! addizioni e sottrazioni. ! anche moltiplicazioni e divisioni. ! A) Macchina Differenziale. ! Algoritmo fisso (differenze finite)
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- Benvenuto Ferrari
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1 Evoluzione degli Elaboratori N.B. Quasi tutta l evoluzione ha avuto luogo negli ultimi 50 anni Generazione 0 ( ) Pascal ( )! addizioni e sottrazioni Leibniz ( )! anche moltiplicazioni e divisioni Charles Babbage ( )! A) Macchina Differenziale! Algoritmo fisso (differenze finite)! Output su piastra di rame! B) Macchina Analitica! Prima macchina programmabile! Primo programmatore: Ada Lovelace (figlia di Lord Byron)! Memoria: 1000 x 50 cifre decimali! Mulino (CPU)! I/O su schede perforate! Limite: tecnologia meccanica Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 9 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 10 Generazione 0 (continua)! (Macchine elettromeccaniche) Konrad Zuse (~1930 Germania)! Macchina a relè! Distrutte nella guerra John Atanasoff (~1940 USA)! Aritmetica binaria! Memoria a condensatori Howard Aiken (~1940 USA)! MARK 1: versione a relè della macchina di Babbage! Memoria: 72 x 23 cifre decimali! tempo di ciclo: 6 sec.! I/O su nastro perforato Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 11 I Generazione ( ) (Tecnologia a tubi termoionici) COLOSSUS (~1940 GB)! Gruppo di Alan Turing! Decifrazione del codice Enigma! Progetto mantenuto segreto ENIAC (~1946 USA)! J. Mauchley, J. Eckert! valvole! 30 tonnellate di peso! 140kw assorbimento! Programmabile tramite 6000 interruttori e pannelli cablati! 20 registri da 10 cifre EDVAC (~1950 USA)! Successore dell ENIAC! Mai giunto a termine Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 12
2 Il Boom del Mercato La Macchina di Von Neumann Finora gli elaboratori sono limitati all ambito scientifico, a quello militare e istituzionale (censimento) Diventa ormai chiara l occasione di mercato Nel 1950 Mauchley e Eckert escono dal progetto EDVAC e fondano la UNIVAC, la prima grossa società del settore Fine dell era romantica: da Lady Ada Lovelace, figlia di Byron e prima programmatrice, a Bill Gates... IAS (~ 1950, Princeton USA)! Programma memorizzato! Aritmetica binaria! Memoria: 4096 x 40 bit! Formato istruzioni a 20 bit: OPCODE 8 INDIRIZZO 12 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 13 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 14 Sistemi Commerciali Inizialmente il mercato è dominato dalla UNIVAC L IBM entra nel mercato nel 1953, e assume una posizione dominante che manterrà fino agli anni 80:! IBM 701 (1953):! Memoria: 2k word di 36 bit! 2 istruzioni per word! IBM 704 (1956):! Memoria: 4k word di 36 bit! Istruzioni a 36 bit! Floating-point hardware! IBM 709 (1958)! Praticamente un 704 potenziato! Ultima macchine IBM a valvole II Generazione ( ) (Tecnologia a transistor) TXO e TX2 macchine sperimentali costruite al MIT Uno dei progettisti del TX2 fonda una propria società la Digital Equipment Corporation (DEC) La DEC produce il PDP-1 (1951):! Memoria: 4k parole di 18 bit! Tempo di ciclo di 4µsec! Prestazioni simili all IBM 7090! Prezzo meno di un decimo! Schermo grafico pixel (primi videogiochi)! Comincia la produzione di massa Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 15 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 16
3 Sistemi Commerciali Mainframe : grossi calcolatori per applicazioni scientifiche, militari e PA IBM 7090! Versione transistorizzata del 709! Memoria 32k word a 36 bit! Tempo di ciclo 2 µsec! Domina il mercato fino agli anni 70! Pochi esemplari, costano milioni di dollari Piccoli sistemi: per medie aziende o di appoggio ai mainframe IBM 1401! Stessa capacità di I/O del 7090! Memoria 4k word 8bit (1byte)! Orientata a caratteri! Istruzioni per la manipolazione di stringhe Il Minicomputer! DEC PDP-8 (1965)! Successore diretto del PDP-1! Interconnessione a bus, molto flessibile! Architettura incentrata sull I/O! Possibilità di connettere qualsiasi periferica! Prodotto in oltre esemplari Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 17 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 18 Supercomputer! Macchine molto potenti dedicate al number crunching! 10 volte più veloci del 7090! Architettura molto sofisticata! Parallelismo all interno della CPU! Nicchia di mercato molto specifica (resta vero anche oggi)! CDC 6600 (1964)! Progettista del CDC 6600 è Seymour Cray, poi fondatore della CRAY III Generazione ( ) (Tecnologia LSI e VLSI) Evoluzione dell architettura HW! Microprogrammazione! Unità veloci floating-point! Processori ausiliari dedicati alla gestione dell I/O Evoluzione dei Sistemi Operativi! Virtualizzazione delle risorse! Multiprogrammazione: esecuzione concorrente di più programmi! Memoria Virtuale: rimuove le limitazioni dovute alle dimensioni della memoria fisica Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 19 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 20
4 Serie IBM System/360! L IBM introduce una famiglia di elaboratori (passo decisivo)! Serie IBM System/360! Macchine con lo stesso linguaggio! Range di prestazioni (e prezzo) 1-20! Completa compatibilità! Portabilità totale delle applicazioni! Sistema Operativo comune OS/360 Serie DEC PDP-11 e UNIX! Evoluzione diretta del PDP-8! Parole di memoria e istruzioni a 16 bit! Architettura a bus (Unibus)! Grande flessibilità nella gestione e nell interfacciamento di periferiche e strumentazione al bus! Domina il mercato fino alla fine degli anni 70! Prodotto in milioni di esemplari! Diffusissimo nelle università! Supporta il sistema operativo UNIX, indipendente dalla piattaforma! Influenzerà un intera generazione di progettisti e di utenti Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 21 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 22 IV Generazione: il PC Diretto discendente del minicomputer:! Architettura a bus! Parole e istruzioni a 16 bit Nasce nel 1980 all IBM (che dà così avvio alla propria decadenza) Esplosione del mercato dei cloni Crollo dei costi ed enorme espansione dell utenza Dai grandi Centri di Elaborazione a un contesto di Informatica Distribuita L espansione del PC è trainata da tre fattori:! Aumento della capacità della CPU! Discesa dei costi della memoria! Discesa dei costi dei dischi La legge di Moore (1965) Il numero di transistor su di un chip raddoppia ogni 18 mesi Circa un aumento del 60% all anno Conseguenze:! Aumento della capacità dei chip di memoria! Aumento della capacità delle CPU Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 23 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 24
5 Legge di Moore per le CPU Legge di Nathan Il software è un gas: riempie sempre completamente qualsiasi contenitore in cui lo si metta Più transistor in una CPU significano:! Eseguire direttamente istruzioni più complesse! Maggiore memoria sul chip (cache)! Maggiore parallelismo interno N.B. Altro fattore tecnologico decisivo è la frequenza di funzionamento Al calare dei costi e all aumentare della memoria disponibile, le dimensioni del software sono sempre cresciute in proporzione Il Circolo Virtuoso! Spinta tecnologica (Moore law)! Costi più bassi e prodotti migliori! Nuove applicazioni e mercati! Nuove compagnie e maggiore competizione! Spinta tecnologica... Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 25 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 26 Tipologie di Computer Tipologie di computer (2) Personal Computer! Sappiamo chi è Server! Su rete locale o Web server! Memorie fino a qualche Gbyte! Molti Gbyte di disco! Gestione di rete efficiente COW (Cluster of workstations)! Sistema multiprocessore ad accoppiamento lasco! Hardware di tipo standard: costi contenuti! Strutture di connessione veloci! Elevata capacità di elaborazione complessiva Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 27 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 28
6 Tipologie di Computer (3) La famiglia Intel Mainframe! Diretti discendenti della serie 360! Gestione efficiente dell I/O! Periferie a dischi di molti Tbyte! Centinaia di terminali connessi! Costi di parecchi miliardi Perché sopravvivono?! Gestiscono applicazioni legacy! Costi di migrazione delle applicazioni molto superiori a quelli dell HW Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 29 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 30 Pentium III Pentium IV! Disponibilità: febbraio 1999! 450Mhz 1Ghz di frequenza di clock! Pipeline a 10 stadi! Circa 9 milioni di transistor in un chip! 4 GB di memoria indirizzabile! Nuove istruzioni SIMD (SSME2) per applicazioni multimediali (estensione del set MMX)! Potenziamento delle memorie cache! Introduzione di un numero di serie al processore (abilitazione via software)! Disponibilità: dicembre 2000! Ghz di frequenza di clock! Pipeline a 20 stadi! Circa 30 milioni di transistor in un chip! Bus di sistema a 400 Mhz! 144 nuove istruzione SIMD per applicazioni multimediali! Tecnologia di integrazione a 0.18-micron! Potenziamento delle memorie cache Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 31 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 32
7 La Famiglia SPARC Scalable Processor ARChitecture Proposta da Sun Microsystems nel 87 Dedicata a workstation Unix Non prodotta direttamente da Sun Caratteristiche principali! Insieme ridotto di istruzioni (55)! Esecuzione non interpretata! Architettura a 32 bit! Unità FP addizionale (14 istr.) UltraSPARC I (1995)! Registri e indirizzi a 64 bit! VIS (Visual Instruction Set)! Dedicata a sistemi high-end : dozzine di CPU, memorie di Tbyte Ultra SPARC II e III Java e Java Virtual Machine Java: linguaggio di programmazione orientato agli oggetti introdotto da Sun:! In alternativa al C++! Risolve i problemi di sicurezza! Gestione della multimedialità JVM (Java Virtual Machine):! Macchina virtuale che esegue un codice speciale (Java byte code)! Il codice JVM può essere eseguito da interpreti software su diverse piattaforme Obiettivo:! distribuire, eventualmente su rete, software indipendente dalla piatta-forma Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 33 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 34 Portabilità delle applicazioni Java Codice JAVA Portabilità ed efficienza Vantaggi di Java:! Indipendenza dalla piattaforma! Totale portabilità delle applicazioni JAVA Compiler Codice JVM JAVA Machine (HW) RETE Interprete JVM (SW) Codice piattaforma HW Compilatore Just In Time (SW) Svantaggi di Java:! Inefficienza degli interpreti! Potenziale inefficienza del codice Tipico contesto applicativo: il Web! Applets: piccoli programmi inseriti nelle pagine HTML! I browser hanno al loro interno interpreti JVM! Semplice sviluppo di applicazioni client-server su Internet Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 35 Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 36
8 Java: Soluzioni HW e SW Soluzione SW (parziale):! Compilatori JIT (Just In Time)! Compilazione al volo subito prima dell esecuzione! Ritardo di compilazione Soluzione HW:! Java Machine: implementazione HW della Java Virtual Machine! PicoJava I e II:! Architettura definita da Sun! Diverse implementazioni disponibili Riccardo Torlone - Corso di Calcolatori Elettronici (a.a. 2001/2002) 37
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