Con il termine hardware si fa riferimento a tutti i dispositivi fisici presenti in un computer. Come visto in precedenza, CPU, registri e memoria RAM costituiscono il “cervello” del computer e sono fisicamente posizionati sulla sua scheda madre (si usa anche spesso il termine inglese motherboard).
A seconda delle capacità di calcolo (e quindi del numero di processori presenti nell’hardware) e di supportare il collegamento simultaneo di più di un utente, i computer si classificano in vari tipi, di complessità (e costo) crescente: si va dal semplice computer monoutente, come i Personal Computer (PC), alle workstation, macchine monoutente, ma in con una maggiore potenza di calcolo, generalmente dotate anche di notevoli potenzialità di elaborazione grafica, ai mainframe, grandi computer in grado di supportare centinaia di utenti simultaneamente, fino ai supercomputer, dotati di migliaia di processori, in grado di raggiungere la massima potenza di calcolo oggi disponibile (dell’ordine di trilioni di operazioni al secondo).
Oltre all’importante gruppo di circuiti elettronici che costituisce il gruppo del/dei microprocessore/i, nel computer si trovano altri dispositivi hardware, tra cui i principali sono le memorie secondarie e i dispositivi di ingresso/uscita.
Come visto dalla descrizione concettuale della macchina di Von Neumann, la memoria RAM è un dispositivo di memorizzazione non permanente, in quanto allo spegnimento del computer il suo contenuto volatile viene perso. Per riuscire a memorizzare permanentemente dei dati, un computer utilizza la memoria secondaria, che può essere costituita da dischi rigidi, dischi ottici (CD, DVD) e penne USB, che hanno sostituito gli obsoleti floppy disk e nastri magnetici.
Un disco rigido è un dispositivo di tipo magnetico, ovvero riesce a memorizzare i dati binari sfruttando la direzione del campo di magnetizzazione che si riesce a indurre su un materiale ferromagnetico grazie al passaggio della corrente. Un disco rigido può essere schematizzato come uno o più piatti in rotazione, disposti a formare un cilindro: sui piatti vi sono le tracce concentriche su cui sono memorizzate le informazioni. Ogni traccia è divisa in settori, e le operazioni di lettura-scrittura avvengono per mezzo di testine che si avvicinano (senza toccarla) alla superficie del disco. Dati su settori contigui costituiscono dei cluster, per esempio i dati di un archivio.
Le principali caratteristiche di un disco che riguardano le sue prestazioni sono la capacità (espressa comunemente in Gbyte o Tbyte) e il tempo di accesso, definito come il tempo necessario per reperire un dato da un punto qualsiasi del disco. Quest’ultimo è funzione anche della velocità di rotazione (espressa in numero di giri al secondo) del disco, in quanto, più veloce è il disco a girare, minore è il tempo per posizionare la testina di lettura/scrittura sul settore corretto.
Accanto ai dischi rigidi magnetici, si possono citare i dischi rigidi a stato solido (Solid State Drive, o SSD), basati su memorie flash e privi di parti meccaniche. A fronte di una capacità e velocità di accesso elevate, gli SSD hanno però generalmente una durata di funzionamento più limitata rispetto ai normali dischi rigidi magnetici.
Oltre ai dischi rigidi interni allo chassis (ovvero la struttura fisica) del computer, esistono anche dischi rigidi esterni, spesso dotati di alimentazione propria, che sono visti dal computer come veri e propri dispositivi esterni collegati all’elaboratore centrale tramite una porta. Una porta è un punto in cui fisicamente sono convogliati i fili di un canale di connessione, su cui passano i dati (esattamente come una persona passa da una porta per entrare/uscire da un edificio). Le porte si distinguono in seriali e parallele, a seconda del tipo di trasferimento, seriale o parallelo appunto, dei bit durante la trasmissione dell’informazione digitale. A ogni porta è associata un’interfaccia, che permette il collegamento effettivo tra il dispositivo collegato alla porta e il computer.
Altro supporto di memoria di massa sono i dischi ottici, ove i dati digitali vengono registrati tramite un raggio laser. Un disco ottico è comunemente un disco piatto e sottile costituito da del materiale in policarbonato che racchiude al suo interno un foglio metallico. A questa classe di supporti di memoria appartengono i comuni CD, DVD e dischi Blu-ray. I CD (acronimo di Compact Disk), a loro volta, si distinguono in CD audio (che memorizzano solo informazione audio, come brani musicali), CD-ROM (acronimo di Read Only Memory) che, come dice il nome, possono solo essere letti dall’utente finale, una volta che i dati sono stati scritti in fase di produzione industriale, CD-R e CD-RW, rispettivamente scrivibili una volta o riscrivibili più volte. Le dimensioni fisiche esterne di tali supporti sono tutte uguali, 12 centimetri di diametro e 1,2 mm di spessore. Quello che cambia sono le modalità di lettura/scrittura (a sola lettura, a una sola scrittura o riscrivibili più volte) e la capacità (da poco meno di un Gbyte per i CD fino a 200 Gbyte per il Blu-ray). Se confrontati con i dischi rigidi, i dischi ottici, seppure più comodi da usare, presentano una velocità di accesso più bassa, che viene espressa come multiplo della velocità base di 150 kbyte per secondo. Pertanto, per un CD ottico, le velocità di trasferimento dati variano da 150 kbyte (1x), fino a (56x) 8.400 kbyte al secondo.
Infine, un dispositivo di memorizzazione di massa molto utilizzato attualmente è la penna (o chiavetta) USB (in inglese pen drive o flash drive). Una penna USB è così detta dall’acronimo Universal Serial Bus, ovvero lo standard di interfaccia di comunicazione seriale che ha iniziato ad affermarsi dal 1996, anno in cui comparì la prima versione di questo standard (USB 1.0). In seguito sono state realizzate anche le versioni successive dello standard. La differenza sostanziale fra le varie versioni è nella velocità di trasmissione, che nella versione “base” 1.0 parte da 1,5 Mbit per secondo, fino ad arrivare a 10 Gbit per secondo nelle versioni più recenti. Una penna USB quindi è un dispositivo di memorizzazione che viene visto come una periferica esterna, in grado di colloquiare con il computer mediante una porta USB. La capacità delle penne USB è sempre più in espansione, da pochi Gbyte fino ad arrivare al Tbyte.
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