1.hardware software

8/2/2019 1.Hardware Software

1/43

I sistemi Hardware e software Prof.Maurizio Muzzupappa

I sistemi hardware e software

1. INTRODUZIONE

Nella scelta non facile del PC diventa fondamentale individuarne il campo di applicazioneprincipale. Infatti, se da una parte il PC si pu considerare costituito da pochi componenti

fondamentali, dallaltra la capacit di soddisfare esigenze specifiche dellutente possibile solo

grazie alla possibilit di combinare sapientemente questi componenti ed espandere le potenzialit di

base con dispositivi ad hoc mediante i quali il PC assume una precisa connotazione.

Nei paragrafi successivi verranno analizzati perci i componenti fondamentali che costituiscono un

PC, e verr data particolare enfasi alle caratteristiche che pi influiscono nelle prestazioni di un

calcolatore dedicato alla grafica 3D.

2. I COMPONENTI INTERNI DI UN COMPUTER

Allinterno del computer si possono individuare cinque tipologie principali di componenti: memoriaRAM, memoria ROM, processore, Hard Disk e schede di espansione. Questi componenti sono

connessi tra di loro attraverso la scheda madre, che consente inoltre il collegamento tra questi

componenti e i cosiddetti dispositivi di input e di output. Il funzionamento del computer si basa sul

continuo rapidissimo trasferimento di segnali elettrici fra questi componenti e fra gli stessi e le

periferiche esterne. Propagandosi fra i milioni di circuiti che compongono il computer questi segnali

attivano /disattivano continuamente altri circuiti producendo nuovi segnali che vanno a comandare

altre parti, e cos via per centinaia di milioni di volte ogni secondo.

I dispositivi di input/output pi comuni sono: Tastiera, Mouse, Monitor, Lettore CD-Rom eFloppy, Stampante e Audio (casse, microfono), Modem, Masterizzatore, Scanner,Videocamera, ecc.; alcuni dei dispositivi di I/O, per poter essere collegati alla macchina,richiedono la presenza di una scheda di espansione inserita allinterno del computer.

La scheda madre, o motherboard in inglese, uno dei componenti fondamentali di un personalcomputer; sulla scheda madre sono connessi tutti gli altri componenti, dal processore di sistema alla

scheda video, passando per hard disk ed eventuali ulteriori periferiche.

Scheda MadreScheda Madre

CPU

Memoria

Centrale

Scheda

Video

Memoria

Esterna

Schede di

Espansione

Porte

I/O

Il Microprocessore, sinteticamente chiamato CPU (dallinglese Central Processing Unit), ilcuore del computer in quanto adibita allo svolgimento delle funzioni pi importanti

- 1 -


2/43


dellelaboratore elettronico. La CPU ha la funzione di eseguire i programmi contenuti nella

memoria centrale prelevando, decodificando ed eseguendo le istruzioni che li costituiscono.

CPU

CPUCPU

SOCKET

Classe

Frequenza

Memoria Cache

FSB (Front Side Bus)

Caratteristiche di una CPU

Vediamo in dettaglio le caratteristiche principali di una CPU.

Il tipo di collegamento (SOCKET) con la scheda madre. Ad ogni tipologia di connettore (p.e.Socket LGA775, Socket478, Socket754, Socket939, etc.) corrisponde un particolare gruppo diprocessori che possono essere utilizzati.

La classe del processore definisce larchitettura interna del processore.La frequenza di funzionamento la frequenza alla quale lavorano i processori, cio il quantitativodi operazioni che ogni processore in grado di eseguire in un secondo.

Il front side bus la velocit di comunicazione tra il processore e la scheda madre.La memoria cache una memoria interna al processore, generalmente di pochi Kb, ed unamemoria di tipo statico, molto veloce ed utilizzata per la memorizzazione delle informazioni piricorrenti.

La velocit alla quale il processore elabora i dati quella di clock (ad esempio, 3000Mhz), mentre

quella alla quale la memoria di sistema sposta i dati quella di bus, decisamente pi ridotta

(1000Mhz); si deduce abbastanza chiaramente che la frequenza di lavoro della memoria di sistema

rappresenta un collo di bottiglia alle prestazioni complessive, in quanto il processore costretto ad

"aspettare" che i dati possano essere utilizzati dalla pi lenta memoria di sistema (fenomeno della

latenza). La memoria cache lavora non alla frequenza di bus ma ad una frequenza pi elevata e

serve per velocizzare le transazioni dei dati tra memoria di sistema e processore. In dettaglio,

esistono due tipi di memorie cache:

cache L1 o di 1 livello: in genere contenuta all'interno del Core del processore e opera allafrequenza di clock;

cache L2 o di 2 livello: a seconda del tipo di architettura posta o all'interno del Core delprocessore oppure sulla motherboard; opera a frequenze differenti a seconda del tipo di

architettura, variabili tra la frequenza di bus e quella di clock.

Il quantitativo di memoria cache particolarmente ridotto ma essendo questo un tipo di memoria

particolarmente veloce, sia per la sua frequenza di lavoro che per tipologia, si ottiene un notevole

abbassamento della latenza complessiva tra memoria di sistema e processore nel trasferimento dei

dati; a maggiori quantitativi di memoria cache corrispondono, in linea generale, prestazioni

superiori, anche se queste aumentano meno che proporzionalmente.

La Memoria RAM (Random Access Memory) uno dei componenti fondamentali nelfunzionamento di un Persona Computer. E la memoria dove vengono conservati i dati in corso dielaborazione (i documenti aperti) e le istruzioni del programma in esecuzione; si tratta di una

- 2 -


3/43


memoria temporanea che si cancella completamente quando si spegne il computer. Le schede madri

possono montare differenti tipi di memoria di sistema, a seconda del chipset da esse utilizzato:

Moduli SIMM: un tipo di memoria a 32 bit ed quella di pi vecchia concezione SDRAM PCxx: il primo tipo di memoria SDRAM pensato per frequenze di lavoro da 66

MHz a 133MHz ed caratterizzato dalla presenza di 168 pin o contatti

DDR (Double Data Rate): questa tecnologia, introdotta per la prima volta nelle memorie delleschede video, permette di raddoppiare la bandwidth della memoria a disposizione in quanto

vengono utilizzati entrambi i fronti di clock (ascendente e discendente). Esistono memorie

DDR2 e DDR3, evoluzioni della memoria DDR.

Rambus: standard ormai in disuso era utilizzato per sistemi di alto livello tipo workstation oserver

Memoria CentraleMemoria Centrale

Memoria

Centrale

Caratteristiche della memoria RAM Tipo: SDRAM DDR DDR2

Frequenza di funzionamento: PC2700 (333MHz), PC 3200

(400MHz), PC3700 (467MHz), PC4000 (500MHz),

Capacit (in MB)

L'hard disk ha quale compito principale la memorizzazione e la conservazione dei dati. Negli harddisk i dati sono scritti sulla superficie di un disco, chiamato piatto, in forma magnetica; la testina,

una per ogni faccia del piatto, permette di scrivere i dati proprio come se fosse la testina di un

giradischi, senza per che avvenga un contatto fisico tra le due parti. I dati memorizzati nell'hard

disk sono organizzati per cilindri, tracce e settori: i cilindri sono tracce concentriche poste sulla

superficie del piatto, e ogni traccia divisa in settori. Negli hard disk, a motivo della loro sempre

pi elevata capienza, possono trovarsi pi piatti e ogni loro faccia dotata di testina; ogni hard disk

ha dei settori riservati per le informazioni, che vengono utilizzate automaticamente in caso di

malfunzionamento. Vediamo quali sono le caratteristiche tecniche di un hard disk.

Hard DiskHard Disk

Memoria

Esterna

Caratteristiche di un HD Interfaccia (ATA100, ATA133, SATA150, SCSI)

Capacit (in GB)

Velocit del disco (5400rpm, 7200rpm, )

Buffer (in MB)

- 3 -


4/43


Il tipo di interfaccia con la scheda madre pu essere di due tipi EIDE o SCSI. Rispetto a quellaEIDE (ATA100, ATA133 e SATA150) la SCSI un'interfaccia decisamente pi "professionale".

La grande potenza dello SCSI sta nel fatto che le diverse periferiche possono utilizzare il bus SCSI

anche contemporaneamente, mentre con un controller EIDE due unit collegate allo stesso canale

non possono occupare il bus contemporaneamente.

Hard DiskHard Disk

INTERFACCIA

ATA100 o ATA133 (rispettivamente 100 e 133

MB/s)

SATA150 (150 MB/s)

SCSI (in configurazione Ultra Wide 3, 160

MB/s)

La velocit di rotazione: pi elevata, maggiore sar il numero di dati letti a parit di tempo; glihard disk EIDE hanno in genere velocit massima pari a 7.200 giri al minuto, mentre quelli SCSI

arrivano a 15.000 giri al minuto. Il tempo di accesso ai dati: indica il tempo necessario alla

meccanica dell'hard disk per accedere ai dati memorizzati; pi basso, migliori saranno le

prestazioni.

Hard DiskHard Disk

VELOCIT DI ROTAZIONE:

HD ATA100 e ATA133 hanno

velocit massima pari a 5.400 o 7.200

rpm,

HD SCSI hanno velocit massima pari

a 10.000 o 15.000 rpm.

Il buffer: una piccola memoria interna all'hard disk che memorizza alcuni dati letti dalla testinama non ancora inviati alla cpu per essere elaborati; permette di velocizzare le operazioni e, pi

grande, migliori saranno le prestazioni.

Hard DiskHard Disk

BUFFER: una memoria internaallHD che memorizza alcuni dati letti

dalla testina ma non ancora inviati alla

cpu per essere elaborati; permette di

velocizzare le operazioni e, pi

grande, migliori saranno le prestazioni(2 8 MB).

- 4 -


5/43


La tecnologia RAID nata per ovviare a 3 problemi specifici (tutti in funzione del costo): Capacit Sicurezza Velocit

La tecnologia RAID (Redundant Array of Independent Disks) permette di utilizzare pi supporti di

memorizzazione integrandoli tra loro. Un controller RAID integra degli algoritmi che glipermettono di disporre pi periferiche (almeno 2) di memorizzazione (HD) in 5 diverse modalit

chiamate:

RAID 0 RAID 1 RAID 4 RAID 0+1 RAID 5

In dettaglio vedremo solo le prime due configurazioni.

RAID 0. Modalit funzionante con almeno 2 unit ma che il sistema "vede" come un unico

supporto fisico. I due (o pi) dischi posso funzionare in modalit Striping oppure in modalitSpanning.

Striping. I dati sono divisi in modo tale da velocizzare la lettura/scrittura sequenziale: questo

significa che l'utente finale vede un aumento delle prestazioni soprattutto nel caso di

trasferimento di grosse moli di dati

Spanning. I dati sono "spalmati" su tutte le unit fino al raggiungimento dell'ultimo Mbit

disponibile. Quindi il totale, nell'esempio di sopra, 5+7+8= 20 GB. In questo caso l'unico

vantaggio riscontrabile quello della sommatoria delle capacit dei singoli HD.

Nella configurazione RAID 0 in modalit Striping all'aumentare del numero degli HD ci sar un

aumento della velocit di lettura/scrittura (quasi) proporzionale al numero delle unit: ogni volta

che avete intenzione di scrivere un dato sull'HD questo opportunamente spezzettato/diviso e

salvato su tutti gli HD che sono in configurazione RAID 0 striping. In teoria un se un file di grossedimensioni impiega 10 secondi per essere letto, con 2 Hd il tempo scende a 5 secondi, con 3 HD

scende a 3,3 secondi etc. ecc...

RAID 1. Configurazione utile nel caso in cui si ha bisogno di sicurezza; RAID 1 infatti dettoanche Mirror, un metodo che spreca tanto spazio: supponendo di avere 2 HD da 20 GB in

configurazione RAID 1 la capacit totale sar di 20 GB. Ogni volta che si intende scrivere un dato

sull'HD questo duplicato su entrambi i dischi fissi occupando quindi il doppio dello spazio che

occuperebbe normalmente. Ma se la prerogativa la sicurezza dai dati questo il metodo migliore:

supponendo che l'HD 1 perda un dato questo sar subito recuperato dal controller RAID sull'HD 2,

dando cos una continuit di lavoro e la possibilit di sostituire l'HD rotto.

Hard DiskHard Disk

CONFIGURAZIONE RAID

RAID 0 : massime prestazioni

RAID 1 : massima sicurezza

BIOS (Basic Input/Output System): un componente che fa parte integrante della scheda madre. Ilsuo scopo quello di gestire la fase di accensione del computer. Il BIOS conserva in una ROM la

sequenza di istruzioni di avvio che viene eseguita automaticamente ad ogni accensione del

computer. L'operazione di avvio detta boot e passa per 3 fasi successive: - Test di funzionamento

- 5 -


6/43


del sistema (verifica dell'hardware), - Attivazione dell'hardware installato, - Verifica della presenza

del sistema operativo e suo caricamento.

ROM (Read Only Memory): contrariamente alla RAM, la memoria ROM non esiste in forma dicomponente separato e individuale, esistono invece numerose piccole ROM incorporate all'interno

dei vari circuiti integrati (sulla scheda madre, sulle schede d'espansione, ecc.) come nel BIOS.

Le Schede di Espansione sonoschede che espandono le funzioni della scheda madre per pilotaredispositivi interni od esterni. La pi importante la scheda video su cui si connette il monitor.Molto diffusa, sebbene non strettamente necessaria per il funzionamento della macchina, anche la

scheda audio, attraverso cui il computer in grado di produrre o registrare suoni. Per leconnessioni dirette alla rete (senza modem) occorre invece dotarsi di una scheda di rete. Infine lascheda SCSI consente di pilotare dispositivi che richiedono una particolare velocit neltrasferimento dei dati. Esistono poi numerosi altri tipi di schede, create per funzioni particolari,

quali ad es. la scheda di acquisizione video per collegarsi alla televisione, ad un videoregistratore oad una videocamera, e molte altre ancora di uso specialistico.

Schede di EspansioneSchede di Espansione

Schede di

Espansione

Si tratta di schede che espandono le funzioni della scheda

madre per pilotare dispositivi interni od esterni.

Se il microprocessore il cuore vero e proprio di ogni elaborazione effettuata da un Personal

Computer, se la motherboard quel componente che permette di mettere in comunicazione tra di

loro i diversi componenti e questi ultimi con la cpu, il chipset pu essere correttamente identificatocome quel componente della motherboard che gestisce tutti i processi da quest'ultima svolti,

pertanto governa lo scambio di dati tra le differenti parti che compongono un PC (processore,

sottosistema video, sistemi di memorizzazione, memoria di sistema, ecc..). Alla luce di queste

affermazioni si capisce facilmente come la scelta di uno o dell'altro chipset non abbia conseguenze

di secondo piano sull'ottimale funzionamento di un sistema.

Anche se si parla di chipset sempre al singolare, questo quasi sempre composto da due differenti

chip, il North Bridge e il South Bridge; il primo ha dimensioni maggiori rispetto al secondo ed in

genere quello che viene indicato come il chipset vero e proprio, mentre il secondo pi piccolo e

posto, generalmente, nella met inferiore della motherboard, nelle vicinanze degli Slot PCI e ISA.

Mentre i primi chipset per sistemi Pentium (quelli montati su motherboard dotate di Socket 5) erano

formati da pi di due chip, da un paio di anni a questa parte tutti i produttori si sono orientati verso

una costruzione a due chip, il North Bridge e il South Bridge per l'appunto.

Recentemente, Intel ha introdotto la cosiddetta struttura ad Hub: al posto dei tradizionali north e

south bridge sono infatti presenti distinti chip, chiamati hub, che gestiscono alcuni particolari

compiti. Ad esempio, il chip ICH (Input Output Controller Hub) gestisce tutti i dati di input output,

cio il flusso di informazioni tra processore e periferiche di input output come ad esempio gli harddisk; il chip GMCH (Graphics and Memory Controller Hub) gestisce invece tutti i dati legati al

video on board e quelli tra processore e memoria di sistema. In sostanza, cambiata la struttura del

- 6 -


7/43


chipset ma il risultato rimasto lo stesso, cio coordinare i dati che passano tra le differenti

periferiche.

ChipsetChipset

Il chipset quel componente della

motherboard che gestisce tutti i processi da

quest'ultima svolti, pertanto governa lo

scambio di dati tra le differenti parti che

compongono un PC (processore, sottosistema

video, sistemi di memorizzazione, memoria

di sistema, ecc..).

Il chipset composto da due differenti chip,

il North Bridge e il South Bridge.

2.1. LE PORTE DI INPUT/OUTPUT

Le porte di I/O sono una serie di prese, localizzate sul lato posteriore del computer, che vengono

utilizzate per collegare alla macchina tutti dispositivi esterni (monitor, tastiera, mouse, ecc.). La

disposizione delle porte varia da computer a computer.

Tipicamente sono poste direttamente sulla scheda madre le seguenti porte:

Porte PS/2 per il collegamento del mouse e della tastiera (una dedicata al mouse e l'altra allatastiera; non si possono invertire).

Porta Seriale per il modem, o in generale per dispositivi che non richiedono un flusso di dati moltoveloce (fino a qualche anno fa veniva usata anche per il mouse).

Porta Parallela si usa quasi sempre per la stampante, ma in generale adatta per qualunquedispositivo che richieda un flusso di dati pi veloce rispetto alla capacit della porta seriale.

Porta USB (Universal Serial Bus) di recente introduzione, adatta per connettere al computerqualunque tipo di dispositivo (purch compatibile col collegamento USB!). La tecnologia USB

consente di creare "catene" di dispositivi collegati tutti su un'unica porta (fino a 127), inoltre

consente il collegamento "a caldo" (cio a computer acceso), mentre tutti i dispositivi non USB

devono sempre essere collegati a computer spento.

Le schede di espansione che vengono montate sulla scheda madre rendono poi disponibili molte

altre porte, fra cui le principali sono:

- 7 -


8/43


Porta Video (talvolta integrata direttamente sulla scheda madre, soprattutto nei modelli di marca)per connettere il monitor al computer.

Porta di Rete per collegare la macchina direttamente ad una rete di computer, senza usare ilmodem. Ne esistono di vari tipi, ma ormai la presa RJ45 ha di fatto rimpiazzato tutte le altre.

Porta SCSI per dispositivi che richiedono un flusso di dati molto veloce (scanner, masterizzatore

esterno, ecc.). La tecnologia SCSI consente inoltre, come la USB, il collegamento di dispositivi acatena (fino a 7), ma non il collegamento a caldo.

Tipologia velocit in MByte/s

Porta seriale 0,014

Porta Parallela standard 0.150

USB 1.1 1,5

Porta Parallella ECP/EPP 3

FireWire IEEE1394 25

USB 2.0 60

Wide Ultra SCSI 2 80

Wide Ultra SCSI 3 160

Porte di ComunicazionePorte di Comunicazione

3. I DISPOSITIVI DI INPUT/OUTPUT

I dispositivi di I/O, o di Ingresso/Uscita, o Periferiche esterne sono tutti quegli apparecchi che

servono per il trasferimento di dati e informazioni fra il computer e il mondo esterno. Molti

dispositivi sono collegati al computer dall'esterno (attraverso le porte di I/O), ma talvolta alcuni

possono essere inseriti all'interno del computer stesso: per esempio il modem pu avere la forma di

una scheda di espansione.

Dispositivi di Input/OutputDispositivi di Input/Output

Tutti i dispositivi che mettono in comunicazione il

computer con lesterno sono detti genericamente

Periferiche oppure Dispositivi periferici diInput/Output.

I dispositivi di ingresso inviano dati al computer ma

non ne ricevono mai (come il mouse e la tastiera), i

dispositivi di uscita ricevono dati dal computer

senza inviarne mai (come il monitor e le casse

audio)

La Tastiera si collega ad una porta tipo PS/2 appositamente dedicata o tramite USB.Le tastiere moderne (dette "estese", per contrasto con un vecchio tipo "standard") possiedono 101

tasti (o 104 se adattate per Windows), divisi in 4 gruppi (vedi figura).

La tastiera "base" quella inglese che per non contiene le lettere accentate (perch in inglese nonsi usano), per questo motivo in molti paesi sono state adottate delle tastiere nazionali, sacrificando

alcuni simboli poco usati come le parentesi graffe {} e la tilde ~ (presenti nella tastiera inglese) per

- 8 -


9/43


sostituirli con simboli propri dell'ortografia nazionale. In Italia, ad esempio, si usa una tastiera con

le lettere accentate minuscole.

In commercio si trovano anche modelli di tastiere ergonomiche, studiate per il comfort dell'utente

(durezza dei tasti, sagomatura, inclinazione, ecc.) in modo da ridurre al minimo l'affaticamento

delle dita e dei polsi.

Dispositivi di InputDispositivi di Input

Tastiera:

Il mouse fu introdotto assieme ai sistemi operativi di tipo grafico (Macintosh, Windows, ecc.) persemplificare l'invio dei comandi alla macchina, comandi che in precedenza venivano impartiti

unicamente attraverso la tastiera. Lo spostamento del mouse controlla il movimento di unpuntatore

sullo schermo, mentre i tasti inviano il comando. I mouse per Macintosh possiedono un unico tasto,

quelli per Windows due o tre tasti.


Mouse:

ottico o a sfera

cordless

numero di tasti

Il mouseIl mouse

- 9 -


10/43


Lalternativa del mouse la trackball che usa lo stesso meccanismo, avendo per la biglia sul latosuperiore invece che sul lato inferiore. Il movimento del cursore sullo schermo si comanda

muovendo la biglia con le dita senza spostare la trackball. In questo modo non occorre lo spazio che

serve invece per muovere il mouse. Lo svantaggio una certa scomodit d'uso (rapido

affaticamento delle dita) ed una maggiore tendenza a raccogliere polvere e sporcizia. La trackball usata soprattutto sui portatili (che devono essere utilizzabili in ogni condizione, anche quando non

c' spazio per muovere un mouse), sebbene sia stata sostituita dalla touch pad, un'area rettangolaresensibile al tocco delle dita.


Trackball:

Quando si deve usare il computer per disegni di precisione (tecnici o artistici) il mouse uno

strumento del tutto inadeguato perch troppo difficile da controllare. Per questi casi esiste la

tavoletta grafica, che comanda il cursore sullo schermo facendo uso di uno speciale stilo su un

piano sensibile, esattamente come fosse una matita su un foglio di carta. Serve solo con iprogrammi di grafica avanzata.


Tavoletta grafica:

dimensione

risoluzione

- 10 -


11/43



La tavoletta graficaLa tavoletta grafica un sistema di puntamento assoluto e nonun sistema di puntamento assoluto e nonrelativo come mouse erelativo come mouse e trackballtrackball

schermo

Lo Scanner un dispositivo che consente di acquisire testo e immagini stampate su carta pertrasferirle allinterno del computer. I modelli pi versatili consentono anche lacquisizione

direttamente da diapositiva o da negativo fotografico. Somigliano a piccole fotocopiatrici. Gli

scanner migliori usano la tecnologia SCSI per collegarsi al computer.


Scanner:

formato A4, A3, ..

risoluzione (ottica, massima)

interfaccia (usb, parallela, scsi)

velocit di scansione

Le fotocamere vengono usate per catturare immagini in formato digitale che possono esserefacilmente elaborate e/o trasmesse. Si va da fotocamere professionali per immagini di alta qualit, a

piccole fotocamere. La differenza sostanziale nel sensore CCD che definisce la capacit di una

fotocamera di registrare anche i pi piccoli dettagli di una scena. La risoluzione del sensore

definita in Megapixel.

Altro elemento fondamentale lottica utilizzata, cio la qualit della lente utilizzata dallobiettivo.

- 11 -


12/43



Foto/Video camere digitali:

risoluzione sensore CCD

zoom ottico

tipo di memoria

5.0 Megapixel - Dimensione delle immagini: 2.560 x 1.920 pixels




Dispositivi di OutputDispositivi di Output

La risoluzione dellimmagine

216 x 302 pixel

108 x 150 pixel

54 x 75 pixel


e la risoluzione di stampa

216 x 302 pixel 108 x 150 pixel 54 x 75 pixel

- 12 -


13/43


3.1. LE STAMPANTI


Stampanti. Si dividono in treprincipali categorie:

- laser

- a getto dinchiostro

- ad aghi

3.1.1. LE STAMPANTI INK JETLe stampanti a getto d'inchiostro vennero introdotte sul mercato negli anni 80 unitamente alle

stampanti laser, ma solo in questi ultimi anni sono state in grado di acquisire fette di mercato

sempre pi ampie relegando le stampanti ad impatto, che rappresentavano la tipologia di stampa pi

diffusa, ad un settore di nicchia.

I fattori hanno contribuito nel tempo a determinare l'attuale successo commerciale di queste

periferiche, quali:

la possibilit di eseguire stampe a colori l'economicit della periferica la silenziosit del processo di stampa una maggiore qualit di stampa rispetto ad una periferica ad impatto

Le stampanti a getto d'inchiostro, pi comunemente note come "InkJet", sono stampanti che fanno

parte della stessa categoria delle laser, cio della famiglia delle "non a impatto"; queste stampanti

non interagiscono meccanicamente con il foglio di carta durante la stampa, a differenza di quanto

non facciano le stampanti ad aghi. In commercio esistono varie tipologie di InkJet che si

differenziano sia per il numero massimo di colori gestiti contemporaneamente, che pu andare da 1

a 6, che per la velocit di stampa, risoluzione, e formato dei fogli, vedi A4, A3 e cos via. A seconda

del numero dei colori gestiti possiamo parlare di stampanti monocromatiche, a colori in tricromia, o

quadricromia e cos via.

Il principio di funzionamento delle InkJet abbastanza semplice dato che consiste nel proiettare,

con differenti tecnologie sviluppate dagli stessi produttori, delle minuscole gocce di inchiostro sul

foglio di carta sul quale rimarranno impresse dopo la successiva fase di essiccazione. La stampa con

una getto d'inchiostro, e quindi la formazione della pagina, si realizzata con successivi passaggi, in

direzione orizzontale, della testina di stampa sul foglio seguiti da un avanzamento, o passo

verticale, dello stesso; il foglio che deve essere stampato viene idealmente suddiviso in strisce e la

stampante, governata dal software in dotazione, movimenta la testina sulla base dei segnali ricevuti

dal PC. Ovviamente questo processo tender ad impegnare il nostro computer per tempi pi o meno

lunghi ma il tutto fortemente condizionato dal quantitativo di memoria buffer di cui la stampante

potr disporre; questa memoria in grado di ospitare le informazioni che dovranno essere inviate

alla testina liberando di conseguenza le risorse del nostro PC, quindi maggiore questa memoria e

prima il computer potr "liberarsi" dalle code di stampa.

L'obiettivo comune di tutte le tecnologie impiegate quello di portare ad una certa pressione lagoccia di inchiostro all'interno della testina di stampa, in modo tale da "sparare" l'inchiostro verso il

- 13 -


14/43


foglio; a seconda delle modalit con cui questa pressione viene creata parleremo di "Tecnologie

basate sul calore" e di "Tecnologia Piezo-Elettrica".

StampantiStampanti InkJetInkJet

Le caratteristiche : risoluzione (1200x1200 dpi, 4800x1200dpi, )

formato A4, A3

velocit di stampa (8 ppm, fino a 20 ppm)

numero di cartucce

tipo di collegamento (parallela, usb)

principio di funzionamento

multifunzione I problemi maggiori che possiamo riscontrare con le stampanti a getto sono proprio legati alle

testine di stampa e alla loro usura; il procedimento termico di gran lunga il pi usurante ed per

questo motivo che la testina di stampa incorporata nella cartuccia di inchiostro e viene quindi

sostituita ogni volta che viene cambiata la cartuccia stessa, mentre con la tecnologia piezoelettrica,

molto meno usurante, le testine sono parte integrante della stampante; in questo caso per,

l'eventuale rottura della testina che un problema non cos poco frequente e molto condizionato dal

modo d'uso della periferica, comporterebbe una riparazione abbastanza costosa pari, per i modelli

entry level, anche al 50% del loro valore commerciale.

3.1.1.1. TECNOLOGIA BASATA SUL CALORE

Questa tecnologia, meglio nota come Bubble Jet, stata ideata e sviluppata dalla societ Canon;

essa provvede a creare la pressione per proiettare l'inchiostro sul foglio con il calore; in pratica la

goccia d'inchiostro viene riscaldata all'interno degli ugelli di stampa da un termoresistore, cio da

un dispositivo che si riscalda quando viene percorso da corrente elettrica, si forma progressivamente

una bolla la quale espandendosi spinge l'inchiostro al di fuori degli ugelli; il vuoto lasciato dalla

goccia proiettata verso il foglio con una velocit di circa 5 - 8 m/s (tra i 18 e i 29 Km/h), richiama

altro inchiostro dai rispettivi serbatoi. Il dispositivo riscaldatore viene ovviamente disattivato in

attesa che il nuovo inchiostro riempia nuovamente gli ugelli.

- 14 -

Tecnologia basata sul caloremeglio nota come Bubble Jet, stata ideata e sviluppata

dalla societ CANON.

La goccia viene proiettata verso il foglio con una

velocit di circa 5 - 8 m/s (tra i 18 e i 29 Km/h),

http://www.canon.it/http://www.canon.it/


15/43


Questo tipo di tecnologia impone l'uso di particolari inchiostri termo-resistenti, cio resistenti al

calore, e il rispetto dei tempi dettati dal transitorio termico che si crea nelle fasi di: riscaldamento

inchiostro - raffreddamento del dispositivo termico - riscaldamento della nuova goccia; questo

transitorio quello che condiziona maggiormente la velocit di stampa in funzione, ovviamente,

delle caratteristiche della testina di stampa. Gli stampati presentano, in generale, un caratteristico e

leggero effetto "bagnato", dato che i tempi di essiccazione dell'inchiostro, a causa del suoriscaldamento, sono in media pi lunghi rispetto a quelli riscontrabili con altre tecnologie; questo si

traduce in una maggiore diffusione dell'inchiostro sulla carta comune e quindi in risoluzioni di

stampa inferiori; Canon ha comunque recentemente sviluppato una interessante tecnologia,

denominata "P-POP", Plain Paper Optimized Printing, in grado di bloccare il processo di

assorbimento e relativa diffusione dell'inchiostro anche su carta comune, migliorando sensibilmente

la qualit delle stampe. I maggiori produttori che hanno abbracciato questo metodo di stampa sono

Canon ed HP (Hewlett-Packard).

3.1.1.2. TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA

Questa particolare tecnologia stata sviluppata, ed attualmente utilizzata, dalla societ EPSON.Non una tecnologia termica, ma bens elettro-meccanica e consente, in generale, di ottenere un

miglior controllo sul processo di formazione della goccia di inchiostro. Il principio di

funzionamento si basa sulla caratteristica piezoelettrica di alcuni cristalli, cio sul fatto che alcuni

cristalli si possono elettricamente polarizzare se elasticamente deformati (effetto piezoelettrico

diretto) oppure, processo inverso utilizzato per le stampanti, possono elasticamente deformarsi se

sottoposti a particolari campi elettrici (effetto piezolelettrico inverso). L'inchiostro viene inviato

nella testina di stampa di forma tronco-conica attraverso una particolare camera che a stretto

contatto con l'elemento piezoelettrico; qui, con appositi campi elettrici, generati sulla base dei

segnali inviati dal PC, si opera la deformazione dell'elemento piezoelettrico che si traduce in un

aumento della pressione nell'inchiostro; quest'ultimo viene proiettato, attraverso la testina di stampa

e gli ugelli, verso il foglio. Non essendo una tecnologia basata sul calore, l'inchiostro arriva sul

foglio a temperatura ambiente e quindi tende ad asciugarsi in tempi pi ristretti rispetto al processo

termico, eliminando quasi del tutto l'effetto "foglio bagnato".

Tecnologia Piezo-Elettrica stata sviluppata, ed

attualmente utilizzata, dalla

societ Epson.


Sfruttando questa tecnologia possiamo ottenere gocce di ridottissime dimensioni, perfettamente

sferiche, in grado di asciugarsi rapidamente riducendo l'effetto diffusivo dell'inchiostro sul foglio a

vantaggio della elevata qualit di stampa anche su carta comune.

Mentre nella tecnologia Bubble Jet il transitorio termico era l'elemento condizionante la velocit del

processo di stampa, con la tecnologia piezoelettrica questo limite viene dettato da problemi legati

- 15 -
http://www.hwupgrade.it/articoli/265/index6.htmlhttp://www.canon.it/http://www.hp.com/Italy/http://www.epson.it/http://www.epson.it/http://www.hp.com/Italy/http://www.canon.it/http://www.hwupgrade.it/articoli/265/index6.html


16/43


alle vibrazioni meccaniche che nascono a causa delle elevate frequenze con cui l'elemento

piezoelettrico viene deformato nel tempo.

Queste due particolari tecnologie, Bubble Jet e Piezo-Elettrica, si sono ovviamente perfezionate nel

tempo e le case che le hanno adottate sono oggi in grado di rendere disponibili prodotti molto

competitivi sia in termini di risoluzione, di velocit, di qualit di stampa per testi, grafica ed

immagini fotografiche, e di economicit.

3.1.2. LE STAMPANTI LASER

Le stampanti laser fecero la loro comparsa negli anni 80 come d'altronde le stampanti a getto

d'inchiostro; ad HP (Hewlett Packard) si deve la produzione della prima stampante laser costruita

sulle basi di una tecnologia sviluppata da Canon.

Le stampanti laser, a tutt'oggi, rappresentano il punto di riferimento per la qualit delle stampe di

testo in B/N e si rivolgono ad un bacino di utenza che spazia dal privato, al piccolo e medio ufficio,

fino a rappresentare il dispositivo di stampa per eccellenza per reti informatiche grazie all'ottima

velocit, qualit di stampa ed economicit d'uso.

L'evoluzione e la diffusione di queste periferiche sono state inizialmente contrastate dall'elevatocosto, ma col passare degli anni e con il progressivo miglioramento delle tecniche costruttive, della

velocit e qualit di stampa, il prezzo di vendita diventato decisamente pi competitivo e questo

ha contribuito ad una loro maggiore diffusione sul mercato; attualmente si possono trovare delle

ottime periferiche laser monocromatiche sotto il milione di lire caratterizzate da una buona velocit,

qualit di stampa e dotazione di memoria.

Queste stampanti nascono per soddisfare le sempre pi crescenti richieste dell'utenza aziendali e

professionali che ricercano periferiche in grado di stampare a colori con elevata qualit e velocit di

stampa e con un costo per pagina limitato. Queste periferiche sono in genere utilizzate in rete, dove

i volumi di stampa mensili sono tali da non consentire l'uso di InkJet, pi lente e con un maggiore

costo per pagina, anche se economicamente pi convenienti come prezzo di acquisto. Queste

stampanti consentono velocit molto elevate di pagine per minuto (ppm) sia a colori che in B/N.

La risoluzione nelle stampanti laser parte dai 300 dpi, anche se oramai quasi tutte le entry level

consento di raggiungere i 600 x 600 dpi, fino ai 1200 dpi per i modelli di fascia alta, mentre la

velocit di stampa parte dalle 6 ppm fino ad arrivare a 60 pi pagine al minuto; in genere

gestiscono formati di foglio pari all'A4, ma ci sono periferiche che utilizzano supporti A3.

Le caratteristiche:

risoluzione (300x300 dpi, 600x600 dpi, )

velocit di stampa (8 ppm, , fino a 20 ppm)

memoria (fino a 500MB)

tipo di collegamento (parallela, usb, ethernet)

Stampanti LaserStampanti Laser

Il principio di funzionamento delle stampanti Laser abbastanza semplice da illustrare anche sequeste periferiche sono un concentrato di alta tecnologia e complessit costruttiva; all'interno della

stampante troviamo una sorgente laser che genera un fascio di luce concentrato ed una lente

- 16 -


17/43


prismatica, cio una sorta di specchio rotante, in grado di indirizzarlo nei punti desiderati; questo

fascio colpisce puntualmente e con grande precisione un rullo di stampa ricoperto da uno strato di

materiale fotosensibile, cio in grado di caricarsi elettricamente se eccitato da un fascio di luce. Lo

specchio viene movimentato sulla base dei segnali che arrivano dal PC, in modo tale da

"disegnare", per linee orizzontali, l'immagine sul rullo fotosensibile rotante; un procedimento

analogo a quello che governa le stampanti ad impatto ed InkJet, cio la formazione della paginaavviene per linee orizzontali (tecnologia RASTER). Il rullo elettricamente caricato entrando in

contatto con una finissima polvere denominata Toner, costituita da piccole particelle di carbone e di

resina, attira su di se queste particelle nelle zone caricate elettricamente per poi depositarle, per

contatto, sul foglio di carta. Con un successivo processo termico si fissa il Toner al foglio; in

pratica il foglio viene fatto passare tra due rulli riscaldati ad alta temperatura in modo tale che il

calore fonda temporaneamente la resina contenuta nel Toner fissandolo sul foglio e dando origine a

stampe con un nero molto marcato e duraturo nel tempo. Tutto il processo di stampa viene gestito

da un apposito processore, in genere di tipo RISC, presente sul circuito integrato della stampante.

laser

specchio

Rullo fotosensibile



toner

3.2. I MONITOR

Il monitor rappresenta l'interfaccia di output per eccellenza e quindi il mezzo attraverso il quale

possiamo visualizzare in modo diretto tutto quello che "succede" sul nostro personal computerAttualmente i monitor presenti sul mercato sono i tradizionali monitor CRT, oppure quelli LCD -

TFT, e per ognuna di queste famiglie esiste unampia variet di prodotti che si differenziano per

- 17 -


18/43


dimensioni, risoluzioni massime raggiunte, dispositivi opzionali quali porte USB, oppure Kit

multimediali ed altro ancora.

3.2.1. MONITOR CRT

I monitor CRT (Cathode Ray Tube), cio costituiti da un tubo a raggi catodici. Questa tecnologiacostruttiva risale a parecchie decine di anni fa, esattamente nel 1897 per opera dello scienziato

tedesco Ferdinand Braun.

MONITOR CRTMONITOR CRT

I monitor CRT si sviluppano attorno al loro componente fondamentale, cio il sopra citato Tubo

Catodico, e l'evoluzione tecnologica di questo componente ha caratterizzato anche l'evoluzione

delle periferiche che lo adottano. Un monitor CRT semplicemente costituito da un tubo di vetro

nel quale si realizza il vuoto, cio si aspira tutta l'aria in esso contenuta, con una parte anteriore

rivestita da fosfori, sostanze in grado di emettere luce se colpite da cariche elettriche in atmosferararefatta; la struttura molto simile a quella di un televisore domestico.


Nei CRT abbiamo la presenza di un catodo che produce elettroni (cariche elettriche di segno

negativo), i quali vengono "sparati" verso la superficie anteriore del tubo tramite un acceleratore di

cariche che sfrutta una elevata differenza di potenziale elettrico; questi elettroni acquistano una

notevole energia funzione della velocit raggiunta, essendo la loro massa molto limitata. Gli

elettroni vanno a colpire la parte anteriore del tubo interagendo con il rivestimento in fosfori, inquesto modo abbiamo la "conversione" della loro energia in luce e si vengono a creare delle

immagini visibili dall'occhio umano. In generale nei CRT a colori abbiamo tre cannoni di elettroni

- 18 -


19/43


(vedi immagine sotto - Electron Gun), a differenza del singolo cannone presente nei monitor

monocromatici oramai in disuso.

Come sappiamo il nostro occhio reagisce ai tre colori primari verde, rosso e blu, e alle loro

combinazioni che danno luogo ad un numero infinito di colori. I fosfori presenti sulla superficie

frontale del tubo catodico sono particelle molto piccole che il nostro occhio non in grado di

percepire e che riproducono questi tre colori primari; questi fosfori, come detto, vengono accesi secolpiti dagli elettroni generati dal catodo e sparati dai tre cannoni presenti nel CRT; ogni cannone

viene abbinato ad uno dei tre colori primari. I tre cannoni inviano elettroni sui vari fosfori, questi si

accendono combinando i tre colori primari e formando le immagini con i colori voluti.


Singolo punto sullo

schermo


Sintesi additiva dei colori

nero

bianco

E' ovvio che per ottenere dei buoni risultati non sufficiente il solo tubo catodico, ma anche un

ottimo circuito di controllo, cio tutta la parte elettronica che gestisce il funzionamento del monitor;

questo in genere quello che differenzia, da un punto di vista qualitativo, i monitor che montano lo

stesso tubo catodico ma adottano differenti circuiti di controllo sviluppati da differenti costruttori.

Tale circuito ha il compito di gestire il segnale che arriva direttamente dalla scheda video del PC. Il

circuito in questione deve ottimizzare l'amplificazione del segnale e il funzionamento dei cannoni di

elettroni che vanno ad eccitare i fosfori creando, in questo modo, l'immagine a video. L'immagine

che viene visualizzata sullo schermo del nostro monitor, a differenza di quanto ci possa apparire,

non fissa e stabile, ma il risultato di un continuo accendersi e spegnersi di fosfori di differentecolore, da sinistra verso destra e dall'alto verso il basso, con una frequenza cos elevata da farci

apparire l'immagine fissa (da cui deriva il nome di terminale a scansione raster raster scan

- 19 -


20/43


display). Il nostro occhio in grado di "conservare" l'immagine visualizzata per un tempo molto

limitato (fenomeno della permanenza retinica), circa 1/20 di secondo, mentre sullo schermo

l'accensione del fosforo permane per un tempo pari a circa 1/10 di secondo, cio pi di quanto non

permanga sulla retina dell'occhio; come conseguenza abbiamo che se un punto si sposta lentamente

sul video noi siamo in grado di coglierne lo spostamento, ma se tal punto si sposta molto

velocemente percorrendo in continuazione la stessa traiettoria in un numero di volte pari ad almeno20 al secondo, l'effetto che otteniamo che il nostro occhio non vedr pi un punto che si muove,

ma bens una linea continua fissa nel tempo. L'abilit del circuito nell'accendere e spegnere in modo

opportuno i fosfori viene misurata dalla larghezza di banda che risulta proporzionale al numero di

pixel (dimensione minima di un punto fisico) che vengono accesi e spenti in un secondo.


Persistenza dei fosfori: 40 60 sec



- 20 -


21/43




Il fascio di elettroni

colpisce ogni fosforo apartire da quello in alto a

sinistra fino ad arrivare a

quello in basso a destra.

La frequenza di refresh

indica il numero di volte

che tale operazione viene

ripetuta ogni secondo


Per evitare che ogni

fosforo si spenga

necessario che il fascio di

elettroni li colpisca ad

intervalli di tempo

inferiori al loro tempo di

persistenza.

Tale valore

direttamente correlato

alla frequenza di refreshverticale che non deve

mai essere inferiore a

75Hz

3.2.2. LE CARATTERISTICHE DI UN MONITOR CRT

Le caratteristiche fondamentali di un monitor CRT sono: dimensione, risoluzione e refresh. Queste

tre caratteristiche vanno sempre considerate contemporaneamente quando devono essere valutate la

qualit di un monitor, oppure ci si appresta ad acquistarne uno, dato che sono tra loro strettamente

dipendenti.


Caratteristiche dei monitor CRT

Frequenza di Refresh Verticale

Dimensione del tubo

Forma del tubo

Dot Pitch

- 21 -


22/43


La risoluzione in un monitor intesa come la dimensione dell'immagine visualizzata espressa dalnumero di punti che ne costituiscono la larghezza e l'altezza; dire che un monitor ha una risoluzione

di 640x480 punti vuol dire, in pratica, che l'immagine sar formata da 640x480=307200 punti su di

un rettangolo con base pari a 640 punti ed altezza pari a 480 punti. Questo spiega il perch ad una

maggiore risoluzione corrisponda un maggior numero di contenuti visualizzati sullo schermo. E'

ovvio che la risoluzione deve essere adeguata alle dimensioni del monitor, altrimenti si corre ilrischio di avere immagini cos rimpicciolite che risulteranno difficilmente visionabili. La

risoluzione adottabile dipende da alcuni fattori quali, ovviamente, le caratteristiche del monitor,

della scheda video e del quantitativo di memoria della stessa che limita anche il numero

massimo dei colori visualizzabili.

Esistono alcuni parametri, legati alle caratteristiche costruttive del tubo CRT, che vengono

commercialmente assunti dai vari costruttori per definire la qualit delle loro periferiche.

Il dot pitch rappresenta la misura del lato maggiore di un triangolo ideale ai vertici del qualeabbiamo i tre dot, o punti, del medesimo colore; la distanza tra dot del medesimo colore pu essere

misurata in differenti modi ottenendo misure inferiori a quelle del reale dot pitch; questo potrebbe

trarre in inganno l'acquirente per quanto concerne le reali caratteristiche qualitative del monitor in

oggetto. Nell'immagine a lato possiamo visualizzare meglio questo concetto; in un monitor con dppari a 0,27mm la distanza tra i dot sull'orizzontale di 0,22 mm e sulla verticale di 0,16 mm.


Forma

Sferica

Cilindrica (Trinitron-sony)

Piatta


Il dot pitch rappresentala misura del lato

maggiore di un triangolo

ideale ai vertici del quale

abbiamo i tre dot del

medesimo colore

- 22 -


23/43



Il dot pitch perci unacaratteristica costruttivadel monitor che non pu

essere variata. Si misura

in mm ed assume valori

pari a 0.27, 0.24, 0.22.

La scelta della dimensione strettamente legata all'uso che faremo del nostro PC e quindi, adesempio, sar in base alla tipologia dei programmi utilizzati, vedi word processing, CAD,

programmi di fotoritocco etc. In commercio ci sono unit con dimensioni variabili tra i 15" e i 24"in genere; bene ricordare che la dimensione di un monitor viene intesa come la lunghezza in

pollici misurata lungo la sua diagonale, come da figura allegata, e che l'effettiva area di

visualizzazione inferiore a quella dichiarata dal costruttore e che possiamo definire

"commerciale", dato che parte dello schermo rimarr nascosto dal case plastico del monitor; questo

si traduce in una diagonale effettiva pi corta di circa 1,2" 2.


Dimensione

Nominale

15

17

19

21

24

Effettiva

13.5-14

15.5-16

17.5-18

19.5-20

21.5-22


Definita la diagonale

visibile e il dot pitch

facile determinare qual

la risoluzione massima

di un monitor

- 23 -


24/43



Monitor 17

Dot pitch 0.27 mm

432 mm

345 mm

260 mm

345/0.27 = 1280

punti

260/0.27 = 962 punti

La frequenza verticale, meglio nota come refresh rate, espressa in Hz (Hertz), indica il numero divolte che nel tempo pari ad 1 secondo l'immagine a video viene completamente ridisegnata; questo

il parametro che pu caratterizzare lo sfarfallio del monitor se non adeguato alla risoluzione

impostata. L'analisi di queste frequenza deve essere coadiuvata dalla conoscenza delle

caratteristiche della nostra scheda video e quindi di quelli che sono i valori massimi di refresh e le

relative massime risoluzioni impostabili. Per evitare il classico e fastidioso sfarfallio che ci

impedisce di poter usare il monitor ad alcune risoluzioni bisognerebbe verificare il valore di refresh

per ogni risoluzione e assicurarsi che per ognuna di esse il refresh rate non scenda mai al di sotto

degli 85 Hz; questo ci garantir di poter lavorare a lungo davanti al nostro monitor senza che la

nostra vista ne possa in qualche modo risentire. Il massimo refresh ovviamente funzione dellascheda video che lo deve produrre e del monitor che lo deve sopportare. In tabella sono indicate le

minime e severe frequenze di refresh abbinate alle varie risoluzioni considerate dalla nuova

normativa TCO 99:


Dimensione Frequenza di refresh Risoluzione

14" - 15" 85 Hz 800x600

17" 85 Hz 1024x768

19" 85 Hz 1280x1024

20" - 21" 85 Hz 1280x1024

24" 75 Hz 1600x1200

Altro parametro da prendere in considerazione e che caratterizza i monitor dell'ultima generazione

la multifrequenza, cio la capacit da parte della nostra periferica di autoregolarsi a seconda dellafrequenza che viene impostata direttamente dalla scheda video; abbinata a questa caratteristica

- 24 -


25/43


abbiamo alcuni nomi commerciali che alcuni costruttori hanno dato ai loro prodotti come

"multisync" o "multiscan".

Altro aspetto importantissimo verificare se il monitor alla sua risoluzione ottimale di lavoro, o a

quelle che avremo intenzione di sfruttare, funzioni in modalit non interlacciata; in pratica

l'immagine a video si forma riga per riga pu essere costruita in due differenti modi:

a) modalit interlacciata: vengono prima tracciate tutte le linee dispari e poi tutte le pari, quindi lariga 1, 3, 5, 7 ecc. e poi ripartendo sempre dalla parte alta del video le linee 2, 4 ,6 etc.

b) modalit non interlacciata: le linee vengono tracciate in un solo passaggio una dopo l'altra e

quindi la linea 1, 2, 3 ,4 etc.; questo comporta una maggiore stabilit dell'immagine e l'assenza dello

sfarfallio, dato che si riesce a formare l'immagine a video in tempi pi brevi.

3.3. I MONITOR LCD

Oltre alla tecnologia CRT che rimane ancora la pi diffusa nel mondo dei monitor per PC, un'altra

interessante tecnologia, quella denominata LCD (Liquid Crystall Display) si sta sempre pi

diffondendo e a detta di molti sostituir completamente, in un prossimo futuro, la CRT.

I monitor che sfruttano la tecnologia LCD sono le cosiddette periferiche a cristalli liquidi, ciocostituiti da una particolare sostanza il cui stato fisico a met strada tra un solido ed un fluido;

questa sostanza possiamo ritenerla composta da tante piccole "bacchette o filamenti" orientabili.

La scoperta dei cristalli liquidi avvenne nel lontano 1888, ma le prime applicazioni risalgono ad

anni pi recenti ed ebbero inizio nel momento in cui si scopr che le piccole "bacchette" che li

componevano, sotto lo stimolo di un opportuno campo elettrico, potevano modificare il proprio

orientamento, in modo tale da modificare le caratteristiche del fascio di luce che le attraversava.

Sulla base di questa scoperta e con gli studi successivi che vennero effettuati, si riusc a trovare un

legame tra stimolo elettrico ed orientamento dei cristalli, tale da consentire la visualizzazione di

immagini. Le prime applicazioni furono nel campo dei display per le calcolatrici e successivamente

nei monitor dei PC portatili; attualmente gli enormi progressi compiuti in questo campo hanno

permesso di avviare un nuovo ed interessante processo produttivo di monitor LCD per PC da tavolo

approdando anche, pochi anni or sono, al colore.

La scoperta dei cristalli liquidi avvenne

nel lontano 1888, ma le prime

applicazioni risalgono ad anni pi

recenti ed ebbero inizio nel momento in

cui si scopr che le piccole "bacchette"

che li componevano, sotto lo stimolo disotto lo stimolo di

un opportuno campo elettrico, potevanoun opportuno campo elettrico, potevano

modificare il proprio orientamento,modificare il proprio orientamento, inin

modo tale da modificare lemodo tale da modificare le

caratteristiche del fascio di luce che lecaratteristiche del fascio di luce che le

attraversava.attraversava.

MONITOR LCDMONITOR LCD

- 25 -


26/43


3.3.1. CRT VS LCD

Le dimensioni di uno schermo LCD sono quelle effettivamente sfruttabili con le immagini a video e

non inferiori alla dimensione commerciale che si attribuisce ai CRT; come ben sappiamo su un

CRT la dimensione effettiva del video inferiore a quella della classe dimensionale di appartenenza

per il fatto che parte dello schermo rimane inglobato nel case plastico della periferica; in genere siha uno scarto che varia tra 1 e 2 pollici misurati sulla diagonale, quindi un CRT da 17" ha una

effettiva diagonale variabile tra i 15 e i 16 pollici, mentre un LCD da 15" ha una effettiva diagonale

di 15" quindi, in pratica, comparabile ad un CRT da 17".

Altro aspetto apprezzato la totale assenza di emissioni dannose per la vista e il minor consumo

energetico. Ovviamente esistono anche gli aspetti "negativi"; come meglio evidenzieremo in

seguito, le caratteristiche dei monitor LCD fanno si che la qualit delle immagini, sotto alcuni

aspetti, non sia ancora all'altezza dei CRT, dato il minor numero di colori visualizzabili, la minor

luminosit alle alte risoluzioni (sono periferiche retroilluminate), la limitata possibilit di

modificare la risoluzione a video senza incidere drasticamente sulla qualit delle immagini a causa

dell'architettura "grid array", etc...

Questa architettura si basa sul seguente concetto: il display composto da un numero di celle parialla massima risoluzione visualizzabile, dove ad ogni cella corrisponde un pixel; al variare della

risoluzione la qualit dell'immagine cala perch sar formata da una interpolazione dei colori tra le

varie celle.

Altro aspetto "negativo", fin quando saranno in funzione schede video con uscita analogica, risiede

nel fatto che la tecnologia su cui si basano gli LCD di tipo digitale; questo comporta una doppia

conversione del segnale da digitale ad analogico nel PC e da analogico a digitale nel monitor LCD.

I monitor LCD sono dotati di un convertitore DA (analogico/digitale) che incide in maniera

significativa sul costo finale della periferica e, come detto, sulla qualit dell'immagine. Questa

conversione che non avviene quasi mai in modo ottimale obbliga l'utente ad effettuare delle

opportune regolazioni intervenendo sui "disturbi" del segnale, sul contrasto, sulla regolazione del

clock e della fase etc. L'ultimo punto "dolente" quello che viene definito angolo di visione, insostanza la massima inclinazione che possiamo assumere nei confronti del nostro monitor senza che

ne venga pregiudicata la qualit dell'immagine osservata, e questo sia in direzione orizzontale che

verticale; i CRT emettono luce in tutte le direzioni sono quindi caratterizzati da un ampio angolo

di visione mentre gli LCD hanno un campo pi limitato e sempre pi numerose sono le tecnologie

che i vari costruttori stanno sviluppando per sopperire a questa particolare, e non trascurabile,

limitazione.

- segnale digitale in ingresso

- spessore ridotto

- assenza di radiazioni

- nessuno sfarfallio

- diagonale visibile = diagonale reale

- angolo di visione limitato

- costi elevati

Caratteristiche deiCaratteristiche dei


- 26 -


27/43


3.3.2. COME FATTO E FUNZIONA UN MONITOR LCD

I "Cristalli Liquidi" furono scoperti pi di 100 anni fa constatando che determinate sostanze con

struttura cristallina tipica di un solido, se opportunamente riscaldate, assumevano una consistenza

semiliquida, pur mantenendo una struttura cristallina al proprio interno; i cristalli, ad una

osservazioni microscopica, appaiono come delle piccole bacchette o, meglio ancora, filamenti ed per questo che prendono il nome di nematici, dal greco "nemo", cio filo. Oltre ai nematici esistonoaltre tipologie di cristalli liquidi, ma sono poco utilizzati nella costruzione di display LCD.

I "filamenti cristallini" facendo parte di una sostanza semifluida sono caratterizzati da una certa

libert di movimento ed inoltre rifrangono i fasci di luce su di essi incidenti; ovvio che la rifrazione

del fascio luminoso varier a seconda dell'orientamento degli stessi. Questi piccoli "filamenti" sotto

lo stimolo di un apposito campo elettrico possono modificare il proprio orientamento e di

conseguenza modificare le caratteristiche del fascio di luce che li attraversava.

I monitor LCD sono costituiti da sette strati fondamentali; partendo dalla zona centrale abbiamo due

pannelli di vetro che racchiudono i cristalli liquidi; questi pannelli presentano delle scanalature che

vanno ad orientare i cristalli facendogli assumere una particolare configurazione ad elica. Tali

scanalature infatti, sono disposte in modo tale che siano parallele su ogni pannello, maperpendicolari tra i due pannelli.

Le scanalature rettilinee sono ottenute posizionando sui due pannelli di vetro delle sottili pellicole

trasparenti di materiale plastico che vengono opportunamente trattate. I cristalli venendo in contatto

con le scanalature si orientano di conseguenza; le scanalature tra i due pannelli sono tra loro

ortogonali, i cristalli passando da un pannello all'altro sono obbligati a subire una torsione di 90

assumendo, come detto, una configurazione ad elica.


Illuminazione

posteriore

Filtro a

polarizzazione

verticale

Transistor

Cristallo

Cristalli Liquidi

Filtri colorati

Filtro a

polarizzazione

orizzontale

Pixel spento

Pixel acceso

La tecnologia ora descritta va sotto il nome di Twisted Nematic (TN), cio cristalli nematici ruotati.I due pannelli sono tra loro molto vicini, si parla di una distanza di circa 5 milionesimi di

millimetro.

Se i cristalli vengono attraversati da un fascio di luce questo segue l'andamento della disposizione

dei cristalli e quindi subisce una rotazione di 90 nel passaggio da un pannello all'altro.

L'applicazione di una tensione elettrica causa l'orientamento dei cristalli nella direzione del campo

elettrico generato, si perde la precedente disposizione ad elica e si realizza una nuova disposizione

ordinata dei cristalli in direzione verticale e non pi orizzontale; la luce attraversa direttamente i

cristalli senza subire la rotazione di 90 (vedi immagine allegata).Questo diverso comportamento

del fascio luminoso non pu essere colto dall'occhio umano se non adottando opportuni filtripolarizzanti.

- 27 -


28/43


Questi filtri hanno la caratteristica di far passare la luce solo lungo prefissati assi e quindi di non

farla diffondere, come di consueto, a 360; in pratica se noi andiamo ad allineare l'asse del filtro con

quello delle scanalature sul vetro, la luce entra allineata con le scanalature, incontra i cristalli

disposti lungo un elica ed arriva al secondo vetro allineata con i solchi li presenti e quindi il secondo

filtro far passare integralmente tutto il fascio di luce, ma se applichiamo una differenza di

potenziale tale da orientare i cristalli e far passare la luce senza la caratteristica rotazione ad elica, ilfascio di luce giunger sul secondo vetro perpendicolarmente ai solchi e quindi non potendo uscire,

dato che il secondo filtro lo blocca, vedremo lo schermo completamente nero (il fascio di luce viene

catturato).


Posizionando un elevato numero di elettrodi che generano differenze di potenziali in differenti punti

dello schermo, le cosiddette celle di cristalli liquidi, si in grado di riprodurre in zone moltolimitate e localizzate questo fenomeno e gestendo in modo opportuno il loro funzionamento si

anche in grado di rappresentare immagini, lettere ecc.; gli elettrodi essendo costruiti di materiale

plastico trasparente possono essere realizzati con qualunque forma.

L'evoluzione tecnologica ha permesso di rendere queste "celle" molto piccole, in pratica dei piccoli

punti, aumentando di conseguenza la risoluzione degli schermi LCD, ogni punto corrisponde ad un

pixel, e consentendo di visualizzare immagini complesse con buona definizione.

3.3.3. LCD A COLORI E A MATRICE ATTIVA

L'impiego del colore ha comportato la necessit di dover retro illuminare gli schermi, facendo in

modo che la luce venisse generata nella parte posteriore del display LCD; ci consente un'ottimalevisione dell'immagine anche in condizioni di scarsa luminosit nell'ambiente circostante, a

differenza dei precedenti dispositivi che realizzavano la retro illuminazione riflettendo, con uno

specchio, la luce che arrivava dall'ambiente circostante.

- 28 -


29/43


I colori vengono ottenuto con l'impiego di tre filtri riproducenti i tre colori fondamentali rosso,

verde e blu e facendo passare il fascio di luce attraverso i filtri stessi. Combinando per ogni singolopunto, o pixel, dello schermo questi tre colori fondamentali, siamo in grado di riprodurre il colore

voluto nel punto desiderato; la combinazione dei tre colori base si ottiene gestendo in modo

opportuno gli elettrodi che puntualmente generano la differenza di potenziale necessaria per

orientare i cristalli.

3.3.4. LCD A MATRICE PASSIVA VS LCD A MATRICE ATTIVA

Il termine matrice viene introdotto per la caratteristica suddivisione dello schermo in punti, ognuno

dei quali viene indirizzato separatamente dagli altri e quindi separatamente dagli altri pu essere

acceso o spento a piacere. Si denomina matrice passiva la tecnologia che per la produzione deidisplay LCD utilizza elettrodi per il controllo del cristalli liquidi; mediante tale tecnologia le

immagini si formano riga per riga, con il campo elettrico che passa da una riga all'altra

provocandone l'accensione e la successiva dissolvenza, appena il campo stesso viene disattivato in

quel punto; una volta tolto il campo elettrico l'immagine progressivamente si dissolve perch i

cristalli rimangono in posizione orientata solo per qualche secondo.

I display a matrice passiva hanno dei grossi limiti per quanto concerne l'aspetto qualitativo ed

applicativo, hanno infatti un'immagine non perfettamente nitida e tendenzialmente sfarfallante; l'uso

di cristalli lenti, dato che rimangono in posizione anche dopo aver tolto il campo elettrico, non

permette una corretta visualizzazione di immagini in movimento. Non meno trascurabile il

problema dell'interferenza tra i vari elettrodi che si manifesta sotto forma di aloni sul display.

Risultati migliori sia per quanto concerne la stabilit, la qualit, la risoluzione, la nitidezza e labrillantezza dell'immagine si possono ottenere con gli schermi a matrice attiva che a fronte dellamaggiore qualit contrappongono un costo molto pi alto. La matrice attiva offre notevoli vantaggi

rispetto a quella passiva, quali ad esempio la maggiore luminosit e la possibilit di guardare lo

schermo anche con inclinazioni fino a 70-80 senza perdere in qualit di immagine, cosa

impensabile con la matrice passiva che in pratica consente una visione ottimale solo da posizione

frontale rispetto al display; possiamo visualizzare immagini in rapido movimento senza il fastidioso

effetto scia e senza sfarfallii, dato che il tempo di risposta di un display a matrice attiva di circa

10-15 ms rispetto ai 300 della passiva, inoltre si ha una qualit nel contrasto superiore a quella

offerta dai monitor a tubo catodico CRT.

Nella matrice attiva si abbinato ad ogni elettrodo un transistor di memoria in grado di

memorizzare un'informazione digitale (numero binario 0 o 1) e quindi di mantenere quelladeterminata immagine fino al ricevimento di un altro segnale.

- 29 -


30/43


I transistors, come gli elettrodi, devono essere fabbricati con materiali trasparenti per evitare di

bloccare il passaggio del fascio luminoso e vengono poi posizionati sul retro del display su uno dei

pannelli di vetro che contengono i cristalli liquidi; a tal scopo si impiegano delle pellicole di

materiale plastico "Thin Film Transistor", transistor a film sottile, da cui la nota sigla TFT,caratterizzate da uno spessore sottilissimo tra 1/10 e 1/100 di micron.

Considerando lo spessore del "Thin Film Transistor", la tecnologia impiegata per la costruzione deitransistors non pu che essere altamente sofisticata, ma purtroppo non certo esente da possibili

difetti qualitativi sul prodotto finale anche perch il numero di transistors utilizzati decisamente

alto; basti pensare ad un display in grado di visualizzare immagini con una risoluzione di 800x600

in modalit SVGA e con soli 3 colori e al fatto che in esso abbiamo la presenza di ben 1.440.000

transistors individuali per capire quanto risulta delicata la costruzione di monitor con risoluzioni e

numero di colori sempre pi elevato. I vari costruttori limitano ad un certo numero il quantitativo di

transistor che possono risultare difettosi in un display LCD, per stabilire se il prodotto ottenuto

buono oppure deve essere scartato. Diventa quasi inevitabile riscontrare anche in unit di fascia alta

dei transistor difettosi che si presentano sottoforma di pixel, cio punti, difettosi.

LCD a matrice passiva

costituiti da una matrice degli elettrodi che

governano le varie celle di cristalli liquidi

che costituiscono il display.

LCD a matrice attiva

Costituiti da una pellicola di materialeplastico "Thin Film Transistor", transistor a

film sottile, da cui la nota sigla TFT,


3.4. LE SCHEDE GRAFICHE

La scheda grafica composta da uno o pi processori grafici, dallamemoria video e dal ramdac. La

scheda grafica lavora in parallelo con la CPU, facendosi carico dei processi riguardanti la grafica

(maggiore il livello di implementazione in hardware della pipeline grafica da parte della scheda,

migliori saranno le prestazioni grafiche del computer).

La scheda graficaLa scheda grafica

Una scheda video composta da tre

elementi fondamentali:

il ramdac

il processore grafico

la memoria video

- 30 -


31/43


Il processore grafico il cuore della scheda video e ad esso sono associate alcune funzionifondamentali quali la gestione della memoria video e le funzioni per la generazione della grafica

bidimensionale (filling di superfici, blitting di porzioni di immagine, ecc.), pi una serie di

funzionalit quali quelle per la generazione della grafica tridimensionale (implementazione in

hardware di molte operazioni per la creazione di una scena 3D (Goudard shading, clipping, ecc.).

Anche su una scheda video presente il BIOS. Questo di certo non ha le stesse funzionalit diquello presente sulla motherboard, infatti in questa memoria di tipo rom sono registrate tutte leinformazioni necessarie per il corretto funzionamento quali ad esempio la versione del chip, la

quantit di memoria presente sulla scheda, ecc.

Il ramdac ha il compito di trasformare i dati digitali che rappresentano il colore di ogni pixel insegnali elettrici adeguati e con i quali esternamente viene pilotato il monitor. Il controller si occupa

di calibrare lintensit con la quale occorre colpire i fosfori. Esso converte il contenuto in bit di un

pixel in un livello di intensit, cio la quantit di corrente sparata dal cannone per illuminare i

fosfori.

Il ramdac

un componente fondamentale il cui

compito e quello di trasformare i dati

digitali che rappresentano il colore di ogni

pixel in segnali elettrici adeguati e con i

quali esternamente viene pilotato il

monitor.



ramdac

registro

DAC 11001010

Il tipo e la quantit di memoria video di cui dotata la scheda gioca un ruolo importante nellarisoluzione massima ottenibile e nel numero di colori che possibile visualizzare. La RAM video

del tipo VRAM (Video RAM) pi veloce ma anche pi costose delle memorie ad accesso singolo.

Oggi sulle schede grafiche sono montate memorie di tipo DDR2-DDR3 (Double Data Rate tipo 2 o

tipo 3).

3.4.1. LA MEMORIA VIDEO

La memoria video costituisce un componente fondamentale delle schede video: in pratica ogni voltache viene creata una schermata, sia con contenuto grafico (tipico dell'ambiente Windows) sia in

"modo testo" (tipico dell'ambiente Dos) viene coinvolta la Ram Video.

- 31 -


32/43


Una parte della RAM video viene sfruttata per la creazione del frame buffer, una matrice in cui

viene memorizzata limmagine digitale da visualizzare. Le dimensioni della matrice (cio la sua

risoluzione) dipendono dalla quantit di video ram. La risoluzione del frame buffer di due tipi:

grafica e cromatica.


Il processore grafico elabora limmagine e la

scrive sulla ram video (frame buffer)

Il ramdac legge i colori scritti sulla ram video e li

mette a disposizione del monitor per essere

visualizzati

GPU RAM VIDEO RAMDAC MONITOR

La risoluzione grafica si intende ilnumero di unit fondamentali di cui e

composta limmagine. Questa unit di

base prende il nome di pixelpixel.


La risoluzione cromatica serve perdefinire la qualit di visualizzazione

quindi quanti colori possono essere

assunti da ogni pixel.


8bpp (8 bit per pixel) = 256 colori

16 bpp (16 bit per pixel) = 65.536 colori

24bpp (24 bit per pixel)=

16.777.216 colori

- 32 -


33/43


Per risoluzione grafica si intende il numero di unit fondamentali di cui composta limmagine.

Questa unit di base prende il nome di pixel. Questa viene indicata con due numeri che indicano

rispettivamente il numero di pixel presenti su ogni riga ed il numero di righe in cui limmagine

stata suddivisa. La risoluzione cromatica (color depth) serve per definire la qualit di

visualizzazione cio quanti colori possono essere assunti da ogni pixel.

Per visualizzare un immagine in B/N di 640 x 480 pixel servono approssimativamente 38 kb diVRAM (1 bit*640*480/8= 38.400 bytes); nel caso di un immagine in scala di grigio (a 8 bit) la

quantit di VRAM necessaria sale a circa 300 kb (8*640*480/8). Se invece vogliamo visualizzare

unimmagine RGB (24 bit) abbiamo bisogno di quasi 1 Mb (moltiplichiamo per 3 il risultato della

precedente formula).


Risoluzione MByte per 256colori MByte per 65000col. MByte per 16mil.di col.640x480 0,5 1 2800x600 1 2 21024x768 1 2 4

1280x1024 2 4 41280x1024 2 4 41600x1200 2 4 8

Nelle schede grafiche pi recenti, la memoria video supera di gran lunga gli 8 MB necessari per lavisualizzazione. La memoria video in pi che viene montata sulle schede grafiche di ultima

generazione viene utilizzata per supportare la grafica 3D e le animazioni. In particolare unaltra

quantit di memoria identica per dimensioni a quella utilizzata per il frame buffer, denominata

double buffer, contiene le informazioni sul frame che verr visualizzato sul monitor listante

successivo. Altra Video RAM viene sfruttata per lo Z-Buffer, area della memoria video che serve

per la gestione della profondit in una scena 3D. Tutto il resto della memoria video disponibile in

genere utilizzato per texture mapping.

La scheda graficaLa scheda graficaLa ram video

Frame Buffer

Double Buffer

Triple Buffer

Z- Buffer

Texture mapping

- 33 -


34/43


La risoluzione della scheda e la

risoluzione del monitor


640x480

Monitor 17 dot pitch 0.27

La risoluzione della scheda e larisoluzione del monitor


1280x960

Monitor 17 dot pitch 0.27

La risoluzione della scheda e larisoluzione del monitor


1600x1200 Monitor 17 dot pitch 0.27

- 34 -


35/43


- 35 -

3.4.2. COME FUNZIONA UNA SCHEDA VIDEO

La scheda video il componente responsabile della traduzione delle istruzione che la CPU invia al

monitor in un linguaggio a questo comprensibile. Poich queste istruzioni riguardano qualsiasi

elemento visualizzato sullo schermo, non solo grafica, ma anche lettere e segni di punteggiatura che

viene digitata col un qualsiasi editor di testi, si comprende come la mole di lavoro a cui la schedavideo sottoposta sia notevole. La procedura di visualizzazione pu essere schematizzata da 4 fasi

principali:

i dati in partenza dal processore centrale vengono inviati tramite il bus al processore video cheprovvede alla loro elaborazione;

dal processore video i dati passano alla memoria video dove viene registrata in forma digitaleuna copia dellimmagine che dovr essere visualizzata sul monitor;

i dati procedono poi verso il RAMDAC che li converte a vantaggio del monitor; lultimo passo consiste nellinvio dei dati dal RAMDAC al monitor stesso.Ogni passaggio rappresenta un rallentamento dellintera procedura; il passaggio pi lento determina

la rapidit con cui si svolge lintera procedura. Se nel primo caso il responsabile del rallentamento

sono principalmente elementi estranei alla scheda video e precisamente la scheda madre e il businterno, i due passaggi successivi sono effettuati internamente alla scheda video e costituiscono

laspetto pi importante ed impegnativo per questo componente e quindi il criterio pi utile per

valutarne le prestazioni. La memoria video infatti, sollecitata in continuazione; da un alto c il

processore che scrive sulla memoria ogni volta che limmagine sul monitor viene modificata (e ci

avviene in continuazione poich sufficiente spostare il puntatore del mouse), dallatro c il

RAMDAC che deve leggere i dati inviati alla memoria video con la stessa frequenza.

A questo punto, chiaro che il vero collo di bottiglia di tutto il sistema rappresentato proprio dalla

memoria video. I produttori di questo componente hanno affrontato il problema in vari modi.

Il primo consiste nel rendere la memoria video accessibile da due parti contemporaneamente, in

modo che il processore video e il RAMDAC non debbano attendere luno la fine delle operazioni

dellaltro (memoria DDR). Una seconda tecnica consiste nellincrementare le dimensioni del bus

della memoria video. Terza ed ultima soluzione: aumentare la velocit di clock del bus che presiede

allo scambio di informazioni tra processore video, memoria video e RAMDAC.

Le schede video meno recenti erano tipicamente schede video 2D, cos denominate per sottolineare

lassoluta mancanza di qualsiasi funzione di accelerazione 3D. Se si utilizzano esclusivamente

applicazioni da ufficio, una buona scheda 2D , tuttoggi, pi che sufficiente in quanto quella che

influisce sulla velocit di scorrimento di testo e grafica, sulla rapidit con cui si aprono e chiudono

nuove finestre e via dicendo: si tratta di soluzioni relativamente poco costose e di facile reperibilit,

poich i produttori e relativi modelli sono numerosi e, almeno a grandi linee, equiparabili tra loro.

Attualmente le schede video sono progettate per il bus AGP o PCIexpress.

La tecnologia AGP stata introdotta per soddisfare le necessit sempre pi impellenti di disporre diadattatori grafici abbastanza veloci da poter sfruttare pienamente le enormi capacit dei computer

correnti. Il bus AGP stato progettato per essere interamente dedicato alla grafica e fornisce

uninterfaccia estremamente veloce tra il processore video e il processore centrale. Il bus PCI

express un bus AGP pi veloce (8x per il bus AGP, 16x per il bus PCI express).


36/43


Le caratteristiche che opportuno

considerare sono:

La velocit, generalmente determinata infunzione del numero di triangoli elaborati in unsecondo.

La compatibilit con il proprio sistema. Ilparametro da considerare assolutamente lavelocit del bus AGP. Una scheda costruita perfunzionare su un bus AGP 2X difficilmentefunzioner su un bus 1X.


Le caratteristiche che opportuno

considerare sono:

La memoria video. La presenza sullamacchina del bus AGP rende possibile lutilizzo

della memoria RAM anche come memoria video

ma i chip presenti sulla scheda video stessa sono

ancora oggi la forma di memoria pi veloce e pi

sicura.


Per ottenere la rappresentazione grafica di un oggetto tridimensionale necessario passare

attraverso due fasi, la descrizione geometrica dell'oggetto in un sistema di assi cartesiani in tre

dimensioni e la successiva rappresentazione bidimensionale dipendente dal punto di vista

dell'osservatore. Con un software di grafica 3D, quindi, si creano gli oggetti in uno spazio

tridimensionale virtuale descritto matematicamente nella memoria del computer; il passo successivo

consiste nell'inviare sullo schermo del PC una specie di "fotografia" scattata sullo scenario

contenuto in memoria. La differenza di questo tipo di gestione grafica, rispetto a quella tradizionale

in due dimensioni, risulta pi chiara con il classico esempio della cartolina. In pratica la stessa

differenza che c' tra l'osservare una cartolina di un paesaggio e trovarsi dentro il paesaggio stesso.Nel primo caso si pu vedere solo l'immagine realizzata dal fotografo, mentre nel secondo ci si pu

spostare liberamente, a 360 gradi, per osservare ogni cosa da un punto di vista diverso. In entrambe

le situazioni il risultato finale sar sempre un'immagine in due dimensioni rappresentata sullo

schermo del PC, ma con la fondamentale differenza che la gestione 3D permette di ottenere

rappresentazioni dinamicamente variabili degli scenari e degli oggetti, con tanto di animazioni ed

effetti speciali. Con un programma o un gioco in due dimensioni si possono osservare solo le

immagini create in origine dall'autore del software, mentre con un gioco 3D possibile spostarsi

liberamente in uno spazio tridimensionale virtuale. Tutto questo, per, comporta non poche

difficolt: mentre per generare le tradizionali immagini bidimensionali sufficiente "disegnarle"

sotto forma di bit nella memoria lineare della scheda grafica ( frame buffer), per creare invece la

rappresentazione di un oggetto tridimensionale necessario gestire una dimensione in pi in unamemoria dedicata dettaZ-buffer. Si passa, quindi, da un tipo di grafica basata sulla sovrapposizione

di piani per mezzo del trasferimento di grossi blocchi di bit (bit block transfer) a un tipo

- 36 -


37/43


completamente diverso basato sulla descrizione matematica degli oggetti nello spazio. Ci richiede

una notevole potenza di calcolo da parte del computer, che deve realizzare milioni di operazioni

matematiche su matrici di punti per generare in tempo reale la rappresentazione in due dimensioni

dello scenario 3D contenuto in memoria. Queste operazioni possono essere realizzate dai cosiddetti

"motori di rendering" software, cio particolari programmi in grado di eseguire le operazioni

richieste sfruttando la potenza di calcolo della cpu di sistema. In questo caso, per, si incontranoseri limiti quando si lavora con immagini ad elevata risoluzione e con molti colori; inoltre per

rendere pi realistico uno scenario 3D necessario applicare una serie di "filtri" all'immagine, ad

esempio per correggere l'effetto mosaico di alcuni motivi di riempimento (bilinear filtering e mip

mapping) o per correggere la prospettiva, necessario aggiungere effetti di illuminazione (specular

highlights e depth cueing), di nebbia (fogging) e di trasparenza (alpha blending). Per ottenere una

rappresentazione realistica di uno scenario 3D con una risoluzione di almeno 640 x 480 punti, con

65.536 colori e con una frequenza di 30 fotogrammi generati ogni secondo, necessario utilizzare

un meccanismo di accelerazione hardware dedicato, cio di una scheda grafica che sia in grado di

svolgere autonomamente questi calcoli.

4. IL SOFTWARE

4.1. I DRIVER

Nel gergo informatico si tende spesso a fare confusione fra drive e driver, termini che siriferiscono in realt a due cose molto diverse. I drive (hardware) sono i lettori in cui si inseriscono i

vari dischi del computer (floppy, cd, zip...); i driver (software) sono invece dei file accessori al

sistema operativo che consentono la comunicazione fra il computer e le varie periferiche, servono

cio da "interpreti" fra l'hardware e il sistema operativo. Per poter funzionare correttamente, ogni

dispositivo deve avere il suo particolare driver registrato dal sistema operativo. Esistono perci i

driver di stampante, modem, masterizzatore, lettore CD, scheda madre, scheda video, scheda audio,scheda di rete, ecc. Talvolta hanno i loro driver anche il mouse e il monitor, mentre non li hanno

mai la RAM, la tastiera, le casse audio e il drive del floppy.

I driverdella scheda grafica hanno il compito

principale di smistare le operazioni

necessarie alla visualizzazione tra la cpue la scheda video.


4.2. LE LIBRERIE GRAFICHE

Le API ( Application User Interface) sono uninsieme integrato di interfacce di programmazione

sviluppate per aiutare lo sviluppo di applicazioni multimediali. Queste interfacce si basano sul

concetto di periferica virtuale, che permette una pi facile programmazione delle periferiche

rendendo per impossibile laccesso diretto allhardware.

delle interfacce tra i software e lhardware.

- 37 -
http://../driveshttp://../drives


38/43

I sistemi Hardware e software Prof.Maurizio Muzzu

1.hardware software

Documents