Abilità Informatiche A.A. 2010/2011

Lezione 1: Introduzione e Storia

Facoltà di Lingue e Letterature Straniere

Informatica e discipline umanistiche

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perché? per imparare a usare il computer

per studiare usando il computer

corsi multimediali

ricerche sul WWW

ricerche su archivi digitali

ricerche su insiemi di dati non strutturati

...

per comunicare usando il computer

creare un ipertesto

creare un sito web

strutturare un percorso didattico o narrativo per e-learning

...

(continua…)

Informatica e

discipline umanistiche (continua)

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perché? per fare ricerca usando il computer

potenziando i nostri strumenti:

creare e consultare basi di dati

acquisire nuovi dati da materiale non strutturato

strutturare il materiale acquisito

fare esperimenti su grandi quantità di dati attraverso analisi e simulazioni...

rielaborando i nostri concetti:

impatto delle tecnologie informatiche sul modo in cui oggi guardiamo al linguaggio

per attrezzarsi rispetto alle nuove professioni

Il mercato del lavoro ...

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agenzie web

case editrici e agenzie redazionali multimediali

giornalismo in linea (on-line)

aziende produttrici di software

aziende localizzatrici di software

aziende operanti nella “industria delle lingue”

biblioteche e musei

scuole di ogni genere e grado

agenzie di formazione professionale (e-learning)

università e centri di ricerca

grandi aziende

amministrazioni

Prima… una domanda

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Cos‟è l‟informatica ?

Informatica:

Informazione + automatica

Cos’è l’informatica?

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Scienza della rappresentazione e dell‟elaborazione

dell‟informazione

ovvero

Studio degli algoritmi che descrivono e trasformano

l‟informazione

Informazione + Automatica

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Rappresentazione dell‟informazione

trascrizione e registrazione dell‟informazione su supporti materiali

es: la scrittura, un CD che registra un melodia

…..secondo una opportuna codifica…

es: le convenzioni di rappresentazione dei caratteri, il formato

del CD

Calcolatore

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un supporto per la rappresentazione di informazione „attivo‟ che può

(1) raccogliere impressionati quantità di dati es: tutto l‟archivio del

British Museum

(2) rendere disponibili questi dati in modo istantaneo e con

prospettive diverse a utenti diversi e in parti diverse del mondo

es: permettendo a utenti di tutto il mondo di collegarsi a parti

delle informazioni di BM via Internet, lasciando altre private

(accesso ristretto all‟amministrazione del museo)

Il calcolatore: cos’ha di speciale?

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un supporto per la rappresentazione di informazione „attivo‟

che può… (3) elaborare automaticamente la rappresentazione dei dati in

modo da

presentarli in modo diverso a diversi soggetti

prendere delle decisioni in base alle proprietà degli oggetti rappresentati

produrre nuovi dati

esempi:

stampare la lista delle opere acquisite dal BM in un certo mese,

decidere se un utente ha accesso o meno a certi dati

individuare caratteristiche comuni a tutte le opere dello stessoautore

I calcolatori sono programmabili

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programmabilità : capacità di specializzare il dispositivo per attività

complesse di elaborazione dell‟informazione

evoluzione turbinosa del settore : il calcolatore non può essere

usato in modo consapevole ed informato da chi non conosce i

principi generali di funzionamento

Algoritmi e Programmi

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I calcolatori vengono programmati mediante algoritmi.

Un algoritmo é una “ricetta”, ovvero un procedimento, composto da

una sequenza di istruzioni elementari, che consente di risolvere un

problema.

Esempio: esistono algoritmi per calcolare il prodotto di due numeri di

più cifre, per trovare il massimo di un insieme di numeri, per ordinare

alfabeticamente una serie di nomi, ecc..

Un programma é un algoritmo scritto in un linguaggio non ambiguo e

direttamente comprensibile dal computer.

Perché saperne di più …

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Conoscere i principi generali di funzionamento del calcolatore serve a ... Utilizzarlo correttamente al massimo delle capacità

Decidere in modo informato se può essere o meno di aiuto per realizzare un certo compito

Capire le differenze ed i limiti delle diverse macchine in commercio (dove siamo …)

Seguire e possibilmente comprendere l‟evoluzione turbinosa del settore e le capacità delle macchine future (dove andiamo …)

i principi fondamentali cambiano in modo molto più lento del prodotto o dell‟applicativo

Alcune applicazioni ‘complesse’

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elaborazione di dati medici:

risonanza magnetica, TAC

progettazione di prodotti

complessi

editoria elettronica

elaborazione di dati del

territorio

Struttura di un calcolatore

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Hardware e Software

Memoria

Mantiene

Dati e Istruzioni

Processore Sottosistema

di Interfaccia

Software

Hardware

bus

Il calcolatore come strumento per la

manipolazione dell’informazione

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Come viene risolto un problema :

Dati di

ingresso

Descrivono il caso

in esame

Elaborazione

Manipolazione dei dati di ingresso

in modo da costruire la

soluzione cercata

Rappresentano la

soluzione del caso

in esame

Dati di

uscita

Componenti del computer

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Hardware

Sistema Operativo

Applicazioni

È il livello di SW con cui interagisce l’utente e comprende

programmi quali: Word, PowerPoint, Excel, Explorer, …..

Software

È il livello di SW che interagisce direttamente

con l’HW e che si occupa di un uso corretto

ed efficiente delle risorse fisiche

Windows

Unix/Linux

Mac OS

La storia del calcolatore

inizia dal 3000 Avanti Cristo

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L‟Abaco cinese può essere considerato il primo modello

matematico di calcolo (fatto su interi).

In questo modello si possono formalizzare le quattro

operazioni (somma, sottrazione, prodotto e divisione).

La macchina di Antikythera

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E‟ il più antico calcolatore meccanico conosciuto, databile intorno al 100 - 150 a.C..

Si tratta di un sofisticato planetario, mosso da ruote dentate, che serviva per calcolare il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei 5 pianeti allora conosciuti, gli equinozi, i mesi e i giorni della settimana.

Trae il nome dall'isola greca di Anticitera(Cerigotto) presso cui è stata rinvenuta.

È conservata presso il Museo archeologico nazionale di Atene.

Blaise Pascal (1623-1662)

Pascalina

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1641-1645: Blaise Pascal progetta e realizza la

Pascalina: calcolatore meccanico per addizioni.

Leibnitz (1646-1716)

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1673, Ruota di Leibnitz: macchina per addizioni, sottrazioni,

moltiplicazioni, divisioni e radice quadrata

Dispositivi di alto ingegno, ma non ancora

“computer’’

L‟Abaco e le macchine calcolatrici di Pascal e Leibnitz erano

privi di due caratteristiche fondamentali:

Non disponevano di memoria in cui fosse possibile archiviare

informazioni in forma leggibile dalla macchina.

Non erano programmabili. Era impossibile fornire in anticipo

una sequenza di istruzioni che potessero essere eseguite dal

dispositivo senza intervento manuale.

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Sorprendentemente…

… Il primo vero “dispositivo informatico” a includere entrambe le

caratteristiche non fu creato per calcoli matematici, ma per produrre

tappeti e tessuti.

1801: Joseph Jaquard progettò un telaio automatico che utilizzava schede

perforate per creare la trama desiderata nei tessuti prodotti.

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Telaio di Jacquard

Non solo si trattava del primo dispositivo programmabile, ma

dimostrava anche come le conoscenze di un essere umano

esperto potessero essere catturate in un formato leggibile

dalla macchina e utilizzato per controllare un sistema che

portasse a termine la stessa attività in modo automatico.

Una volta creato il programma, l‟esperto non era più

necessario e anche un semplice apprendista poteva caricare le

schede, avviare il telaio e realizzare un prodotto finito di alta

qualità, più e più volte.

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Babbage (1791 – 1871)

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1824: Charles Babbage progetta una macchina “general-purpose”, le cui

funzionalità dipendono da come è programmata.

In grado di eseguire somme, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni fino a 6

cifre e poteva risolvere equazioni polinomiali.

Charles Babbage (1791-1871)

1830, Babbage tentò di progettare una macchina differenziale con una

precisione di 20 cifre, ma dopo 12 anni di lavoro rinunciò al progetto: la

tecnologia non era così avanzata per produrre ruote e ingranaggi di

estrema precisione, come prevedeva il suo progetto.

1991, il London Museum of Science realizza un modello reale e funzionante

della macchina differenziale, seguendo il progetto originale di Babbage:

Alto più di due metri

Largo oltre tre

Peso più di tre tonnellate

Con 4000 parti mobili

Funziona!

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Charles Babbage (1791-1871)

Il progetto più ambizioso di Babbage fu la macchina analitica,

che poteva essere configurata per risolvere una vasta gamma

di problemi matematici.

Quattro componenti fondamentali, praticamente identiche

nelle funzioni alle componenti principali dei moderni sistemi

informatici:

1. Mulino, per eseguire la manipolazione aritmetica dei dati

2. Deposito, per conservare i dati

3. Operatore, per elaborare le istruzioni contenute nelle schede

perforate

4. Unità di uscita, per collocare i risultati su chede perforate separate.

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Hermann Hollerith (1860-1929)

1890: il censimento degli Stati Uniti d‟America sarebbe iniziato senza che

fosse finito il precedente. Si prevedeva che i conteggi avrebbero richiesto

12-13 anni.

Hollerith, ingegniere impiegato nell‟ufficio censimento, progettò e costruì le

macchine tabulatrici: programmabili a schede, in grado di leggere,

conteggiare e ordinare i dati immessi di schede perforate.

I dati del censimento venivano codificati sulle schede mediante un

perforatore a tastiera. Le schede venivano portate su un tabulatore per il

conteggio o su un ordinatore per l‟ordinamento alfabetico o numerico.

Disponevano di una piccola memoria.

Il censimento del 1880 richiese 8 anni per essere completato, quello del

1890 terminò in soli 2 anni, nonostante un incremento del 30% della

popolazione.

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Hermann Hollerith (1860-1929)

1902: Hollerith lascia l‟ufficio del censimento e fonda la

Computer Tabulating Recording Company per vendere

macchine a schede perforate.

1900-1950: praticamente ogni azienda importante degli USA

disponeva di sale di elaborazione dati piene di perforatrici a

tastiera, ordinatori e tabulatori, e… cassetti e cassetti di

schede perforate!

1924: la Computer Tabulating Recording Company mutò il suo

nome in International Business Machine (IBM)

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Schede perforate

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La nascita dei computer:

1940-1950

1939-40: Scoppio della guerra. Tale evento - purtroppo – diede impulso a

importanti progressi tecnologici dell‟umanità.

La seconda guerra mondiale creò un‟altra serie di problemi basati sulle

informazioni: non inventari, vendite e stipendi, ma tabelle balistiche, dati

dispiegamento truppe e codici segreti.

1931: all‟Università di Harvard parte un progetto gestito dal Prof. Howard

Aiken e finanziato da Marina degli Stati Uniti e IBM. Scopo: costruzione di

un computer elettromeccanico programmabile universale, che adottava una

miscela di relè, magneti e ingranaggi per l‟elaborazione e l‟archiviazione dei

dati. Mark I

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Mark I

Il primo a utilizzare il sistema di numerazione binario.

Utilizzava valvole e corrente elettrica per rappresentare i due valori binari:

0 spento, 1 acceso.

Completato nel 1944.

Capacità di memoria: 72 numeri.

Poteva eseguire moltiplicazioni a 23 cifre in 4 secondi.

Fu operativo per 15 anni.

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La nascita dei computer:

1940-1950

Durante i primi giorni della guerra, l‟esercito produceva molti pezzi di

artiglieria, ma non riusciva a pordurre le tabelle di fuoco altrettanto

velocemente. Tali tabelle informano il soldato su come mirare in base a

elementi quali la distanza dall‟obiettivo, la temperatura, il vento,

l‟elevazione… Troppe variabili rendevano i calcoli complessi!

1943: Università della Pennsylvania, progetto di J. Presper Eckert e John

Mauchly finanziato dall‟esercito degli USA. Scopo: creazione di un

dispositivo di calcolo completamente elettronico.

1946: viene completata la macchina, battezzata ENIAC (Electronic

Numerical Integrator and Calculator).

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ENIAC

Il primo computer programmebile universale completamente

elettronico.

Conteneva 18000 valvole.

Lungo 30 metri,alto 3 metri, pensante 30 tonnellate.

Grazie alla natura completamente elettronica, non conteneva

nessun componente meccanico lento.

Sommava numeri a 10 cifre in 1/5000 di secondo e li

moltiplicava in 1/300 di secondo. Un migliaio di volte più veloce

del Mark I.

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Inizia l’era informatica ...

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Il giorno della presentazione al mondo, fu chiesto all'ENIAC (col solito sistema della scheda perforata) di moltiplicare il numero 97.367 per se stesso 5.000 volte. La macchina compì l'operazione in meno di un secondo.

Con l'ENIAC, che funzionò dal 1946 al 1955, nasce l'era informatica vera e propria.

ENIAC

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… e non sono solo cose da uomini

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Non solo Mark I ed ENIAC

1939-1942: ABC (Attanasoff-Berry Computer) Università dell

Iowa. In realtà il primo computer elettronico… ma era utile

per un solo compito: risoluzione di sistemi di equazioni lineari

simultanee.

1943: COLOSSUS, realizzato in Inghilterra sotto la direzione di

Alan Turing.

Anni „40: Germania studio di Z1, un dispositivo simile

all‟ENIAC… (fortunatamente) completato dopo la fine della

guerra.

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ABC

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1939: John Atanasoff, fisico dell‟Iowa State College,

realizza il primo calcolatore elettronico digitale, basato

su valvole termoioniche ed in grado di operare su cifre

binarie, L‟ABC (Atanasoff-Berry Computer).

L'Abc aveva un banco di memoria separato dal circuito

di calcolo e aveva dispositivi di input e di output

separati.

L'Abc aveva solo 1500 bit di memoria, ma riuscì

ugualmente a risolvere sistemi di 29 equazioni in 29

incognite.

Atanasoff-Berry Computer

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ABC (ricostruzione)

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In Europa: COLOSSUS

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1943, Inghilterra: , progettata da Alan Turing, ha un ruolo importante per decifrare i codici segreti usati dall’armata tedesca nella seconda guerra mondiale

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COLOSSUS

Enigma

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In Germania, durante la seconda guerra mondiale, venne utilizzataEnigma, una macchina crittografica per cifrare le comunicazioni, inventata da un polacco e finita misteriosamente in mani naziste,

Programmazione?

ENIAC disponeva di memoria ed era programmabile, ma…

Per programmare ENIAC, come per gli altri, era necessario

modificare la disposizione di un grande numero di fili,

connettori e quadri di connessione. (Es. i quadri di connessione

contenevano 6000 interruttori separati)

Programmare ENIAC era una questione non solo di algoritmi

ma anche di saldature e collegamenti elettrici, rendendo

l‟operazione molto difficoltosa.

L‟unità di memoria archiviava solo i dati, non le istruzioni.

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Finalmente: il modello attuale

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Le istruzioni per i calcoli, invece di essere inserite con schede perforate, vengono registrate in forma numerica nella memoria elettronica interna, mediante un nastro magnetico.

In pratica il calcolatore diventa un elaboratore capace di trattare qualsiasi informazione espressa in codice binario.

1946: a Princeton, grazie agli studi del matematico John von Neumann, viene iniziata la costruzione dell'Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC), primo elaboratore dotato di programmi memorizzati

EDVAC

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I primi programmi

The Tootill Notebook

Manchester, 1948

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... non solo prototipi ...

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Nel 1951 l'EDVAC fu ultimato, con un costo astronomico di mezzo

milione di dollari (lo staff che vi ci lavorava era composto da circa 20

persone).

1951: EDVAC, col nome UNIVAC

1, viene prodotto in serie. 12

esemplari lavorarono senza

sosta per 12 anni e 6 mesi,

elaborando 30.000 informazioni

al minuto.

L’era moderna:

dal 1950 ad oggi

Gli ultimi 50 anni relativi allo sviluppo dei computer sono stati

dedicati al miglioramento in termini di hardware e software

dell‟architettura di Von Neumann.

Processo evolutivo e non rivoluzionario.

Le ultime modifiche apportate ai computer nel corso dell‟ultimo

mezzo secolo li hanno resi più veloci, più piccoli, meno costosi,

più affidabili e più facili da usare, ma senza cambiare

drasticamente la struttura di base sottostante.

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1950-1957:

Prima Generazione

Primi computer commerciale (UNIVAC I e IBM 701)

Sistemi simili a EDVAC: ingombranti, costosi, lenti e inaffidabili.

Utilizzavano valvole per elaborare e archiviare dati.

Richiedevano una manutenzione complessa (solo accendendo

la macchina si poteva bruciare una decina di valvole!)

Utilizzate solo da personale qualificato e solo in luoghi speciali:

laboratori di ricerca, grandi aziende, installazioni militari.

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1957-1965:

Seconda Generazione

Cambia la dimensione e la complessità dei computer.

Le valvole vengono sostituite da transistror (dimensioni di

pochi mm).

La memoria viene realizzata con minuscoli nuclei magnetici (di

soli 2mm di diametro).

Aumenta l‟affidabilità e diminuisce il costo.

Prezzo abbordabile per piccole e medie imprese, istituti

scolastici ed enti governativi.

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1957-1965:

Seconda Generazione

Compaiono i primi linguaggi di programmazione di alto livello

(simili al linguaggio naturale): FORTRAN e COBOL, a cui

seguiranno LISP, ALGOL e BASIC (Beginner‟s All-purpose

Symbolic Instruction Code)

Non era più necessario essere un tecnico elettronico per

risolvere un problema, basta sapere come scrivere i comandi in

un linguaggio di alto livello.

Nasce ufficialmente una nuova professione: il Programatore.

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... il transistor ...

53

Nel 1956 il Premio Nobel venne

assegnato al gruppo di ricercatori il cui

lavoro portò all‟invenzione del transistor

nel 1947.

Nella foto, scattata nei laboratori della

AT&T Bell Laboratories (da sinistra a

destra): il Dr. John Bardeen, il Dr.

Wilhiam Shockley ed il Dr. Walter

Brittain.

Il primo transistor

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Seconda generazione: tappe importanti

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1960: Il precursore dei minicomputer, il

DEC PDP-1, viene venduto a $120.000.

Ne furono costruiti 50 esemplari,

comandati attraverso la tastiera e un

monitor a tubi catodici.

Richiedevano l'assistenza di un solo

operatore.

1962: Alcuni studenti del MIT, entusiasti

della sua adattabilità, scrissero per il PDP-1

il primo video-game computerizzato,

SpaceWar!.

1964: Epson inventa la prima stampante a

matrice di punti

1965-1975:

Terza Generazione

Il processo di miniaturizzazione prosegue con i circuiti

integrati: invece che utilizzare componenti elettronici discreti,

transistor, resistenze e condensatori vengono incisi

fotografiamente su un pezzo di silicio.

Diminuisce dimensione e costo: minicomputer.

Nasce l‟industria del software, con la comparsa di produttori

di pacchetti per la contabilità e statistica.

I computer non sono più una rarità: sono ampiamente usati in

tutti i settori, da quello governativo, a quello delle forze

armate, a quello dell‟istruzione, a quello delle medie imprese.

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Valvola Transistor

1946 1959 1966

Circuito integrato

Unix

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► Nel 1969 i laboratori Bell sviluppano il sistema operativo UNIX.

► Viene disegnata una semplice combinazione di un processore e di una unità

di calcolo (la prima CPU), che sarà poi effettivamente realizzata dalla Intel.

Il processore Intel4004 a 4 bit diede inizio

alla rivoluzione elettronica; in un unico

chip era contenuta tutta la potenza di

calcolo dell‟ENIAC.

► Su commissione del Dipartimento della Difesa USA, ARPANET studia la

prima rete (ha solo 4 nodi), che diverrà la più grande rete mondiale:

Internet.

1975-1985:

Quarta generazione

Ulteriore riduzione di costi e dimensioni, più affidabilità.

Primi microcomputer.

Crescita dell‟industria del software e sviluppo di nuovi tipi di

software: fogli elettronici, data base, grafica.

Prime reti di computer (posta elettronica)

Nasce il concetto di user-friendly: interfacce grafiche, menù a

discesa, icone. Apple Macintosh (1984), Windows 1.0 (1985)

59

Il computer entra in casa

60

► Fino al 1977 gli elaboratori erano utilizzati soltanto da aziende e organismigovernativi, ed avevo prezzi esorbitanti

► In quell‟anno viene annunciato l'APPLE II, il primo personal computer,

con programmi di videoscrittura, fogli di calcolo, giochi e tanto altro.

► Nel 1984 viene annunciato dalla Apple il personal computer Macintosh; sitratta una macchina interamente grafica, dal prezzo abbordabile.

PC APPLE IIApple

Macintosh

Microsoft Windows

61

► Otto anni dopo (1985) la Microsoft sviluppa Windows 1.0, introducendo aspetti

tipici del Macintosh nei computer DOS.

► Si verificheranno continue dispute legali tra Microsoft ed Apple a causa dell‟eccessiva

somiglianza di Windows e Macintosh.

Nel 1977 Bill Gates e

Paul Allen fondano la

Microsoft

1985-????:

Quinta Generazione

Supercomputer e processori paralleli

Computer portatili e palmari

Reti wireless

Dispositivi con enormi capacità di memoria di massa

Informatica pervasiva

Grafica ad alta risoluzione, tecnologie di visualizzazione, realtà

virtuale.

Reti mondiali

Interfaccia utenti multimediali

Diffusione dell‟uso di suoni, immagini e filmati digitalizzati.

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I Supercomputers

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► Negli ultimi dieci anni la potenza di calcolo dei PC ha avuto una crescitacontinua; tuttavia la loro complessità è irrisoria rispetto a quella deisupercomputer: elaboratori dedicati ad utilizzi in cui vi sia la necessità disostenere elevati volumi di elaborazione, come in enti di difesa, centri diricerca, istituti di meteorologia, aziende aerospaziali ecc.

► Nel 2000 viene presentato il Cray X1,dotato di 4.096 CPU e capacità dicalcolo di 52,4 migliaia di miliardidi operazioni; può gestire fino a65,5 Terabyte di memoria.

► Costo minimo: 2,5 milioni di dollari.

... sempre più rapidamente

64

Millennio scorso… anni „60

Computer Grandi

Lenti

Costosi

Nuovo Millennio...

Computer Piccoli

Veloci

Poco costosi

Applicazioni:

le tappe fondamentali in sintesi

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Anni '40 (seconda guerra mondiale): crittografia

Anni '50: prime applicazioni business

Anni '60: software "mission critical" (es.: missione Apollo)

Anni '70: personal computer, office automation

Anni '80: informatica distribuita, progetto "Scudo stellare"

Anni '90: Internet diventa uno strumento di comunicazione

Anni '00: la Rete integra computer+TV+telefono

Anni '10: gli applicativi stessi sono in Rete (cloud computing)

Direzioni dello sviluppo dei computer

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Tre direzioni dello sviluppo dei computer:

Miniaturizzazione

Velocità

Economia

Informatica pervasiva: per esempio, i “microcontroller” sono contenuti nei dispositivi elettronici “intelligenti”:

Negli elettrodomestici (forno, microonde, lavatrice, lavastoviglie, TV, lettore CD/DVD ecc.)

Nelle automobili, nei aerei ecc.

Nelle lettori MP3, nei telefoni cellulari ecc.

…

Convergenza con la telecomunicazione

Per esempio, la TV/il cellulare con accesso a Internet

Bibliografia

67

M. R. Williams. A History of Computing Technology. IEEE Computer Society Press, 1997 (2nd Edition).

W. Aspray (Ed.). Computing Before Computers. Iowa State University Press, 1990.

M. Davis. Il calcolatore universale. Da Leibniz a Turing.Adelphi, 2004.

D. Shasha, C. Lazere. Out of Their Minds: The Lives and Discoveries of 15 Great Computer Scientists. Copernicus, 1998.