Capitolo 1 Introduzione. Il problema. Una transizione

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Fausto Crippa
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1 Capitolo 1 Introduzione Il problema L informazione è oggi oggetto di grande interesse: si parla, per esempio, di società dell informazione... si parla, per esempio, di tecnologia dell informazione... ma ci si accorge immediatamente che quello di informazione è un concetto diversificato e complesso... nel 1999 GM ha trattato più MIPS di IBM nel 1996 il bilancio relativo alla gestione dell informazione nel sistema sanitario USA è stato superiore all intero bilancio del settore dei mass-media Ma cosa significa informazione? Una transizione L evoluzione economico-industriale industriale della società occidentale può essere interpretata secondo tre fasi società pre-industriale industriale: gestione della materia società industriale: gestione dell energiaenergia società post-industriale industriale: gestione dell informazione Introduzione ai sistemi informatici 1

2 Un altra transizione Le reti da sempre costituiscono per la società uno strumento indispensabile di trasporto, scambio e comunicazione dapprima reti per il trasferimento di persone e beni materiali: reti stradali, reti fluviali, acquedotti, reti fognarie, quindi anche reti infrastrutturali per il trasferimento di energia: reti elettriche, gasdotti, reti petrolifere, infine anche reti per il trasferimento di informazione: reti telegrafiche, reti telefoniche, reti televisive, reti informatiche, Ma il problema rimane Cosa significa informazione? Un esempio: lampioni e semafori... al di là delle differenze materiali, funzionalmente che differenza c è? Luce (energia) Energia elettrica (alimentazione) Luce (energia) Energia elettrica (alimentazione) Informazione!! Tre mondi Alcuni stadi dell evoluzione evoluzione cosmica (da K.R. (da K.R.Popper) Mondo 3 (il mondo dei prodotti della mente umana) Mondo 2 (il mondo delle esperienze soggettive) Mondo 1 (il mondo degli oggetti fisici) 6. Opere d arte d e di scienza (compresa la tecnologia) 5. Il linguaggio umano. Teorie dell io e della morte 4. Coscienza di sés e della morte 3. Sensibilità (coscienza animale) 2. Organismi viventi 1. Gli elementi più pesanti; liquidi e cristalli 0. Idrogeno ed elio Introduzione ai sistemi informatici 2

3 15/03/2007 Informazione e mondo fisico Il punto di vista usuale: I Promessi Sposi Mondo 1 Mondo 3 Mondo 2 Cosa accade con l l introduzione di? I calcolatori: cos cos hanno di speciale? ¾ Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare informazione: le matite servono per scrivere (non per trasferire grafite su carta) i violini servono per suonare (non per produrre onde acustiche) ¾A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabili. programmabili. ¾ Ma cosa significa programmabile? programmabile? Elaborazione dell informazione La programmabilità programmabilità di un dispositivo attiene alle modalità modalità con cui esso gestisce informazione ¾ Per esempio, per risolvere questo problema, si può: ¾ provare e riprovare (= operare nel mondo fisico) fare i conti a mente (= operare nel ) fare i conti con carta e penna (= operare con supporti passivi) fare i conti con una calcolatrice (= operare con supporti rigidi ) oppure Introduzione ai sistemi informatici 3

4 Dati e istruzioni Quando si gestisce informazione, si opera su mediante a mente istruzioni carta e penna istruzioni calcolatore esecuzione controllo calcolatrice esecuzione controllo I primi calcolatori meccanici /1 Blaise Pascal ( ) 1662) dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per l esecuzione l di somme e sottrazioni. Gottfried Wilhelm von Leibniz ( ) 1716) introduce anche moltiplicazioni e divisioni (~ calcolatrice a quattro funzioni). Charles Babbage ( ) 1871) progetta e realizza un difference engine calcola tabelle di numeri utili per la navigazione; unico algoritmo: polinomiale alle differenze finite; output: fori su una piastra di rame (~ schede perforate). I primi calcolatori meccanici /2 Charles Babbage ( ) 1871) macchina programmabile: analytical engine Formata da quattro parti: store (memoria: 1000 celle 50 cifre), mill (unità di calcolo: 4 operazioni + trasferimento ), input (lettore schede), output (perforatore schede). Introduzione ai sistemi informatici 4

5 Il periodo bellico /1 Konrad Zuse (Germania, anni 30 e 40) Realizza macchine calcolatrici automatiche basate su relè elettromagnetici. John Atanasoff (Iowa State College, anni 30) Macchina basata sull aritmetica binaria. Memoria basata su condensatori rinfrescati periodicamente. Troppo avanzata per la tecnologia disponibile (problemi HW). George Stibbitz (Bell Labs,, anni 30) Calcolatore più primitivo rispetto a quello di Atanasoff, ma funzionante!! (presentato a una conferenza nel 1940) Howard Aiken (Harvard,, anni 40) Riprende il lavoro di Babbage e lo implementa sfruttando la tecnologia dei relè elettromagnetici. Il periodo bellico /2 Negli anni 40 si sviluppa una nuova tecnologia: le valvole termoioniche rendono obsoleti i relè elettromagnetici. COLOSSUS (Inghilterra 1943) Primo calcolatore digitale elettronico. ENIAC (Mauchley ed Eckert - USA 1946) Electronic Numerical Integrator And Computer. Composto da valvole e 1500 relé per un peso complessivo di 30 t e un consumo di 140 kw. John von Neumann Partecipa al progetto ENIAC. Due intuizioni fondamentali: memorizzare i programmi in forma digitale nella stessa memoria dei per rendere più semplice la programmazione (rispetto all utilizzo di cavi e interruttori); utilizzare l aritmetica binaria invece di quella decimale (due valvole per bit invece di dieci per cifra). Il suo progetto (macchina( di von Neumann) è ancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali. Introduzione ai sistemi informatici 5

6 L architettura di Von Neumann Un calcolatore deve essere in grado di: eseguire istruzioni su ; controllare il flusso dell esecuzione; memorizzare i su cui operare; memorizzare successioni di istruzioni; interagire con gli utenti e con eventuali altri sistemi. Sottosistema di interfaccia Comunica con utenti o con altri dispositivi Sottosistema di memorizzazione Memorizza e istruzioni Sottosistema di interconnessione Sottosistema di elaborazione Ha due funzioni: 1. eseguire le istruzioni; 2. controllare il flusso dell esecuzione. Il transistor Inventato ai Bell Labs nel 1948 da John Bardeen,, Walter Brattain e William Shockley: nel giro di 10 anni rivoluziona la ricerca sui calcolatori; alla fine degli anni 50 i calcolatori a valvole sono già obsoleti. Digital Equipment Corporation (DEC) fondata nel 1957 da Kenneth Olsen; nel 1961 realizza il PDP 1, il primo minicalcolatore. Sviluppo della tecnologia d integrazione: d decine (SSI), centinaia (MSI) e migliaia (LSI) di transistor sono integrati sullo stesso pezzo di silicio (chip); possibilità di realizzare calcolatori più piccoli, più veloci e meno costosi dei loro predecessori. Due famiglie di calcolatori rappresentative: 360 di IBM PDP-11 di DEC Very Large Scale Integration (VLSI) transistor integrati per chip. Passaggio dai minicalcolatori,, alle workstation,, ai Personal Computer (PC): usati per applicazioni fortemente interattive (elaborazione testi, fogli elettronici, ); in origine proposti come kit da assemblare, senza software; due architetture principali: Apple (basato su CPU Motorola e PowerPC) primo PC, progettato da Steve Jobs e Steve Wozniak nel 78, architettura proprietaria! IBM e compatibili (CPU Intel e SW Microsoft Wintel ) realizzato utilizzando componenti off the shelf, architettura di dominio pubblico, quindi replicabile da altri (cloni)! Introduzione ai sistemi informatici 6

7 Il calcolatore in un sistema attuatori ambiente da controllare sensori automazione calcolatore locale rete interfaccia utente calcolatore remoto Interazione tra utenti e calcolatori a b c f e d Ciclo a-fa interazione tra un utente e un calcolatore esecuzione locale di un programma o accesso a documentazione locale Ciclo a-b-e-fa interazione tra un utente e un calcolatore remoto, mediata da un secondo calcolatore in rete con il primo esecuzione remota o distribuita di un programma o accesso a documentazione remota Ciclo a-b-c-d-e-fa interazione tra utenti mediata da calcolatori esecuzione distribuita e cooperativa di un programma o scambio di documentazione Introduzione ai sistemi informatici 7

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