Il computer digitale è un sistema digitale che esegue varie attività computazionali. La parola digitale implica che le informazioni nel computer sono rappresentate da variabili che assumono un numero limitato di valori discreti. Questi valori vengono elaborati internamente da componenti che possono mantenere un numero limitato di stati discreti.
Le cifre decimali 0, 1, 2,…, 9, ad esempio, fornire 10 valori discreti. Il primo computer elettronico digitale, sviluppato alla fine del 1940, è stato utilizzato principalmente per calcoli numerici e gli elementi discreti erano le cifre. Da questa applicazione è emerso il termine computer digitale.
In pratica, i computer digitali funzionano in modo più affidabile se vengono utilizzati solo due stati. A causa della restrizione fisica dei componenti e poiché la logica umana tende ad essere binaria (vale a dire true o false, yes o no), i componenti digitali che sono vincolati a prendere valori discreti sono ulteriormente vincolati a prendere solo due valori e si dice che siano binari.
I computer digitali utilizzano il sistema numerico binario, che ha due cifre:0 e1. Una cifra binaria è chiamata un po’. Le informazioni sono rappresentate nei computer digitali in gruppi di bit. Utilizzando varie tecniche di codifica, è possibile creare gruppi di bit per rappresentare non solo numeri binari ma anche altri simboli discreti, come cifre decimali o lettere dell’alfabeto.
Computer digitali: Organizzazione informatica
L’organizzazione informatica si occupa del modo in cui i componenti hardware funzionano e del modo in cui sono collegati tra loro per formare il sistema informatico.
Si presume che i vari componenti siano a posto e il compito è quello di indagare la struttura organizzativa per verificare che le parti del computer funzionino come previsto.
Computer digitali: Computer Design
Computer Design si occupa della progettazione hardware del computer. Una volta formulate le specifiche del computer, è compito del progettista sviluppare hardware per il sistema.
Computer design si occupa della determinazione di quale hardware deve essere utilizzato e come le parti devono essere collegati. Questo aspetto dell’hardware del computer è talvolta indicato come implementazione del computer.
Computer digitali: Architettura del computer
L’architettura del computer riguarda la struttura e il comportamento del computer come visto dall’utente.
Include le informazioni, i formati, il set di istruzioni e le tecniche per indirizzare la memoria. La progettazione architettonica di un sistema informatico riguarda le specifiche dei vari moduli funzionali, come processori e memorie, e la loro strutturazione insieme in un sistema informatico.
Due tipi di base di architettura del computer sono:
- architettura di von Neumann
- architettura Harvard
architettura di von Neumann
L’architettura di von Neumann descrive un quadro generale, o di una struttura, che l’hardware di un computer, la programmazione e i dati dovrebbero seguire. Sebbene siano state ideate e implementate altre strutture per il calcolo, la stragrande maggioranza dei computer in uso oggi opera secondo l’architettura von Neumann.
von Neumann immaginava che la struttura di un sistema informatico fosse composta dai seguenti componenti:
- ALU: L’unità aritmetica-Logica che svolge le funzioni computazionali e logiche del computer.
- RAM: Memoria; più specificamente, la memoria principale o veloce del computer, nota anche come memoria ad accesso casuale(RAM).
- Unità di controllo: Questo è un componente che indirizza altri componenti del computer a eseguire determinate azioni, come dirigere il recupero di dati o istruzioni dalla memoria da elaborare dall’ALU; e
- Interfacce uomo-macchina; cioè dispositivi di input e output, come tastiera per l’input e monitor per l’output.
Schema a blocchi di un computer digitale
Un esempio di architettura informatica basata sull’architettura von Neumann è il personal computer desktop.
Architettura Harvard
L’architettura Harvard utilizza percorsi di archiviazione e segnale fisicamente separati per le loro istruzioni e dati. Il termine ha avuto origine dal Mark I di Harvard e dai dati nei fermi del relè (23 cifre di larghezza).
In un computer con architettura Harvard, la CPU può leggere contemporaneamente sia un’istruzione che i dati dalla memoria, portando a raddoppiare la larghezza di banda della memoria.
I sistemi informatici basati su microcontrollore(single-chip microcomputer) e i sistemi informatici basati su DSP(Digital Signal Processor) sono esempi di architettura Harvard.