INFORMATICA - STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DEL COMPUTER: RICERCHE COMPLEMENTARI

LOGICA CABLATA E PROGRAMMATA

Una istruzione in linguaggio macchina richiede a sua volta per l'esecuzione una sequenza di comandi elementari (chiamati microistruzioni), direttamente interpretabili dalla macchina.
Un computer si dice a logica cablata se ad ogni istruzione in linguaggio macchina viene associato un apposito circuito che esegue tutti i comandi elementari corrispondenti.
Poiché molti di questi sono comuni a più istruzioni in linguaggio macchina, si è pensato di memorizzare le sequenze di comandi elementari in memorie di controllo di tipo ROM (microprogrammi) e di far sì che il circuito associato ad ogni istruzione debba soltanto indicare l'indirizzo di inizio del microprogramma necessario per eseguire l'istruzione.
Quando l'esecuzione delle istruzioni in linguaggio macchina avviene attraverso i microprogrammi memorizzati nella ROM si dice che il computer è a logica programmata.
La maggior parte dei computer è di questo tipo; i computer a logica cablata sono usati soltanto per scopi particolari.

IL FIRMWARE

Viene chiamato firmware l'insieme dei microprogrammi registrati in una ROM.
Vedi anche la voce BIOS

FILOSOFIA CISC-RISC

CISC (Complex Instruction Set Computer, o computer con set di istruzioni complesso) è la filosofia secondo cui i processori vengono dotati di un set di istruzioni di base molto ampio.
RISC (Reduced Instruction Set Computer, o computer con set di istruzioni ridotto) è la filosofia (opposta alla CISC) secondo cui le istruzioni di base sono poche e semplici e le istruzioni complesse vengono elaborate sulla base di queste.
Attualmente i computer più diffusi sono del tipo CISC mentre i computer di tipo RISC sono ancora ad un livello sperimentale.

RINFRESCO DELLA MEMORIA

Attualmente le memorie RAM in uso sono del tipo a semiconduttori e si dividono essenzialmente in due tipi: volatili e non volatili.
Nelle memorie non volatili l'unità di memorizzazione è il flip-flop, un circuito che può assumere due stati stabili distinti.
Nelle memorie volatili il valore dell'informazione memorizzata dipende dalla carica di un condensatore; poiché il condensatore tende a disperdere la carica nel tempo, è necessario provvedere periodicamente al rinfresco (cioè alla riscrittura) delle informazioni memorizzate. Per fare ciò, si leggono periodicamente le informazioni riscrivendole poi allo stesso modo.

I CHIP

La realizzazione dei computer, e in particolare dei personal computer, si basa essenzialmente sull'utilizzo dei chip.
La parola chip significa frammento, scheggia; e infatti un chip è una minuscola particella di silicio ottenuta riducendone in pezzetti una fetta chiamata wafer; su questa particella vengono realizzati dei circuiti elettronici miniaturizzati (circuiti integrati).
Il silicio ha dato il nome a una zona della California dove sono concentrate moltissime aziende all'avanguardia nel campo dell'elettronica: tale zona viene chiamata infatti Silicon Valley (o valle del silicio).
Il silicio è un elemento assai diffuso sulla terra, poiché è presente in molte rocce (chiamate silicee) e costituisce circa un quarto della crosta terrestre.
Chimicamente è un semi-metallo, cioè una via di mezzo fra i metalli e i non metalli. Se viene lasciato allo stato puro è un buon isolante; ma diventa un conduttore, con caratteristiche particolari, se combinato con piccole quantità di altri elementi (si dice allora che viene "drogato").
Il silicio viene drogato positivamente (o anche drogato "+" o P) quando viene aggiunto del boro, negativamente (o drogato "-" o N) quando viene aggiunto dell'arsenico.
Se una piastra di silicio monocristallino (cioè costituita da un solo cristallo) viene drogata in parte P e in parte N, la corrente può passare dalla parte P alla N ma non viceversa; un elemento di questo tipo viene chiamato diodo. Un transistor si ottiene invece da una piastra di silicio drogando negativamente una parte circolare, circondandola con un anello drogato positivamente e ancora con un ulteriore anello drogato negativamente.
Un transistor di questo tipo viene chiamato transistor NPN; il centro è l'emettitore, l'anello intermedio la base e l'anello più esterno il collettore.
Su una fetta di silicio vengono realizzati insieme migliaia di transistor; il wafer di silicio viene poi inciso con una punta per separare i singoli dispositivi, che sono appunto dei chip, cioè dei frammenti.
Il chip, dopo essere stato collaudato, viene montato in un contenitore di plastica (o package) munito di piedini di rame (pins) rivestiti di oro o di stagno. I collegamenti tra piedini e circuiti del chip sono installati sul telaio di plastica e sono realizzati con sottilissimi fili d'oro o di alluminio. I piedini trasportano i segnali elettrici in ingresso o in uscita e la corrente necessaria per l'alimentazione del chip.

I CIRCUITI INTEGRATI

Un circuito integrato (detto anche IC o CI) è un chip su cui sono stati realizzati componenti diversi (transistor, diodi e resistenze) collegati tra loro mediante connessioni metalliche in modo da ottenere dei complessi circuiti elettronici miniaturizzati.
Il procedimento di realizzazione è molto complesso e spesso si avvale dell'ausilio del computer.
A seconda dell'organizzazione dei circuiti sul chip si possono ottenere chip con funzioni diverse:
- chip per l'elaborazione dei dati (microprocessori),
- chip per la memorizzazione di informazioni (memorie),
- chip per funzioni di interfaccia tra microprocessore e dispositivi periferici,
- chip per la gestione del video, della tastiera, dell'orologio ecc.
Per realizzare un circuito integrato il wafer di silicio con i suoi chip viene rivestito da uno strato di alluminio mediante un procedimento di evaporazione sotto vuoto.
Successivamente l'alluminio vie asportato dove non serve, con una tecnica fotolitografica, lasciando solo delle sottili tracce metalliche che permettono di realizzare i collegamenti tra i vari dispositivi come se si trattasse di veri e propri fili conduttori.
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