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Fondamenti di Informatica - Storia dei sistemi di calcolo

FONDAMENTI DI INFORMATICA

Prof. PIER LUCA MONTESSORO

Facoltà di IngegneriaUniversità degli Studi di Udine

Breve storia dei sistemi di calcolo

Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio,musica e testo) sono di proprietà dell’autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine.Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca,scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell’Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine dilucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione.Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se nonesplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte dell’autore. L’informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata inprogetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L’autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell’informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all’informazione contenuta in questeslide.In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali.

Nota di Copyright

Perché i computer?

Limiti delle capacità elaborative umane:

• Velocità limitata pesanti limiti alla complessità dei problemi affrontabili

• Elevata probabilità di errore

Esempio

1794 Progetto francese per la stesura di tabelle matematiche, tra cui logN

• con 1≤ N≤ 200.000.• 100 persone• 2 anni di lavoro• tutti i calcoli duplicati per verifica errori• 17 grandi volumi

Esempio di tavole logaritmiche

L’era meccanica

1623 Wilhelm Schickard1642 Blaise Pascal• 6 cifre decimali per 2 numeri (rotelle)• somme e sottrazioni (complemento alla

base)• dispositivo per il riporto

Pascalina

L’era meccanica

1651 Gottfried Leibniz• moltiplicazioni e divisioni realizzate con

catene e pulegge• addizioni e sottrazioni come Pascal• precursore delle calcolatrici meccaniche

a 4 operazioni, commercializzate a partire dal XIX secolo e usate ancora nella seconda metà del XX

Macchina calcolatrice di Leibniz

Aritmometro TIM: assume come meccanismo di base il meccanismo di Leibniz

“Moderna” calcolatrice elettromeccanica

L’era meccanica

1823/1834 Charles Babbage• Difference Engine• Analytical Engine

Difference Engine

• Solo addizioni• Dedicato al calcolo di funzioni mediante

il metodo delle differenze finite (sviluppi in serie polinomiali)

Difference Engine

• Polinomi di 6° grado • Numeri di 20 cifre

valori iniziali

tabulazione di f(x)

• Progetto abbandonato

Difference engine

Analytical Engine• Qualsiasi operazione matematica

THEMILL

THE STORE

Stampante operforatoredi schede

Operazioni(scheda)

Variabili(schede)

Unità per eseguire le 4 operazioni

Insiemi di rotelle per rappresentare i numeri

Schede perforate (tecnologia del telaio di Jacquard)

Primo esempio di programma

Telaio Jacquard

Lettura automatica delle schede perforate

Perforazione delle schede

Analytical Engine

• Meccanismo per alterare automaticamente la sequenza delle operazioni

• Progetto fallito per l’inadeguatezza della tecnologia meccanica di allora e per l’eccessiva complessità.

Sviluppi successivi

• 1885 tastiera e stampa su carta• Motori elettrici

Sviluppi successivi

• Lettori elettrici di schede perforate (censimento U.S. 1890) di Herman Hollerith

Perforatore di schede

Sviluppi successivi

• 1896 Hollerith fonda la Tabulating Machine Company

• 1911 fusione con altre società

• Computing-Tabulating-Recording-Machine

• 1924 Ribattezzata in International Business Machine Corp. (IBM)

Sviluppi successivi

• 1938: Primo computer meccanico binario (Konrad Zuse) chiamato Z1

• 1941: Z3, il primo vero computer general-purpose programmabile, costruito con relay

Esempio di relay

Sviluppi successivi

• Diversi computer a relay per decrittografia durante la guerra

• 1944 IBM: Harward Mark IElettromeccanico con rotelle per la rappresentazione decimale dei numeri in memoriaProgramma su nastro di carta perforato.

L’era elettronica

Problemi dei computer meccanici:• lentezza a causa di attriti e inerzia • inaffidabilità, basso MTBF, specie per i

relays1906 Lee De Forest inventa il Triodo

Esempi di valvole

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)

• Primo importante computer general-purpose a valvole

• Progetto per il ministero delle Difesa Americano per costruire tavole balistiche

• Iniziato nel 1943 e completato nel 1946

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)

• 30 tonnellate• 18.000 valvole • 1000 volte più veloce dei predecessori

meccanici• Aritmetica decimale

EDVAC (Electronic Discrete Variabile Computer)

• Proposto nel 1945 da John Von Neumann (operativo nel 1951)

Idea rivoluzionaria:

Programmi e dati nella medesima unità di memoria ad alta velocità

• Due livelli di memoria:- 1024 parole (dati o istruzioni) a linee di ritardo a mercurio- 20480 parole memorizzabili su fili magnetici, ad accesso più lento

• Rappresentazione binaria dei dati

Blocco a sei piani di memoria a nuclei

Ingrandimento di una memoria a nuclei

Unità di memoriada 1 bit (flip-flop)

a valvole

Unità di clock a valvole

• Formato delle istruzioni:

A1 A2 A3 A4 OP

Indirizzi in memoria degli operandi

Indirizzo dove mettere il risultato

Indirizzo della prossima istruzione

Codice dell’operazioneda eseguire

Evoluzioni nell’era elettronica

• Transistor• Circuiti integrati• Microprocessori

Transistor

Porte logiche realizzate a transistor

Circuito integrato

Microprocessore

Addressbus

Control Unit Arithmetic and Logic Unit

Memoria Dispositivi di I/O

00000001000200030004000500060007

Databus

Controlbus

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