Corso di Formazione Informatica di Base

Hard Disk (HD). Il disco fisso è senz'altro una delle parti più importanti del computer. E' sul disco fisso che si trovano memorizzati in maniera permanente il sistema operatvo, le applicazioni ed i dati dell'utente. Di tutte le parti di cui è composto un PC, la memoria di massa è quella più soggetta ad una possibilità di guasto. Il disco fisso è infatti un complesso connubio di meccanica ed elettronica sottostante a raffinate procedure tecnologiche.

Componenti principali dell'HD sono:

- Piatti. In vetro od in alluminio (più economico ma più soggetto a dilatazioni termiche), ospitano sulla superficie (finemente levigata con opportuni processi tecnologici) di entrambe le facce uno strato di materiale magnetico. I piatti sono impilati e solidali ad un albero collegato ad un motore elettrico posto al di sotto. Il motore fa ruotare i piatti in senso antiorario ad una velocità tipica di 3600 - 10000 giri al minuto secondo i modelli. La superficie del disco è organizzata in tracce (o cilindri) concentriche ed ogni traccia è suddivisa in settori. Questo sistema di mappatura permette di rintracciare i dati sul disco.

- Attuatore. E' il braccio meccanico sul quale sono fissate le testine, che si trovano sull'estremità a punta dell'attuatore. La testina ha il compito di registrare e leggere le informazioni dalla superficie magnetica del disco. Per riuscire a registrare e captare i deboli campi magnetici dello strato magnetico, le testine sono realizzate con materiali particolari e tenute ad una distanza infinitesimale dalla superficie: da 1 a 4 milionesimi di millimetro. Una particella di polvere apparirebbe in confronto come un macigno e causerebbe danni considerevoli. Per questo motivo le aree dove vengono fabbricati i dischi devono assolutamente essere prive di polvere, e la presa d'aria del disco è munita di un filtro per impedire l'ingresso alle impurità.

- Elettronica di controllo. E' l'insieme dei circuiti che controllano le azioni meccaniche ed elettroniche dell'HD, nonchè dei sistemi di interfacciamento con la motherboard (interfaccia SCSI od EIDE).

Come tutti i dispositivi dotati di parti mobili, gli HD hanno una maggiore probabilità di problemi derivanti dall'usura rispetto ai dispositivi puramente elettronici. Le parti più interessate sono i cuscinetti del motore di rotazione ed il perno dell'attuatore. Inoltre basta un minimo spostamento per fare appoggiare le testine sui piatti rovinando la pellicola magnetica e causando la perdita di informazioni in quel punto. Perciò è altamente consigliabile eseguire backups periodici dei propri dati ed allacciare il computer ad un gruppo di continuità in caso di cattiva qualità della linea elettrica utilizzata (frequenti e brusche interruzioni di corrente, sovratensioni ...).

Dispositivi CD. Si tratta di memorie di massa basate su un supporto a disco (Compact Disc) in plastica speciale, racchiudente uno strato di materiale in grado di riflettere in maniera controllata un raggio laser incidente. Stabilendo sul disco zone con diversi livelli di riflessione tramite opportuni procedimenti preparatori, è possibile immagazzinare sui CD dati in forma di bits.

CD-Rom tradizionali. Lo strato riflettente è un film metallico (color argento) inciso una volta per tutte con un raggio laser relativamente potente, che crea delle "buche" (pits) più o meno estese da interpretare come bits. E' possibile memorizzare sino a 640MB su un singolo disco. I primi lettori CD-Rom sul mercato avevano una velocità di trasferimento dati di 300KB/sec (doppia rispetto ai lettori CD audio e pertanto indicata come 2x); i moderni lettori raggiungono invece velocità massime pari a parecchi multipli della velocità di riferimento (es 40x). Tale velocità massima nominale, solitamente indicata sul pannello frontale del lettore, è però effettiva solo per i dati posti nella parte più esterna del disco. Infatti, diversamente dai dischi magnetici, come HD e floppy, che hanno anelli concentrici (cilindri) divisi in settori, i blocchi di dati di un CD, tutti di dimensione costante, sono disposti lungo una pista a spirale, come i vecchi dischi in vinile. Questo sistema, che consente di minimizzare lo spreco di spazio sul disco, è però più problematico da gestire, sia perchè è più complessa l'individuazione di un particolare blocco di dati (basata su numerazione sequenziale dei blocchi anzichè su coordinate traccia - settore), sia per quanto riguarda le modalità di lettura ed elaborazione dei dati. Ad esempio, un brano musicale deve essere letto con una velocità di trasferimento dati costante, e siccome la densità lineare dei blocchi di dati cresce dall'interno verso l'esterno, è necessario variare la velocità di rotazione del disco per ottenere una velocità lineare costante (CLV) dei dati in lettura. Chiaramente il processo di regolazione della velocità di rotazione aumenta i tempi di accesso alle informazioni; per eliminare tale inconveniente si usa un approccio a velocità angolare costante (CAV), in cui il disco viene fatto ruotare sempre alla stessa velocità, ottenendo però una velocità di lettura dei dati funzione dell'area del disco scandita (cosa che comporta una più complessa circuiteria di elaborazione dati).

CD-R. Mentre i lettori tradizionali CD-Rom sono dispositivi "read-only" (a sola lettura), i drives CD-R (R=Recordable) offrono la possibilità di incidere (una sola volta e definitivamente) parti del disco in sessioni multiple o tutto il disco in un'unica sessione. La tecnica di incisione dei CD-R si avvale di una pellicola organica colorata (generalmente verdastra) depositata su una pellicola metallica riflettente, che a sua volta ricopre il supporto del CD. Quando l'unità di registrazione incide il disco, il laser non incide il metallo, ma si limita a decolorare la pellicola organica. Se il medesimo disco è utilizzato in un lettore CD, il sistema a lettura laser interpreta la variazione introdotta dalla decolorazione del supporto organico con le medesime modalità tramite cui vengono lette le microcavità di un CD convenzionale.

I dischi CD-R hanno una minore riflettività rispetto ai CD convenzionali, nonchè una minore resistenza alle alte temperature ed ai graffi.

CD-RW. Detti anche CD-E (CD Erasable), i CD ReWritable offrono l'ulteriore possibilità di riscrivere i dati sul disco fino a circa 1000 volte. Realizzati in tecnologia PCD (Phase Change - Dual; cambiamento di fase amorfa - cristallina), hanno una riflettività ancora minore dei CD-R (non tutti i normali lettori CD e CD-R riescono a leggere dischi CD-RW; al contrario, i masterizzatori CD-RW possono leggere e scrivere i dischi CD-R), e presentano una minore resistenza ai graffi ed alle temperature rispetto ai CD duplicati industrialmente (argentati).

DVD. Il Digital Versatile Disk si presenta come un comune CD di 12 cm di diametro, ma le sue caratteristiche sono sostanzialmente differenti. La differenza principale risiede nell'elevata capienza di memorizzazione. Utilizzando dei sistemi multistrato (in linea di principio due dischi di 0.6 mm sovrapposti) ed un complesso sistema di focalizzazione, nonchè un sistema di incisione più evoluto, è possibile ottenere capacità dell'ordine di 17 GB di dati ed un'elevata velocità di trasferimento.

Schede Audio

Le principali funzioni svolte dalla scheda audio riguardano l'emissione di suono dagli altoparlanti, la registrazione di segnali provenienti da un microfono o da una fonte esterna, l'elaborazione di audio digitale.

Ai fini della registrazione, per poter essere immagazzinati ed elaborati, i segnali audio analogici devono essere convertiti in sequenze di dati numerici. La tecnica di conversione si basa sul campionamento (sampling) del segnale analogico mediante un apposito chip detto convertitore ADC (Analog to Digital Converter). L'ADC preleva il segnale (la sua "forma d'onda") ad intervalli definiti e ne misura il valore secondo una scala di rappresentazione riprodotta in codice binario. La qualità della conversione dipende dalla frequenza e dalla risoluzione di campionamento. La frequenza è definita dal numero di rilevamenti del segnale effettuati nell'unità di tempo (normalmente misurata in KHz; 1 KHz = 1000 campionamenti al secondo). Ad esempio, per garantire la qualità di riproduzione di un CD audio il campionamento viene effettuato a 44KHz. La risoluzione definisce, invece, la lunghezza della sequenza digitale (bits) con cui vengono memorizzati i campionamenti. La qualità dei CD audio richiede una risoluzione a 16 bits (una scelta tra 65536 diverse combinazioni digitali per rappresentare il segnale rilevato ad ogni rilevamento).

In riproduzione, invece, agli altoparlanti pervengono segnali analogici prodotti da un convertitore digitale - analogico (DAC, Digital to Analog Converter). Il DAC converte i dati elaborati dall'elettronica della scheda (tramite il software guida) nel formato elettrico idoneo alla diffusione acustica.

Nelle schede audio si possono avere più modi di elaborazione, secondo il corredo hardware; per riprodurre solo suoni campionati (CD-Audio e musiche dei videogiochi, files ".Wav") sono sufficienti schede economiche dotate di un generatore di suoni campionati (CODEC, codificatore - decodificatore) a 16 bits, mentre per poter utilizzare programmi di elaborazione di brani musicali o montaggio audio di qualità sono necessarie schede dotate di funzioni di sintesi musicale più sofisticate, quali sintesi FM o Wavetable.

La sintesi FM simula la presenza di strumenti musicali generando suoni ottenuti mescolando da 2 a 4 segnali modulati secondo semplici algoritmi di calcolo. La qualità audio è comunque insufficiente sul piano della fedeltà di riproduzione.

La sintesi Wavetable invece raggiunge generalmente risultati apprezzabili. L'output viene prodotto elaborando una tabella di campioni sonori (veri suoni digitalizzati) residenti in chip di memoria ROM (suoni di base standard) o RAM (estensioni) sulla scheda.

Altro metodo di sintesi musicale è la sintesi software basata su modellazione fisica, che raggiunge ottimi risultati richiedendo però tempi di calcolo più lunghi.

Tramite l'hardware (con i relativi drivers) di sintesi musicale vengono implementate inoltre le funzionalità MIDI (Musical Intrument Digital Interface), uno standard di comunicazione per trasmettere le informazioni relative ad un suono da un'applicazione o da uno strumento musicale digitale (es. tastiera) ad un chip sintetizzatore. A differenza dei files ".Wav" (sequenze di suoni campionati), i comandi dei files MIDI comunicano eventi, non effettivi campioni sonori digitali. Poichè un file MIDI contiene mssaggi musicali (strumento, nota, durata, intensità ...) e non effettivi dati audio, i files MIDI hanno dimensioni molto ridotte rispetto ai files Wav e non sovraccaricano il sistema (per cui risultano molto utili in ambito Internet). Le specifiche MIDI originali non stabilivano quali suoni di strumenti dovessero essere inclusi in un dato sintetizzatore. Un motivo registrato con i suoni di un pianoforte, un basso ed una batteria avrebbe potuto essere riprodotto da un altro sintetizzatore con strumenti del tutto differenti. Le specifiche General MIDI hanno invece stabilito un nuovo standard (128 strumenti) in modo da evitare tale problema.

Se la scheda non è dotata dei chip di sintesi musicale, è possibile emularne in parte le funzioni (MIDI, audio di qualità, montaggio ...) via software, tramite applicazioni dette sintetizzatori software, che sfruttano la cpu e la RAM del computer anzichè della scheda audio. I risultati sono abbastanza soddisfacenti purchè però si possieda un computer sufficientemente potente.

La grande diffusione delle schede audio è avvenuta sfruttando il bus ISA a 16 bits, ormai obsoleto e limitativo. Migliori prestazioni e funzionalità sono offerte dalle schede su bus PCI, USB e FireWire.

Lo standard di riferimento è stato ed è rappresentato dai prodotti Creative della linea Sound Blaster. Una scheda molto diffusa è ad esempio la Sound Blaster Awe 64:

Sound Blaster Awe 64 - bus ISA 16 bits plug'n'play, chip di sintesi musicale EMU8000, 1 MB di memoria ROM per i campioni General MIDI, 512KB di DRAM per campioni aggiuntivi (espandibile ad 8MB), chip per la sintesi musicale FM OPL-3, chip per l'audio posizionale 3D, sintetizzatore software "Creative Wavesinth" che consente un massimo di 64 voci wave-table raggiungibile da un file MIDI (32 del chip hardware e 32 della sintesi software).

Modem

Modem analogico. E' il dispositivo chiave per collegarsi ad Internet. Va collegato ad una porta seriale del computer ed alla linea telefonica. E' opportuno curare quanto più possibile l'attacco alla linea telefonica, evitando di usare prolunghe di lunghezza eccessiva o di effettuare derivazioni precarie; gli eventuali disturbi introdotti potrebbero compromettere la qualità delle comunicazioni. La parola "modem" significa "MODulatore-dEModulatore", in riferimento al suo funzionamento. Infatti il suo compito è di trasmettere le informazioni nel formato usato dal computer trasformandole nel formato adatto alla rete telefonica (modulazione), e viceversa di convertire le informazioni di tipo "analogico" (analoghe a quelle "vocali" delle conversazioni) presenti nella rete telefonica in formato "digitale" utilizzabile dal computer (demodulazione).

Nella seguente figura, un modem chiamante si collega ad uno remoto tramite la linea telefonica dopo aver concordato le caratteristiche della trasmissione: velocità, numero di bits per pacchetto di dati, numero di bits indicanti inizio e fine del pacchetto, ed altro.

La velocità di trasmissione era inizialmente espressa in baud (numero di variazioni di frequenza al secondo); oggi è invece espressa in bits per secondo (bps). Nei primi modem la velocità di 300 bps (!) era ottenuta inviando una frequenza per indicare un bit 0 ed una frequenza diversa per un bit 1. La linea telefonica ha limiti di velocità per la commutazione delle frequenze, perciò si è reso necessario trovare schemi diversi per aumentare la velocità. A questo scopo, la "codifica per gruppi" permette di usare più frequenze per un bit; ad esempio, per le trasmissioni a 1200 bps si inviano segnali a 600 baud, ma si usano 3 frequenze diverse per rappresentare le 3 diverse combinazioni 0-0, 0-1, 1-1. Con un procedimento analogo si associano più frequenze a particolari combinazioni binarie e si ottengono velocità più elevate, purchè ovviamente i due modem usino lo stesso metodo di compressione dei dati. Rockwell ed US Robotics hanno introdotto tecnologie (rispettivamente K56-Plus ed X2, successivamente confluite nello standard V.90) che consentono di raggiungere 57600 bps in ricezione e 33600 bps in trasmissione, a patto che: 1) il Provider (nel caso di connessione ad Internet) sia collegato alla rete telefonica con una connessione digitale; 2) l'unico tratto analogico tra il modem chiamante e quello del Provider sia quello dal chiamante alla prima centrale telefonica.

Per disporre di velocità di connessione più elevate bisogna ricorrere a tecnologie più adatte della linea telefonica, progettate appositamente per il trasferimento dati.

Dispositivi ISDN. La linea ISDN (Integrated Services Digital Network) è una linea profondamente diversa da quella usata per la telefonia vocale, chiamata anche PSTN (Public Switched Telephone Network); si tratta di una rete in cui le informazioni viaggiano interamente in formato digitale. Le linee ISDN sono molto più veloci di quelle PSTN, ma richiedono apparecchiature più complesse e costose. In linea di principio il modem ISDN svolge le stesse funzioni del modem analogico (interfaccia di comunicazione tra hardware locale e remoto); in realtà non compie le operazioni di modulazione-demodulazione tipiche del modem analogico, in quanto le comunicazioni ISDN adottano per natura un formato interamente digitale; il termine "modem" per un dispositivo ISDN sarebbe quindi improprio.

L'accesso alla rete ISDN può avvenire, secondo lo standard raccomandato, in diversi modi, tra cui:

- Categoria Fondamentale (Accesso Base). Sfrutta 2 canali digitali detti "B" (bearer, portatore) da 64 Kbps ciascuno per voce e dati, più un canale digitale "D" da 16Kbps di controllo, il tutto su un normale doppino telefonico.

- Categoria Primaria (Accesso Primario). Sfrutta 30 canali "B" per voce e dati più un canale "D" su 2 doppini telefonici affiancati.