Il computer è una macchina che elabora dati in modo molto veloce e viene usata per scrivere, leggere, fare calcoli, comunicare, giocare, disegnare, vedere video e altri elementi multimediali, per lavoro e per lo sviluppo di programmi e videogiochi.
Il termine computer deriva dal verbo inglese to compute, che significa elaborare. Non c’è teoricamente limite a ciò che un computer potrebbe fare se chi lo prepara e programma dà le giuste istruzioni.
Dato che un computer è formato da componenti elettronici, il suo funzionamento base è proprio come quello di qualsiasi altro apparecchio elettronico. Ha al suo interno dei circuiti con componenti molto piccoli che si accendono e spengono costantemente. Ogni volta che un componente è acceso viene rappresentato con il numero 1 mentre quando è spendo viene rappresentato con il numero 0. L’uso di questi due numeri in sequenza viene chiamato linguaggio macchina, o sistema binario, ed è la base dei linguaggi usati per creare e usare i programmi del computer.
Il computer utilizza un programma, chiamato software, per controllare quali componenti sono accesi o spenti in un dato momento ed è anche in grado di spegnerli e accenderli a seconda delle nostre istruzioni. Il software attribuisce a ciascun numero binario un particolare significato come vero (1) o falso (0), oppure determinati caratteri come le lettere dell’alfabeto o dei numeri.
Ad essere precisi, il computer è il cervello della macchina che usiamo sia a casa che al lavoro mentre i componenti fisici che usiamo per mandare e visualizzare i dati come il mouse, la tastiera, il monitor sono chiamati hardware, dall’inglese elemento solido. L’insieme dei programmi che fanno funzionare il computer, cioè che gli permettono di elaborare i dati passati dalle periferiche e di inviarli in modo diverso, viene chiamato software, dall’inglese “elemento morbido”.
Il modo in cui funziona un computer è lo stesso del modo in cui agisce il cervello degli esseri viventi. Il nostro cervello riceve informazioni dall’esterno grazie ai nostri sensi, le elabora e fornisce dei risultati a volta anche istintive come quando tocchiamo qualcosa di caldo e allontaniamo subito la mano. Allo stesso modo un computer riceve degli input o dati quando per esempio scriviamo con la tastiera o clicchiamo qualcosa con il mouse, elabora le informazioni ricevute e comunica sullo schermo i risultati desiderati oppure comunica con altri dispositivi come una stampante o uno scanner. Su questo schema si basava uno dei primi computer dell’era moderna, l’EDVAC.
I componenti principali di un computer
Il componente principale di un computer viene chiamata CPU, dall’inglese Central Processing Unit, o unità di elaborazione. Questo è formato da un circuito elettronico chiamato microprocessore, viene montato su una scheda elettronica chiamata scheda madre e riesce ad eseguire tutte le istruzioni in modo molto veloce. La scheda madre contiene anche i bus, dispositivi elettronici che permettono alla CPU di comunicare velocemente con tutte le altre periferiche.
Come detto in precedenza, i circuiti elettronici sono in grado di comprendere soltanto due valori diversi: acceso quando passa l’energia elettrica, spento quando non passa. Questo tipo di informazione viene chiamato bit e assume valore 1 quando passa energia elettrica mentre assume valore 0 quando non passa.
Combinando più volte questi due valori possiamo ottenere sequenze infinite. Se ad esempio, usassimo un codice formato da due sole cifre avremo massimo 4 valori diversi: 00 ,01, 10, e 11. Se usiamo un massimo di tre cifre il limite massimo di valori salirebbe a 8: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 e 111. Infine, ci basterebbe assegnare a quei valori il nostro significato. Per sapere quanti valori possiamo avere nel sistema binario ci basterà elevare a potenza la base 2 usando come esponente il numero di cifre che intendiamo avere.
Ad esempio, i mesi dell’anno sono 12. Se volessimo codificarli nel sistema binario ci basterebbero 4 cifre, dato che 23 = 8 e 24 = 12. Ecco l’elenco:
| 0001 | Gennaio |
| 0010 | Febbraio |
| 0011 | Marzo |
| 0100 | Aprile |
| 0101 | Maggio |
| 0110 | Giugno |
| 0111 | Luglio |
| 1000 | Agosto |
| 1001 | Settembre |
| 1010 | Ottobre |
| 1011 | Novembre |
| 1100 | Dicembre |
Per quanto riguarda i calcolatori, si è deciso di utilizzare 8 bit, che equivale a 1 Byte, per codificare ogni tipo di informazione in modo da avere 256 combinazioni e stati diversi, da 0 a 255, al cui numero corrisponde uno stato, una lettera dell’alfabeto, un numero o un carattere speciale. Se una parola è formata da 4 caratteri, ad esempio ‘cane’, sappiamo che stiamo occupando 4 Byte di memoria.
Perciò il software converte il sistema binario della macchina in caratteri che noi possiamo capire quando vogliamo leggere o guardare qualcosa e converte il nostro linguaggio in sistema binario quando deve salvare o trasmettere dati alla CPU.
Avere un’unità di misura specifica, in questo caso il byte, è molto utile perché i programmi possono scomporre una lunghissima sequenza di bit, es. 001110101011100001001011 in byte (00111010,10111000,01001011) e tradurli secondo le istruzioni stabilite. Non è necessario che noi facciamo questo manualmente, i computer sono in grado di farlo in automatico.
Le memorie
Un computer può accedere a diversi tipi di memoria in modo da conservare al loro interno documenti, immagini, video, musica e programmi. Tutti i dati conservati in memoria vengono misurati in Byte, come detto in precedenza.
Nella scheda madre si trova la memoria centrale, formata da diversi tipi di memoria ciascuno dei quali svolge una sua funzione:
| Memoria | Descrizione |
|---|---|
| RAM | Random Access Memory. Mantiene i dati memorizzati fino a quando spegniamo il computer. Quando apriamo un programma tutto ciò che serve per eseguirlo viene mantenuto lì. Soltanto quando salviamo il lavoro questo viene memorizzato sottoforma di file nella memoria fisica, come un Hard Disk |
| ROM | Ready Only Memory, cioè memoria di sola lettura. Contiene soltanto il programma che fa accendere il computer e che gestisce il collegamento tra hardware e il sistema operativo. |
| Cache | Anche questa è una memoria temporanea molto più piccola della RAM. Serve a conservare dati usati spesso, ad esempio il testo suggerito dopo che lo abbiamo digitato la prima volta |
Il sistema operativo, i file e i programmi vengono invece salvati nelle memorie di massa, molto più grandi della RAM a cui la CPU accede per elaborare i dati. Alcuni sono collegate direttamente al computer mentre altre possono essere inserite in apposite porte. I più conosciuti e utilizzati sono o sono stati:
| Nome | Descrizione |
|---|---|
| Floppy Disk | I primi dispositivi ad essere usati su larga scala. Rispetto alle memorie di massa moderni hanno una ridottissima capacità di memorizzazione |
| CD | Gli stessi CD usati per la musica essendo in grado di memorizzare anche altri tipi di dati. La maggior parte permettono di scrivere su di essi, tramite un programma di masterizzazione, una sola volta mentre quelli riscrivibili hanno la sigla CD-RW. |
| DVD | Utilizzati principalmente per i film perché hanno una memoria molto maggiore |
| Hard Disk | Usati per memorizzare tutti i dati necessari al computer e i nostri file, programmi ed elementi multimediali. Esistono anche quelli collegabili tramite la porta USB, come le pen drive. |
| SSD | I dischi allo stato solido sono circa 1000 volte più veloci dei normali Hard Disk. |
Anche le memorie USB sono molto importanti perché ci permettono di salvare dati da portare ovunque. Inoltre, diversi programmi sono stati resi portatili in modo da non avere bisogno di essere salvati nel sistema operativo.
Il software
Il software è un componente essenziale per il funzionamento del computer. Senza di esso sarebbe impossibile interpretare i segnali elettrici dargli una rappresentazione grafica e salvare nuovi dati.
Il software di base, chiamato anche sistema operativo, permette al computer di accendersi e di svolgere le operazioni fondamentali tra cui installare altri software chiamati applicativi. Questi ultimi possono essere completamente diversi: permettono di scrivere, lavorare, disegnare, ascoltare musica e giocare. I sistemi operativi più utilizzati sono Windows e Linux.
Il software può essere proprietario quando chi lo ha creato richiede i diritti d’autore o libero quando viene rilasciato a titolo gratuito. Altri software, molto più costosi, sono creati ad hoc per risolvere i problemi di clienti specifici, come i gestionali personalizzati per ogni singola azienda.
La codifica dei dati
Abbiamo già parlato di come i componenti elettrici possono assumere soltanto due valori che rappresentano il passaggio e il blocco di corrente elettrica. A differenza dei dati analogici che possono variare nel tempo ed essere espressi tramite grafici, i segnali digitali sono fissi e rappresentano valori distinti. Questi valori vengono convertiti nel sistema binario e salvati nella memoria del computer.
Il sistema di codifica più diffuso in informatica è l’ASCII, già citato sopra, che attribuisce ai primi 255 numeri binari tutti i caratteri dell’alfabeto inglese, simboli, caratteri speciali e quelli più diffusi nei paesi europei. Questo codice è stato incorporato nell’Unicode un metodo di codifica internazionale.