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COME FUNZIONANO I COMPUTER
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CIRCUITI & LOGICA
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Una delle cose più fantastiche che ho scoperto
sui circuiti elettrici
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è che possono assumere una forma artistica;
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se ho un'idea creativa, posso realizzarla con dei circuiti.
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Quindi, se hai delle idee,
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puoi usare la tecnologia per fargli prendere vita!
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Ogni ingresso (INPUT) o uscita (OUTPUT) di un computer
è un tipo di informazione
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che può essere rappresentata con segnali elettrici
accesi (ON) o spenti (OFF)
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o con uni e zeri.
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Per elaborare le informazioni in ingresso
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e per generare quelle in uscita,
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un computer deve modificare
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e combinare le informazioni in ingresso.
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Per fare ciò, un computer usa milioni di minuscoli
componenti elettronici, che insieme formano i circuiti.
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Guardiamo più da vicino come i circuiti possono modificare
le informazioni rappresentate con uni e zeri.
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Questo è un circuito semplicissimo.
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Prende un segnale elettrico, ON o OFF, e lo inverte.
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Quindi, se il segnale che fornisci è 1,
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il circuito ti risponde 0
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e se dai al circuito uno 0, lui ti restituisce un 1.
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Il segnale che entra NON è uguale a quello che esce,
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perciò chiamiamo questo circuito NOT.
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Dei circuiti più complessi possono combinare insieme
alcuni segnali
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e fornire in uscita diversi risultati.
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In questo esempio, un circuito riceve in ingresso due segnali,
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ognuno può essere 1 o 0.
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Se entrambi i segnali in ingresso sono 0,
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allora anche il risultato è 0.
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Questo circuito restituisce 1 solo se
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il primo segnale e (AND) il secondo segnale sono entrambi 1,
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perciò chiamiamo questo circuito AND.
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Ci sono molti piccoli circuiti come questo
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che svolgono semplici operazioni logiche.
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Collegando insieme questi circuiti,
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possiamo creare circuiti più complessi
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che eseguono operazioni più complesse.
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Per esempio, puoi realizzare un circuito che somma due bit,
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chiamato sommatore (ADDER).
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Questo circuito riceve in ingresso due singoli bit,
ognuno 1 o 0,
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e li elabora per calcolare la somma.
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La somma può essere 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1
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oppure 1 + 1 = 2 (ovvero `10` in binario).
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Hai bisogno di due fili in uscita,
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perché servono due cifre binarie per rappresentare la somma.
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Ora che hai un singolo sommatore per due bit di informazione,
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puoi collegare insieme molti di questi sommatori
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per elaborare numeri più grandi.
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Per esempio, ecco come un sommatore da 8 bit
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addiziona i numeri 25 e 50.
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Ogni numero è rappresentato usando 8 bit,
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si hanno quindi 16 differenti segnali elettrici
in ingresso al circuito.
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Il circuito di un sommatore da 8 bit contiene
molti piccoli sommatori,
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che insieme calcolano la somma.
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Diversi circuiti elettrici possono eseguire altre semplici operazioni,
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come sottrazione o moltiplicazione.
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Infatti, tutte le informazioni elaborate dal tuo computer
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producono solo tantissime semplici operazioni messe insieme.
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Ogni singola operazione svolta da un computer è così semplice
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che potrebbe essere svolta da una persona,
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ma questi circuiti dentro al computer
sono estremamente più veloci.
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Tanto tempo fa, questi circuiti erano grandi e goffi,
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un sommatore da 8 bit poteva essere grande
come un frigorifero
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e ci metteva dei minuti per eseguire un semplice calcolo.
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Oggi, i circuiti dei computer sono di dimensioni
microscopiche
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ed estremamente più veloci.
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Perché computer più piccoli sono anche più veloci?
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Beh, perché più piccoli sono i circuiti, più breve
è la distanza che deve percorrere il segnale elettrico.
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L'elettricità si muove quasi alla velocità della luce,
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per questo i circuiti moderni possono eseguire
miliardi di calcoli al secondo.
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Così, sia che tu stia giocando, registrando un video
o esplorando il cosmo,
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o qualunque altra cosa tu possa fare con la tecnologia,
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richiede di elaborare molta informazione molto velocemente.
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Sotto tutta questa complessità ci sono solo
tantissimi minuscoli circuiti che elaborano segnali binari
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all'interno di siti web, video, musica e giochi.
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Questi circuiti possono anche aiutarci a decodificare il DNA
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per diagnosticare e curare delle malattie.
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Allora, cosa vorresti fare tu con tutti questi circuiti?
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