Periferiche di input, output e memoria del computer

1. Definizione e tipi di periferiche

Le periferiche sono dispositivi che, tramite il computer, comunicano con l'esterno. Sono strumenti che servono come ausilio alla memoria principale e consentono le operazioni di input/output (I/O) e l'elaborazione dei dati da parte della CPU.

Le periferiche possono essere classificate in cinque categorie:

• Periferiche di ingresso: catturano e inviano i dati al dispositivo che li elabora.
• Periferiche di uscita: sono dispositivi che mostrano all'esterno le informazioni elaborate dal computer. Servono a informare, comunicare o dare all'utente alcune informazioni, come ad esempio gli impulsi elettrici convertiti in informazioni leggibili dall'utente. Tuttavia, il tipo più comune di periferica di uscita è il monitor.
• Periferiche di input/output (I/O): sono quelle che introducono dati nel computer per il loro successivo trattamento da parte della CPU.
• Periferiche di memorizzazione: sono i dispositivi che conservano dati e informazioni per lunghi periodi di tempo. La RAM non è considerata una periferica di memorizzazione, poiché la sua memoria è volatile e temporanea.
• Periferiche di comunicazione: sono quelle che permettono di collegarsi ad altre periferiche, macchine o altri computer, per lavorare insieme o ricevere e inviare informazioni.

2. Webcam: riassunto

La webcam è una fotocamera digitale che si collega al computer e può catturare immagini e trasmetterle in diretta attraverso Internet. Il computer riceve le immagini necessarie per il loro utilizzo. Esistono tuttavia altre telecamere autonome che non necessitano di un computer, poiché hanno un proprio punto di accesso alla rete, sia cablato sia wireless. Per distinguerle, la webcam (o videocamera web) è chiamata anche cam o telecamera software da webcam.

La webcam prende un frame (fotogramma) dalla fotocamera di volta in volta (circa un'immagine statica ogni secondo) e lo invia al server per essere letto altrove. Se questi fotogrammi sono utilizzati per costruire un video, non si perde qualità dell'immagine, che richiederebbe però molta banda.

La prima webcam registrava un tasso di 15-30 frame al secondo. Era costituita da una lente, un sensore d'immagine e la circuiteria necessaria per gestirli. Esistono diversi tipi di lenti, di cui quelle in plastica sono le più comuni.

3. Che cos'è uno scanner? Tipi

Lo scanner è una periferica utilizzata per convertire immagini e testi in formato digitale mediante l'impiego di luce. Esistono scanner che includono accessori come un alimentatore automatico di fogli o un adattatore per diapositive e pellicole. Al primo utilizzo, l'immagine digitale ottenuta può essere corretta da difetti, ritagliata in una specifica area oppure convertita in testo tramite tecniche di scansione OCR.

Esistono diversi tipi di scanner, tra cui i più diffusi sono:

• Scanner piano: dispone di una superficie di vetro sulla quale si appoggia il documento da scansionare, generalmente opaco. Sotto il vetro si sposta un braccio lungo che contiene la fonte di luce e il sensore fotografico (di solito un CCD).
• Scanner orbitali: sono un tipo di scanner ideale per copiare documenti, libri o materiali digitali delicati, molto antichi o preziosi, poiché permettono di non danneggiarli con altri tipi di scanner. Sono costituiti da una telecamera montata su un braccio che scatta foto del documento da digitalizzare. Il loro principale vantaggio è che non è necessario aprire completamente il libro.
• Scanner a tamburo: sono quelli che riproducono più fedelmente il documento originale, producendo digitalizzazioni di grande risoluzione (fino a 4.000 dpi ottici in modalità massima) e alta qualità. Sono i più lenti nella scansione e non sono adatti a documenti in carta fragile, poiché richiedono un trattamento preliminare e un'altezza elevata rispetto al piano di lavoro dell'operatore. Inoltre, sono costosi.
• Scanner a mano: sono dispositivi manuali che si trascinano sulla superficie dell'immagine da scansionare. Con questo tipo di scanner, la mano dell'utente deve restare ferma; la velocità non uniforme di esplorazione altera la qualità dell'immagine prodotta. Lo scanner normalmente indica se l'esplorazione è troppo veloce.

4. La qualità dello scanner e come si fa la scansione

La profondità del colore dipende dalle caratteristiche fondamentali che definiscono la qualità dello scanner ed è di solito di almeno 24 bit. Con 48 bit si ottiene una qualità migliore e una maggiore profondità di colore.

Un altro dei parametri più importanti della qualità di uno scanner è la risoluzione, espressa in pixel per pollice (DPI). I produttori di scanner, piuttosto che fare riferimento alla risoluzione ottica reale, preferiscono riferirsi alla risoluzione interpolata, che risulta superiore grazie all'interpolazione software.

Il parametro più importante, nel fornire scanner di qualità, è la gamma di densità. Se lo scanner ha un'alta densità, significa che è in grado di riprodurre ombre e bagliori con un unico passaggio.

La scansione avviene normalmente in scala di grigi, anche se è possibile farla a colori. La maggior parte degli scanner è in grado di effettuare la scansione fronte/retro alla velocità massima di 20-150 pagine al minuto. I modelli più sofisticati incorporano un firmware che elimina le imperfezioni accidentali. Normalmente i dati acquisiti sono compressi al volo.

La maggior parte dei documenti acquisiti viene convertita in file modificabili mediante la tecnologia OCR. Tramite i driver ISIS e TWAIN il documento viene acquisito in formato TIFF, per poi essere inviato a un elaboratore di testi che memorizza il file corrispondente.

5. Che cos'è un convertitore analogico-digitale e a cosa serve la digitalizzazione?

Un convertitore analogico-digitale (CAD o ADC) è un dispositivo elettronico in grado di trasformare segnali analogici in digitali. I convertitori hanno due ingressi di tensione di riferimento (VRF+ e VRF-) che determinano la gamma di valori che verrà convertita.

Il dispositivo stabilisce una relazione tra il segnale di ingresso (analogico) e quello di uscita (digitale), a seconda della sua risoluzione. La risoluzione può essere conosciuta: fornisce il valore massimo dei dati di ingresso e la quantità massima di bit di uscita.

La digitalizzazione o conversione analogico-digitale (conversione A/D) consiste essenzialmente nel effettuare misurazioni periodiche dell'ampiezza (tensione) del segnale analogico (ad esempio il segnale di un microfono, di un sismografo o di un oscilloscopio) e arrotondare i valori a livelli prestabiliti e finiti di tensione (livelli di quantizzazione), per poi registrarli come numeri in una memoria o supporto.

6. Touchscreen: a cosa serve?

Il touchscreen è uno schermo che, tramite il contatto diretto sulla sua superficie, permette un inserimento dati di alta qualità e di ordinare al dispositivo. Di solito è sia periferica di ingresso sia di uscita, mostrando i risultati delle operazioni introdotte in precedenza. I touchscreen sono utilizzati in punti vendita, impianti industriali e situazioni in cui mouse e tastiera non permettono un'interazione soddisfacente, intuitiva, veloce e precisa con il contenuto dell'utente, come nelle esposizioni museali.

7. Scheda grafica: GPU, memoria video, interfacce, tipi

La scheda grafica è la prima scheda di espansione che elabora i dati provenienti dalla CPU, trasformandoli in informazioni comprensibili e rappresentabili su un dispositivo di uscita, come un monitor o una TV. Le più comuni sono le schede compatibili con i computer IBM PC, grazie all'enorme popolarità di quella standard, anche se altre architetture utilizzano dispositivi di tipo simile.

La GPU (Graphics Processing Unit) è un processore (come la CPU) dedicato all'elaborazione grafica. La sua ragione d'essere è alleggerire il carico di lavoro della CPU centrale; è ottimizzata per calcoli in virgola mobile, con predominanza delle funzioni 3D. La GPU è la parte più importante della scheda grafica.

La memoria video (VRAM) è la memoria dedicata alla scheda grafica. La sua dimensione varia da 128 MB a 1 GB. Nel 2006 la memoria dipendeva dalla tecnologia DDR, con DDR2, GDDR3, GDDR4 e GDDR5. La frequenza di clock della memoria era compresa tra 400 MHz e 1,8 GHz. Una parte importante della memoria video è il frame buffer, che gestisce le coordinate di profondità delle immagini in grafica 3D.

8. API grafiche ed effetti grafici

Le API grafiche astraggono la complessità e la diversità delle schede grafiche attraverso primitive grafiche. Le più importanti sono:

• Direct3D: lanciato da Microsoft nel 1996, fa parte della libreria DirectX. Funziona solo su Windows. È tra le più usate nei videogiochi commercializzati per Windows.
• OpenGL: nata come collaborazione per la grafica su silicio all'inizio degli anni '90, è libera e multipiattaforma. Viene utilizzata principalmente in CAD, realtà virtuale o simulazioni di volo. Nel mercato dei videogiochi è stata in gran parte sostituita da Direct3D.

Alcune tecniche o effetti grafici comunemente generati dalle schede grafiche sono:

• Antialiasing: serve a evitare l'aliasing, l'effetto a