Il cervello di un computer è rappresentato dal suo microprocessore o CPU: si tratta di un chip integrato che dirige e controlla ogni attività del computer, costituito da una piccola piastra di silicio, situata sulla scheda madre, sulla cui superficie sono stati creati milioni di transistor miniaturizzati.

Si può dire che l'era del Personal Computer è iniziata con l'avvento del microprocessore.

La CPU svolge due funzioni fondamentali: governa tutte le operazioni richieste dall'applicazione e dal Sistema Operativo (cioè genera tutti i segnali occorrenti per il funzionamento degli altri circuiti ad essa collegati) ed esegue tutti i calcoli, poiché contiene al suo interno l'Unità Logica e Aritmetica (ALU cioè Arithmetic and Logic Unit).

Possiamo allora immaginare il microprocessore come diviso in due parti: l'unità di controllo e l'unità logico-aritmetica, la prima ha il compito di controllare le informazioni ed i comandi in input, e di tradurli in un linguaggio comprensibile agli altri componenti del computer, essa è responsabile dello stoccaggio delle informazioni e dei comandi nella memoria di lavoro del computer, la RAM e del loro trasferimento dalla RAM alla ALU e viceversa.

L'unità logico-aritmetica esegue invece tutte le operazioni logiche ed aritmetiche che le vengono passate dall'unità di controllo.

Il microprocessore e gli altri componenti della scheda madre comunicano fra loro per mezzo di impulsi elettrici che viaggiano attraverso piste di rame disegnate sulla scheda stessa.

Queste piste, proprio per la loro funzione di trasporto, prendono il nome di bus.

Il bus può essere considerato come il vero e proprio sistema nervoso della scheda madre, in cui la CPU svolge la funzione di cervello.

Esiste un bus di sistema che connette CPU e RAM, ad esso sono poi connessi tutti gli altri bus che collegano la CPU agli altri dispositivi di input e di output.

La velocità di questi bus è definita dal numero di bit di informazione che possono essere trasferiti contemporaneamente, nel tempo si è passati dai 16 bit ai 64 bit dei modelli oggi più diffusi.

Le operazioni della CPU sono temporizzate da un apposito clock la cui frequenza viene misurata in milioni di cicli al secondo o megahertz (MHz).

Nel tempo tale frequenza è passata da 4,77 MHz agli attuali oltre 2000 MHz.

In realtà i cicli di clock sono una misura che non dice tutto sulla velocità con cui un processore elabora i dati, infatti a seconda delle istruzioni può essere necessario uno o più cicli per eseguirle completamente.

Un altro modo di indicare la velocità di esecuzione delle istruzioni è quello di parlare di MIPS (Milioni di Istruzioni Per Secondo).

Si sono susseguite diverse generazioni di processori, che continuano a seguire la cosiddetta "legge di Moore" che dice che ogni 18 mesi la potenza dei processori raddoppia.

Si è passati dalla iniziale famiglia 8086, alla 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium 3 ed ora Pentium 4 per restare solo ai prodotti Intel.

Abbiamo già visto che la memoria principale del computer prende il nome di RAM (Random Access Memory, o memoria ad accesso casuale). Si tratta di un dispositivo in cui vengono caricati dati e programmi nel momento in cui debbono essere elaborati.

Si intuisce che la quantità di memoria RAM è cruciale per il funzionamento del computer: quanto essa è maggiore, tanto meno frequentemente la CPU deve rivolgersi alle memorie di massa (che sono molto più lente).

I dati però restano nella RAM solo finchè il computer è in funzione, appena lo si spegne la RAM si vuota. Il sistema operativo e tutti i dati verranno prelevati dal disco fisso e caricati nuovamente nella RAM alla riaccensione del computer.

Per rendere sempre più veloci le elaborazioni, nei computer più moderni alla RAM si affianca la memoria cache , si tratta di un tipo di RAM molto veloce che contiene i dati e le istruzioni utilizzate più frequentemente dal programma, in modo da poterli mettere a disposizione più rapidamente, velocizzando così le elaborazioni.

Normalmente si parla di cache di primo livello (L1) racchiusa nel chip di silicio che ospita il processore, e di cache di secondo livello (L2) incorporata nella scheda madre.

Dopo quanto abbiamo visto potremmo chiederci, se al momento dell'accensione del PC la RAM è vuota, dove si trovano le informazioni che consentono al computer di ripartire e di eseguire i vari programmi ?

Le istruzioni di base che debbono essere eseguite dal computer all'avvio sono contenute nei circuiti della memoria ROM (Read Only Memory), una memoria permanente di sola lettura anch'essa presente nella scheda madre.

All'accensione il computer esegue un piccolo programma registrato nella ROM, che gli permette di:

• Identificare il processore installato
• Controllare la quantità di RAM in dotazione e verificarla
• Esaminare il disco fisso ed eventuali periferiche aggiuntive
• Leggere la traccia (cioè il settore del disco fisso) in cui sono contenute le istruzioni per l'avvio del sistema.

In particolare la ROM che avvia il sistema prende il nome di BIOS (Basic Input/Output System). Esso interfaccia anche i meccanismi di Input/Output del PC e fornisce altri servizi di sistema fra cui la gestione della tastiera, del disco, della stampante, delle comunicazioni e della data.

Come abbiamo visto la RAM non è una memoria permanente, per non essere perduti i dati ed i programmi dovranno quindi essere conservati su supporti permanenti, detti memorie di massa.

Le più importanti e diffuse sono costituite dai dischi fissi (detti anche dischi rigidi o hard disk), dai floppy disk e dai CD-ROM.

Il disco fisso (o disco rigido) è una unità molto capiente in cui possono essere archiviati sia i dati che i programmi. Esso è uno dei pochi componenti del PC che presenta componenti meccanici, oltre che elettronici.

Esso è alloggiato in un lettore (drive) ed è costituito fisicamente da una serie di dischi impilati l'uno sull'altro, che ruotano a velocità molto elevata. Su ogni faccia di ogni piattello vi è una testina magnetica che si occupa di leggere e scrivere i dati; le testine sono tutte fisse sullo stesso supporto, e quindi si muovono sempre tutte assieme.

Il disco fisso è chiuso in un contenitore sottovuoto e visto esternamente ha l'aspetto di una scatoletta grigia, sul retro della quale si trovano due connettori di cui il primo per l'alimentazione elettrica ed il secondo per il cavo piatto del bus, adibito alla trasmissione dei dati; la parte inferiore della scatola è costituita da un circuito stampato in cui sono fissati i componenti elettronici che controllano il movimento dei dischi e delle testine.

Un componente importante è il cosiddetto buffer , cioè una piccola quantità di memoria RAM che viene utilizzata per velocizzare le operazioni di input/output dei dati, svolgendo una funzione simile alla cache RAM del microprocessore.

Il disco è dotato di un dispositivo di controllo (controller) che si incarica di posizionare le testine dei dischi in modo da rintracciare le informazioni richieste sulla superficie dei dischi: infatti la superficie dei dischi è ricoperta da particelle magnetiche che formano delle tracce concentriche a loro volta suddivisi in settori (cluster): ogni disco ha lo stesso numero di tracce ed una serie di tracce corrispondenti è chiamato cilindro (ad es. se un disco è fatto di 4 piattelli con 600 tracce vi saranno 600 cilindri formati da 8 tracce).

Per trovare le informazioni desiderate il controller deve conoscere il numero di traccia, il settore di inizio e la lista degli altri settori in cui si trova l'informazione: quando la CPU chiede la lettura di una determinata traccia in un certo settore, il controller posiziona la testina ed inizia a leggere i dati fino a riempire la memoria cache disponibile, quindi li passerà alla CPU e quindi alla RAM del PC.

Sulle prestazioni del disco fisso incidono la velocità di rotazione, il tipo di controller installato (IDE o SCSI), la densità con cui i dati sono registrati sui piattelli ed il tempo medio di accesso alle informazioni; velocità usuali per i dischi dei normali PC sono i 7.200 RPM (cioè Rotations Per Minute) mentre i dischi per workstation e server raggiungono anche i 10,000 RPM.

Anche nei dischi fissi si sono compiuti progressi notevolissimi: si è passati dal primo disco fisso avente la capacità di 10 MB a quelli attuali che raggiungono facilmente i 40 ed anche gli 80 GB; ciò ha consentito sviluppi impensabili soprattutto nel settore della grafica che utilizza quantitativi di memoria molto alti.

I dischetti (o floppy disk) sono dischi magnetici rimuovibili di capacità relativamente ridotta. Sono usati per memorizzare informazioni su un supporto esterno o per motivi di sicurezza o per spostare dati da un PC ad un altro.

Attualmente praticamente tutti i dischetti hanno il formato di 3,5 pollici ed una capacità di memorizzazione di 1.440 KB.

Prima di essere utilizzati per memorizzare informazioni i dischetti debbono essere formattati, cioè predisposti dal computer per le operazioni di lettura/scrittura dei dati.

I CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), memorie di sola lettura simili ai CD usati per le incisioni musicali, sono supporti ottici per la memorizzazione dei dati. In realtà in un secondo tempo sono usciti anche i cosiddetti CD-RW che sono dei CD riscrivibili mediante apposite apparecchiature chiamate masterizzatori.

I CD-R sono supporti di grande capacità (normalmente 650 MB) e non essendo sensibili ai campi magnetici (come i dischi e i dischetti) costituiscono un supporto di memorizzazione molto affidabile nel tempo.

Se i CD sono nati principalmente per consentire la registrazione di quantitativi adeguati di musica, i DVD (Digital Versatile Disk) sono nati per consentire la registrazione su un supporto unico di un intero film in formato digitale.

I DVD possono contenere 4,7 GB di dati nella versione meno capiente (un solo strato ed una sola facciata), mentre si prevede che con la versione a doppia faccia ed a doppio strato vengano raggiunti i 17 GB.

Con l'avvento della interfaccia grafica, lo sviluppo dei video giochi e delle applicazioni multimediali nonché la diffusione del World Wide Web, la scheda video (il dispositivo responsabile delle immagini mostrate sul monitor) è diventata in pochi anni uno dei componenti principali del PC.

Oggi essa è un vero e proprio computer nel computer, dotato di processore, memoria RAM e memoria ROM per visualizzare filmati ed animazioni sempre più "reali" per definizione di immagini e qualità di colore.

Essa funzione grazie a tre componenti: il video chip (microprocessore dedicato all'elaborazione grafica), la video RAM (memoria di lavoro della scheda) e un chip chiamato RAMDAC.

Quest'ultimo è costituito da una piccola RAM (RAM statica o SRAM) contenente una tavolozza di colori, e da tre convertitori (DAC) uno per ciascuno dei tre colori primari (rosso, verde e blu) che trasformano i segnali digitali in analogici.

La scheda video riceve informazioni su ciò che deve visualizzare dalla CPU (cui è connessa da bus ad alta velocità), le elabora attraverso il video chip e la video RAM, le trasforma in segnali analogici attraverso il RAMDAC e le invia al monitor cui è collegata da un cavo speciale.

E' l'elemento che consente all'utente di vedere il risultato finale delle elaborazioni. Esso visualizza le immagini dividendo lo schermo in migliaia (o milioni) di piccoli quadratini colorati (pixel) ordinati in file e colonne; essi sono così piccoli e vicini da apparire uniti.

Il numero di bit utilizzati per rappresentare ogni pixel determina il numero di colori (o tonalità di grigio) che possono essere distinti; ad esempio con 8 bit si possono visualizzare 256 colori o tonalità di grigio.

Nella realtà ogni pixel è rappresentato da tre punti sovrapposti, uno rosso, uno verde ed uno blu, per rappresentare tutti i possibili colori.

Il numero di pixel del monitor ne rappresenta la risoluzione, definita dal numero di pixel sull'asse orizzontale e da quello sull'asse verticale; risoluzioni standard sono 640x480, 800x600, 1024x768 ecc.

I sistemi che utilizzano 24 bit (cioè tre byte per pixel) si chiamano true color perché consentono di visualizzare oltre 16 milioni di colori, una gamma che dovrebbe consentire di rappresentare con notevole realismo tutte le tonalità di colore esistenti in natura.

E' il componente che dà la voce al PC. Le schede audio riproducono suoni digitali, cioè suoni convertiti in file numerici, gli stessi che provengono dai CD musicali; allo stesso modo quando registrano suoni o musica esse lo convertono in una serie di numeri con una tecnica detta di campionamento.

La qualità del suono digitale (e la dimensione del corrispondente file) dipende dal grado di dettaglio con cui l'onda sonora viene convertita in bit.

All'interno della scheda si trova un convertitore A/D (Analogico/Digitale) che ha il compito di digitalizzare i suoni in entrata, ad esempio misurando con un numero il valore dell'onda sonora in entrata per 44.100 volte al secondo (scheda a 16 bit).

Dal convertitore A/D le informazioni digitali vengono inviate ad un chip specifico chiamato DSP (Digital Signal Processor) che si occupa di elaborare i suoni per non gravare sulla CPU; di solito questo componente comprime anche i segnali in ingresso in modo da limitare l'occupazione di spazio in memoria.

Dopo averli elaborati il DSP invia i segnali al processore principale del PC che a sua volta li invia al disco fisso in cui sono memorizzati solitamente come files .WAV.

Oltre alla parte che gestisce i suoni campionati, in ogni scheda è presente una sezione MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Mentre i files WAV sono le registrazioni dirette del suono, i files MIDI memorizzano solo le istruzioni per l'esecuzione della musica, risparmiando così una notevole quantità di spazio su disco. La riproduzione di un file MIDI avviene poi attraverso un sintetizzatore FM oppure una sintesi per tabelle.

Le schede più recenti sono dotate di una Wave Table, cioè una tabella di suoni prefabbricati di vari strumenti musicali, memorizzati in un chip di ROM: quando il computer chiede di suonare una determinata nota con un particolare strumento la scheda audio estrae il suono già pronto dalla tabella e lo manda direttamente in riproduzione.