Un po di storia. Fu Herman Hollerith, nel 1890, a sviluppare la macchina a schede perforate

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1 Introduzione Ing. Leonardo Rigutini Ph.D. Dipartimento di Ingegneria dell Informazione Università di Siena Via Roma Siena - Italy rigutini@dii.unisi.it

2 Cos è un computer? Una macchina elettrica programmabile Mentre una carriola è pensata per fungere da carriola, il computer non ha un compito ben preciso In realtà il compito è uno solo, quello di eseguire programmi Tramite la programmazione è possibile far fare al computer le più diverse operazioni: calcolare il saldo di un conto corrente, visualizzare informazioni memorizzate in una banca dati, Modifiche audio/video Preparare slides per lezioni universitarie

3 Un po di storia Anche se la presenza invasiva dell informatica nella vita di tutti i giorni è un fenomeno relativamente recente, non recente è la necessità di avere a disposizione strumenti e metodi per contare rapidamente, elaborare dati, calcolare Le prime testimonianze di strumenti per contare risalgono a anni fa I primi esempi di algoritmi metodi di calcolo automatico sono stati ritrovati in Mesopotamia su tavolette babilonesi risalenti al a.c. Il sogno di costruire macchine capaci di effettuare calcoli automatici affonda le radici nel pensiero filosofico del 600: Pascal e Leibniz non solo affrontarono il problema di automatizzare il ragionamento logico matematico (già studiato da Cartesio), ma si cimentarono nella realizzazione di semplici macchine per calcolare

4 Un po di storia La macchina alle differenze, Babbage nel 1833, rappresenta il primo esempio di macchina programmabile di utilità generale ma rimase un progetto: troppo complessa e critica la sua costruzione per le tecnologie dell epoca Fu Herman Hollerith, nel 1890, a sviluppare la macchina a schede perforate macchina a schede perforate, per compiere le statistiche del censimento decennale degli Stati Uniti I dati venivano immessi su schede di cartone opportunamente perforate (schede usate fino a due decenni or sono) Le schede venivano successivamente contate da una sorta di pantografo che permetteva diversi tipi di elaborazioni (totali, medie, statistiche, etc.) Si impiegarono due anni e mezzo ad analizzare i dati (contro i sette anni del censimento del 1880), nonostante l incremento di popolazione da 50 a 63 milioni

5 Un po di storia Successivamente la macchina a schede perforate venne utilizzata con successo per i censimenti in Austria, Norvegia e Russia, tanto che Hollerith decise di fondare una società: la Computing Tabulating Recording Company che, nel 1923, divenne l International Business Machine, o IBM Con l invenzione del tubo a vuoto (1904), del transistor (1947) e, infine, dei circuiti integrati (1969), l evoluzione dei computer divenne inarrestabile Attualmente la potenza di calcolo degli elaboratori decuplica ogni 5 6 anni

6 Un po di storia La costruzione dei primi calcolatori risale all inizio degli anni 40, grazie alla tecnologia elettronica; i primi esemplari venivano programmati mediante connessioni elettriche e commutatori (ENIAC, Mark I) Il nome di Von Neumann è legato invece ai primi calcolatori a programma memorizzato realizzati alla fine degli anni 40 (EDSAC, Whirlwind, IAS, UNIVAC) La diffusione dei calcolatori a livello mondiale è avvenuta negli anni 60 e 70

7 Immagini ENIAC (1946) Mark I (1948) EDSAC (1949) Whirlwind (1949) IAS (1952) UNIVAC (1952)

8 Un po di storia Tuttavia, l esplosione dell informatica come fenomeno di massa è datata 1981, anno in cui l IBM introdusse un tipo particolare di elaboratore: il Personal Computer (PC) La particolarità dei PC consisteva nell essere assemblati con componenti facilmente reperibili sul mercato (e quindi a basso costo) Possibilità per qualsiasi casa produttrice di costruire cloni Attualmente i PC, o meglio il loro componente fondamentale il microprocessore è utilizzato in tutti i settori applicativi (non solo per elaborare dati): Telefoni cellulari Ricevitori satellitari digitali Bancomat e carte di credito...

9 Macchine parallele L esigenza di realizzare sistemi di elaborazione dotati di più processori operanti in parallelo è stata sentita fin dalla preistoria dell informatica In una relazione, datata 1842, del medico italiano Menabrea sulla macchina analitica di Babbage si fa riferimento alla possibilità di usare più macchine dello stesso tipo in parallelo per accelerare calcoli lunghi e ripetitivi Solo la riduzione dei costi dell hardware ha consentito, verso la fine degli anni 60, l effettiva costruzione dei primi supercalcolatori, come le macchine CDC6600 e Illiac e, successivamente, il Cray e le macchine vettoriali

10 Macchine neurali Recentemente, gli ulteriori sviluppi della microelettronica hanno permesso la realizzazione di calcolatori a parallelismo massiccio e a grana fine, caratterizzati dall interconnessione di decine di migliaia di unità di elaborazione estremamente elementari le reti neurali reti neurali, capaci di simulare il comportamento del cervello umano, sulla base degli studi di McCulloch e Pitts (1943)

11 Immagini Cray 1 (1976) Illiac (1955) CDC 6600 (1963) Cray X1 (2002) PC IBM (1981) Portatile e Palmare (2004)

12 Livelli di astrazione Hardware: componenti fisiche dell elaboratore; la forma e le prestazioni dell hardware variano in funzione del tipo di elaboratore Software: Sistema Operativo (Middleware) insieme di programmi che permettono l utilizzo dell hardware Windows, Linux, Unix, MAC Applicativi programmi di alto livello progettati per le più svariate funzionalità Text processors (Word, notepad ) Imaging (Photoshop, Gimp, ) Databases (Excel, Access, Oracle, ) Editing Audio/video (WaveLab, Cubase, ).

13 L hardware La componentistica che costituisce fisicamente il computer Molte parti sono necessarie al funzionamento di un PC: CPU, memoria, hard-disk, Altri devices possono essere invece opzionali: Stampanti, masterizzatori, L architettura hardware di un calcolatore deriva dalla macchina di Von Neuman che negli anni 40 definì la sua architettura

14 Il Sistema Operativo Tutte le piattaforme hardware e software richiedono un sistema operativo (SO) Un SO è un programma che gestisce processi, amministra la memoria, controlla il File System, sorveglia il flusso di informazioni con le periferiche hardware e presenta all utente del PC un interfaccia All accensione del PC, il computer carica il SO I programmi e le applicazioni in esecuzione sul sistema si rivolgono al SO per ogni operazione che richiede accesso all hardware: Lettura/scrittura su Hard-Disk, CD-ROM, DVD ecc Utilizzo device esterni, quali modem, stampanti, mouse, ecc.. queste richieste sono inoltrate attraverso specifiche system call

15 Il Sistema Operativo Solitamente, il SO è caratterizzato da un nucleo di moduli essenziali, il kernel La struttura e le funzionalità del nucleo, la sua architettura, hanno una forte influenza sulle modalità di programmazione e sulla cultura tecnica che cresce intorno alle macchine su cui un SO è installato Esempi: SO multi utente utente: permettono a più persone di accedere allo stesso computer da postazioni differenti; il SO deve prendersi carico della gestione dei profili d accesso dei diversi utenti e dei diversi livelli di sicurezza a cui ciascun utente è abilitato, poiché non tutti possono eseguire le stesse operazioni e devono essere previsti differenti profili d accesso corrispondenti a differenti livelli di permesso SO multiprocessing: possono gestire l utilizzo di più processori sullo stesso computer

16 Il Sistema Operativo All avvio del PC, durante la fase di boot, il SO viene caricato in memoria: Gestione della memoria tra le applicazioni in esecuzione Gestione del flusso di I/O tastiera, mouse, hard disk, stampanti, porte Scheduling dei processi In sistemi multitasking, in cui più programmi vengono eseguiti contemporaneamente, determina quali applicazioni debbano essere eseguite e con che ordine di priorità; decide quanto tempo debba essere assegnato a ciascun processo prima del context switch Gestione dei files e directory (File System), Informa l utente sull andamento delle procedure attivate e sugli eventuali errori occorsi

17 Il Sistema Operativo In definitiva il S.O. mette a disposizione dell utente un interfaccia per lavorare o per creare nuovi programmi Qualsiasi applicativo infatti, utilizza le primitive di sistema per utilizzare le funzioni proprie del S.O. (es. salvare un file) L interfacciamento con i dispositivi hardware avviene tramite i driver di dispositivo: Software particolari di basso livello che forniscono al S.O. le API (Application Programming Interface) per utilizzare la periferica Le casa produttrice di un dispositivo deve rilasciare il driver per un detrminato S.O.

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