Evoluzione dei sistemi di elaborazione -...

Università di Roma “La Sapienza”Dipartimento di Informatica e Sistemistica

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Evoluzione dei sistemi di elaborazioneFondamenti di informatica - Ingegneria Elettronica

Leonardo [email protected]

A.A. 2008/2009

martedì 3 marzo 2009

mailto:[email protected]

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■ Il problema della rappresentazione delle quantità e del calcolo numerico è antico quanto l’uomo.

■ Forme primitive di rappresentazione:

■ Le dita della mano

■ Insieme di sassi

■ Il problema della rappresentazione “compatta” dei numeri era noto già alle popolazioni più antiche.

■ La “bulla” (di origine sumera) era un contenitore che inizialmete conteneva un numero di sassi pari alla quantità numerica da rappresentare.

■ Sassi di dimensione diversa

■ Incisioni sulla superficie per

rappresentare la quantità.


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■ Lo strumento di calcolo di maggior successo è sicuramente l’abaco

■Non si conosce bene il periodo in cui è stato introdotto (esemplare più antico ritrovato in Grecia e risalente a IV sec. A.C.)

■ I “sassi”, organizzati su diverse file, rappresentano quantità numeriche diverse.

■ È utilizzato ancora oggi a fini didattici.


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■ L’introduzione di “macchine” per il calcolo avviene nel 1600:

■ Pascal 1623-1662

■ Pascalina

■ costruita per aiutare il padre (esattore delle tasse) con i calcoli

■ addizioni e sottrazioni con riporto automatico delle cifre

■ circa dodici esemplari venduti


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■ Leibniz 1646-1716

■ Stepped Reckoner

■ deriva dal progetto di Pascal

■ aggiunge moltiplicazioni e divisioni


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■ Charles Babbage 1792-1871

■ Macchina differenziale

■ utilizza il metodo delle “differenze finite” per eliminare la necessità di moltiplicazioni e divisioni

■ macchine enormi (25000 pezzi, 15 tonnellate)

■ un secondo prototipo (realizzato dopo la sua morte) poteva eseguire calcoli con numeri composti da 31 cifre


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■ Charles Babbage 1792-1871

■ Macchina analitica

■ Primo esempio di calcolatore programmabile

■ Input ed output su schede perforate

■ Ada Lovelace scrive il primo programma

■ se la macchina fosse

mai stata costruita il

programma avrebbe

calcolato la sequenza

dei numeri di Bernoulli.


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■ L’avvento della corrente elettrica e dei primi dispositivi elettronici (relais, valvole, etc.) non rivoluziona immediatamente il mondo del calcolo automatico.

■ I componenti elettronici vengono solo utilizzati per azionare i componenti meccanici.

■ Prendono piedi i calcolatori elettromeccanici.


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■ Konrad Zuse 1910 - 1995

■ Z1 (1938)

■ Progettato per aiutare i progettisti aeronautici

■ Input ed output su nastro di cellulosa

■ Completamente programmabile

■ Architettura elettromeccanica

■ Da 0,3 fino ad 1 istruzione al secondo


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■ John Atanasoff e Clifford E. Berry (1940)

■ ABC: Atanasoff-Berry Computer

■ primo computer elettronico digitale

■ Introduce la numerazione binaria

■ introduce il calcolo parallelo

■ memorie a condensatori

■ introduce la separazione tra calcolo e per la memorizzazione

■ 320 chilogrammi, 1,6 chilometri di cavi, 280 valvole termoioniche, 31 thyratron


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■Howard Hathaway Aiken 1900-1973,

■ Harvard Mark I (1944)

■ Costruito nei laboratori della International Business Machine

■ Struttura elettromeccanica

■ Completamente automatico

■ 3 addizioni/sottrazioni al secondo

■ una moltiplicazione ogni 6 secondi

■ una divisione ogni 13.5 secondi

■ logaritmi e funzioni trigonometriche impiegavano minuti


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■ Alan Turing ed il gruppo di Bletchley Park

■ COLOSSUS

■ Utilizzato nella IIa guerra mondiale per decifrare i codici tedeschi

■ Usa valvole termoioniche, thyratrons e fotomoltiplicatori

■ Data la delicatezza di questi componenti, una volta acceso non veniva mai spento.


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■ ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Computer (1945)

■ Prima installazione su larga scala

■ Capace di risolvere un numero vastissimo di problemi

■ Utilizzato principalmente per calcolare traiettorie balistiche, ma anche per calcoli collegati alla progettazione dei primi ordigni termonucleari

■ Occupava alcune stanze e pesava poco meno di 30 tonnellate


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■ 1944 Von Neumann

■ Si rende conto delle limitazioni legate ai calcolatori di quei tempi

■ input/output complesso

■ programmi interpretati ed eseguiti sequenzialmente

■ Per primo descrive l’architettura di un elaboratore suddividendola in blocchi logico-funzionali

■ Tutti i calcolatori moderni sono costruiti sulla base di questa struttura astratta


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■ Inizio dominato da UNIVAC

■ L’IBM entra nel mercato nel 1953, posizione dominante fino agli anni ‘80:

■ IBM 701 (1953): ■ Memoria: 2k word di 36 bit

■ 2 istruzioni per word

■ IBM 704 (1956): ■ Memoria: 4k word di 36 bit

■ Istruzioni a 36 bit

■ Floating-point hardware

■ IBM 709 (1958) ■ Praticamente un 704 potenziato

■ Ultima macchina IBM a valvole


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■ L’introduzione dei transistor (1947) nell’ambito della progettazione dei calcolatori elettronici porta ad una vera e propria “svolta”

■ Sostituisce le valvole termoioniche con diversi vantaggi:

■ Costo molto più basso

■ Durata maggiore

■ Occupazione di spazio ridotta

II Generazione (1955-1965)

Tecnologia a transistor

Un transistor può avere diversi aspetti, a seconda del

fabbricante e del tipo di applicazioni per cui è previsto; in ogni

caso, i terminali o punti di contatto che permettono di inserirlo

in un circuito sono tre, e sono sempre gli stessi: collettore,

emettitore e base.

23/03/2007 Calcolatori Elettronici - Prof. Gregorio Cosentino 27


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■Digital Equipment Corporation (DEC) introduce il PDP-1 (1960)

■ Primo computer di successo basato su transistor

■ Aveva uno schermo grafico

■ Costava meno di un decimo dei concorrenti ancora basati su valvole


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■ Le macchine iniziano a differenziarsi

■ Minicomputer

■ Mainframe

■ In Italia l’Olivetti tiene il passo con i prodotti stranieri

■ ELEA9003 (Elaboratore Elettronico Automatico)


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■Minicomputer DEC PDP-8 (1963)

■ Rispecchia l’architettura di Von Neumann

■ Introduce l’utilizzo di un BUS che interconnette vari elementi

■ Può connettere diverse periferiche

■ se ne vendono più di 50000 esemplari

■ 6 KBytes di memoria (espandibili)

■ otto istruzioni

■ due registri da 12 bit


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■ La successiva rivoluzione è realizzata tramite “integrazione”

■ LSI - Large Scale Integration

■ VLSI - Very Large Scale Integration

■ I transistor non vengono più “costruiti” ma “stampati” sul silicio.

■ È possibile integrare milioni di transistor in un pezzo di silicio della dimensione di un’unghia.

■ Processori più potenti

■ Più memoria

■ Bus di interconnessione più ampi

■ maggiore velocità

■ minore calore

■ meno guasti

■ ...

■Nasce il microprocessore (1971)


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■ Il microprocessore da il via alla nascita del “personal computer”

■ Altair 8800■ basato su processore Intel 8008

■ poco più che un giocattolo

■ può utilizzare l’Altair BASIC (primo prodotto commercializzato da Microsoft)

■ Apple II■ Introdotto nel 1977

■ Standard nell’ambito delle strutture accademiche americane per tutti gli anni ’80

■ Prodotto fino all’inizio degli anni ’90

■ Il primo PC IBM arriva nel 1981■ Utilizza componenti disponibili sul mercato

■ “Molto” economico

■ giunge all’apice del successo IBM...

■ ...e segna l’inizio del suo declino


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■ Intel diventa negli anni ’90 il più importante costruttore mondiale di microprocessori per personal computer

■ Sempre più transistor in sempre meno spazio

■ Legge di Moore: il numero di transistor contenuti in un IC raddoppia ogni 18 mesi


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■ Intel diventa negli anni ’90 il più importante costruttore mondiale di microprocessori per personal computer

Intel Computer Family

The Intel CPU family. Clock

speeds are measured in MHz

(megahertz) where 1 MHZ is 1

million cycles/sec.

23/03/2007 Calcolatori Elettronici - Prof. Gregorio Cosentino 52


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■Oggi: microprocessori con più “core”


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■ Contemporaneamente si evolve il software di controllo (sistema operativo)

■ time-sharing

■ multi-programmazione

■ multi-tasking

■ multi-threading

■ virtualizzazione delle risorse

■ interfacce grafiche avanzate


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MS-DOS 1

Windows 3.1

Windows 95

Windows 2000

Windows XP

Vista


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Unix evolution


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Apple II

Macintosh OS 1

Macintosh OS 10

BSD


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