Esercizi: L'architettura del computer

Associa ogni componente del computer al compito che svolge: (a) CPU, (b) memoria RAM, (c) disco rigido o SSD, (d) scheda madre. Compiti: 1. conserva i file a lungo termine, anche quando il computer è spento; 2. esegue le istruzioni dei programmi, è il «cervello» del computer; 3. collega tra loro tutti gli altri componenti; 4. conserva temporaneamente i dati con cui si sta lavorando in ogni momento.

Spiega con parole tue la differenza tra la memoria RAM e la memoria di massa (disco rigido o SSD). Aiutati con un paragone tratto dalla vita quotidiana, per esempio con i mobili di una cucina o di uno studio.

Lo schema mostra i blocchi principali di un computer, ma uno dei componenti collegati alla CPU è nascosto da un punto interrogativo, come si vede nella figura.

Il componente nascosto conserva temporaneamente i dati con cui la CPU lavora in ogni momento e si svuota quando il computer viene spento. Di quale componente si tratta? Spiega che cosa succederebbe se il computer non lo avesse.

Vero o falso? Giustifica ogni risposta con una frase: (a) la memoria RAM conserva le tue foto anche quando spegni il computer; (b) la CPU esegue le istruzioni dei programmi; (c) la scheda madre collega tra loro tutti i componenti; (d) il disco rigido perde tutto il suo contenuto ogni volta che si spegne il computer.

A quale componente penseresti per primo in ciascun caso? Motiva le tue risposte: (a) vuoi salvare molti più film nel computer; (b) vuoi che il computer calcoli e «pensi» più velocemente; (c) vuoi lavorare con molti programmi aperti contemporaneamente senza rallentamenti.

Chiudi il documento senza salvare e spegni il computer: il testo che avevi scritto sparisce. Spiega che cosa c'entra la memoria RAM con questa perdita e che cosa fa esattamente il pulsante «salva» per evitarla.

Quando giochi con un controller, il comando del pulsante arriva a un componente che calcola che cosa deve accadere nel gioco e invia il risultato al monitor. Di quale componente si tratta? Spiega che cosa noteresti nel gioco se quel componente fosse molto lento.

Cerca le specifiche di un computer reale (quello di casa tua, quello dell'aula o uno di un negozio online) e annota la sua CPU, la sua memoria RAM e la sua memoria di massa. Spiega con parole tue che cosa significa ciascuno dei tre dati.

Il computer di una classe è molto lento quando si aprono molte schede del browser contemporaneamente, anche se la sua CPU è potente e il disco ha spazio libero. Quale componente pensi che stia arrivando al limite? Spiega perché e quale miglioramento del computer risolverebbe il problema.

In un negozio confronti due computer: il computer A ha una CPU da $3,2\ \text{GHz}$, $8\ \text{GB}$ di memoria RAM e un SSD da $256\ \text{GB}$; il computer B ha una CPU da $2,8\ \text{GHz}$, $16\ \text{GB}$ di RAM e un disco rigido da $1\ \text{TB}$. Spiega che cosa significa ciascun dato e ragiona su quale computer conviene di più a un'alunna che monta video con vari programmi aperti contemporaneamente.

Quando fai doppio clic su un documento, i dati viaggiano tra i componenti del computer. Metti in ordine questi passaggi e spiega che ruolo ha la memoria RAM nel processo: (a) la CPU elabora i dati del documento, (b) il documento viene copiato dalla memoria di massa alla memoria RAM, (c) fai doppio clic sull'icona del file, (d) il documento viene mostrato sullo schermo.

Quando si apre un gioco, i dati viaggiano tra quattro componenti del computer. La figura mostra questi componenti uniti da frecce, ma l'ordine indicato dai numeri sulle tessere è sbagliato, come si vede nello schema.

Scrivi l'ordine corretto del viaggio dei dati, da 1 a 4, e spiega che cosa avviene in ciascuna delle quattro fasi.

Un computer impiega tre minuti ad accendersi perché il suo disco rigido è di quelli vecchi, con parti mobili (HDD). Spiega perché sostituirlo con un SSD velocizza l'avvio e l'apertura dei programmi anche se la CPU e la memoria RAM restano esattamente le stesse.

Un computer ha $16\ \text{GB}$ di memoria RAM. Tra il sistema operativo ($4\ \text{GB}$), il browser ($3\ \text{GB}$) e un gioco ($6\ \text{GB}$), calcola quanta RAM resta libera con la sottrazione $16 - (4 + 3 + 6)$ e spiega che cosa può succedere se poi apri un programma che richiede $5\ \text{GB}$.

Lo smartphone segnala «memoria quasi piena» e tuttavia ha $8\ \text{GB}$ di memoria RAM libera. Spiega perché eliminare app e video libera memoria di massa ma non RAM, e ragiona su quale tipo di memoria riempiono le foto e i video.

Un vecchio computer ha $4\ \text{GB}$ di RAM e un disco rigido HDD, e ci sono soldi per un solo miglioramento: portare la RAM a $16\ \text{GB}$ oppure passare a un SSD. Ragiona su quale sceglieresti perché il computer «vada più veloce» nell'uso quotidiano (avviarsi, aprire programmi, passare da una finestra all'altra) e spiega che cosa migliorerebbe e che cosa no con ciascuna opzione.

Immagina di lavorare nel servizio tecnico della scuola e di ricevere tre computer con problemi di prestazioni:

• Computer A: impiega quasi dieci minuti ad accendersi e ad aprire qualsiasi programma, ma una volta aperta l'applicazione funziona in modo del tutto fluido.

• Computer B: quando sono aperte diverse schede del browser insieme a un programma di videoscrittura e a della musica in sottofondo, il computer si blocca periodicamente e va a scatti quando si cambia finestra.

• Computer C: durante l'esportazione finale di un progetto video in alta definizione, il processo si interrompe all'improvviso segnalando che non è possibile salvare il file risultante.

Per ogni caso, individua con un ragionamento quale componente hardware (memoria di massa, memoria RAM o processore/scheda grafica) sta causando il collo di bottiglia e proponi un adeguato miglioramento tecnico.

Un nuovo telefono cellulare dispone di $128\ \text{GB}$ di memoria interna totale, ma il sistema operativo e le applicazioni di base ne occupano già $28\ \text{GB}$. Vuoi usare lo spazio libero rimanente esclusivamente per salvare foto di alta qualità, che occupano in media $4\ \text{MB}$ ciascuna.

1. a) Sapendo che $1\ \text{GB} = 1\,000\ \text{MB}$, calcola quante foto intere potrai salvare al massimo, in teoria, nello spazio libero disponibile. Mostra tutte le operazioni con le relative unità.
2. b) Il tuo compagno afferma che, finché non installi altre applicazioni, potrai salvare esattamente quella quantità calcolata. Confuta tecnicamente la sua affermazione spiegando almeno due motivi reali per cui la capacità utilizzabile per le foto sarà inferiore.

L'aula di tecnologia ha bisogno di un nuovo computer che serva per programmare, montare video e usare giochi educativi. Distribuisci l'importanza che daresti a ciascun componente (CPU, memoria RAM, scheda grafica e memoria di massa), giustifica le tue scelte e indica su quale componente risparmieresti se il budget fosse limitato.

Il server di un negozio online serve migliaia di persone contemporaneamente, tutte intente a richiedere pagine e a fare ordini. Confronta quel server con il computer di casa tua: ragiona su quali componenti andranno potenziati (CPU, memoria RAM, memoria di massa, connessione di rete) e perché un computer fisso «molto potente» non basterebbe.

Il dipartimento di Tecnologia vuole girare un documentario scolastico con una videocamera che registra in qualità 4K, generando circa $375\ \text{MB}$ di dati per ogni minuto di registrazione. Per farlo avete a disposizione una scheda di memoria da $256\ \text{GB}$ vuota.

1. a) Sapendo che $1\ \text{GB} = 1\,000\ \text{MB}$, calcola quante ore e minuti di registrazione continua entrano in teoria in quella scheda (mostra lo svolgimento del calcolo con la virgola decimale).
2. b) Se le riprese complete richiedono di registrare $12$ ore di girato in totale, di quante schede da $256\ \text{GB}$ avrete bisogno almeno? Giustifica la tua risposta tenendo conto degli imprevisti e dello spazio richiesto dalla formattazione delle schede.

Nel volantino pubblicitario di un negozio leggi il seguente slogan su uno smartphone:

«Prestazioni insuperabili! Ha $12\ \text{GB}$ di memoria, il doppio del tuo telefono attuale: andrà il doppio più veloce e potrai salvare il doppio di foto e giochi».

1. a) Analizza criticamente lo slogan e spiega con un ragionamento i due errori tecnici fondamentali che commette l'annuncio nell'usare la parola «memoria» e nel metterla in relazione con la «velocità».
2. b) Scrivi una versione corretta e tecnicamente onesta dell'annuncio che mantenga un tono accattivante per l'acquirente senza ingannarlo.

Due studenti confrontano due computer dello stesso prezzo per il laboratorio di Tecnologia:

• Computer A: processore vecchio con $1$ core che lavora a $3,8\ \text{GHz}$.

• Computer B: processore moderno con $4$ core che lavora a $2,4\ \text{GHz}$.

Uno dei due sostiene: «Il computer A è decisamente superiore e più veloce perché $3,8\ \text{GHz}$ sono molti più cicli di clock al secondo rispetto a $2,4\ \text{GHz}$».

1. a) Spiega che cosa misura esattamente la frequenza in gigahertz ($\text{GHz}$) e che cosa avviene nel processore durante ogni ciclo.
2. b) Confuta tecnicamente l'affermazione del tuo compagno: giustifica perché il processore del computer B può offrire prestazioni complessive molto superiori a quello di A in situazioni reali di lavoro.

Il club di robotica assembla un computer con un budget di $600\ \text{€}$ e questa lista di componenti: CPU a $210\ \text{€}$, memoria RAM a $80\ \text{€}$, SSD a $110\ \text{€}$, scheda grafica a $150\ \text{€}$ e scheda madre con alimentatore e case a $120\ \text{€}$. Calcola il totale e verifica se rientra nel budget; se non rientra, decidi quale modifica faresti (quale componente ridurresti o miglioreresti) e difendi la tua decisione in base all'uso del club.