Corso Informatica 201’Corso Informatica 201’www.corsoinfo.medicina.unimib.itwww.corsoinfo.medicina.unimib.it

Ing. Fabrizio CattadoriIng. Fabrizio CattadoriFabrizio.cattadori@unimib.itFabrizio.cattadori@unimib.it

StoriaStoria

La prima macchina per addizioni, lontano precursore del computer digitale, La prima macchina per addizioni, lontano precursore del computer digitale, fu inventata nel fu inventata nel 1642 1642 dal filosofo e scienziato francese Blaise Pascal. Era dal filosofo e scienziato francese Blaise Pascal. Era costituita da una serie di ruote a dieci denti, ciascuno associato a una cifra costituita da una serie di ruote a dieci denti, ciascuno associato a una cifra compresa tra 0 e 9. Le ruote erano collegate in modo che i numeri compresa tra 0 e 9. Le ruote erano collegate in modo che i numeri potessero essere sommati facendo avanzare le ruote del giusto numero di potessero essere sommati facendo avanzare le ruote del giusto numero di denti. Intorno al denti. Intorno al 1670, 1670, il filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm il filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz perfezionò la macchina di Pascal, realizzandone una capace di Leibniz perfezionò la macchina di Pascal, realizzandone una capace di eseguire anche le moltiplicazioni.eseguire anche le moltiplicazioni.Anche l'inventore francese Joseph-Marie Jacquard contribuì Anche l'inventore francese Joseph-Marie Jacquard contribuì inconsapevolmente alla nascita dell'elaboratore: progettando un telaio inconsapevolmente alla nascita dell'elaboratore: progettando un telaio automatico usò sottili tavolette di legno perforate per controllare automatico usò sottili tavolette di legno perforate per controllare la tessitura la tessitura di motivi complicati. Negli anni Ottanta dell'Ottocento, l'ingegnere di motivi complicati. Negli anni Ottanta dell'Ottocento, l'ingegnere statunitense Herman Hollerith sviluppò l'idea di elaborare dati usando statunitense Herman Hollerith sviluppò l'idea di elaborare dati usando schede perforate simili alle tavolette di Jacquard. Con un sistema che schede perforate simili alle tavolette di Jacquard. Con un sistema che faceva passare schede perforate sopra opportuni contatti elettrici, egli riuscì faceva passare schede perforate sopra opportuni contatti elettrici, egli riuscì a compilare elaborazioni statistiche per il censimento degli Stati Uniti del a compilare elaborazioni statistiche per il censimento degli Stati Uniti del 1890.1890.

La macchina analiticaLa macchina analitica

Sempre nel XIX secolo, il matematico e inventore britannico Charles Sempre nel XIX secolo, il matematico e inventore britannico Charles Babbage progettò una serie di macchine, tra cui la macchina delle Babbage progettò una serie di macchine, tra cui la macchina delle differenze e la macchina analitica, capaci di trattare problemi differenze e la macchina analitica, capaci di trattare problemi matematici complessi secondo un principio di funzionamento assai matematici complessi secondo un principio di funzionamento assai vicino a quello dei moderni computer digitali. vicino a quello dei moderni computer digitali. Molti storici Molti storici considerano Babbage e la sua collega, la matematica Augusta Ada considerano Babbage e la sua collega, la matematica Augusta Ada Byron (1815-1852), sorella del poeta George Gordon Byron, gli Byron (1815-1852), sorella del poeta George Gordon Byron, gli inventori del moderno computer digitale. inventori del moderno computer digitale. La macchina analitica La macchina analitica possedeva infatti molte delle prestazioni di un moderno calcolatore: possedeva infatti molte delle prestazioni di un moderno calcolatore: aveva un flusso di dati in ingresso costituito da una pila di schede aveva un flusso di dati in ingresso costituito da una pila di schede perforate, un "magazzino" (store) per conservare i dati, una perforate, un "magazzino" (store) per conservare i dati, una "fabbrica" (mill) per svolgere le operazioni aritmetiche, e una "fabbrica" (mill) per svolgere le operazioni aritmetiche, e una stampante che produceva una registrazione permanente. La stampante che produceva una registrazione permanente. La tecnologia del tempo non fu in grado, tuttavia, di tradurre i progetti di tecnologia del tempo non fu in grado, tuttavia, di tradurre i progetti di Babbage in dispositivi d'uso pratico. Babbage in dispositivi d'uso pratico.

Gli elaboratori elettroniciGli elaboratori elettronici

Durante la Durante la seconda guerra mondialeseconda guerra mondiale, una squadra di , una squadra di scienziati e matematici che operava a Bletchley Park, a scienziati e matematici che operava a Bletchley Park, a nord di Londra, creò una macchina chiamata nord di Londra, creò una macchina chiamata ColossusColossus, , contenente 1500 tubi a vuoto, considerata il primo contenente 1500 tubi a vuoto, considerata il primo computer digitale interamente elettronico. computer digitale interamente elettronico. Nel mese di Nel mese di dicembre del 1943 dicembre del 1943 ColossusColossus era operativo; esso fu usato era operativo; esso fu usato dal gruppo guidato dal matematico britannico Alan dal gruppo guidato dal matematico britannico Alan Turing per interpretare i messaggi radio cifrati dei Turing per interpretare i messaggi radio cifrati dei tedeschitedeschi. Indipendentemente da . Indipendentemente da ColossusColossus, un prototipo , un prototipo di macchina elettronica era stato realizzato negli Stati di macchina elettronica era stato realizzato negli Stati Uniti fin dal Uniti fin dal 1939, 1939, da John Atanasoff e Clifford Berry da John Atanasoff e Clifford Berry presso l'Iowa State College.presso l'Iowa State College.

L’ENIACL’ENIAC Le successive ricerche portarono nel Le successive ricerche portarono nel 19451945 allo allo sviluppo del computer sviluppo del computer ENIAC ENIAC (Electronic (Electronic Numerical Integrator and Computer). Esso Numerical Integrator and Computer). Esso conteneva 18.000 tubi a vuoto e vantava una conteneva 18.000 tubi a vuoto e vantava una velocità operativa di molte centinaia di velocità operativa di molte centinaia di moltiplicazioni al minuto, ma il suo programma era moltiplicazioni al minuto, ma il suo programma era cablato negli stessi circuiti del processore, il che cablato negli stessi circuiti del processore, il che imponeva che la programmazione venisse imponeva che la programmazione venisse effettuata mediante aggiustamenti manuali della effettuata mediante aggiustamenti manuali della circuiteria. Il modello successivo di elaboratore circuiteria. Il modello successivo di elaboratore elettronico, realizzato in base agli studi del elettronico, realizzato in base agli studi del matematico ungaro-statunitense John Neumann, matematico ungaro-statunitense John Neumann, fu dotato di un "magazzino" a parte per i fu dotato di un "magazzino" a parte per i programmi. Il fatto che le istruzioni venissero programmi. Il fatto che le istruzioni venissero registrate in un'apposita memoria liberava il registrate in un'apposita memoria liberava il computer dalle limitazioni di velocità dovute alla computer dalle limitazioni di velocità dovute alla lettura del nastro perforato durante l'esecuzione lettura del nastro perforato durante l'esecuzione dei programmi e permetteva di ottenere dei programmi e permetteva di ottenere l'esecuzione di compiti diversi senza alcun l'esecuzione di compiti diversi senza alcun intervento sui collegamenti.intervento sui collegamenti.

I computer elettroniciI computer elettronici

L'uso dei transistor al silicio nei computer, negli ultimi L'uso dei transistor al silicio nei computer, negli ultimi anni Cinquanta, segnò l'avvento di elementi logici più anni Cinquanta, segnò l'avvento di elementi logici più piccoli, veloci e versatili di quelli realizzabili con i tubi a piccoli, veloci e versatili di quelli realizzabili con i tubi a vuoto. I transistor, più durevoli e meno costosi in termini vuoto. I transistor, più durevoli e meno costosi in termini di potenza, permisero la messa a punto di elaboratori di potenza, permisero la messa a punto di elaboratori più evoluti, compatti, veloci ed economici: i "computer di più evoluti, compatti, veloci ed economici: i "computer di seconda generazione".seconda generazione".

I circuiti integratiI circuiti integrati

I primi circuiti integrati (IC) comparvero verso la I primi circuiti integrati (IC) comparvero verso la fine degli anni Sessanta. Permisero di realizzare fine degli anni Sessanta. Permisero di realizzare numerosi transistor e relativi collegamenti su un numerosi transistor e relativi collegamenti su un unico substrato di silicio. Il loro impiego nei unico substrato di silicio. Il loro impiego nei computer produsse ulteriori riduzioni del prezzo computer produsse ulteriori riduzioni del prezzo e delle dimensioni delle macchine e un e delle dimensioni delle macchine e un significativo incremento della loro funzionalità. Il significativo incremento della loro funzionalità. Il microprocessore fece la sua comparsa alla metà microprocessore fece la sua comparsa alla metà degli anni Settanta, quando furono prodotti degli anni Settanta, quando furono prodotti circuiti a grande scala di integrazione (Large circuiti a grande scala di integrazione (Large Scale Integration, LSI) e poi a grandissima scala Scale Integration, LSI) e poi a grandissima scala di integrazione (Very Large Scale integration, di integrazione (Very Large Scale integration, VLSI), contenenti milioni di transistor VLSI), contenenti milioni di transistor interconnessi, realizzati su un'unica piastrina di interconnessi, realizzati su un'unica piastrina di silicio.silicio.

Le macchine degli anni Settanta Le macchine degli anni Settanta

Le macchine degli anni Settanta, in genere, potevano Le macchine degli anni Settanta, in genere, potevano riconoscere gruppi di otto stati; in altre parole, potevano riconoscere gruppi di otto stati; in altre parole, potevano trattare otto cifre binarie (binary digits, o bit) a ogni ciclo. trattare otto cifre binarie (binary digits, o bit) a ogni ciclo. Un gruppo di otto bit costituisce un byte; un byte può Un gruppo di otto bit costituisce un byte; un byte può assumere 28=256 possibili configurazioni di stati ON e assumere 28=256 possibili configurazioni di stati ON e OFF (1 o 0). Ognuna di queste configurazioni può OFF (1 o 0). Ognuna di queste configurazioni può rappresentare un'istruzione, una sua parte o un dato, rappresentare un'istruzione, una sua parte o un dato, come un numero, un carattere o un simbolo grafico. La come un numero, un carattere o un simbolo grafico. La combinazione 11010010, ad esempio, può combinazione 11010010, ad esempio, può rappresentare un dato numerico binario o un'istruzione, rappresentare un dato numerico binario o un'istruzione, come "confronta il contenuto di un registro con quello di come "confronta il contenuto di un registro con quello di una data cella di memoria".una data cella di memoria".

La “parola” dei microprocessoriLa “parola” dei microprocessori

Un computer che elabora le informazioni a gruppi contemporanei di Un computer che elabora le informazioni a gruppi contemporanei di 8 bit viene detto computer a 8 bit. Tale designazione può far 8 bit viene detto computer a 8 bit. Tale designazione può far riferimento sia alla lunghezza di parola (unità base di informazione riferimento sia alla lunghezza di parola (unità base di informazione elaborata) del microprocessore sia, più comunemente, al numero di elaborata) del microprocessore sia, più comunemente, al numero di bit trasferiti in una singola operazione lungo il bus dei dati, che è la bit trasferiti in una singola operazione lungo il bus dei dati, che è la via di collegamento lungo la quale le informazioni viaggiano da o via di collegamento lungo la quale le informazioni viaggiano da o verso il microprocessore. verso il microprocessore. Lo sviluppo di computer capaci di trattare in blocco combinazioni di Lo sviluppo di computer capaci di trattare in blocco combinazioni di 16, 32 o 16, 32 o 64 bit 64 bit aumentò la velocità di elaborazione. L'insieme di aumentò la velocità di elaborazione. L'insieme di tutte le combinazioni di bit che un computer è in grado di tutte le combinazioni di bit che un computer è in grado di riconoscere come comandi, cioè l'elenco completo delle sue riconoscere come comandi, cioè l'elenco completo delle sue istruzioni, è detto set di istruzioni. Entrambe queste caratteristiche istruzioni, è detto set di istruzioni. Entrambe queste caratteristiche (bit trattati in un passo e dimensioni del set di istruzioni) sono in (bit trattati in un passo e dimensioni del set di istruzioni) sono in continuo miglioramento nei moderni elaboratori.continuo miglioramento nei moderni elaboratori.