Informatica Economia e Finanza a.a. 2020-2021 - Sommario u Evoluzione storica dei sistemi per l'elaborazione - Evoluzione dei Computer
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Informatica
Economia e Finanza
a.a. 2020-2021
Fondamenti di Informatica: Evoluzione dei Computer
Ing. Andrea Pandurino
Università del Salento
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Sommario
u Evoluzione storica dei sistemi per l’elaborazione
dell’informazione
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1
u Storicamente, il primo strumento adottato
dall’uomo per la rappresentazione
dell’informazione numerica è probabilmente
costituito dalle 10 dita di cui sono dotate le sue
mani.
u Si noti a proposito che «digit», l’equivalente
inglese per l’italiano «cifra», deriva chiaramente
dal latino digitus, il dito.
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Informatica e abaco
Il progresso tecnologico è legato alla capacità di eseguire in modo
semplice e veloce calcoli sempre più complessi.
La storia del calcolo automatico ha origini antiche.
Il più semplice e il più antico strumento 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'unico
strumento da calcolo
disponibile.
Il sistema di calcolo è
di tipo posizionale
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2
Rappresentazione numerica posizionale
u Nel numero 555 si incontra per 3 volte 5 5 5
la cifra 5 con ruoli ben diversi:
u Quella più a destra rappresenta le unità e
deve essere moltiplicata per:
u 1
u Quella al centro rappresenta le decine e
deve essere moltiplicata per:
u 10
u Quella più a sinistra rappresenta le
centinaia e deve essere moltiplicata per:
u 100
u 555 = 5x100 + 5x10 + 5x1 ovvero
u 5x102 + 5x101 + 5x100
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William Oughtred
u L’invenzione del regolo calcolatore è attualmente attribuita
al pastore anglicano William Oughtred, nel 1622 circa.
Il regolo calcolatore
era costituito da due
scale scorrevoli, una
sull'altra, per
realizzare moltiplicaz
ioni e divisioni.
Inoltre Oughtred
introdusse il segno "×"
(per, una croce di
sant'Andrea) quale
segno indicante la
moltiplicazione.
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3
Primi sistemi automatici
• Per arrivare a un nuovo tipo di sistema di calcolo,
c’era un problema “complesso” da superare: il
“riporto” da un'unità all'altra, problema che
nell'abaco era risolto manualmente.
• Soltanto nel Seicento venne l’idea di applicare i
meccanismi degli orologi all’esecuzione di
operazioni con i numeri. La serie di ruote dentate di
un orologio, con le quali si calcolavano minuti,
secondi e ore, poteva servire, allo stesso modo,
per calcolare addizioni, sottrazioni e quindi
moltiplicazioni e divisioni.
• Il meccanismo è semplice la rotazione completa di
una ruota fa avanzare di una unità la ruota alla sua
sinistra.
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La macchina di calcolo di Pascal
Blaise Pascal fu tra i primi, nel Seicento, a
mettere a punto, con questa tecnica, una
macchina da calcolo che eseguiva addizioni,
sottrazioni e quindi anche moltiplicazioni e
divisioni.
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4
Macchina di Leibniz
u Alcuni anni più tardi nel 1670, Gottfried von
Leibniz realizzò una nuova macchina a
manovella, con una particolare ruota dentata
che consentiva di calcolare in modo più
semplice e rapido moltiplicazioni, divisioni e
radici quadrate.
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Charles Babbage – macchina analitica
u Verso il 1820, un nobile inglese, Charles Babbage, riuscì per
primo a intravedere la soluzione del problema di rendere
completamente automatica l’esecuzione di qualsiasi serie di
calcoli.
Nel 1823 progettò la “macchina
analitica” che la cui costruzione
cominciò ma non fu mai terminata, in
grado di operare in input e output su
schede perforate, dotata di una
memoria che poteva contenete 1000
numeri di 50 cifre decimali e in grado
di eseguire le 4 operazioni oltre che
confronti e radici quadrate
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Ada King
u Pochi anni dopo, la matematica Ada King,
contessa di Lovelace e unica figlia legittima del
poeta Lord Byron, scrisse un programma che
avrebbe consentito alla macchina analitica di
Babbage di calcolare i numeri di Bernoulli,
guadagnandosi la fama di primo programmatore di
calcolatori nella storia.
u Curiosità: Nel 1979 il Dipartimento della Difesa
degli Stati Uniti, per unificare i linguaggi di
programmazione da impiegare sui propri sistemi,
finanziò lo sviluppo di un nuovo linguaggio,
chiamato poi Ada in suo onore.
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Calcolatori elettrici a relè
u Con l’elettricità si rende finalmente
disponibile la tecnologia per la realizzazione
della macchina di Babbage. I vari
ingranaggi potevano essere sostituiti da
circuiti elettrici e le ruote dentate da
interruttori.
u Durante la Seconda Guerra Mondiale vi
furono tre flussi paralleli di sviluppo in
Germania, Inghilterra e USA.
u In Germania, Konrad Zuse realizzò tra il
1936 e il 1941, prototipi di calcolatore
basati su relè elettromagnetici, il cui
compito era quello di aprire o chiudere
circuiti elettrici.
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La macchina di Turing - 1936
u Gli inglesi costruirono macchine per la decrittazione in grado di provare in
tempi relativamente brevi molte possibili chiavi sui messaggi intercettati.
u E ovviamente trassero vantaggio dalla macchina Enigma rubata ai
tedeschi.
u Tra gli scienziati di Bletchley Park, c’era anche Alan Turing, oggi
considerato come uno dei pionieri dell’informatica.
Bletchley Park Alan Turing Il calcolatore di Turing “Bombe”
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La macchina di Turing - 1936
! Nel 1936 il matematico inglese di origine ungherese,
Alan Turing, presenta un suo concetto di macchina
calcolatrice astratta chiamata “Bomba”, il sistema di
uso generale era finalizzato alla soluzione di tutti i
problemi matematici e rappresenta un primitivo e
primordiale “prototipo” del computer moderno.
! Una macchina di Turing è costituita da due elementi:
– Un nastro di lunghezza infinita, suddiviso in celle, in
ognuna delle quali può essere scritto un simbolo
appartenente all’alfabeto della macchina, che è composto
da 0 e 1.
– Una testina magnetica in grado di leggere i simboli scritti
in una cella, di scrivervi un nuovo simbolo, di muoversi in
entrambi i versi lungo il nastro.
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Colossus - Mark 1 - 1943
! Sulle idee e i progetti di Turing, l’ing. Tommy Flowers realizza la
prima versione di un calcolatore elettronico nel 1943 dal governo
britannico chiamato “Colossus - Mark 1”.
! Si trattava di un enorme calcolatore, grande quanto un intero
edificio, che veniva utilizzati per uno scopo specifico, decriptare
più velocemente i messaggi ENIGMA. Non aveva un sistema
operativo, il suo funzionamento era determinato dal loro schema
elettrico invece che da un programma.
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Sistemi a valvole termoioniche - 1946
! Nel 1945, entra in funzione il gigantesco elaboratore elettronico
Eniac (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Realizzato
per conto del dell’Esercito americano, per il calcolo delle tabelle
balistiche.
! Eniac è il primo elaboratore programmabile interamente a circuiti
elettronici e senza parti meccaniche in movimento anche se non
rispetta il modello offerto da von Neumann (vedi slide successiva):
i dati sono memorizzati in accumulatori, ma il programma da
eseguire su di essi non è memorizzato perché dipende dal
cablaggio interno.
! Costituito da 18 mila valvole termoioniche, 70 mila resistenze e 10
mila condensatori, Eniac pesava 30 tonnellate, occupava un’area
di 180 metri quadrati ed eseguiva 5 mila addizioni al secondo, con
una velocità operativa mille volte superiore rispetto ai modelli
elettromeccanici.
! Il calcolatore rimarrà in servizio per nove
anni, fino a quando diverrà praticamente
inservibile e di difficile manutenzione
(occorrevano infatti circa 19 mila valvole
nuove all’anno ed era previsto un guasto
ogni 5 ore e mezza di funzionamento).
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La macchina di Von Neumann - 1944
! Nel 1944 John von Neumann, prese parte al
progetto EDVAC, successore di ENIAC e definì la
prima completa teoria del calcolatore elettronico.
! Von Neumann suggerì di:
– immagazzinare il programma di funzionamento all’interno
della macchina
– e di dotare il computer di un proprio sistema capace di
interpretare le istruzioni comunicate mediante le schede
perforate, memorizzate in seguito all’interno della
macchina stessa, evitando in questo modo il faticoso
lavoro di cablaggio dei circuiti per adattarli ai differenti
problemi posti all’elaboratore.
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La macchina di Von Neumann
! Von Neumann stabilì di trattare dati ed istruzioni
in forma numerica e di esprimere questi in forma
binaria, facendo cioè uso di una numerazione in
base due, la più adatta alla tecnologia dei tubi a
vuoto (valvole termoioniche), caratterizzati da due
precisi livelli di potenziale elettrico.
! La macchina ideata da von Neumann è in
sostanza un elaboratore che lavora in maniera
sequenziale, interpretando cioè uno alla volta
le istruzioni contenute in un certo insieme ed
applicandole ai dati forniti dall’operatore o
dalla propria memoria.
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La prima generazione – primi anni ‘50
! Nel corso del 1950 gli elaboratori elettronici cominciano ad
interessare anche le industrie.
! Si passa dalla fase di sperimentazione a quella di produzione e
vendita.
! Gli elaboratori di prima generazione si basano su 3 funzioni
fondamentali:
– Immissione delle informazioni
– Elaborazione delle informazioni
– Emissione del risultato delle elaborazioni
! I dati e le istruzioni vengono letti da schede perforate, tutte le
operazioni e i controlli sono effettuati automaticamente, il
funzionamento è guidato da una unità di controllo che presiede alla
esecuzione dei comandi, ne controlla l’esattezza e regola il flusso dei
dati.
! La tecnologia è dominata dalle valvole termoioniche
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La seconda generazione – i transistor – fine anni ‘50
! La tecnologia viene in aiuto dei costruttori di sistemi
grazie all’avvento dei transistor. I sistemi a valvole
termoioniche vengono sostituiti dai più compatti
circuiti a transistor (di dimensione dell’ordine del
millimetro).
! I transistor vengono impiegati, principalmente, come
amplificatori di segnali elettrici o come interruttori
elettronici comandati da segnali elettrici ed hanno
sostituito praticamente quasi del tutto le valvole
termoioniche.
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10La 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 tutto il
mondo.
! I vantaggi della nuova tecnologia a transistor
sono:
– dimensioni dei sistemi ridotti
– minori consumi
– manutenzione migliorata
! Vengono inoltre perfezionate le memorie
secondarie e le unità per l’immissione e
l’emissione dei dati.
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La terza generazione – I circuiti integrati – anni ‘60
! Con l’introduzione dei circuiti integrati nasce la terza
generazione di calcolatori elettronici.
! Lo sviluppo della tecnologia permetteva di costruire su un
unico chip migliaia di transistor (oltre che diodi e resistenze),
riducendo in modo sensibile i tempi di elaborazione, che
diventavano dell’ordine del milionesimo di secondo.
! Il circuito integrato attraverso la miniaturizzazione ha
permesso la diminuzione dei costi di produzione.
! L’incremento di velocità ha imposto un
miglioramento della tecnologia di tutti gli altri
componenti: memorie e dispositivi di I/O.
! Con la terza generazione nascono sistemi
di uso generale, cioè dispositivi senza un
compito ben delineato già nella fase
progettuale.
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11La terza generazione
! Al fine di gestire le varie componenti vengono
creati programmi particolari detti Sistemi
Operativi, che controllano il funzionamento della
macchina senza l’intervento dell’operatore.
! Vengono creati nuovi linguaggi di
programmazione per rispondere alle esigenze
più generiche (BASIC).
! Vengono introdotti i concetti di multi-
programmazione e di time-sharing per
elaborare più programmi contemporaneamente.
! Vengono introdotti i dischi magnetici per la
memorizzazione dei dati.
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L’evoluzione dei sistemi di elaborazione
! Nel corso degli anni 70 la tecnologia viene migliorata,
nascono circuiti sempre più microscopici e veloci.
! La tecnologia dei circuiti integrati viene estesa anche
alle altri componenti dell’unità centrale e alla memoria
principale.
! Viene modificata la gestione della memoria
permettendo l’esecuzione di programmi di dimensioni
sempre maggiori.
! Vengono introdotti i supporti a disco magnetico in
grado di ospitare informazioni di diverse migliaia di
schede perforate.
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12Quarta generazione: i microprocessori – anni
‘70
! Nel corso degli anni 70 la INTEL concentrò in
un unico chip tutte le funzioni dell’unità
centrale realizzando il primo
microprocessore.
! Tutte le funzioni di elaborazione,
interpretazione dei comandi e capacità di
calcolo viene concentrata in un unico circuito.
! Il primo prototipo il 4000-1 era costituito da
circa 2000 transistor, aveva la dimensione di
3 cmq, ed elaborava dati a 4 bit.
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Sviluppo dei microprocessori
! Il primo microprocessore commercializzato fu l’Intel 4004,
progettato da Federico Faggin.
! Successivamente l’Intel produsse 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 utilizzazioni. (Nel
2000 lo Z80 veniva ancora prodotto in grandi quantità ed
utilizzato come microcontrollore per sistemi embedded.)
! Contemporaneamente l’Intel propose il microprocessore 8080,
predecessore di tutta la famiglia di microprocessori x86
! Nel corso del 1980 i fabbricanti e i modelli di
microprocessori cominciarono a moltiplicarsi,
ed iniziarono a prodursi i primi
microprocessori a 16 bit.
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13Personal Computer (I)
! “nato” nel 1981 dalla IBM con il nome di PC
IBM
! IBM chiede a Microsoft (Bill Gates) di produrre
un S.O. per queste macchine
uMS-DOS derivato dal CP/M-80
! Bill Gates compera MS-DOS per poche
centinaia di $$
! architettura a processore unico
! oggetto della evoluzione più rapida
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Personal Computer (II)
! nel 1976 Steve Jobs e Steve Wozniak idearono
il primo PC basato sul microprocessore 6800
(Motorola)
u Lo costruirono nel garage di casa
u Vendettero il Maggiolino per 1300$ e fondarono la
Apple Computers
! Il nuovo PC aveva
u Video televisivo
u Tastiera di una telescrivente
u Circuiteria in una valigia 24 ore
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14La diffusione dei PC
! Nel corso degli anni 80 molti costruttori decisero di realizzare macchine a
basso prezzo per uso privato, uffici o casalingo.
– Sinclair à Spectrum (Z80!)
– Commodore à C64
! La corsa agli abbattimenti dei prezzi coinvolse anche
le società più grosse portando ad una produzione di
massa dei PC. Nel 1983 il time dedica una copertina
al Personal Computer indicandolo come “l’uomo
dell’anno”.
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La diffusione dei PC
u L’avvento dell’IBM nel mondo dei PC portò alla
produzione di sistemi così detti “professional
computer” più potenti dei PC disponibili e adatti ad
un uso professionale e personale.
u Nasce uno standard a cui si rifanno anche altri
costruttori (IBM compatibile)
u L’utilizzo del sistema operativo DOS semplice e di
facile comprensione da un ulteriore spinta alla
diffusione dei PC.
u Ancora oggi i la maggior parte dei PC si basano su
l’evoluzione del sistema operativo creato da Bill
Gates.
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15La prima legge di Moore
u « La complessità di un microcircuito, misurata ad
esempio tramite il numero di transistori per chip,
raddoppia ogni 18 mesi (e quadruplica quindi
ogni 3 anni). »
u (La prima legge di Moore è tratta da
un'osservazione empirica di Gordon Moore,
cofondatore di Intel con Robert Noyce)
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