Scopriamo i computer, puntata 1: come ragionano i nostri computer

Salve a tutti e bentornati (o benvenuti) nella rubrica di scienza e tecnologia!

A partire da questo articolo inizierà una serie utile e interessante su cosa troviamo nei nostri computer da hardware a software. Non so ancora quanto sarà lunga la serie, ma credo che mi divertirò a raccontarvi cosa troviamo nei nostri pc e nei nostri telefoni.

Detto questo, direi di partire dal cuore di ogni computer, che sia un pc o una calcolatrice: la CPU.

Il cervello delle operazioni: la CPU!

La CPU (central processing unit) è il cuore dei calcoli, soprattutto i più complessi, del nostro pc. Come vedremo nel corso dell’ articolo, la CPU non è l’unico elemento capace di eseguire calcoli.

Spesso la CPU, meglio nota da alcuni come “core” (quando in realtà i core si trovano dentro alla CPU), è una delle prime cose che si scelgono per comprare un pc. Il modello di CPU montato su un pc viene spesso indicato da uno di quei bollini che si trovano sui portatili o sui fissi, impossibili da staccare (dai almeno una volta avrete provato a staccarli, ammettetelo). La CPU macina tanti dati, ma sempre con gli stessi due numeri: 0 e 1. Il computer usa il sistema binario per farci apparire tutte le cose che vediamo sul monitor. Del codice binario che usa la CPU vi basti sapere che un byte sono otto bit, ovvero una sequenza di otto tra zeri e uno (es: 01000001 é la: “A”).

All’ interno di questo piccolo quadrato si nascondono un sacco di minuscoli componenti, per non entrare troppo nel tecnico ve ne citerò i principali. Il cuore pulsante di ogni core della CPU è l’ALU (arithmetic logic unit). Come suggerisce il nome, l’ALU si occupa di gestire tutte le operazioni logiche e matematiche che il core riceve e che poi deve inviare processate. Ad aiutare la smemorata ALU a ricordare tutto (se no lei non ce la fa, ma non diteglielo perché poi si arrabbia) ci sono i registri. I registri sono piccoli magazzini dove vengono memorizzate temporaneamente tutte le sequenze di uno e di zero che compongono parte di un calcolo. I principali sono due: registro dei Flag di stato (CCR) e il registro IP (Instruction Pointer). Essi hanno il compito di trattenere i risultati delle operazioni, e soprattutto la lista delle istruzioni da far eseguire all alu. Altri componenti importanti sono i BUS (non quelli dell'ATM!), che hanno il compito di sincronizzare la CPU al resto della macchina, poi ci sono i CLOCK, ovvero semplici segnali di corrente a intermittenza (onda quadra) che hanno diverse funzioni. Vi basti sapere che essi permettono al core di andare avanti coi calcoli, aggiornando sempre i vari stati dei singoli componenti. In poche parole: più è alta la frequenza di CLOCK, più velocemente il core esegue i calcoli. Chiaramente più singoli core compongono la CPU, più dati potrà gestire e calcolare contemporaneamente, ma non è l’unico componente che consente di elaborare più dati.

Memoria a lungo e a breve termine di un pc: RAM e MSD

La CPU non è l’ unico componente che manda avanti un computer e se ci fosse solo quella, anche se potente, sarebbe meno utile di una calcolatrice.

Per essere utile un qualsiasi computer deve poter ricordare le cose (da come si fanno le somme all'avviamento dell’ intero sistema operativo con i vostri dati).

I principali magazzini di memoria sono la RAM e la MSD.

La RAM (random access memory) è una "memoria a breve termine”. Immagazzina temporaneamente le informazioni da far elaborare alla CPU. Per esempio se avete più schede aperte sul browser, la RAM tratterrà le informazioni in arrivo dalle pagine che avete aperte non in uso e le manderà alla CPU quando passerete a quelle schede. Questo è l’esempio più classico, la RAM può essere usata anche come memoria fissa (come nelle calcolatrici) oppure può trattenere dati che serviranno a comporre un chunk di una mappa di un videogioco (per i gamer alla lettura). Soprattutto in quest'ultimo caso, la RAM può essere fondamentale per elevare l’esperienza di gioco e aumentare drasticamente le prestazioni (sto parlando del rapporto tra FPS e qualità immagine), di fatto le schede grafiche (GPU) sono piccoli computer a parte (un computer nel computer) che hanno una loro memoria RAM chiamata Vram (Video RAM).

In generale la RAM ha una capienza di memoria relativamente ridotta e tende a cancellare le informazioni che contiene per fare spazio alle altre; per questo motivo se non salvate le modifiche fatte ad un file, esse vengono perdute e molto spesso non si possono recuperare. Il sistema cancella i dati dalla RAM (ma anche dalla MSD) azzerando tutti i byte.

Il secondo tipo di memoria che possiamo trovare nei computer è la MSD.

La MSD (mass storage device) è la “memoria a lungo termine” di un computer. Tutti i dati che vengono messi nella MSD dal computer vi rimangono fino a quando voi date istruzioni al pc di cancellarli definitivamente, o fino a quando non rompete lo storage o la mandate in cortocircuito (non fatelo, non è per niente divertente, ve lo assicuro). La MSD è di gran lunga più capiente della RAM da diverse decine a diverse centinaia di gigabyte.

Le chiavette USB (nessuno le usa più, ma sono ancora molto utili) sono memorie esterne e quindi sono MSD, così come gli hard drive e i NAS. Questi ultimi sono sistemi di torri di dischi ad altissima capacità (diverse centinaia di terabyte): Essi sono governati da un loro sistema operativo specifico che ha la funzione di organizzare i dati, e in caso di rottura di uno dei dischi fisici che li compone, permette di continuare ad usarli senza perdita di dati o di impossibilità di accesso. I nas sono sistemi semi/professionali e sono in rete come qualsiasi altro computer (hanno un piccolo computer interno dedicato che fa girare il loro sistema operativo e vari software di gestione).

Per questo episodio è tutto, Spero che questo primo articolo della serie vi sia piaciuto.

Ci vediamo alla prossima edizione con un articolo tutto software, infatti parleremo di sistemi operativi come funzionano e cosa sono.

A presto da GCP.