Elementi di base di un sistema informatico

I computer sono macchine generiche progettate per seguire le istruzioni per completare le attività di elaborazione dei dati. Sebbene l'architettura specifica dei diversi tipi di computer possa essere diversa, tutti i computer realizzano elaborazione dei dati utilizzando cinque elementi di base del sistema informatico: input, output, datapath, controllo e memoria. Ciascuno di questi elementi è associato a uno o più dispositivi hardware integrati nel computer o collegati esternamente.

La comunicazione con il mondo esterno avviene attraverso gli elementi di input e output del sistema informatico. I dati vengono immessi in un computer tramite dispositivi hardware esterni come mouse, tastiere, touchscreen e dispositivi di archiviazione. Una volta che i dati sono stati elaborati, possono essere convertiti in un formato leggibile dall'uomo per l'output su dispositivi come stampanti, display, altoparlanti o cuffie. Il computer può anche convertire i dati in altri formati di output, come segnali elettrici per il controllo di apparecchiature automatizzate.

L'elemento datapath è composto da diverse unità che eseguono l'elaborazione dei dati all'interno della CPU (unità di elaborazione centrale), che viene spesso definita il cervello del computer. La CPU interpreta le istruzioni di programmazione e controlla i dispositivi interni ed esterni. Una delle unità più importanti all'interno della CPU è l'ALU (unità logica aritmetica), che esegue operazioni aritmetiche e logiche sui dati. Alcuni computer dispongono di un'unità di elaborazione grafica (GPU) dedicata per supportare la visualizzazione ad alta velocità di immagini visive complesse. Il percorso dati contiene anche circuiti e registri che tengono traccia degli stati del sistema, come il contatore di programmi per il software attualmente in esecuzione.

L'elemento di controllo del computer è responsabile del movimento dei dati tra la memoria e la CPU. Questo elemento coordina l'esecuzione delle istruzioni del programma con tutti gli altri elementi del sistema informatico fornendo segnali di temporizzazione e di controllo. Il lavoro dell'elemento di controllo è svolto dall'unità di controllo (CU), che nella maggior parte dei computer moderni fa parte della CPU. L'unità di controllo è spesso descritta come il sistema nervoso centrale del computer.

I computer utilizzano sia la memoria interna che quella esterna durante l'esecuzione delle operazioni. La memoria interna viene utilizzata per contenere le istruzioni del software e i relativi dati per i programmi attualmente in esecuzione. La memoria interna è costituita da RAM (memoria ad accesso casuale), che è temporanea perché conserva i dati solo quando viene applicata l'alimentazione. Quando il computer è spento, la memoria si cancella. I dati che non vengono utilizzati dal computer vengono solitamente archiviati nella memoria esterna su dispositivi come dischi rigidi e unità flash.