potevano aprire
più applicazioni simultaneamente (cosa impossibile in precedenza).
Le prime interfacce erano ancora piuttosto rozze: Windows 1, come il successivo Windows 2 del
1987, non prese mai piede; solo con Windows 3, rilasciato nel 1990, inizierà il predominio della Microsoft nel mondo dei PC. In seguito usciranno Windows 95, 98, Me (Millennium edition) e XP
(experience), ed oggi, infine, Windows Vista.
I primi modelli di PC erano sempre completi di ogni parte (tastiera, corpo e monitor venivano forniti
tutti assieme e non erano intercambiabili; a volte costituivano persino un unico blocco), ma quando la
richiesta sul mercato si fece pressante, nacquero i primi computer assemblati (inizialmente detti anche
"cloni"), ovvero macchine realizzate mettendo insieme componenti di diversa provenienza, molto più
economici, sebbene un po' meno affidabili (sono più soggetti a guasti e malfunzionamenti).
Oggi la stragrande maggioranza dei PC è assemblata; i PC di marca sono usati solo dove si richiede
un'elevata affidabilità (per es. con un server). Questo è anche uno dei motivi della minore diffusione
dei Mac: i Mac sono sempre modelli di marca (in pratica non esistono Mac assemblati) e quindi costano più degli altri PC. Allo stesso modo, non esistono computer portatili assemblati, ma solo modelli
di marca.
L'affermazione di Internet, nella prima metà degli anni '90, è stato uno dei fattori che ha sancito infine
il definitivo trionfo del PC anche per uso domestico.
1.1.5.1 - STRUTTURA DI UN ELABORATORE
Un computer è paragonabile ad una grande "scatola" in cui vengono immessi dei dati, i quali dopo
essere stati immagazzinati, elaborati e processati, vengono restituiti dall'elaboratore sotto forma di risultati, secondo il modello logico-funzionale di von Neumann. In gergo tecnico, la serie dei dati immessi è chiamata input, l'insieme dei risultati, ovvero dei dati che vengono restituiti, viene chiamato
output.
Proviamo a fare un esempio pratico di quanto sopra detto. Immaginiamo che un cittadino si presenti
presso i nostri uffici, per il rilascio di un certificato. Dopo avergli richiesto le generalità, le introduciamo nel computer, trascrivendole con la tastiera. Il computer ricerca i dati desiderati e li elabora. Il
risultato è il documento stampato che abbiamo richiesto.
Le unità indicate nel modello di Von Neumann diventano, sul piano concreto, gli organi costituenti
un sistema di calcolo.
- Unità d’ingresso: grazie ad essa le informazioni sono introdotte nel sistema. L’esempio più
naturale è costituito dalla tastiera: la sequenza di caratteri digitati, viene codificata da opportuni circuiti elettronici e poi memorizzata.
- Unità d’uscita: video e stampanti tra le più diffuse.
- Memoria centrale: insieme ordinato di registri detti anche locazioni di memoria; ogni locazione può contenere dati e istruzioni, le locazioni sono individuate da indirizzi di memoria; le
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Il computer
informazioni presenti nella memoria centrale sono direttamente accessibili dall’unità di controllo e possono essere direttamente elaborate.
- Unità logico/aritmetica (ALU): l’ALU è un’apparecchiatura elettronica in grado di eseguire,
su comando dell’unità di controllo, le operazioni elementari di elaborazione dei dati.
- Unità di controllo (CU): come l’ALU viene realizzato mediante circuiti elettronici. Esso
s’interessa di prelevare le informazioni dalla memoria, le interpreta, le esegue con l’aiuto
dell’ALU.
Si precisa che nei moderni sistemi di calcolo ALU e CU sono realizzati su uno stesso chip detto CPU,
ma anche processore centrale e, nei PC, microprocessore.
Si osserva che i vari sistemi del modello di Von Neumann colloquiano grazie ad una linea di comunicazione detta bus di sistema. Ne consegue che lo schema a blocchi di Von Neumann si può porre anche nella seguente forma:
Il microprocessore (CPU) e gli altri componenti elettronici che si trovano nel modello di Von Neumann comunicano tra loro per mezzo di impulsi elettrici. Questi impulsi viaggiano attraverso piste di
rame tracciate che, proprio per la loro funzione di trasporto, si chiamano bus.
Se la CPU, per la sua importanza, può essere considerata il cervello del sistema di calcolo, il bus ne
rappresenta il sistema nervoso.
1.1.5.2 - UNITA' DI INPUT
Le unità di input sono le componenti del computer che ricevono i dati dall'esterno. Ne sono esempi:
tastiera, mouse, scanner, tavoletta grafica, trackball, touchpad, joystick, webcam, fotocamera, microfono, penna ottica. Tutte le unità di input hanno una caratteristica fondamentale che le accomuna: elaborare i dati introdotti in sequenze di zero e uno, vale a dire in codice digitale, e fungere da tramite per
l'immissione dei dati nel computer.
1.1.5.3 - UNITÀ DI ELABORAZIONE
Il compito principale di un PC è quello di elaborare le informazioni acquisite. La componente preposta
a farlo è la CPU, Central Process Unit (che sta per unità di elaborazione centrale) o processore.
La CPU (Central Processing Unit) è la parte più importante del sistema, il "cervello del computer".
La sua funzione è quella di leggere e svolgere le indicazioni racchiuse nella memoria principale.
La CPU consta di due unità fondamentali:
- la CU (unità di controllo), che dirige e coordina il lavoro di tutte le parti
componenti il computer;
- la ALU (unità di calcolo), che elabora i dati che gli sono forniti dall'unità
di controllo.
1.1.5.4 - MEMORIA CENTRALE
La memoria centrale del computer, è il luogo in cui risiedono tutte le informazioni necessarie al funzionamento del PC. Potremmo paragonare la memoria centrale ad un'enorme tabella, dove ciascuna
cella è una cella di memoria o più propriamente una locazione di memoria.
Un po' come accade agli uomini, anche un computer ha una memoria che può essere definita "a lungo
termine" ed una memoria "a breve termine". Queste memorie si chiamano: memoria centrale e memorie secondarie.
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La memoria centrale è inserita su circuiti integrati detti microchip, al cui interno sono state create le
celle di memorie, ed è composta da due parti fondamentali: la RAM e la ROM.
La RAM (Random Access Memory) è una memoria volatile. Ciò significa che il suo contenuto viene
perso in caso di spegnimento dell'elaboratore. E' una memoria di lettura/scrittura, cioè il suo contenuto
può essere modificato, letto, cancellato e riscritto.
Il contenuto della ROM (Read Only Memory) è costituito da informazioni fondamentali per l'avvio
del computer. La memoria ROM è una memoria permanente, infatti conserva le informazioni anche
dopo lo spegnimento del computer. Inoltre, come dice il nome, è una memoria di sola lettura quindi
non può essere cancellata, modificata, scritta.
1.1.5.5 - MEMORIE DI MASSA
Le memorie di massa, dette anche secondarie o ausiliarie, sono una componente essenziale di qualsiasi computer:il sistema operativo, tutti i software applicativi
e non, tutti i nostri lavori, le nostre immagini e quant'altro può essere memorizzato, trova il suo posto sulla memoria di massa.
Una memoria secondaria ha le seguenti caratteristiche specifiche, che la differenziano dalla memoria centrale:
- non volatilità, i dati memorizzati non vengono persi allo spegnimento del calcolatore (perchè
memorizzati in forma magnetica o ottica anzichè elettronica);
- grande capacità, il costo per bit di una memoria secondaria è minore (di diversi ordini di grandezza) rispetto alla memoria centrale;
- bassa velocità di accesso, i tempi di accesso a una memoria secondaria sono maggiori (di qualche ordine di grandezza) rispetto alla memoria principale.
Tra queste memorie, l'hard disk svolge il ruolo più importante, in quanto memorizza il sistema operativo. Esempi di memorie di massa sono: hard disk, floppy disk, CD, DVD, nastri, dischi ZIP, chiave
USB, Schede di memoria: CompactFlash, Smart Card, Memory Stick.
1.1.5.6 - UNITA' DI OUTPUT
Il compito delle unità di output è quello di visualizzare le informazioni elaborate dal computer e rappresentano l'ultimo anello nella catena dei processi input/output.
I monitor e le stampanti sono le due principali periferiche di output. La differenza
principale è data dalla visualizzazione che nel monitor è solo transitoria (non
visualizziamo più nulla, dal momento in cui spegniamo il computer) mentre con le
stampanti è permanente (rimane su carta).
Esempi di unità di output: monitor, stampante, plotter, casse, cuffie, auricolari, videoproiettore.
1.1.5.7 - UNITA' DI INPUT/OUTPUT
Ci sono inoltre alcune unità periferiche che svolgono sia funzioni di input che funzioni di output, tra
cui :
- modem (apparecchio per la trasmissione di dati lungo le linee telefoniche),
- touch screen (schermo sensibile al tatto, su cui è possibile utilizzare il dito come puntatore),
- smart board o lavagna interattiva (usata insieme ad un PC e un videoproiettore, consente di utilizzare le dita della mano come fossero un mouse e di scrivere utilizzando finti pennarelli, oppure di usare forme geometriche predefinite, assi cartesiani, curve,ecc.; infine il risultato può
essere salvato o stampato)
- dispositivi che hanno la possibilità sia di leggere che di scrivere caratteri magnetici (per esempio i terminali self-service bancari)
1.1.5.8 - PORTE E PERIFERICHE
Le unità di input, di output e i dispositivi di memoria esterni sono definiti come dispositivi periferici,
o più comunemente periferiche.
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Molti dispositivi periferici sono collegati al computer dall'esterno attraverso le porte di I/O, ma talvolta alcuni possono essere inseriti all'interno del computer stesso: per esempio il modem può avere
la forma di una scheda d'espansione. Le porte di I/O sono una serie di prese, localizzate sul lato posteriore del computer, che vengono utilizzate per collegare alla macchina tutti dispositivi esterni (monitor, tastiera, mouse, ecc.). La disposizione delle porte varia da computer a computer.
Tipicamente sulla scheda madre si trovano le seguenti porte:
- Porte PS/2 per il collegamento del mouse e della tastiera (una è dedicata al mouse e l'altra alla
tastiera; non si possono invertire).
- Porta Seriale (indicate con le sigle COM1, COM2,,,) per il modem, o in generale per dispositivi che non richiedono un flusso di dati molto veloce (fino a qualche anno fa veniva usata anche
per il mouse).
- Porta Parallela (indicata con la sigla LPT) si usa quasi sempre per la stampante, ma in generale
è adatta per qualunque dispositivo che richieda un flusso di dati più veloce rispetto alla capacità della porta seriale (p.e. scanner, unità ZIP).
- Porta USB (Universal Serial Bus) di recente introduzione, è adatta per connettere al computer
qualunque tipo di dispositivo, purché compatibile col collegamento USB (chiave USB, fotocamera digitale, stampante, mouse, ecc.). La tecnologia USB consente di creare "catene" di dispositivi collegati tutti su un'unica porta (fino a 127), inoltre consente il collegamento "a caldo" (cioè a computer acceso), mentre tutti i dispositivi non USB devono sempre essere collegati a computer spento. Ad un connettore USB è connessa una sola periferica, per collegarne
più di una è necessario disporre di un HUB USB o moltiplicatore di porte (da 4 fino a 8 porte).
- Porta FireWire (indicata anche con la sigla IEEE 1394 e presente solo sui PC di nuova generazione) consente di collegare periferiche ad alta velocità, ad esempio videocamere digitali, riproduttori audio e una memoria esterna; con tale interfaccia è possibile collegare al computer
fino a 63 periferiche anche quando il computer è acceso.
Le schede di espansione che vengono montate sulla scheda madre rendono poi disponibili molte altre
porte, fra cui le principali sono:
- Porta Video (indicata con la sigla VGA o DMI) talvolta integrata direttamente sulla scheda
madre soprattutto nei modelli di marca, per connettere il monitor al computer.
- Scheda audio, attraverso cui il computer è in grado di produrre o registrare suoni.
- Porta di Rete per collegare la macchina direttamente ad una rete di computer, senza usare il
modem. Ne esistono di vari tipi, ma ormai la presa Ethernet RJ45 ha rimpiazzato tutte le altre.
- Porta SCSI (si legge "scasi") per dispositivi che richiedono un flusso di dati molto veloce
(scanner, masterizzatore esterno, ecc.). La tecnologia SCSI consente inoltre, come la USB, il
collegamento di dispositivi a catena (fino a 7), ma non il collegamento "a caldo".
- Esistono poi numerosi altri tipi di schede, create per funzioni particolari, quali ad es. la scheda
di acquisizione video per collegarsi alla televisione, ad un videoregistratore o ad una videocamera, e molte altre ancora di uso specialistico.
-9-
Hardware
1.2 HARDWARE
Hardware: il termine include qualsiasi dispositivo fisico tangibile, concreto, tipicamente contenente
componentistica elettronica, in grado di eseguire una qualche attività di elaborazione dell'informazione all’interno di un sistema informatico. I sistemi computerizzati vengono realizzati con tre famiglie
di componenti: processori, memorie, dispositivi I/O.
Il compito del processore consiste nel leggere un'istruzione per volta dalla memoria, decodificarla ed
eseguirla, il cosiddetto ciclo fetch-decode-execute. Per aumentare la velocità i PC moderni sono dotati
di processori con unità elaborative multiple (dette core) che funzionano in parallelo, mentre i computer più grandi sono dei sistemi con più processori (multiprocessor).
Le memorie possono essere principali o secondarie.
- La memoria principale viene usata per il programma che viene eseguito in quel momento e per
i suoi dati. Il suo tempo di accesso è breve (alcune decine di nanosecondi o miliardesimi di secondo) e indipendente dall'indirizzo a cui si accede. Le cache riducono ancora di più questo
tempo di accesso.
- Le memorie secondarie hanno tempi di accesso più lunghi (millisecondi o più) che dipendono
dal luogo in cui si trovano i dati che vengono letti o scritti. Nastri, dischi magnetici e dischi ottici sono le memorie secondarie più comuni.
I dispositivi di I/O (Input/Output) vengono usati per trasferire le informazioni nel calcolatore e dal
calcolatore. Questi dispositivi sono collegati con il processore e la memoria per mezzo di uno o più
bus. I terminali, i mouse, le stampanti e i modem sono dispositivi I/O.
L'hardware, in definitiva, include non solo il computer e i dispositivi tipo schermo, tastiera, stampante,
mouse, ecc. ma anche altri componenti che servono per "assemblare" un sistema informatico, ad esempio i cavi che permettono di collegare due computer via rete, o le antenne che ne permettono il
collegamento via radio, ecc.
1.2.1 CASE
Il case è la scatola metallica che contiene la scheda madre (main-board), che è il componente sul quale, o collegato al quale, ci sono tutte le parti principali componenti un computer, che vengono descritte
nel seguito.
Sul lato anteriore del case ci sono, tra le altre cose, l’interruttore generale, il lettore
di floppy disk e di CD-ROM, nella parte posteriore trovano posto tutte le porte
(Ps/2, USB, COM, LPT, rete, VGA/XGA, modem, audio) dove attaccare i cavi
delle varie periferiche e il cavo di alimentazione del computer.
Il case è dotato di un componente fondamentale: l’alimentatore. È il componente
che tramite un cavo è collegato ad una presa di corrente elettrica; ha il ruolo di
fornire i diversi tipi di energia necessari al corretto funzionamento del computer.
Ve ne sono diversi tipi che si differenziano rispetto alla dimensione e al modo in
cui vengono posizionati. I case Tower (Minitower, Miditower) normalmente vengono appoggiati a terra in posizione verticale, mentre i case Desktop sono appoggiati sulla scrivania in
posizione orizzontale.
1.2.2 CPU - CENTRAL PROCESSING UNIT
Quando si deve descrivere un PC, e in genere un computer, il primo componente hardware ad essere
chiamato in causa è sempre il processore, o CPU, che in effetti può essere correttamente descritto
come "il cervello del computer", la sua parte "pensante". Il termine CPU, è acronimo di Central
Processing Unit, ed è il processore principale di un calcolatore.
In sintesi, il ruolo svolto della CPU è paragonabile a quello di una fabbrica che di continuo elabora
bit, dati in codice binario (rappresentati cioè da lunghe catene di ‘0’ e ‘1’). Attraverso le vie di comunicazione (il bus), la materia prima arriva dall'esterno sotto forma di dati binari in entrata; viene poi
elaborata secondo le istruzioni del programma, e, da ultimo, viene nuovamente indirizzata verso l'esterno.
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Hardware
La CPU decifra ed esegue le istruzioni che risiedono nella memoria principale grazie a due unità che
si chiamano:
- CU o Unità di controllo (Control Unit)
- ALU o Unità Aritmetico Logica (Arithmetic Logic Unit)
Oltre a queste possono esserne presenti altre, per esempio:
- una o più FPU (Floating Point Unit) che si occupano di eseguire calcoli in virgola mobile (radici, potenze, logaritmi, ecc);
- una MMU (Memory Management Unit) che si occupa di tradurre gli indirizzi di memoria logici in indirizzi fisici, supportando la protezione della memoria e/o uno o più meccanismi di
memoria virtuale.
Vediamo di esaminare più nel dettaglio la funzione di queste due componenti della CPU.
L'unità di controllo (CU) è la parte della CPU preposta al controllo e all'organizzazione delle attività
svolte dai dispositivi collegati all'elaboratore. La sua funzione è quella di estrapolare tutte le istruzioni
dalla memoria, decifrarle ed eseguirle. Sostanzialmente presiede all'attività delle altre parti del computer coordinandole in modo da dire loro che cosa fare e quando.
Le sue funzioni sono quindi di tipo decisionale.
Di contro, le funzioni dell'ALU sono di tipo esecutivo. L'ALU non è altro che l'unità aritmetico logica,
in cui vengono effettuati i calcoli aritmetici e logici presenti nelle istruzioni del programma.
La figura che segue rappresenta in dettaglio la tipica architettura di un sistema di elaborazione, in cui sono evidenziati la CU e la ALU con i rispettivi registri. I registri sono speciali locazioni di memoria interne alla CPU,
molto veloci, a cui è possibile accedere molto più rapidamente che alla
memoria.
Inoltre i registri indicano, con le loro dimensioni, la categoria della CPU,
ovvero se i registri sono a 32 bit si dice che la CPU è a 32 bit, se sono a 64
bit si dice che la CPU è a 64 bit.
1.2.3 CACHE
La cache è la memoria speciale della CPU e a differenza della memoria centrale (RAM) è più ridotta,
in termini di capacità di memorizzazione, ma è più veloce. Funziona come un buffer (magazzino temporaneo) e contiene la copia delle istruzioni e dei dati che vengono maggiormente utilizzati dalla
CPU. L'ALU ad esempio, per compiere correttamente il proprio lavoro ha spesso necessità di dover
riprendere qualche dato elaborato poco prima e messo momentaneamente da parte, p.e. il riporto dell'addizione. Se dovesse memorizzarlo nella RAM (unità separata dal microprocessore) ci sarebbe un
continuo trasferimento di dati e un notevole dispendio di tempo, ciò non accade se la memorizzazione
avviene nella cache ove la velocità è di pochi nanosecondi.
Facciamo un esempio usando la seguente figura:
Se il processore deve accedere al valore
X situato in una certa posizione della
memoria RAM, in primo luogo cercherà
nella cache la presenza di tale valore.
Se lo trova l'accesso sarà veloce (caso B),
altrimenti andrà a cercare il valore nella
RAM, lo copierà nella cache per un riuso
futuro e infine lo acquisirà per elaborarlo.
In questo caso (caso A) l'operazione
risulterà più lenta.
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Hardware
1.2.4 MIPS e MHZ
Una delle caratteristiche preponderanti di un PC è la sua potenza, ovvero la sua velocità di calcolo.
Tale velocità dipende dal tipo di CPU adottata dal computer, e quindi dal suo processore interno.
Il processore Pentium della Intel, introdotto nel 1993, è da diversi anni il microprocessore più diffuso
nel settore informatico e, grazie al rapido evolversi delle tecnologie di produzione, ha raggiunto nel
corso degli anni velocità sempre più elevate. A partire dal primo modello si sono succeduti modelli
sempre più potenti e complessi identificati con sigle: Pentium MMX, Pentium II, Pentium III, Pentium
4. Oltre al Pentium, la Intel costruisce il processore Celeron, più a buon mercato.
La Intel ha da sempre la concorrenza di un'azienda rivale, la AMD che ha prodotto e produce ancora
microprocessori compatibili con quelli della Intel, ma più economici. Vediamo alcuni modelli: AMD
K5, K6, K6-2, K6-III, Athlon, Duron, Sempron, Turion, Opteron.
Accanto al nome della ditta e del modello della CPU, normalmente troviamo un numero seguito da
una sigla del tipo: 2800 MHz oppure 3.2 GHz. Tali sigle rappresentano la velocità della CPU, espressa
nel primo caso in megahertz (MHz), ovvero in milioni di hertz, nel secondo caso in gigahertz
(GHz), ovvero miliardi di hertz.
Chiariamo il termine hertz: la CPU è un circuito digitale sincrono, vale a dire che esegue una istruzione elementare ogni volta che riceve un impulso da un segnale di sincronismo detto CLOCK , che
ne determina di conseguenza la velocità operativa, detta velocità di clock; quindi il tempo di esecuzione di una generica istruzione si misura in cicli di clock, cioè in quanti impulsi di clock sono necessari perché la CPU la completi.
Il clock si misura in MHz o in GHz
Appare ovvio il fatto che maggiore è il numero di MHz o GHz che contraddistingue un processore e
maggiore sarà la sua velocità di calcolo, e come rovescio della medaglia, maggiore sarà anche il suo
prezzo! L'elevata velocità con cui opera il processore produce una quantità notevole di calore; perché
esso non crei danni allo stesso processore e agli altri componenti deve essere disperso con speciali dispositivi: dissipatori e ventole. Il dissipatore è un corpo in alluminio o rame alettato in modo da disperdere meglio il calore; viene "attaccato" al processore con una speciale pasta termoconduttiva. La
ventola genera un flusso d'aria che, convogliato sulle alette del dissipatore, ne asporta il calore trasferendolo lontano dal componente. L’indicazione della frequenza di clock non è effettivamente indicativa della potenza di calcolo di una CPU, poiché CPU tecnologicamente diverse possono eseguire più o
meno istruzioni per ogni singolo impulso di clock. Un parametro più utile per confrontare CPU differenti è il numero di MIPS (Mega Instructions Per Second), cioè il numero dei milioni di istruzioni che
una CPU può effettuare in un secondo. Più tale valore è elevato, più operazioni può effettuare la relativa CPU nell’unità di tempo.
1.2.5 MOTHERBOARD
La scheda madre o Motherboard fa da supporto
e connessione per tutti i componenti interni del
computer e contiene inoltre una serie di circuiti
(chipset, cache, BIOS) adibiti al controllo delle
varie parti. Sulla scheda madre si inseriscono come componenti separati il microprocessore, la
RAM e le varie schede di espansione; vi si trovano inoltre le prese per il collegamento dell'hard
disk e dei drive per i dischi mobili (floppy e CD).
Tutti i componenti sono messi in comunicazione
fra di loro attraverso i bus. Spesso nei computer
di marca le schede madri svolgono anche le funzioni audio, video e rete (che nei PC assemblati si
trovano invece sempre su schede separate), pertanto le porte sono direttamente attaccate alla
motherboard e ne fuoriescono lateralmente.
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Hardware
1.2.6 INPUT
Per unità di Input o periferiche di input si intende l’insieme di quei dispositivi che permettono
l’immissione dei dati nel computer.
Il termine, approdato in Italia con la prima informatica degli anni sessanta, indicava al contempo i dati
di entrata e i supporti che li contenevano. Successivamente, in particolare con l'avvento delle metodologie di gestione per processo, si è diffuso in quasi tutti le discipline, anche non tecniche, nel senso più
generale di insieme di elementi in entrata, per realizzare o produrre qualcosa.
Infatti non è raro il caso di sentire o leggere "un capo che fornisce l'input ad un collaboratore", o del
collaboratore che dice: "mi hai dato l'input sbagliato".
1.2.6.1 TASTIERA
La tastiera del computer o keyboard è composta da tasti che riportano l’indicazione di lettere e
numeri; la sua funzione principale è quella di immettere nel sistema sequenze di caratteri e comandi.
Nei PC moderni si collega ad una porta PS/2 appositamente dedicata.
Di solito le tastiere sono nazionalizzate, ciascuna lingua adotta un set di caratteri dell'alfabeto, oltre ai
numeri, punteggiatura e alcuni caratteri detti di controllo. Il posizionamento dei tasti sulle tastiere varia oltre che a seconda del paese di destinazione, anche in base ai diversi modelli, tra cui quelle compatte per i personal computer portatili.
QWERTY (pronuncia "cuèrti") è oggi il più comune layout per tastiere, utilizzato nella maggior parte
delle tastiere inglesi per computer e macchine per scrivere, ma utilizzato anche per la maggior parte
delle tastiere italiane. Il nome "QWERTY" deriva dalla sequenza delle lettere dei primi sei tasti della
riga superiore della tastiera.
Esiste una tecnica vera e propria, denominata Dattilografia, per quanto riguarda l'utilizzo efficiente e
veloce della tastiera.
Le tastiere moderne dette "estese" hanno 104/105 tasti divisi in gruppi:
- Il primo tasto, in alto a sinistra, è il tasto Esc o Escape usato per uscire da una schermata, annullare un'azione, abbandonare un programma.
- La prima fila contiene i tasti funzione (F1, F2,,, F12) così chiamati perché ad essi è associata
una determinata funzione a seconda del programma al momento in uso; in una gran parte dei
programmi, per esempio, premendo F1 vedremo apparire un Aiuto (Help), ovvero un elenco di
istruzioni che talora può rivelarsi una guida essenziale per affrontare le eventuali difficoltà riscontrate nell'uso del programma.
- Tasti alfanumerici: il gruppo principale; sono all'incirca gli stessi tasti che si trovano sulle
macchine da scrivere (lettere, numeri, simboli e punteggiatura).
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Hardware
-
A sinistra della parte alfanumerica:
• Tab, che sposta il cursore di un tabulatore; nei programmi di gestione delle basi di dati
questo tasto fa passare il cursore al campo successivo
• Caps Lock, permette di scrivere tutte le lettere in maiuscolo, ad eccezione delle accentate
• Shift sinistro, se premuto insieme ad un tasto alfanumerico, provoca la scrittura della
lettera maiuscola, del numero e del carattere speciale rappresentato nella parte superiore del tasto.
- A destra della parte alfanumerica della tastiera:
• Backspace, per cancellare il carattere che si trova alla sinistra del cursore;
• Invio o Enter ha diverse funzioni: confermare un comando oppure, all'interno di un testo, andare a capo
• Shift destro, come lo Shift sinistro.
- Tra i tasti particolari, troviamo il Ctrl, che, abbinato ad altri tasti, consente di compiere diverse
operazioni; ad esempio in tutti i programmi Microsoft Office e in molti altri programmi le
combinazioni:
• Ctrl + C consente di copiare un elemento (file, sezioni di testo, ecc.)
• Ctrl + X consente di copiare un elemento (file, sezioni di testo, ecc.)
• Ctrl + V premette di incollare l'elemento copiato
• Ctrl + Z premette di annullare l'effetto dell'ultima operazione eseguita.
- Anche il tasto Alt consente di eseguire comandi diversi, in base al tasto cui è associato; ad esempio:
• Alt + F4 consente di uscire da un programma, chiudere una finestra
• Alt + "lettera sottolineata" consente di aprire il menu principale nel cui nome la lettera
appare sottolineata
• Alt + TAB per visualizzare l'elenco dei programmi in esecuzione; tenendo sempre
premuto il tasto Alt e cliccando ancora su TAB si può selezionare un altro programma
in esecuzione
• Alt + Esc passa il controllo (visualizza la finestra) al prossimo programma in esecuzione
• Alt + Stamp consente di "fotografare" la finestra corrente; per vederla basta dare il comando Incolla in un programma che gestisce la grafica (p.e. Word, Excel, PowerPoint,
ecc.).
- Il tasto Alt Gr serve per i tasti a tre funzioni; ad esempio nella tastiera italiana tenendo premuto contemporaneamente Alt Gr con:
• il tasto ò produce @
• il tasto à produce #
• il tasto e produce €
- Tastierino numerico: sono i tasti su lato destro, costituiscono una semplice replica dei tasti
numerici, disposti, solo per comodità dell'utente, come in una calcolatrice; il primo tasto Bloc
Num o Num Lock serve per attivarli/disattivarli.
- Tasti Cursore: fra i tasti alfanumerici e il tastierino si trovano alcuni tasti che servono per lo
spostamento del cursore e lo scorrimento delle pagine.
Gli altri simboli riconosciuti dal computer ma non presenti sulla tastiera come ad esempio le lettere accentate maiuscole ÀÈÉÌÒÙ possono essere comunque inseriti tenendo premuto Alt e digitando il corrispondente codice ASCII col tastierino numerico. Esempi di caratteri e di corrispondenti
codici da digitare tenendo premuto il tasto Alt :
• { = Alt + 123
• } = Alt + 125
• ~ = Alt + 126
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Hardware
In commercio si trovano anche modelli di tastiere ergonomiche, studiate per il comfort dell'utente (durezza dei tasti, sagomatura, inclinazione, ecc.) in modo da ridurre al minimo l'affaticamento delle dita
e dei polsi. Naturalmente le tastiere ergonomiche costano molto di più di quelle normali.
1.2.6.2 MOUSE
Il mouse fu introdotto assieme ai sistemi operativi di tipo grafico (Macintosh, Windows, ecc.) per
semplificare l'invio dei comandi alla macchina, comandi che in precedenza venivano impartiti unicamente attraverso la tastiera. Il
mouse, come la tastiera, si collega al PC attraverso una porta PS/2
appositamente dedicata.
Oggi è uno dei dispositivi necessari per lavorare con il PC. Spostando il mouse si sposta sullo schermo una freccia (il puntatore), con cui
è possibile indicare, selezionare e spostare gli oggetti. Il mouse ha
almeno due pulsanti (il tasto sinistro e il tasto destro) posti sulla parte superiore, e una piccola sfera sporgente nella parte inferiore che capta i movimenti del mouse e li
invia al computer.
Quasi tutti i moderni mouse, fra i due pulsanti, sono dotati di una rotellina che serve per far scorrere le
pagine sul video. Tramite la combinazione dei movimenti del puntatore e delle pressioni sui pulsanti
sinistro e destro, è possibile trasmettere al sistema molti comandi, come l'eliminazione, la copia o lo
spostamento di un file.
Ultimamente trovano ampia diffusione i mouse ottici. In questi dispositivi una luce rossa generata da
un LED è focalizzata da un sistema di lenti che illumina la superficie su cui si muove il mouse. In ogni istante, una microtelecamera acquisisce l'immagine della superficie, la confronta con l'immagine
precedente e calcola la distanza e la direzione dello spostamento. Maggiore precisione viene fornita
dai mouse forniti di sistema di rilevamento ottico tramite laser.
Tastiera e mouse, infine, possono essere connessi al PC senza l'uso di cavi; in questo caso si parla di
tastiera e mouse wireless. Esistono sostanzialmente due modalità tecniche di collegamento:
1. in radio frequenza
2. con il sistema Bluetooth
in ogni caso il ricevitore del segnale si collega al PC tramite porta USB.
1.2.6.3 TRACKBALL
La trackball, un sistema di puntamento alternativo al mouse, ne
usa lo stesso meccanismo avendo però la biglia sul lato superiore
invece che sotto; in prossimità della sfera si trovano vari pulsanti
e rotelline. Il movimento del cursore sullo schermo si comanda
muovendo la biglia con le dita senza spostare la trackball, in questo modo non occorre lo spazio che serve invece per muovere il
mouse.
Essa, inoltre, garantisce una buona ergonomia, poiché consente
alla mano e al polso di trovarsi sempre una posizione di riposo, eliminando il pericolo di Sindrome del tunnel carpale.
Lo svantaggio è una minore precisione, a meno di usare biglie
piuttosto grandi, oltre ad una maggiore tendenza a raccogliere
polvere e sporcizia.
La trackball è stata usata soprattutto sui portatili, sebbene nei
modelli recenti sia stata sostituita dal touchpad; viene ancora
usata in tutte quelle apparecchiature di controllo simili ad un PC,
soprattutto in campo medico, che devono essere utilizzabili in ogni condizione, anche quando non c'è spazio per muovere un
mouse.
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Hardware
1.2.6.4 TOUCHPAD
Il touchpad è una periferica di input presente nella maggior parte
dei notebook. Viene utilizzato per spostare il cursore captando il
movimento del dito dell'utente sulla superficie del touchpad; sostituisce completamente il mouse o la trackball del PC.
Il touchpad, grazie a dei sensori, percepisce il movimento del dito
all'interno di un'area rettangolare sensibile utilizzando la misura
della sua capacità elettrica. I sensori che si occupano di questo,
sono posizionati lungo l'asse orizzontale e verticale del touchpad
e vengono utilizzati per conoscere l'esatta ubicazione del dito sulla sua superficie.
Il touchpad è generalmente fornito di 2 o 4 tasti. Solitamente nei touchpad tra i due tasti si trova un
bottone che ne contiene 2: difatti esso corrisponde alla stessa funzione della rotellina del mouse, in
grado di far salire o scendere la finestra in cui si sta lavorando.
1.2.6.5 JOYSTICK
Il joystick, o leva di comando, è costituito da una leva manovrabile manualmente dall'utente, munita
di due o più pulsanti che trasforma i movimenti della leva in una serie di segnali elettrici o elettronici
che permettono di controllare un programma o un'apparecchiatura.
Nei PC moderni si collega ad una porta USB.
L'impiego più diffuso e conosciuto del joystick, è su una console giochi o su un computer per muovere un personaggio o il cursore in un gioco e in questo caso il joystick è
dotato di uno o più tasti o pulsanti a cui corrispondono azioni diverse, che
normalmente il giocatore può personalizzare.
I modelli più sofisticati presentano un effetto particolare detto "ritorno di
forza", ossia la percezione della sensazione di pressione, forza o vibrazioni
per dare al partecipante al gioco la sensazione reale di una forza opposta.
Pertanto il giocatore avvertirà sulla mano,
per esempio, l'effetto realistico del rinculo delle armi o dei colpi sulla sua
pelle, oppure l'accelerazione e la frenata di un'auto da corsa, oppure la virata e la picchiata di un aereo, ecc.
È importante dire che si può giocare anche senza joystick, se nel gioco sono previsti meccanismi alternativi per muovere il personaggio o il mezzo o il cursore.
Dispositivi che hanno finalità simili al joystick sono:
- gamepad, detto anche joypad
- volante e pedaliera
1.2.6.6 TAVOLETTA GRAFICA
La tavoletta grafica (digitizer in inglese) è una periferica che
permette l'immissione di dati grafici all'interno di un computer,
quindi risulta utile quando si deve usare il computer per disegni di
precisione (tecnici o artistici), infatti il mouse è uno strumento del
tutto inadeguato perché troppo difficile da controllare.
Per questi casi esiste la tavoletta grafica, che comanda il cursore
sullo schermo facendo uso di uno speciale stilo su un piano sensibile, esattamente come fosse una matita su un foglio di carta. Serve
solo con i programmi di grafica avanzata.
Il movimento della penna viene riconosciuto dalla tavoletta e si ha
quindi una sensazione simile al disegno a mano libera, grazie anche al fatto che le tavolette sono sensibili alla pressione e sono quindi in grado, in combinazione con
il software grafico di interpretare tale pressione per variare dinamicamente, spessore della linea, intensità del colore, ecc.
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Hardware
1.2.6.7 SCANNER
Lo scanner è un dispositivo che permette di realizzare l'acquisizione digitale di immagini, foto, disegni e testi al suo interno, ed elaborarle con appositi software sotto forma di file immagine. Lo scanner
converte l'immagine acquisita in una sequenza di 0 ed 1, ossia in formato digitale.
Attualmente la connessione fisica fra scanner e PC avviene
tramite porta USB; nel passato veniva preferita la porta
SCSI nelle applicazioni professionali, la porta parallela negli altri casi. La connessione software è realizzata dal protocollo Twain: standard che consente di far interagire lo scanner con tutti i programmi di fotoritocco.
Le immagini acquisite con lo scanner possono essere successivamente ritoccate con programmi di grafica (p.e. Adobe
Photoshop) o, nel caso di scansioni di testi, convertirle in un
file di testo mediante software di riconoscimento ottico dei
caratteri detti OCR (Optical Character Recognition).
Qualitativamente uno scanner è contraddistinto dalla risoluzione e dalla gamma dinamica:
- la risoluzione è il numero di pixel per inch (ppi) - l'immagine sarà tanto più chiara (ma anche
di dimensioni più grande) quanto maggiore è tale numero;
- la gamma dinamica o profondità di colore misura in bit la capacità di catturare tutte le gradazioni dell'immagine - uno scanner con profondità di 24 bit riesce a distinguere (teoricamente)
224= 16.777.216 possibili valori di colore.
Nella figura riportata sotto si vedono tre esempi di acquisizione fatte con risoluzione crescente. La
prima, fatta con scarsa risoluzione, fornisce
un'immagine del tutto inaccettabile; la seconda, con una risoluzione media fornisce
una risoluzione appena accettabile, ed infine
la terza, fatta ad alta risoluzione, fornisce una
buona rappresentazione dell'immagine originale.
Esistono scanner dedicati per acquisire in
formato digitale anche diapositive o pellicole
in negativo (il positivo si ottiene mediante programmi di grafica ); lo stesso risultano, ma con qualità
inferiore, si ottiene con lo scanner ordinario dotato di adattatore per negativi e diapositive.
1.2.6.8 FOTOCAMERA DIGITALE
Una fotocamera digitale è, in quasi tutti gli aspetti, esattamente identica ad una macchina fotografica convenzionale, ne differisce per il fatto che invece della pellicola fotografica in rullino usa un sensore elettronico che può essere di diversi tipi (CCD, CMOS).
Questo converte l'immagine in una sequenza di informazioni digitali
che adeguatamente elaborate andranno a formare un file atto ad essere
immagazzinato su supporti di memoria.
Lo scarico dei file immagini dalla fotocamera al PC avviene con un
collegamento ad una porta USB.
I formati di file utilizzati nelle fotocamere digitali per il salvataggio
delle immagini sono:
- JPG: il più usato nelle fotocamere economiche, permette di salvare grandi immagini in file di
piccole dimensioni, pur perdendo dettagli all'occhio impercettibili ma che rischiano di diventare evidenti in caso sia necessario effettuare un'operazione di fotoritocco all'immagine salvata.
- TIFF: formato in grado di salvare immagini senza perdita di informazioni ed in uno spazio relativamente contenuto; si può osservare come questo formato, se si sfrutta la compressione,
produce immagini identiche alle BMP ma della dimensione di una BMP compressa con ZIP.
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Hardware
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BMP: formato di salvataggio poco utilizzato, per via del fatto che il file è di dimensioni piuttosto elevate; le immagini possono essere salvate a 16, 24 e 32 bit senza nessun tipo di compressione.
- RAW: formato utilizzato dai professionisti, in quanto non altera in alcun modo quanto il segnale catturato dal sensore (raw significa grezzo, crudo); gli interventi di manipolazione dell'immagine andranno poi eseguiti con opportuni programmi di fotoritocco.
Le foto vengono conservate all'interno della fotocamera in una memoria elettronica permanente la
cui grandezza varia da 256, 512 megabyte o da 1, 2, 4 gigabyte e che usano tecnologie individuate dai
seguenti nomi: Compact Flash (CF), Secure Digital (SD), Memory Stick e MultiMediaCard (MMC).
Un parametro distintivo delle fotocamere digitali è quello della risoluzione del sensore che si misura
in milioni di pixel o megapixel. Un pixel è l'unità di cattura dell'immagine: rappresenta cioè la più
piccola porzione dell'immagine che la fotocamera è in grado di catturare su una matrice ideale costruita sul sensore.
Per ottenere una buona fotografia non occorre in realtà una risoluzione altissima, ma risulta essere più
importante un obiettivo e un sensore di qualità, mentre in funzione delle esigenze e delle dimensioni
di stampa si sceglierà il numero di pixel del sensore.
Tanto più si vorrà effettuare una stampa grande di una foto digitale, tanto più la fotocamera dovrà
produrre immagini ad una risoluzione elevata. Ecco alcuni esempi:
- una foto in formato da 14 cm di larghezza necessita di almeno 2 megapixel di risoluzione per
risultare pari ad un prodotto di una macchina fotografica tradizionale;
- per stampare su di un foglio A4 sono necessari almeno 4 megapixel;
- per realizzare un poster da 60 cm sono consigliabili risoluzioni di almeno 10 megapixel.
AVI, MOV, REAL MEDIA: questi formati vengono utilizzati dalla maggior parte delle fotocamere
in circolazione per realizzare piccole sequenze video con audio, solitamente di durata inferiore ai 5
minuti. Tale caratteristica è di facile realizzazione data la natura dell'architettura delle fotocamere digitali, ma non si deve pensare che tali filmati possano essere equiparabili a quelli prodotti da videocamere digitali o analogiche.
1.2.6.9 WEBCAM
Una webcam è una piccola telecamera utilizzabile solo (o principalmente) come dispositivo di input
per un computer. A differenza di una telecamera tradizionale, non dispone di un
proprio sistema di memorizzazione di video (per esempio su nastro), ma trasmette
semplicemente le immagini riprese, in forma digitale, attraverso una interfaccia collegabile a un computer, per esempio USB oppure uscita di rete Ethernet RJ45.
Il nome "webcam" unisce le parole "web" (abbreviazione di World Wide Web) e
"cam" (per camera, telecamera in inglese). Il principale utilizzo delle webcam consiste infatti nella possibilità di impiegarle per realizzare una videoconferenza attraverso il Web o altri
sistemi basati su Internet come molte applicazioni di instant messaging. Un altro uso piuttosto diffuso
delle webcam consiste nella trasmissione continua di immagini dal vivo (streaming video) da determinati luoghi del mondo. L'uso di installare webcam in località di interesse turistico si sta rapidamente
diffondendo in tutto il mondo. Infine, le webcam vengono talvolta utilizzate a scopi di videosorveglianza, o per la registrazione di video di modesta qualità sul disco rigido del computer.
1.2.6.10 VIDEOCAMERA
Una videocamera digitale o camcoder consente di acquisire riprese video, di memorizzarle internamente su diversi tipi di supporti e infine, tramite una connessione con un
PC, di riversarle sul disco rigido. La fase di acquisizione, come per le fotocamere digitali, avviene tramite uno o più sensori (CCD o CMOS) che
convertono luce e colori in dati binari. Un primo parametro distintivo è la
risoluzione del sensore che si misura in pixel: le videocamere con funzionalità fotografiche o quelle professionali raggiungono anche i 3 megapixel
mentre quelle più comuni hanno 800.000 pixel.
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Hardware
Quest'ultimo valore è attualmente un ottimo compromesso per quanto riguarda la registrazione video,
infatti andando oltre non si ha un effettivo guadagno in termini di qualità video visualizzabile su un
normale TV. Diverso sarà il discorso quando si diffonderanno TV (Full HD) e DVD (Blu-ray o HDDVD) che supportano l'alta definizione.
Il supporto di archiviazione interna dei video può essere di vari tipi: cassette MiniDV, DVD, DVD 8
cm o schede memoria, queste ultime usate per archiviare delle immagini fisse. Gli ultimi modelli presentano videocamere che registrano direttamente su un mini hard disk integrato con capacità di qualche decina di gigabyte.
In genere una connessione Firewire (IEEE 1394) permette di trasferire i video dalla videocamera al
computer. Alcune videocamere sono munite di un interfaccia USB 2.0 per le immagini fisse. Una
connessione USB può anche essere utilizzata per trasferire dei video dalla videocamera al computer.
1.2.6.11 MICROFONO
Il microfono è un dispositivo utilizzato per raccogliere i suoni e trasformarli
in segnali elettrici. È un elemento fondamentale di diversi sistemi di comunicazione e degli strumenti utilizzati per l'analisi del suono e del rumore.
Il principio di funzionamento del microfono consiste nello sfruttamento delle
variazioni di pressione che le oscillazioni delle onde sonore producono nel
mezzo di propagazione, per attivare un sistema opportuno che generi un segnale elettrico (una tensione o una corrente).
Le principali caratteristiche che determinano la qualità di un microfono sono
la sensibilità (il rapporto tra la tensione del segnale in uscita e la pressione dell'onda sonora), la risposta in frequenza (la variazione della sensibilità a seconda della frequenza del suono), la direzionalità
(la capacità di raccogliere suoni da diverse direzioni), e l'immunità ai disturbi esterni quali colpi e vibrazioni.
Il microfono, in realtà, produce un segnale analogico; sarà compito della scheda audio a cui si connette (il jack si inserisce nel connettore rosso), convertire il segnale in digitale, in modo da poter trattare
"l'informazione sonora" con un computer. Per trattamento si intende la possibilità di modificare i suoni, di applicare filtri per ottenere effetti speciali o per "ripulire" il suono da disturbi; il risultato finale
può infine essere memorizzato in un file su disco.
1.2.6.12 LETTORI DI CODICE A BARRE
I vari tipi di lettori di codice a barre sono dispositivi di input sostitutivi ovvero alternativi alla tastiera, in tutte quelle applicazioni in cui è necessario fornire in input ad un programma un codice prodotto
con estrema rapidità e precisione, p.e. alla cassa di un centro commerciale o di una farmacia.
In funzione del contesto operativo in cui si lavora, il dispositivo hardware può assumere varie forme:
nell'industria
in farmacia
centro commerciale
generico negozio
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cassa di un supermercato
(incassato nel ripiano in cui si poggiano gli acquisti)
Hardware
1.2.7 OUTPUT
Output, dall'inglese "messo fuori", indica in senso stretto il risultato di una elaborazione e in senso
più ampio l'insieme dei risultati prodotti o semplicemente risultato.
Il termine, nato in Italia con la prima informatica degli anni sessanta indicava al contempo i dati in uscita e i supporti che li contenevano.
Successivamente, in particolare con l'avvento delle metodologie di gestione per processo, si è diffuso
in quasi tutti le discipline, anche non tecniche, nel senso più generale di insieme di elementi in uscita,
come risultato o prodotto anche immateriale di un trattamento fisico o di una attività intellettuale di
qualsiasi natura.
Ad esempio, in ambito aziendale col termine output si intende l'insieme di risultati prodotti dall'impresa (finanziari, materiali, immateriali) visti in ottica di sistema produttivo.
1.2.7.1 MONITOR
Il monitor, chiamato anche VDU (Visual Display Unit), è l'unità video. Il suo funzionamento è molto simile a quello di una televisione:
riceve i dati dalla scheda grafica del PC e li traduce in immagini.
L'immagine è costituita da puntini luminosi e colorati che prendono il
nome di pixel. Il numero di pixel che il computer visualizza sul monitor ad un certo istante rappresenta la cosiddetta risoluzione dello
schermo.
Maggiore è la risoluzione dello schermo (ad esempio 1280 x 1024),
più numerosi sono gli elementi visualizzati, ma di dimensioni più piccole; per contro minore è la risoluzione del monitor più grandi sono
gli elementi visualizzabili.
Esempi di risoluzione comunemente utilizzate da chi lavora in ambiente Windows sono:
640 x 480
800 x 600
1024 x 768
standard VGA
standard XGA
1152 x 864
1280 x 600
1280 x 720
1280 x 768
1280 x 960
1280 x 1024
std SuperVGA
Altra peculiarità dello schermo è rappresentata dal numero di colori visualizzati simultaneamente:
16, 256, 65536... fino ad arrivare ad oltre 16 milioni di colori, in relazione alla scheda grafica installata sul nostro PC. I vari numeri di colori sono tutti potenze di due, e non è un caso! Tutto dipende da
quanti bit si usano per rappresentare il colore di un pixel, ad esempio con 4 bit si ottengono 24 = 16
combinazioni di colori, con 8 bit si ottengono 28 = 256 colori, con 16 bit si ottengono 216 = 65536 colori, con 24 bit si ottengono 224 = 16.777.216 colori.
L'unità in cui si misura la dimensione di un monitor è il pollice che equivale a 2,54 centimetri. Comunemente i monitor dei PC maggiormente diffusi misurano 17 pollici, dove il numero di pollici fa riferimento alla lunghezza della diagonale dello schermo. Quando un computer è utilizzato a livelli professionali, ad esempio in sistemi di grafica o di progettazione, è consigliabile adoperare monitor di
dimensioni maggiori di quelle standard, quali quelli da 19 o 21 pollici.
Il riquadro che forma lo schermo ha sempre una forma rettangolare, ed ecco perchè per misurarne la
dimensione fisica si è scelto di misurarne la diagonale così come avveniva nei televisori. Dall'apparecchio TV il monitor ha ereditato anche la tecnologia costruttiva e le proporzioni fra base ed altezza,
detto rapporto di forma, che risulta pari a 4:3 (confronta tale rapporto con le risoluzioni in verde).
Tuttavia alcuni monitor attuali presentano una diversa geometria che porta le proporzioni a 16:9 (confronta tale rapporto con la risoluzioni in blu), così come avviene anche in alcun TV moderni (HDTV,
High Definition TV).
Nel campo dei monitor c'è stata negli ultimi anni una forte competizione tra due differenti tecnologie:
i display tradizionali a tubo catodico CRT (Cathodic Ray Tube) e i display a cristalli liquidi LCD (Liquid Cristal Display) indicati spesso con TFT (Thin Film Transistor).
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Hardware
Gli schermi CRT sono stati i primi ad essere utilizzati per i computer, essendo la tecnologia del tubo
catodico, mutuata dalla televisione, ben collaudata. La diffusione degli LCD inizia successivamente,
con i primi computer portatili.
La tecnologia del tubo a raggi catodici risale ai primi anni del 1900, ma è ancora molto utilizzata, specialmente dopo lo sviluppo della televisione negli anni
'60. Confrontata con altri tipi di tecnologia di monitor è
economica, affidabile e versatile.
L'immagine viene prodotta sulla superficie interna del tubo da uno o più fasci elettronici che colpiscono il rivestimento, costituita da una superficie fosforescente. La
scansione avviene velocemente, abbastanza velocemente
da dare l'impressione che si tratti di una immagine fissa.
La scansione avviene deflettendo i fasci elettronici orizzontalmente e verticalmente. Per ragioni pratiche, il raggio non può deflettere oltre 110°. La scansione inizia in
alto a sinistra e avviene da sinistra a destra e dall'alto verso il basso. Quando sono colpiti dal fascio, i fosfori vengono eccitati e producono luce che illumina lo schermo.
Fino a pochi anni fa gli LCD erano riservati solo ai computer portatili o ad applicazioni particolari, ma
la diffusione su larga scala dei computer, la veloce diminuzione dei prezzi dei prodotti elettronici, e la
produzione su larga scala degli LCD, hanno reso le due tecnologie concorrenti per i PC da scrivani.
I monitor LCD (a cristalli liquidi) utilizzano in media il 50% - 70% in meno di energia rispetto agli
schermi CRT (a tubo catodico) convenzionali.
La tabella sottostante riporta il confronto fra le due tecnologie in base a vari parametri.
Monitor CRT
Monitor LCD TFT
Dimensioni/peso
Voluminosi e pesanti
Ultrapiatti e leggeri
Luminosità
Luminosità buona;
colori brillanti
Luminosità ottima;
colori massimamente brillanti
Contrasto
Contrasto delle tonalità cromatiche
ottimo
Contrasto delle tonalità cromatiche
buono
Fedeltà dei colori
Fedeltà dei colori ottima e miglior
rapporto video/stampa
Fedeltà dei colori buona
Nitidezza ai bordi
Nitidezza ai bordi discreta; la convessità del monitor provoca leggere
deformazioni dell'immagine
Nitidezza ai bordi ottima; il monitor piatto non provoca alcuna deformazione dell'immagine
Distorsione geometrica
Distorsione geometrica presente
Distorsione geometrica assente
Protezione dalle emissioni Protezione dalle emissioni dei campi
dei campi elettromagnetici elettromagnetici scarsa
Risparmio energetico
Risparmio energetico discreto
Protezione dalle emissioni dei campi elettromagnetici ottima
Risparmio energetico ottimo
1.2.7.2 PROIETTORE
Il videoproiettore è l'apparecchio elettronico per la visualizzazione del
video che esegue tale visualizzazione su una superficie qualsiasi attraverso
un processo di proiezione utilizzante la luce.
Normalmente la visualizzazione del video avviene su quello che è chiamato schermo per videoproiettore il quale possiede caratteristiche adatte a tale visualizzazione.
Un videoproiettore può visualizzare l'immagine video con dimensioni fino a decine di metri di diagonale, quindi anche molto superiori a quelle di un monitor o di un televisore.
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Hardware
La luminosità dell'immagine video visualizzata è però fortemente dipendente dalla luminosità dell'ambiente, molto più di quanto lo sia l'immagine video visualizzata da un monitor o un televisore, tanto che è possibile ottenere una buona qualità dell'immagine solo in un ambiente oscurato.
La risoluzione dell’immagine proiettata ricalca le risoluzioni tipiche dei monitor, per cui matrici di
pixel da 800x600, 1024x768, 1280x720, e 1920x1080 (HDTV) sono le più comuni.
1.2.7.3 STAMPANTE
La stampante è la periferica di output che trasferisce su carta o su materiali di altra natura le informazioni digitali contenute in un computer.
I parametri che caratterizzano una qualunque stampante sono essenzialmente
- Interfaccia: il tipo di collegamento al computer, che può essere
una porta parallela (LPT), seriale (RSR232), USB ad infrarossi,
Bluetooth, ecc.
- Formato carta: la dimensione, lo spessore, il tipo di supporti di
stampa che la stampante è in grado di accettare (carta, buste
ecc). Il più diffuso è il formato A4, ma alcuni modelli usano
formati minori, in genere per le foto, oppure formati superiori,
A3, A2 ecc.
- Numero di colori primari: ovvero quanti inchiostri sono utilizzati e quindi quanti colori può riprodurre la stampante; le monocromatiche impiegano un solo colore, di solito il nero. Le tricromatiche usano giallo, ciano e magenta per produrre i colori per sintesi sottrattiva, compreso
il nero. Le quadricromatiche hanno i tre colori base già detti più il nero, utilizzato per le stampe bianco e nero e per comporre colori scuri più verosimili. Le esacromatiche hanno in più due
tinte chiare di ciano e magenta, per rendere meglio le mezzetinte.
- Risoluzione massima: il numero di punti stampabili sulla carta per unità di lunghezza, che può
differire tra il senso orizzontale e verticale. Di solito si esprime in punti per pollice lineare, dot
per inch (DPI).
- Velocità: il numero di pagine (normalmente A4) che può essere prodotta per unità di tempo, di
solito espressa in pagine al minuto. Questo parametro differisce molto a seconda che si stampi
un testo bianco e nero oppure una fotografia, ed anche in funzione della qualità e risoluzione
impostate.
- Tempo per la prima stampa: il tempo che intercorre tra l'invio dei dati e l'avvio della prima
stampa. È un valore poco considerato ma che può arrivare a molte decine di secondi.
- Costo per copia stampata: quando si ha un uso intensivo della macchina, più importante del
costo di acquisto è il costo di gestione, dovuto a inchiostri o toner, tamburi, testine, elettricità e
quanto altro è necessario per stampare un singolo foglio.
- Tecnologie: molteplici sono le tecnologie sviluppate per stampare informazioni su carta. Alcune sono state rese obsolete dall'arrivo di altre, ma spesso non del tutto estinte, semplicemente
relegate ad applicazioni particolari.
Vediamo nei dettagli le principali tecnologie:
- Matrice di aghi - Hanno una testina di stampa, generalmente con standard di 9 o 18 oppure 24
aghi, mossi da elettromagneti, che battono sulla carta attraverso un nastro inchiostrato mentre
si spostano lateralmente sul foglio. La sequenza dei colpi è generata da un circuito elettronico
per comporre i pixel che costituiscono i caratteri o parte di una immagine. La stampa può avvenire in entrambi i sensi di spostamento della testina, con un aumento della velocità complessiva (stampa bidirezionale). Alcuni modelli di stampanti ad aghi possono riprodurre il colore,
impiegando oltre al nero anche tre bande colorate secondo lo standard CMY, Ciano Magenta
Yellow. La tecnologia di stampa a matrice è ancora richiesta in alcuni settori poiché permette
di imprimere anche modulistica a più copie.
- Getto di inchiostro - È la tecnologia che ha avuto il maggiore successo presso l'utenza privata
ed i piccoli uffici, principalmente a causa del basso costo di produzione, della silenziosità e
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Hardware
buona resa dei colori. Una schiera di centinaia di microscopici ugelli spruzzano minuscole
gocce di inchiostro a base di acqua sulla carta durante lo spostamento del carrello. Il movimento dell'inchiostro è ottenuto per mezzo di due distinte tecnologie:
o pompe piezoelettriche che comprimono il liquido in una minuscola camera,
o resistenze elettriche che scaldano bruscamente il fluido all'interno della camera di
compressione aumentandone il volume e quindi facendolo schizzare dall'ugello.
La risoluzione e la qualità di stampa di queste testine raggiunge livelli paragonabili alla fotografia tradizionale, ma solamente utilizzando carta la cui superficie sia stata opportunamente
trattata per ricevere l'inchiostro. Il problema più grave di questa tecnica è l'essiccamento dell'inchiostro nelle testine, che è frequente causa di malfunzionamenti. Un altro svantaggio è dato dall'elevato costo per copia stampata se confrontato con le altre tecnologie.
Getto di cera - Tecnologia simile alla precedente, ma che offre anche su carta comune immagini dall'aspetto fotografico, grazie alla lucidità della cera. L'impiego di queste stampanti si sta
espandendo sempre più. Originariamente creata da Tektronix nel 1986, dopo l'acquisto da parte di Xerox della Tektronix nel 2000, la tecnologia "solid ink" (inchiostro solido) divenne parte
della linea di stampa da ufficio di Xerox. La tecnologia solid ink utilizza degli stick di inchiostro solido al posto dell'inchiostro fluido o delle cartucce di toner abitualmente utilizzate nelle
stampanti. Dopo che lo stick di inchiostro viene caricato nella stampante, viene sciolto ed utilizzato per produrre immagini sulla carta in un processo molto simile alla stampa offset. Xerox
sostiene che la stampa con gli inchiostri solidi abbia colori più vibranti rispetto agli altri metodi di stampa, sia più facile da usare, possa essere fatta su una varietà di mezzi molto ampia e
sia maggiormente ecocompatibile dal momento che riduce la produzione di sostanze di scarto.
Gli stick non sono tossici e si possono maneggiare senza alcuna conseguenza nociva, infatti la
sostanza degli stick è composta da olii vegetali.
Laser - Questa tecnologia deriva direttamente dalla xerografia comunemente implementata
nelle fotocopiatrici analogiche. In sintesi, un raggio laser infrarosso viene modulato secondo la
sequenza di pixel che deve essere impressa sul foglio. Viene poi deflesso da uno specchio rotante su un tamburo fotosensibile elettrizzato che si scarica dove colpito dalla luce. L'elettricità
statica attira una fine polvere di materiali sintetici e pigmenti, il toner, che viene trasferito sulla
carta (sviluppo). Il foglio passa poi sotto un rullo riscaldato che fonde il toner facendolo aderire alla carta (fissaggio). Per ottenere la stampa a colori si impiegano quattro toner: nero, ciano,
magenta e giallo, trasferiti da un unico tamburo oppure da quattro distinti. Diverse agenzie per
l'ambiente hanno verificato che, durante la stampa, vengono rilasciate alcune polveri sottili
cancerogene come benzolo e stirolo, che sono coloranti contenuti nel toner.
Carta termica - Impiega un rotolo di carta speciale, trattata chimicamente in modo da annerirsi se scaldata. Una testina larga quanto la pagina, costituita da una schiera di resistenze elettriche che si scaldano, impressiona l'immagine sul foglio mentre questo vi scorre sotto. La tecnica è largamente impiegata nelle stampanti di registratori di cassa, bilance, parchimetri ecc.
Trasferimento termico - Questa tecnologia (detta anche a sublimazione) deriva direttamente
dalla precedente, ma invece di impiegare carta speciale, utilizza una pellicola di plastica rivestita da un pigmento che viene trasferito su carta comune dal calore. Esistono anche modelli a
colori, impieganti quattro pellicole con i colori fondamentali. Non offrono però risoluzioni
molto elevate ma danno delle stampe più durature.
Braille - Queste macchine non impiegano inchiostri ma imprimono nella carta i simboli caratteristici dell'alfabeto Braille per non vedenti. Dispongono di una serie di punzoni mossi da elettromagneti che perforano la carta.
1.2.7.4 PLOTTER
Il plotter è una periferica specializzata nella stampa di supporti di grande formato.
È il dispositivo di output ideale per i sistemi CAD (Computer Aided Design, cioè Progettazione Assistita da Elaboratore), dove è impiegato per la stampa di prospetti e progetti architettonici, meccanici,
elettrici, mappe topografiche, curve geometriche ecc.
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Hardware
Oggi viene anche utilizzato nell'ambito della grafica e della pubblicità grazie alle moderne tecnologie
che consentono al plotter di stampare a colori e addirittura di ritagliare (plotter da taglio).
Plotter a penna - I primi modelli di plotter erano costituiti da
un sistema elettromeccanico comprendente una coppia di motori, uno dei quali serviva allo spostamento di un carrello, costituito da una barra lunga quanto la larghezza del foglio, su questa, azionato dal secondo motore, poteva scorrere un secondo
carrellino più piccolo, sul quale era fissato il pennino, in tal
modo con appropriati valori inseriti in un programma, era possibile posizionare il pennino in qualsiasi punto del foglio, secondo le coordinate cartesiane.
Plotter a getto d'inchiostro - Con lo sviluppo della stampa a getto di inchiostro il plotter classico con
le penne è stato sostituito da stampanti in grado di muovere la testina in senso trasversale sul foglio (o
sul rullo) che scorre sotto la testina stessa in senso longitudinale. Sebbene questi tipi di macchine siano a tutti gli effetti delle stampanti e non dei plotter (intesi nel senso originario del termine) esse vengono impropriamente chiamate con questo nome, tanto che ormai non viene più fatta distinzione
nemmeno in ambito tecnico.
Plotter speciali - Alcuni dispositivi speciali, in cui il pennino o la testina di stampa sono rimpiazzati
da una lama, vengono impiegati per ritagliare forme da pellicole autoadesive, tessuti ed altri materiali;
si parla in questo caso di plotter da taglio. In altri tipi è invece installata una fresa con la quale è possibile incidere scritte e decorazioni in lastre di diversi materiali, vi sono poi dei dispositivi in grado di
effettuare il taglio laser di laminati, compensati e altri materiali.
1.2.7.5 CASSE ACUSTICHE E CUFFIE
Casse acustiche, cuffie audio e auricolari sono dispositivi usati per produrre in output dei suoni. Il
suono o la musica in formato digitale viene convertita in un corrispondente segnale analogico (una
corrente variabile nel tempo) dalla scheda audio; ad essa, infatti, si collega
il connettore che porta il segnale agli altoparlanti dei vari dispositivi acustici.
L'altoparlante è un trasduttore che, per mezzo di una bobina immersa in un
campo magnetico, converte segnali elettrici in forza elettromagnetica in
grado di far muovere un corpo, il cono dell'altoparlante, in modo da fargli
generare onde sonore.
Di altoparlanti ne esistono vari tipi, ognuno dei quali impiega una differente tecnologia; utilizzano tutti una membrana vibrante a forma di cono, cupola, e in rari casi piana. La membrana è collegata ad una bobina che, immersa nel campo magnetico e percorsa dalla corrente costituita dal segnale
da riprodurre, ne genera lo spostamento, quindi la trasduzione da segnale elettrico a movimento d'aria
creato dal cono, cupola o pannello radiante. Il suono in sostanza è generato da una serie di compressioni e rarefazioni dell'aria, compito dell'altoparlante è generare tali compressioni e rarefazioni nell'ambiente d'ascolto. La forma a cono si presta bene per la riproduzione delle frequenze basse, mentre
per le frequenze alte è più adatta la forma a cupola.
Non essendo fisicamente possibile (al giorno d'oggi), costruire un trasduttore che riesca a riprodurre
con la stessa intensità l'intera gamma di frequenze udibili all'orecchio umano, si sono sviluppati trasduttori, ottimizzati ciascuno per un segmento della banda udibile. Si suddividono generalmente in:
* Subwoofer (frequenze bassissime, solitamente al di sotto dei 120 Hz)
* Woofer (frequenze basse)
* Midrange (frequenze medie)
* Tweeter (frequenze alte)
Collegando opportunamente altoparlanti destinati alla riproduzione di differenti frequenze, si ottiene
un sistema acustico (diffusore) in grado di riprodurre, in modo quanto più possibile lineare e preciso,
tutto lo spettro di frequenze udibili.
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Hardware
1.2.8 I/O - INPUT/OUTPUT
Ci sono inoltre alcune unità periferiche che svolgono sia funzioni di input che funzioni di output, tra
cui:
- il modem,
- il touch screen,
- la smart board.
1.2.8.1 MODEM
Il modem è un dispositivo elettronico che rende possibile la comunicazione di più computer utilizzando un canale di comunicazione composto tipicamente da un doppino telefonico (il filo del telefono).
È comunemente collegato al computer tramite una porta seriale RS-232 oppure una porta USB.
Questo dispositivo permette la MOdulazione e la DEModulazione dei segnali contenenti le informazioni; dal nome di queste due funzioni principali il dispositivo prende appunto il nome di MODEM.
In altre parole, durante la fase di modulazione il modem riceve dal computer sequenze di bit (segnale
digitale) che vengono codificate come segnali acustici (segnale analogico), che appaiono come dei fischi, e li inoltra lungo la linea telefonica (periferica di output). In fase di ricezione il modem attiva la
fase di demodulazione: riceve dalla linea telefonica il segnale, lo decodifica e ne "estrae" sequenze di
bit che, infine, presenta al computer (periferica di input).
Il modem è anche una componente fondamentale del Fax.
La velocità di trasmissione dei dati tra due sistemi è misurata normalmente in bit al secondo, indicato
con la sigla bps (bit per second). Ampliamo il discorso: in campo informatico e nelle telecomunicazioni, il termine "banda" indica la quantità di dati che possono essere trasferiti, attraverso una connessione, in un dato periodo di tempo.
L'informazione base considerata è rispettivamente il bit nelle telecomunicazioni ed il byte in informatica, dunque la quantità di informazione trasferita nell'unità di tempo si misurerà rispettivamente in bit
al secondo, abbreviato in bit/s o bps, detta bitrate, e byte al secondo, abbreviato in byte/s o Bps (si
noti l'uso differente dell'iniziale b, minuscola per il bit e maiuscola per il byte).
Per velocità elevate si usano i multipli dell'unità di misura bps:
- Kbps o Kbit/s (kilo bps) = 1.000 bps = 103 bps
- Mbps o Mbit/s (mega bps) = 1.000.000 bps = 106 bps
- Gbps o Gbit/s (giga bps) = 1.000.000.000 bps = 109 bps
- Tbps o Tbit/s (tera bps) = 1.000.000.000.000 bps = 1012 bps
Esempio di applicazione: supponiamo di voler trasferire un file di 10MB (10 mega byte) su un dispositivo con banda 5Mbps (5 mega bit per secondo). Il tempo di trasferimento T sarà dato da:
Si noti che:
* il mega byte viene calcolato col metodo informatico in cui 1 mega = 1024x1024 = 210x210 = 220
* il mega bit/s viene calcolato col metodo fisico in cui 1 mega = 1000x1000 = 103x103 = 106
* la dimensione del file è stata moltiplicata per 8 perché ogni byte che lo costituisce corrisponde ad 8
bit che andranno trasmessi.
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Hardware
1.2.8.2 TOUCH SCREEN
Il touch screen o schermo tattile è un dispositivo hardware che consente
all'utente di interagire con un computer toccando lo schermo. Lo si può
dunque considerare come l'unione di un dispositivo di output (lo schermo)
e un dispositivo di input (il sistema che rileva il contatto con lo schermo
stesso, ricavandone la posizione). Quest'ultimo meccanismo è alternativo
all'uso di altri dispositivi di puntamento come il mouse o la trackball.
Il monitor touch screen è un monitor che rende l'area del video sensibile al
tocco del dito di una mano, trasformando il monitor in un sistema a tocco
integrato.
Questa modalità di puntamento è molto intuitiva e diretta, adatta per chiunque, e in particolare per gli utenti in difficoltà con i tradizionali sistemi di
puntamento. Intuitivo e versatile è adatto ad applicazioni didattiche, ludiche, per disabili e per l'ufficio.
A volte viene corredato da una penna con la quale è possibile alternarla, come tocco, al dito della mano. Questo prodotto consente di effettuare anche le operazione da mouse più complesse, come il doppio click, il click destro e il trascinamento.
Il monitor è disponibile in due versioni: LCD e CRT, esso viene normalmente collegato alla porta
VGA/XGA mentre per avere l'interazione in input si usa una connessione con la porta seriale COMx
o USB.
1.2.8.3 SMART BOARD
La smart board é una lavagna interattiva touch screen che trasforma il computer ed il proiettore in
potenti strumenti per didattica, collaborazione e presentazione.
Con un'immagine del computer proiettata sulla lavagna é possibile
premere sull'ampia superficie touch-sensitive per controllare tutte le
applicazioni del computer. Utilizzando una penna, é facile lavorare alla lavagna interattiva facendo annotazioni ed evidenziando informazioni rilevanti.
Grazie al software in dotazione con la lavagna interattiva é possibile
'scrivere' su ogni applicazione, salvare, modificare, utilizzare il potente OCR, stampare, esportare il proprio lavoro in uno dei formati standard PDF, HTML, JPEG ed inviarlo per posta elettronica.
La tecnologia consente di scrivere con la penna su un layer sovrapposto all'immagine proiettata e di
interagire con il computer utilizzando la penna come se fosse la freccia del mouse.
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