Informatica. Economia e Finanza a.a Fondamenti di Informatica: Evoluzione dei Computer Ing. Andrea Pandurino Università del Salento

Transcript

1 Informatica Economia e Finanza a.a Fondamenti di Informatica: Evolzione dei Compter Ing. Andrea Pandrino Università del Salento 1 Sommario Evolzione storica dei sistemi per l elaborazione dell informazione 2 1

2 Storicamente, il primo strmento adottato dall omo per la rappresentazione dell informazione nmerica è probabilmente costitito dalle 10 dita di ci sono dotate le se mani. Si noti a proposito che «digit», l eqivalente inglese per l italiano «cifra», deriva chiaramente dal latino digits, il dito. 3 Informatica e abaco Il progresso tecnologico è legato alla capacità di esegire in modo semplice e veloce calcoli sempre più complessi. La storia del calcolo atomatico ha origini antiche. Il più semplice e il più antico strmento di calcolo è l abaco, che appare sotto forma di tavolette di calcolo cinesi sin dal 2000 AC. Solo intorno al 1300 DC l abaco diventa così come oggi lo conosciamo L'abaco è rimasto per migliaia di anni l'nico strmento da calcolo disponibile. Il sistema di calcolo è di tipo posizionale 4 2

3 Rappresentazione nmerica posizionale Nel nmero 555 si incontra per 3 volte la cifra 5 con roli ben diversi: Qella più a destra rappresenta le nità e deve essere moltiplicata per: 1 Qella al centro rappresenta le decine e deve essere moltiplicata per: 10 Qella più a sinistra rappresenta le centinaia e deve essere moltiplicata per: = 5x x10 + 5x1 ovvero 5x x x100 5 William Oghtred L invenzione del regolo calcolatore è attalmente attribita al pastore anglicano William Oghtred, nel 1622 circa. Il regolo calcolatore era costitito da de scale scorrevoli, na sll'altra, per realizzare moltiplicaz ioni e divisioni. Inoltre Oghtred introdsse il segno " " (per, na croce di sant'andrea) qale segno indicante la moltiplicazione. 6 3

4 Primi sistemi atomatici Per arrivare a n novo tipo di sistema di calcolo, c era n problema complesso da sperare: il riporto da n'nità all'altra, problema che nell'abaco era risolto manalmente. Soltanto nel Seicento venne l idea di applicare i meccanismi degli orologi all eseczione di operazioni con i nmeri. La serie di rote dentate di n orologio, con le qali si calcolavano minti, secondi e ore, poteva servire, allo stesso modo, per calcolare addizioni, sottrazioni e qindi moltiplicazioni e divisioni. Il meccanismo è semplice la rotazione completa di na rota fa avanzare di na nità la rota alla sa sinistra. 7 La macchina di calcolo di Pascal Blaise Pascal f tra i primi, nel Seicento, a mettere a pnto, con qesta tecnica, na macchina da calcolo che esegiva addizioni, sottrazioni e qindi anche moltiplicazioni e divisioni. 8 4

5 Macchina di Leibniz Alcni anni più tardi nel 1670, Gottfried von Leibniz realizzò na nova macchina a manovella, con na particolare rota dentata che consentiva di calcolare in modo più semplice e rapido moltiplicazioni, divisioni e radici qadrate. 9 Charles Babbage macchina analitica Verso il 1820, n nobile inglese, Charles Babbage, riscì per primo a intravedere la solzione del problema di rendere completamente atomatica l eseczione di qalsiasi serie di calcoli. Nel 1823 progettò la macchina analitica che la ci costrzione cominciò ma non f mai terminata, in grado di operare in inpt e otpt s schede perforate, dotata di na memoria che poteva contenete 1000 nmeri di 50 cifre decimali e in grado di esegire le 4 operazioni oltre che confronti e radici qadrate 10 5

6 Ada King Pochi anni dopo, la matematica Ada King, contessa di Lovelace e nica figlia legittima del poeta Lord Byron, scrisse n programma che avrebbe consentito alla macchina analitica di Babbage di calcolare i nmeri di Bernolli, gadagnandosi la fama di primo programmatore di calcolatori nella storia. Criosità: Nel 1979 il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, per nificare i lingaggi di programmazione da impiegare si propri sistemi, finanziò lo svilppo di n novo lingaggio, chiamato poi Ada in so onore. 11 Calcolatori elettrici a relè Con l elettricità si rende finalmente disponibile la tecnologia per la realizzazione della macchina di Babbage. I vari ingranaggi potevano essere sostititi da circiti elettrici e le rote dentate da interrttori. Drante la Seconda Gerra Mondiale vi frono tre flssi paralleli di svilppo in Germania, Inghilterra e USA. In Germania, Konrad Zse realizzò tra il 1936 e il 1941, prototipi di calcolatore basati s relè elettromagnetici, il ci compito era qello di aprire o chidere circiti elettrici. 12 6

7 La macchina di Tring Gli inglesi costrirono macchine per la decrittazione in grado di provare in tempi relativamente brevi molte possibili chiavi si messaggi intercettati. E ovviamente trassero vantaggio dalla macchina Enigma rbata ai tedeschi. Tra gli scienziati di Bletchley Park, c era anche Alan Tring, oggi considerato come no dei pionieri dell informatica. Bletchley Park Alan Tring Il calcolatore di Tring Bombe 13 La macchina di Tring ! Nel 1936 il matematico inglese di origine ngherese, Alan Tring, presenta n so concetto di macchina calcolatrice astratta chiamata Bomba, il sistema di so generale era finalizzato alla solzione di ttti i problemi matematici e rappresenta n primitivo e primordiale prototipo del compter moderno.! Una macchina di Tring è costitita da de elementi: Un nastro di lnghezza infinita, sddiviso in celle, in ognna delle qali pò essere scritto n simbolo appartenente all alfabeto della macchina, che è composto da 0 e 1. Una testina magnetica in grado di leggere i simboli scritti in na cella, di scrivervi n novo simbolo, di moversi in entrambi i versi lngo il nastro. 14 7

8 Colosss - Mark ! Slle idee e i progetti di Tring, l ing. Tommy Flowers realizza la prima versione di n calcolatore elettronico nel 1943 dal governo britannico chiamato Colosss - Mark 1.! Si trattava di n enorme calcolatore, grande qanto n intero edificio, che veniva tilizzati per no scopo specifico, decriptare più velocemente i messaggi ENIGMA. Non aveva n sistema operativo, il so fnzionamento era determinato dal loro schema elettrico invece che da n programma. 15 Sistemi a valvole termoioniche ! Nel 1945, entra in fnzione il gigantesco elaboratore elettronico Eniac (Electronic Nmerical Integrator and Calclator). Realizzato per conto del dell Esercito americano, per il calcolo delle tabelle balistiche.! Eniac è il primo elaboratore programmabile interamente a circiti elettronici e senza parti meccaniche in movimento anche se non rispetta il modello offerto da von Nemann (vedi slide sccessiva): i dati sono memorizzati in accmlatori, ma il programma da esegire s di essi non è memorizzato perché dipende dal cablaggio interno.! Costitito da 18 mila valvole termoioniche, 70 mila resistenze e 10 mila condensatori, Eniac pesava 30 tonnellate, occpava n area di 180 metri qadrati ed esegiva 5 mila addizioni al secondo, con na velocità operativa mille volte speriore rispetto ai modelli elettromeccanici.! Il calcolatore rimarrà in servizio per nove anni, fino a qando diverrà praticamente inservibile e di difficile mantenzione (occorrevano infatti circa 19 mila valvole nove all anno ed era previsto n gasto ogni 5 ore e mezza di fnzionamento). 16 8

9 La macchina di Von Nemann ! Nel 1944 John von Nemann, prese parte al progetto EDVAC, sccessore di ENIAC e definì la prima completa teoria del calcolatore elettronico.! Von Nemann sggerì di: immagazzinare il programma di fnzionamento all interno della macchina e di dotare il compter di n proprio sistema capace di interpretare le istrzioni comnicate mediante le schede perforate, memorizzate in segito all interno della macchina stessa, evitando in qesto modo il faticoso lavoro di cablaggio dei circiti per adattarli ai differenti problemi posti all elaboratore. 17 La macchina di Von Nemann! Von Nemann stabilì di trattare dati ed istrzioni in forma nmerica e di esprimere qesti in forma binaria, facendo cioè so di na nmerazione in base de, la più adatta alla tecnologia dei tbi a voto (valvole termoioniche), caratterizzati da de precisi livelli di potenziale elettrico.! La macchina ideata da von Nemann è in sostanza n elaboratore che lavora in maniera seqenziale, interpretando cioè no alla volta le istrzioni contente in n certo insieme ed applicandole ai dati forniti dall operatore o dalla propria memoria. 18 9

10 La prima generazione primi anni 50! Nel corso del 1950 gli elaboratori elettronici cominciano ad interessare anche le indstrie.! Si passa dalla fase di sperimentazione a qella di prodzione e vendita.! Gli elaboratori di prima generazione si basano s 3 fnzioni fondamentali: Immissione delle informazioni Elaborazione delle informazioni Emissione del risltato delle elaborazioni! I dati e le istrzioni vengono letti da schede perforate, ttte le operazioni e i controlli sono effettati atomaticamente, il fnzionamento è gidato da na nità di controllo che presiede alla eseczione dei comandi, ne controlla l esattezza e regola il flsso dei dati.! La tecnologia è dominata dalle valvole termoioniche 19 La seconda generazione i transistor fine anni 50! La tecnologia viene in aito dei costrttori di sistemi grazie all avvento dei transistor. I sistemi a valvole termoioniche vengono sostititi dai più compatti circiti a transistor (di dimensione dell ordine del millimetro).! I transistor vengono impiegati, principalmente, come amplificatori di segnali elettrici o come interrttori elettronici comandati da segnali elettrici ed hanno sostitito praticamente qasi del ttto le valvole termoioniche

11 La seconda generazione i transistor! Con l impiego dei transistor e il perfezionamento delle macchine e dei programmi il calcolatore elettronico diventa più veloce ed economico, si diffonde in decine di migliaia di pezzi in ttto il mondo.! I vantaggi della nova tecnologia a transistor sono: dimensioni dei sistemi ridotti minori consmi mantenzione migliorata! Vengono inoltre perfezionate le memorie secondarie e le nità per l immissione e l emissione dei dati. 21 La terza generazione I circiti integrati anni 60! Con l introdzione dei circiti integrati nasce la terza generazione di calcolatori elettronici.! Lo svilppo della tecnologia permetteva di costrire s n nico chip migliaia di transistor (oltre che diodi e resistenze), ridcendo in modo sensibile i tempi di elaborazione, che diventavano dell ordine del milionesimo di secondo.! Il circito integrato attraverso la miniatrizzazione ha permesso la diminzione dei costi di prodzione.! L incremento di velocità ha imposto n miglioramento della tecnologia di ttti gli altri componenti: memorie e dispositivi di I/O.! Con la terza generazione nascono sistemi di so generale, cioè dispositivi senza n compito ben delineato già nella fase progettale

12 La terza generazione! Al fine di gestire le varie componenti vengono creati programmi particolari detti Sistemi Operativi, che controllano il fnzionamento della macchina senza l intervento dell operatore.! Vengono creati novi lingaggi di programmazione per rispondere alle esigenze più generiche (BASIC).! Vengono introdotti i concetti di mltiprogrammazione e di time-sharing per elaborare più programmi contemporaneamente.! Vengono introdotti i dischi magnetici per la memorizzazione dei dati. 23 L evolzione dei sistemi di elaborazione! Nel corso degli anni 70 la tecnologia viene migliorata, nascono circiti sempre più microscopici e veloci.! La tecnologia dei circiti integrati viene estesa anche alle altri componenti dell nità centrale e alla memoria principale.! Viene modificata la gestione della memoria permettendo l eseczione di programmi di dimensioni sempre maggiori.! Vengono introdotti i spporti a disco magnetico in grado di ospitare informazioni di diverse migliaia di schede perforate

13 Qarta generazione: i microprocessori anni 70! Nel corso degli anni 70 la INTEL concentrò in n nico chip ttte le fnzioni dell nità centrale realizzando il primo microprocessore.! Ttte le fnzioni di elaborazione, interpretazione dei comandi e capacità di calcolo viene concentrata in n nico circito.! Il primo prototipo il era costitito da circa 2000 transistor, aveva la dimensione di 3 cmq, ed elaborava dati a 4 bit. 25 Svilppo dei microprocessori! Il primo microprocessore commercializzato f l Intel 4004, progettato da Federico Faggin.! Sccessivamente l Intel prodsse il primo microprocessore ad 8 bit 8008.! La Zilog (fondata da Faggin) realizzò nel 1976 il processore Z80 che per anni rimase al centro di molteplici tilizzazioni. (Nel 2000 lo Z80 veniva ancora prodotto in grandi qantità ed tilizzato come microcontrollore per sistemi embedded.)! Contemporaneamente l Intel propose il microprocessore 8080, predecessore di ttta la famiglia di microprocessori x86! Nel corso del 1980 i fabbricanti e i modelli di microprocessori cominciarono a moltiplicarsi, ed iniziarono a prodrsi i primi microprocessori a 16 bit

14 Personal Compter (I)! nato nel 1981 dalla IBM con il nome di PC IBM! IBM chiede a Microsoft (Bill Gates) di prodrre n S.O. per qeste macchine MS-DOS derivato dal CP/M-80! Bill Gates compera MS-DOS per poche centinaia di $$! architettra a processore nico! oggetto della evolzione più rapida 27 Personal Compter (II)! nel 1976 Steve Jobs e Steve Wozniak idearono il primo PC basato sl microprocessore 6800 (Motorola) Lo costrirono nel garage di casa Vendettero il Maggiolino per 1300$ e fondarono la Apple Compters! Il novo PC aveva Video televisivo Tastiera di na telescrivente Circiteria in na valigia 24 ore 28 14

15 La diffsione dei PC! Nel corso degli anni 80 molti costrttori decisero di realizzare macchine a basso prezzo per so privato, ffici o casalingo. Sinclair à Spectrm (Z80!) Commodore à C64! La corsa agli abbattimenti dei prezzi coinvolse anche le società più grosse portando ad na prodzione di massa dei PC. Nel 1983 il time dedica na copertina al Personal Compter indicandolo come l omo dell anno. 29 La diffsione dei PC L avvento dell IBM nel mondo dei PC portò alla prodzione di sistemi così detti professional compter più potenti dei PC disponibili e adatti ad n so professionale e personale. Nasce no standard a ci si rifanno anche altri costrttori (IBM compatibile) L tilizzo del sistema operativo DOS semplice e di facile comprensione da n lteriore spinta alla diffsione dei PC. Ancora oggi i la maggior parte dei PC si basano s l evolzione del sistema operativo creato da Bill Gates

16 La prima legge di Moore «La complessità di n microcircito, misrata ad esempio tramite il nmero di transistori per chip, raddoppia ogni 18 mesi (e qadrplica qindi ogni 3 anni).» (La prima legge di Moore è tratta da n'osservazione empirica di Gordon Moore, cofondatore di Intel con Robert Noyce) 31 16