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Tecnologia dei computer

Benché si pensi generalmente ai computer come a dispositivi prettamente digitali, esistono computer digitali e computer analogici. La distinzione si basa sulla forma in cui si presentano le informazioni sottoposte a elaborazione o memorizzazione.

I computer analogici sono dispositivi elettronici progettati per gestire segnali di ingresso costituiti non da dati numerici discreti, ma da segnali continui che rappresentano i valori di grandezze fisiche continue, quali la temperatura o la pressione di un fluido. La caratteristica principale di questo tipo di elaboratori sta proprio nella capacità di trattare grandezze che variano con continuità. Trovano applicazione nella simulazione di fenomeni fisici e nel controllo dei processi industriali.

I computer digitali trattano invece dati espressi in forma di opportune combinazioni numeriche discrete. Qualunque informazione introdotta in un computer per mezzo di un dispositivo di ingresso, quale la tastiera, prima di essere elaborata deve essere tradotta in un codice comprensibile al computer, basato sul sistema numerico binario. La tecnica di elaborazione di un computer digitale si fonda infatti sulla capacità di distinguere tra due diversi stati di funzionamento, propri dei circuiti che costituiscono l’unità di elaborazione: ON e OFF, o livello alto e livello basso (con riferimento ai valori di tensione) o, con simbologia numerica binaria, 1 e 0.

La rapidità di un computer digitale dipende dalla frequenza del suo segnale di sincronizzazione (vedi Clock del processore) e si misura in megahertz o gigahertz (milioni o miliardi di cicli al secondo); in prima approssimazione essa esprime il numero di operazioni elementari che il microprocessore tratta nell’unità di tempo. Oggi esistono personal computer dotati di processori con frequenze di clock superiori a 1 GHz, mentre i supercomputer usati per la ricerca scientifica e per le applicazioni militari raggiungono velocità di molti miliardi di cicli al secondo. La velocità e la potenza di calcolo dei computer digitali dipendono anche dalla quantità di dati trattata in ogni ciclo. Se un computer fosse in grado di leggere a ogni ciclo lo stato di un unico circuito elementare, potrebbe scegliere solo tra due alternative: lo stato ON rappresenterebbe un’operazione o un numero, lo stato OFF un’altra operazione o numero. I computer invece sono in grado di controllare contemporaneamente più circuiti elementari, che complessivamente codificano un’informazione. Ad esempio, un computer che può leggere nello stesso momento lo stato di due elementi, può distinguere fra quattro combinazioni di cifre binarie (00, 01, 10, 11) e quindi eseguire a ogni ciclo una delle quattro possibili istruzioni associate (codificate con le quattro possibili combinazioni degli stati dei due elementi: OFF-OFF, OFF-ON, ON-OFF e ON-ON).

Sistemi di elaborazione che contengono elementi di entrambi i tipi (analogici e digitali) sono detti ibridi. Trovano impiego soprattutto nello studio di problemi che coinvolgono un alto numero di equazioni differenziali. I dati in forma analogica possono essere acquisiti da un computer digitale attraverso un convertitore analogico-digitale; la conversione opposta viene eseguita da un convertitore digitale-analogico.