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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 dato
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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 i dati
ricevuti in ingresso (INPUT)
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e per generare quelli
in uscita (OUTPUT),
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un computer deve modificare
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e combinare i dati in ingresso.
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Per fare ciò, un computer usa milioni
di minuscoli componenti elettronici,
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che insieme formano i circuiti.
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Guardiamo più da vicino come
i circuiti possono modificare
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i dati rappresentati 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 lenti,
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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
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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, producendo
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
molti dati molto velocemente.
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Sotto tutta questa complessità ci sono
solo tantissimi minuscoli circuiti
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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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