Hardware

La traduzione letterale dall’inglese si risolve in un termine di non immediata comprensione: ‘articolo duro’. In effetti con il termine h. si intendono tutte le parti del computer che sono visibili, che possono essere manipolate e che presentano quindi una qualche ‘consistenza’. Fanno dunque parte della dotazione h. il monitor, i dischetti, la stampante, i dischi fissi e tutti gli altri ‘articoli duri’ di cui è dotato il nostro calcolatore.
Il termine h. viene solitamente opposto a quello di software che indica la parte ‘immateriale’ del calcolatore (soft = morbido). Una metafora spesso utilizzata per rendere comprensibile la differenza tra h. e software è quella del libro: in un libro l’h. è rappresentato dalle pagine e dall’inchiostro, mentre il software è dato dalle parole e dal contenuto. Un computer senza software sarebbe pertanto come un libro con le pagine completamente bianche.

1. Generalità

In termini più tecnici nel descrivere l’h. ci si riferisce spesso alla tradizionale schematizzazione di Von Neuman in cui si distingue tra unità centrale di elaborazione (CPU), memorie di lavoro e periferiche.
Causa di frequenti confusioni terminologiche è la differenza tra unità centrale in senso lato, e unità centrale di elaborazione nel senso di Von Neuman (CPU, Central Processing Unit). Spesso con il termine unità centrale ci si riferisce non alla CPU ma all’insieme dell’h. contenuto nel ‘cabinet’, cioè nel contenitore metallico in cui sono posizionate le principali strutture fisiche del computer: la scheda madre, gli hard disk, le schede accessorie, le memorie di lavoro e la stessa CPU. Questa definizione di unità centrale è comoda e intuitiva ma induce in errore: per esempio un modem ‘interno’ pur essendo situato dentro il cabinet, deve essere considerato a tutti gli effetti una periferica. Analogamente alcune schede situate negli slot della scheda madre e i dischi fissi, pur essendo strutture interne al cabinet sono da considerare periferiche. Il termine ‘periferica’, quindi, non indica necessariamente una struttura esterna al cabinet, ma una struttura deputata all’immissione (input) e all’uscita dei dati (output) (vedi anche il n. 3 qui di seguito).
In una definizione generale di h. non deve mancare un riferimento al transistor, che costituisce il componente principale dei computer. L’invenzione del transistor risale al 1948 e costituisce un momento centrale nello sviluppo delle ricerche sul calcolo automatico. Tutti i componenti, dal microprocessore alla memoria RAM e ROM, sono costituiti da transistor integrati su appositi chip. Il numero di transistor collocati in un microprocessore di pochi millimetri quadrati si aggira intorno alle diverse decine di milioni ed è destinato ad aumentare.

2. La scelta modulare per l’h. dei PC

La scelta vincente della IBM è stata quella di concepire l’architettura dei PC in maniera modulare. In questo modo un guasto nel computer significava cambiare il modulo o ‘scheda’ e non tutta la macchina. Il componente h. fondamentale di un computer è la ‘scheda madre’ (mother board), dove sono contenuti alcuni componenti fondamentali dell’architettura dei PC come il microprocessore, la RAM, il BIOS.

2.1. Scheda madre, schede accessorie, i bus.
Sulla scheda madre sono presenti alcuni connettori (slot), in numero variabile con il singolo modello, dove è possibile inserire le schede accessorie (‘figlie’).
Nei primi modelli di PC vi venivano inserite la scheda grafica, il ‘controller’ (che presiede al controllo e allo scambio di comunicazioni tra CPU e i dischi con la memoria di massa), le schede di rete e quelle per le porte seriali e parallele.
Nei personal di ultima generazione gran parte di queste schede, o meglio, i loro componenti sono incorporati nella scheda madre e quindi gli slot sono stati ridotti di numero o vengono lasciati liberi per collegare altre schede, come ad esempio quelle dedicate all’acquisizione ed elaborazione dei segnali video, per la ricezione satellitare, la compressione dei dati, l’elaborazione musicale.
Lo scambio di dati tra la scheda madre o quelle inserite negli slot e il processore avviene tramite dei conduttori integrati nella scheda, il bus dei dati; il modo nel quale lo scambio avviene può seguire diversi standard:
– ISA, Industrial Standard Architecture, nata con i computer IBM di tipo AT, con microprocessore 80286;
– MCA, Micro Channel Architecture, standard per i computer IBM della serie PS/2;
– EISA, Extended Industrial Standard Architecture, adottata da molti computer DOS compatibili.
– PCI, Peripherical Component Interconnect, progettato per velocizzare l’accesso alle unità periferiche.

2.2. Schede grafiche.
La scheda grafica, detta anche scheda video, è il componente responsabile della produzione dei segnali di output video del PC. Realizza quindi l’interfaccia tra la potenza di elaborazione del microprocessore e la capacità di rappresentazione a video dei risultati dell’elaborazione dei dati. Le capacità di visualizzazione di un computer dipendono comunque anche dal tipo di display o monitor in dotazione. Un monitor monocromatico per esempio, non può visualizzare i colori comunque sia potente la scheda grafica.
Le moderne schede grafiche contengono memoria (RAM video), cosicché la RAM del computer non viene usata per immagazzinare dati video. In più molte schede video posseggono i loro propri co-processori per accelerare i processi di calcolo associati alla grafica. Tali schede video sono chiamate ‘acceleratori grafici’.
Per ottenere risoluzioni video più alte e, nel contempo, per visualizzare un maggior numero di colori bisogna avere a disposizione più RAM video. Ad esempio a una risoluzione video di 800x600 punti, con possibilità di visualizzare per ogni punto 16.7 milioni di colori, sono necessari almeno 2 Mbyte di RAM video.
Le schede video oggi sono molto di più che un co-processore; esse hanno una loro propria ‘intelligenza’ e svolgono un gran numero di compiti che altrimenti dovrebbero essere svolti dal processore centrale.
Questa è una necessità dovuta all’enorme incremento di dati che nei PC odierni vengono inviati verso i monitor e ai sofisticati calcoli che altrimenti il processore dovrebbe fare per realizzare ad es. la grafica tridimensionale (3D).

2.3. Porte seriali e parallele, porte USB.
La comunicazione con le periferiche di Input/Output avviene tramite dispositivi esterni presenti nella parte posteriore del computer, le porte seriali e le porte parallele.
Nella porta seriale i dati che vengono trasmessi alla periferica sono inviati ‘in serie’, uno dietro l’altro sulla stessa linea. Nella porta parallela i dati inviati alla periferica sono trasmessi ‘in parallelo’ su otto linee contemporaneamente.
La porta seriale consente il transito dei dati in entrambe le direzioni, sia dal computer alla periferica che dalla periferica al computer. L’utilizzo principale di questa porta avviene per collegamenti con periferiche come il mouse, il modem, lo scanner, le penne ottiche.
La porta parallela invece consente il transito dei dati in una sola direzione: dal computer alla periferica. Viene quindi usata quasi esclusivamente per il collegamento con le stampanti.
Esiste oggi una interfaccia chiamata USB (Universal Serial Bus) per periferiche come telecamere, tastiere, mouse, scanner, che consente la trasmissione dei dati a velocità elevata, circa 12 Mbit al secondo. Viene gestita solamente dai sistemi operativi Windows ‘98 (e successivi) e MacOS. Le periferiche si collegano ‘in parallelo’, cioè a un connettore si collega una sola periferica. Per collegarne più di una (se ne possono collegare fino a 63) è necessario disporre di un ‘hub’ (concentratore). (Connettore)

2.4. Le unità di memorizzazione dei dati.
Le unità di memoria di massa assolvono allo scopo di immagazzinare grosse quantità di dati, per un tempo indefinito. Esistono unità di memoria di massa di ogni dimensione e capacità. Le tecnologie principali di registrazione dei dati sono: magnetica, ottica e magneto-ottica.
All’interno di questi tipi troviamo diverse categorie di unità di memoria di massa.
– Dischi flessibili rimovibili: di vari formati e capacità, sono realizzati da un sottile disco di plastica sul quale, da entrambi i lati, si trova una sostanza magnetizzabile formata da particelle di un ossido metallico. Poiché il supporto di plastica è molto leggero e flessibile, questi tipi di dischi vengono anche chiamati floppy disk. L’unico formato ancora in uso misura 3,5 pollici e ha la capacità fino a 1.44 Mbyte.
– Dischi rigidi ( Hard disk): il principio di funzionamento è identico a quello dei floppy disk e la tecnologia è magnetica. Di diversi formati e capacità, fino a diversi Gb.
– Dischi rigidi rimovibili: si tratta di dischi rigidi esattamente uguali a quelli che si trovano all’interno dei PC. La loro caratteristica è quella di trovarsi all’interno di una cartuccia in plastica, che ne permette l’estrazione e l’interscambio.
– Cartucce a nastro: le unità di memoria di massa a nastro sono costituite da cartucce in plastica che contengono molte decine di metri di nastro magnetico. Le cartucce vengono inserite in un lettore apposito, chiamato tape streamer; sono usate come unità di ‘backup’ per effettuare copie di sicurezza dei dati.
– I vari tipi di CD: il CD nasce come supporto musicale ma diventa quasi immediatamente anche uno dei principali mezzi per memorizzare dati di ogni genere: programmi, testi, immagini, ecc.

Molte unità di memoria di massa, o meglio le loro unità di lettura (disk drive), appartengono allo standard industriale SCSI (Small Computer System Interface), che consente il collegamento di più dispositivi (con SCSI-3 fino a 32) utilizzando una sola scheda di interfaccia (le unità che non corrispondono a questo standard richiedono una scheda ciascuna). La praticità è evidente, così anche il risparmio. A ciò si deve aggiungere la portabilità: le unità di memoria di massa SCSI sono trasferibili da computer a computer, sia nello stesso ambiente operativo che in altri, senza alcuna modifica.

3. Le periferiche

Le periferiche si possono distinguere in tre categorie:
– le periferiche di input, tramite le quali si effettua l’inserimento dei dati e si attivano i comandi. Lo sono la tastiera, il mouse, la tavoletta grafica (dove si usa un’apposita penna, che consente di tracciare disegni e attivare comandi), il joystick, lo scanner, fotocamere digitali (Macchina fotografica), telecamere...;
– le periferiche di output, che consentono il controllo dell’attività del computer o l’esecuzione del lavoro finale: il monitor, il display, il datashow, la stampante, il plotter, il videoproiettore;
– le periferiche di input e output: i modem, ma lo sono anche i touch screen.