Com’è fatto un computer, i principali componenti e le funzioni che svolgono

Tutti noi abbiamo, almeno una volta, utilizzato un computer per accedere ad internet, scrivere un documento o creare una presentazione ma come funziona un computer e quali sono i principali componenti che lo costituiscono? In questo articolo ci concentreremo sulle componenti di un computer classico, fisso o portatile, e non su dispositivi mobili come smartphone e tablet per i quali valgono, in generale, gli stessi concetti ma vi sono delle differenze nella componentistica dovute alla miniaturizzazione necessaria in tali contesti.

Il case

Il case o cabinet è il corpo esterno che racchiudere le componenti del PC. Nel caso dei computer fissi vi è una nomenclatura che definisce la capienza ed il conseguente volume del case, si parla infatti di full-tower, mid-tower e micro-tower per indicare cabinet di dimensioni decrescenti, nel caso dei computer portatili sarà la scocca esterna, tipicamente in plastica o alluminio, a fungere da case.
Il case è predisposto per alloggiare l'alimentatore che viene attaccato direttamente alla rete elettrica nazionale e deve essere dimensionato per supportare la richiesta energetica degli altri componenti che si intende installare.

Il case, oltre a racchiudere la componentistica, è tipicamente predisposto per ospitare una o più ventole che favoriscono la fuoriuscita dell'aria calda prodotta dai componenti interni riducendo la temperatura media all'interno. Avere un case più grande consente di inserire componenti di dimensioni maggiori (come ad esempio schede grafiche più performanti) e installare un maggior numero di ventole.

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La scheda madre

La scheda madre è la scheda elettronica che ospita tutta la circuiteria, i collegamenti e le interfacce dei vari componenti interni.
Tutte le componenti del computer sono collegate, direttamente o mediante cavi appositi, alla scheda madre che gestirà l'interconnessione fra loro.
Su una scheda madre le interfacce più importanti sono: il socket della CPU, che ospita il processore, gli slot per le memorie RAM, il connettore per l'alimentazione e le varie interfacce di I/O come ingressi type-c o USB.
La scheda madre è, inoltre, dotata di una batteria che consente di memorizzare le impostazioni di configurazione dell'hardware e mantenere coerente data e ora anche in caso di perdita di alimentazione.
Nel caso di computer portatili alcuni componenti (come la ram o i dischi di memoria) possono essere saldati sulla scheda madre al fine di ridurre lo spessore necessario ad ospitare il componente stesso.

Il processore

La CPU (Central Processing Unit) è il "cervello" del computer, e si occupa di processare gli input e produrre output.
Questa è la componente che segue le istruzioni dei programmi che eseguiamo, ogni programma, infatti, è scritto seguendo un linguaggio di programmazione che definisce le "regole" che la CPU dovrà eseguire, le istruzioni verranno tradotte in linguaggio binario (una lista di zeri ed uni) prima di essere eseguite dal processore.
La CPU viene installata, come detto, all'interno del socket della scheda madre ed il calore da essa generato viene dissipato mediante uno strumento detto per l'appunto dissipatore.
I dissipatori possono essere di due tipologie: ad aria, basati su ventole che espellono aria calda, e a liquido mediante un sistema che consente lo scambio del calore proprio con il liquido che circola all'interno del sistema.

La memoria

Il compito dei dispositivi di memorizzazione è piuttosto semplice da descrivere: servono ad immagazzinare informazioni per un periodo più o meno lungo, a seconda del tipo di memoria presa in considerazione. Il mondo dei dispositivi di memoria si divide in due categorie: i dispositivi basati su memoria non volatile come i classici dischi meccanici e i dispositivi di memoria volatile come la RAM.

Memoria non-volatile

I dispositivi di memoria non volatile sono utilizzati per l'archiviazione dei dati, fungono infatti da "memoria a lungo termine" del computer. Questo tipo di dispositivi devono mantenere le informazioni che salviamo al loro interno quanto più a lungo possibile.
Il mercato delle memorie di archiviazione è evoluto molto rapidamente negli ultimi anni, i dischi meccanici (HDD Hard Disk Drive), economici ma con velocità di lettura e scrittura piuttosto basse, stanno man mano abbandonando il mercato consumer a favore degli SSD (Solid State Drive o dischi a stato solido) e degli ancora più moderni e veloci NVME.
Le tre tecnologie: hard disk, SSD ed NVME hanno velocità di lettura e scrittura crescenti e sono basati su tecnologie diverse fra loro.
Nel caso dei dischi meccanici (HDD) la lettura e scrittura dei dati, all'interno delle celle di memoria, è basata su dischi meccanici rotanti e ad una testina, anch'essa meccanica.

Negli SSD invece, l'accesso alle informazioni avviene utilizzando una tecnologia simile a quella che troviamo all'interno delle chiavette USB (memoria flash).
La tecnologia che offre le performance migliori è quella NVME che possiamo considerare l'evoluzione degli SSD, in queste memorie le operazioni vengono gestite in code ottimizzate e svolte in parallelo così da elaborare un maggior numero di richieste contemporaneamente.

Memoria volatile

La memoria volatile  è invece la "memoria a breve termine" del computer, essa immagazina le informazioni che servono ai programmi durante la loro esecuzione, un esempio di memoria volatile è la RAM (Random Access Memory).
Questa memoria, viene svuotata ogni volta che il computer viene spento e viene riempita nuovamente, con i dati utili alla nuova sessione, una volta che il computer viene riacceso.
Il compito di questa memoria non è quello di memorizzare quanto più a lungo possibile le informazioni ma quello di immagazzinare ciò di cui l'utente potrebbe aver bisogno nel breve periodo per eseguire un programma.

Scheda Grafica

La scheda grafica o GPU (Graphic Processing Unit), anche detta "scheda video" è il componente che determina le capacità grafiche del computer, si occupa di tradurre in immagini gli input che provengono dalla CPU.
La scheda grafica è il componente di maggior attenzione per gli utenti che intendono utilizzare il proprio computer per applicazioni 3D come il modelling CAD, i videogiocatori ed i creatori di contenuti che necessitano di effetuare operazione editing su file complessi da gestire.
Questo componente può essere di due tipi: integrata e dedicata.
Le schede grafiche per gestire le immagini posseggono una loro unità computazionale, una memoria video e delle interfacce.

Scheda video integrata

In questo caso la scheda video è integrata, tipicamente, all'interno della CPU e sfrutta una porzione della memoria RAM come memoria video (memoria condivisa).
Quando la scheda video è integrata nel processore si parla di APU (Accelerated Processing Unit), sono soluzioni che riducono lo spazio fisico necessario all'interno del case e riducono i costi, un esempio di questa tecnologia sono i System-on-a-Chip (SoC) che troviamo, ad esempio, all'interno degli smartphone.

Scheda video dedicata

In questo caso la GPU sarà una scheda aggiuntiva da installare sulla scheda madre all'interno dello slot PCI-Express.
Le schede video dedicate godono di una memoria dedicata alla grafica che non viene condivisa con gli altri componenti e, in genere, offrono prestazioni di gran lunga superiori rispetto a quelle integrate ma, al contempo, avranno consumi energetici elevati ed il calore da esse generato, specialmente a pieno regime, sarà maggiore.
Le schede grafiche più potenti, infatti, per dissipare efficacemente il calore prodotto sono dotate di ventole apposite atte ad allontanare l'aria calda dalla scheda.