Il Sistema operativo, Le memorie, Periferiche di I/O, CPU

Il Sistema operativo

Le memorie

Periferiche di I/O

CPU

Sistema operativo

Software responsabile del controllo e dell'allocazione di tutte le risorse hardware di una macchina, quali la gestione della memoria, la temporizzazione dell'unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit), la destinazione dello spazio sui dischi e il controllo delle periferiche. Il sistema operativo è il fondamento su cui poggiano tutti i programmi applicativi, quali, ad esempio, gli elaboratori di testo e i fogli elettronici.

I programmi del sistema operativo sono generalmente organizzati secondo una struttura gerarchica che comprende diversi livelli, la cui sequenza è stabilita in base al grado di astrazione rispetto alle risorse hardware presenti nel sistema; il livello più profondo, che esercita le funzioni di controllo, viene detto kernel o core (nucleo), mentre il livello più vicino all'utente viene detto interfaccia utente o shell.

Il sistema operativo risiede solitamente nella memoria di massa, tranne un piccolo segmento di codice che risiede nella ROM e che carica il sistema nella RAM (la memoria ad accesso casuale), secondo una procedura detta di bootstrapping.

Software

Termine generico che indica l'insieme dei programmi per computer, vale a dire le sequenze di istruzioni che guidano i circuiti di un elaboratore a compiere il lavoro cui è destinato. A seconda delle funzioni e delle applicazioni, si possono distinguere diverse categorie di software. Le due categorie fondamentali sono i sistemi operativi (software di sistema), che controllano direttamente i circuiti di un computer, e i programmi applicativi, destinati a gestire le svariate applicazioni per cui esso può essere impiegato. Il software di sistema svolge mansioni indispensabili, ma spesso 'invisibili', come il mantenimento dei file su disco e la gestione dello schermo; il software applicativo ha invece compiti più specifici, come l'elaborazione di testi e la gestione di database. Due ulteriori categorie, che non sono qualificabili né come software di sistema né come applicativi, benché contengano elementi propri di entrambi, sono il software di rete, che abilita gruppi di computer a comunicare tra loro, e il software di linguaggio, che fornisce ai programmatori gli strumenti necessari per scrivere i programmi.

A seconda delle modalità di distribuzione del software si parla inoltre di 'software in scatola' o 'a pacchetti', sviluppato e distribuito soprattutto presso punti di vendita al dettaglio; di freeware e software di dominio pubblico, messi a disposizione gratuitamente dai programmatori; di shareware, simile al freeware, ma che di solito comporta il versamento di una piccola tariffa da parte dell'utente.

Memoria

Dispositivo fisico nel quale possono essere immagazzinati dati e programmi all'interno di un computer. Esistono diversi tipi di memoria, con caratteristiche diverse a seconda del materiale e delle prestazioni.

In base al tipo di operazioni consentite sulle informazioni in esse contenute si distinguono memorie di lettura/scrittura, dette ad accesso casuale, o RAM (Random Access Memory), tra cui vanno considerati i dischi e i nastri magnetici; memorie di sola lettura, o ROM (Read Only Memory), ed è il caso dei dischi ottici. Esistono poi altri parametri di classificazione, quali la capacità (una memoria da 1 MB può contenere informazioni fino a 1.048.576 byte), il tempo di accesso (sequenziale o diretto), la modalità di accesso (casuale o sequenziale) e la capacità di salvare o meno le informazioni in caso di interruzione dell'alimentazione (memorie stabili o labili).

In relazione alle funzioni svolte all'interno del computer, si distinguono una memoria centrale e una memoria di massa.

Memoria centrale

La memoria centrale è una delle sezioni principali di un elaboratore, la cui funzione consiste nella memorizzazione delle informazioni necessarie per l'esecuzione di un programma. Si tratta di una RAM, che costituisce il deposito temporaneo utilizzato dal microprocessore per i programmi, il lavoro in esecuzione e diversi tipi di informazioni interne di controllo; è una memoria a semiconduttore, che viene letta o scritta dal microprocessore o da altri dispositivi hardware. Le locazioni di questo tipo di memoria possono essere raggiunte in qualsiasi ordine; da qui il nome di memoria ad accesso casuale o diretto. Parte della memoria centrale RAM è anche la memoria cache, in generale molto più veloce della normale memoria RAM, ma di dimensioni nettamente inferiori. È utilizzata per mantenere le informazioni di più probabile utilizzo in modo da velocizzare il loro reperimento da parte del microprocessore. All'interno di un computer è anche presente una memoria ROM, che rappresenta un supporto permanente, non cancellabile, su cui vengono conservate informazioni indispensabili, tra cui le istruzioni di avvio della macchina e le procedure di ingresso/uscita. Si noti che anche i vari tipi di ROM permettono l'accesso diretto; il termine RAM, tuttavia, nel linguaggio comune viene riservato alle memorie volatili (il cui contenuto si perde nel caso di interruzione dell'alimentazione), che possono essere scritte oltre che lette. Esistono poi diversi buffer o cache (aree di memoria riservate), destinate alla conservazione temporanea di informazioni specifiche, come i caratteri da inviare alla stampante o quelli appena ricevuti dalla tastiera.

Memoria di massa

Si dice invece memoria di massa qualunque dispositivo esterno all'elaboratore, che immagazzini informazioni su un supporto permanente, quale un disco o un CD-ROM. Tali dispositivi hanno generalmente un'elevata capacità, ma tempi di accesso superiori rispetto a quelli della memoria centrale.

Memoria RAM e memoria ROM

In base al tipo di operazioni consentite sulle informazioni in esse contenute si distinguono memorie di lettura/scrittura, dette ad accesso casuale, o RAM (Random Access Memory), tra cui vanno considerati i dischi e i nastri magnetici; memorie di sola lettura, o ROM (Read Only Memory), come i dischi ottici. Esistono poi altri parametri di classificazione, quali la capacità (una memoria da 1 MB può contenere informazioni fino a 1.048.576 byte), il tempo di accesso (sequenziale o diretto), la modalità di accesso (casuale o sequenziale) e la capacità di salvare o meno le informazioni in caso di interruzione dell'alimentazione (memorie stabili o labili).

Floppy Disk

È un supporto per la memorizzazione dei dati costituito da un sottile disco di materiale plastico (comunemente Mylar o poliestere) ricoperto da una vernice magnetica a base di ossido ferrico e racchiuso in una custodia protettiva quadrata di plastica rigida o semirigida. Sviluppato dall'IBM a partire dal 1970 nel formato 8 pollici, fu successivamente prodotto nei formati 5,25 pollici e 3,5 pollici, quest'ultimo con custodia rigida. I dati sono memorizzati sotto forma di bit dalla testina di lettura/scrittura, che modifica la magnetizzazione del disco (vedi Magnetismo): una determinata orientazione del campo magnetico rappresenta un 1, la direzione opposta rappresenta uno 0. La capacità di un floppy può andare da qualche centinaia di migliaia a oltre un milione di bit. I primi floppy disk da 5,25 pollici per IBM PC contenevano 180 kilobyte (kB) di dati; in seguito, i dischi a

doppia densità, ovvero con densità (bit per pollice) doppia rispetto a quella dei dischi preesistenti, portarono la capacità a 360 kB. Nei dischi a doppia densità viene usata una codifica modificata a modulazione di frequenza per la registrazione delle informazioni e dei dati. Attualmente vengono utilizzati dischi da 3,5 pollici scritti su entrambi i lati del supporto magnetico, di capacità pari a 720 o 1400 kB nei sistemi MS-DOS e pari a 800 o 1400 kB negli Apple Macintosh.

Hard Disk

È un dispositivo di memoria di massa di elevata velocità e capacità (da decine a migliaia di Megabyte), costituito da uno o più dischi di materiale rigido, con un rivestimento che permette la registrazione magnetica dei dati. Un disco rigido tipico ruota a 3600 giri al minuto, mentre le testine di lettura/scrittura viaggiano a distanza infinitesima dalla sua superficie. Gli hard disk, la cui realizzazione richiede strumenti e procedure di alta precisione, vengono sigillati in contenitori rigidi per evitare che le impurità interferiscano con le strettissime tolleranze comprese fra testine e disco. Grazie alla loro struttura rigida possono essere impilati, in modo che un solo drive possa avere accesso a più dischi. Nel complesso un hard disk può essere costituito da un numero di elementi compreso tra due e otto.

CD

Acronimo per compact disc Read-Only Memory, un dispositivo WORM (di sola lettura), di capacità pari a 650 MB, diffusosi a partire dall'inizio degli anni novanta. Il processo di memorizzazione consiste nell'incisione con un fascio laser di un sottile disco metallico, che viene successivamente ricoperto da un film di materiale plastico trasparente. Viene considerato ormai da tutti dispositivo sia di input che di output perché è possibile leggere e salvare file dal cd-rom sul proprio pc e allo stesso tempo scrivere e memorizzare sul cd-rom attraverso un masterizzatore.

Funzioni di input-output

Termine che si riferisce alle due funzioni complementari di un computer: raccogliere i dati da elaborare per il microprocessore e fornire i risultati all'utente mediante dispositivi adatti (tastiera, video, disk drive). La tastiera e il mouse sono dispositivi d'ingresso che rendono disponibili le informazioni al computer; il video e la stampante sono invece dispositivi di uscita per mezzo dei quali il computer restituisce i risultati all'utente. Un disk drive è contemporaneamente un dispositivo d'ingresso e di uscita, infatti può fornire al sistema le informazioni memorizzate e riceverne altre da memorizzare dopo l'elaborazione.

CPU o Central Processing Unity

L'unità centrale di elaborazione, costituita da un'unità di controllo e temporizzazione, che regola il corretto funzionamento del computer, e da un'unità di calcolo (unità aritmetico-logica), che interpreta ed esegue le istruzioni e le operazioni aritmetico-logiche in generale. Nei mainframe e nei primi minicomputer, l'unità centrale era costituita da numerosi circuiti stampati e integrati. Unità centrali realizzate in un singolo circuito integrato, dette microprocessori, hanno reso possibile la realizzazione di workstation e di personal computer sempre più compatti, ma capaci di grandi prestazioni. La CPU (o il microprocessore, nel caso di un microcomputer) è in grado di reperire, decodificare ed eseguire istruzioni e di spostare informazioni tra parti diverse del sistema attraverso il bus, la via principale di trasferimento dei dati. La CPU può essere considerata il cervello del computer. In qualche caso, l'espressione 'unità centrale' è usata per indicare l'insieme del processore e della memoria di un computer o, in senso ancora più ampio, l'intero computer principale (in antitesi alle sue unità periferiche).