Episodio 117 – Come è fatto un calcolatore – Parte prima

Episodio 117 – Come è fatto un calcolatore – Parte prima

 
 
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Un calcolatore, he sia un PC, un telefono o un altro dispositivo con sun sistema operativo è composto da molte parti, per fare in modo che funzioni correttamente.

In questa mini-serie (non consecutivo) andrò a esplorare quasi tutti i dettagli di un calcolatore e dei pezzi che gli permettono di aiutarci nella vita di tutti i giorni.

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Ciao a tutti e bentornati all’ascolto di Pillole di Bit, questa è la puntata 117 e io sono, come sempre, Francesco.

Nelle varie puntate del podcast ho parlato spesso di componenti dei computer, come i dischi, le memorie e altro ancora.
Con questa puntata ho intenzione di avviare una specie di mini-serie dove entrerò un po’ più nel dettaglio di come è fatto un computer internamente.
Non ho intenzione di arrivare al singolo transistor, perché neanche so come siano fatti dentro.
L’intenzione è quella di far comprendere agli ascoltatori cosa vuol dire quando si parla di bus, di chipset o di altri termini che non sono propriamente di facile comprensione.
Queste puntate, probabilmente, non saranno tutte consecutive, ma nei riferimenti di ogni puntata, che vi ricordo trovate scritta per esteso sul sito, metterò i link a tutta la serie in modo che ci si possa districare anche se è una specie di sotto-serie all’interno del podcast.
Questa serie non è specifica per una certa architettura, perché alla fin fine, ogni dispositivo dentro il quale gira un sistema operativo è fatto più o meno come tutti gli altri.
Quindi un PC, come si diceva all’epoca, IBM compatibile, un Mac, un Raspberry e uno smartphone sono più o meno tutti simili.
Hanno tutti le stesse tipologia di componenti e funzionano pressapoco tutti nello stesso modo.
I microcontrollori come Arduino e le schede programmabili come le ESP32, invece sono diversi, magari ne parleremo più avanti.

Iniziamo sul serio.

Un computer, per sua architettura di base deve avere questi componenti:
Una unità di elaborazione, detta comunemente CPU o processore
Uno spazio dove memorizzare i dati di uso corrente, chiamata memoria RAM
Uno spazio dove memorizzare i dati, che non si cancelli quando viene tolta l’alimentazione, detta memoria di massa
Un modo per ricevere i dati in ingresso
un modo per restituire i dati in uscita

Questi componenti devono poter parlare tra di loro per far funzionare il sistema e quindi ci devono essere dei canali di comunicazione, chiamati BUS, si scrive come il bus inglese B U S, che li connettono.
Questi canali di comunicazione però sono moltissimi e non possono ovviamente essere dei fili, quindi esiste un componente sul quale tutti questi pezzi vengono installati.
Questo componente di base si chiama motherboard o, in italiano, scheda madre.

La scheda madre è un componente fondamentale del sistema e dalla sua qualità, spesso, dipendono le prestazioni finali del sistema stesso.

Una cosa da tenere sempre a mente è che nella tecnologia, tutte le performance sono condizionate dal sistema più lento nella catena.
E’ inutile avere un disco da, sparo numeri a caso, un terabit al secondo, se poi il bus di comunicazione viaggia a 100 megabit al secondo, a velocità massima sarà sempre e solo 100 megabit al secondo.

Sulla scheda madre ci sono i connettori per collegare tutti i dispositivi del sistema.
Se le schede madri sono quelle piccole e integrate, i connettori non ci saranno e i componenti saranno direttamente saldati sulla scheda stessa, come ad esempio negli smartphone e sui PC portatili molto sottili.

Per semplificare, mi riferirò a una scheda madre generica per PC, di quelle che si comprano per assemblare il computer da tenere a casa.

Il primo componente che è necessario per farla funzionare è l’alimentatore, senza di questo non si accende nulla.
L’alimentatore deve fornire una serie di tensioni positive e negative e una buona quantità di corrente per far funzionare tutto. Ci sono componenti che assorbono molto, come le schede video, se l’alimentatore non riesce a fornire la corrente necessaria il sistema funzionerà male o non funzionerà affatto. Peggio, potrebbe anche guastarsi.
Di solito l’alimentatore si collega dopo aver installato tutto il resto, ovviamente.

Sulla scheda madre ci sono i socket per installare la o le CPU. Quidni in un computer ci può essere una CPU sola o più di una, solitamente, se sono di più, sono in quantità pari.
1, 2, 4, e così via.
Dove lavoro ho dei server che hanno 4 CPU con 8 core ciascuno (ci arriveremo ai core), insomma una buona capacità di calcolo.
le CPU hanno una quantità di piedini quasi inimmaginabile, per esempio una CPU intel i7 di nona generazione per desktop, uscita nel 2019, ha 1151 pin.

Sopra la CPU si stende la pasta termica e si applica il dissipatore con la sua bella ventola.
La CPU quando lavora scalda e non può superare una certa temperatura. per questo si usa un dissipatore, costruito in materiale termicamente conduttivo, che abbia molta superficie di scambio con l’aria e una bella ventola sopra.
In base ai sensori di temperatura, la scheda madre gestisce la velocità della ventola, che sale o scende a seconda di quanto è caldo il dissipatore e la CPU.
Ci sono anche altri sistemi di raffreddamento, come quelli a liquido che a fronte di una complessità più elevata, visto che si deve gestire la pompa, il radiatore, i tubi e che non ci siano perdite, sono più efficaci e più silenziosi.

Oltre al socket per la CPU, sulla scheda madre si trovano un’altra quantità innumerevole di connettori.

Ci sono i connettori per i moduli di memoria RAM, che sono di mille modelli e velocità diverse, a seconda dell’anno, del mese e a volte del giorno nel quale si comprano. Evolvono di continuo e l’unico modo per sapere se quel modulo di RAM funziona sulla scheda che si sta usando è verificare se il connettore calza perfettamente nel modulo. Se si deve forzare, ecco, non è il modulo di RAM corretto.

La scheda madre a questo punto mette in comunicazione il processore con la memoria RAM permettendo il corretto funzionamento.
Il limite di memoria installabile è definito solitamente dalla scheda o dal processore stesso, ad esempio alcuni processori sviluppati per PC portatili supportano meno RAM di quelli per i desktop. Non so se vi ricordate la polemica dei portatili Apple di qualche tempo fa, che non supportavano più di 16GB di RAM, il motivo era dato dalla CPU scelta, che, per sua architettura, non permetteva più RAM dei 16GB. Avevano scelto quella perché molto parca in consumi, questo estendeva di parecchio la durata della batteria.

Dopo la RAM è necessario collegare un disco fisso, in modo da poter installare su il sistema operativo, i programmi e memorizzare i file con i nostri dati.
Qui i modi per mettere in comunicazione il disco con il resto del sistema sono più di uno.
Quando io ero giovane c’era il canale IDE, con un cavo di collegamento largo 4 dita e difficilissimo da far passare dentro al case del PC, per fortuna la tecnologia evolve e adesso ci sono sistemi più comodi e più veloci.
Il più comune è il protocollo SATA, usato dalla maggior parte di dischi. A seconda del livello di scheda madre, ci possono essere più connettori SATA e questo identifica quanti dispositivi ci si può collegare. Al BUS SATA ci si collegano anche i lettori e masterizzatori ottici o i lettori di cartucce a nastro.
Ogni connettore SATA sulla scheda madre è un dispositivo che si può collegare, non si possono mettere in cascata.
I tempi corrono e adesso ci sono altri modi per collegare i dischi, sono più veloci e sono specifici per i dischi SSD: sono i connettori M.2, che possono essere un’interfaccia diversa per il SATA oppure possono interfacciarsi direttamente con il bus PCI Express, incrementando le prestazioni in maniera considerevole. Ne parleremo.

Non bastano questi dispositivi connessi alla scheda madre per far avviare il PC, è necessario almeno avere un dispositivo che faccia vedere qualcosa e uno o più dispositivi che permettano di inserire dati.

Alcuni processori, soprattutto quelli per i portatili, hanno una scheda video integrata, la scheda madre quindi non fa altro che portare verso l’esterno i segnali video verso una porta video, per la quale ci sono più standard che molecole di ossigeno in questa stanza. Chi va in giro a fare presentazioni ne sa qualcosa, visto la quantità di connettori diversi che si possono trovare.
Si parte dal vecchio e sempre in auge VGA, la sua evoluzione digitale DVI, per poi evolvere con HDMI, mini HDMI, Display Port, Mini Display Port, Thunderbolt, USB-C e così via.
Sui desktop la scheda video potrebbe essere integrata nella scheda madre oppure può essere una scheda esterna collegata su un apposito connettore, quello del PCI express.

Cos’è il PCI Express?

Qui le cose si complicano.

Anche se in effetti non è che fossero semplici prima.

Ma ne parleremo nella prossima puntata.
Pensa te, anche i cliffhanger tecnologici.


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Lo trovate sul sito www.iltucci.com/atorino.

Il tip
Sempre troppo spesso è necessario fare una fotografia a quello che si sta vedendo a schermo per memorizzare qualcosa o per mandarla al supporto tecnico per ottenere l’assistenza necessaria su un determinato programma.
Ogni sistema operativo ha il suo modo di fare le foto a schermo, o più comunemente detti screenshot.
Con il tempo la modalità è evoluta ed è sempre più comodo.
Bene, ho scoperto da poco che sulle ultime versioni di Windows 10 è possibile fare uno screenshot di una zona parziale dello schermo, lasciarlo nella clipboard, ma se lo si vuole modificare con un click si apre la nuova applicazione dedicata agli screenshot.
La combinazione di tasti è Win+Maiuscolo+S, per modificare o salvare l’immagine basta fare click sulla notifica, senza alcun click, l’immagine è negli appunti.

Bene è proprio tutto, non mi resta che salutarvi e darvi appuntamento alla prossima puntata.

Ciao!