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Dalla calcolatrice di Hollerithal cervello elettronico degli anni 50Non senza ragione la nostra stata chiamatalera del computer. Dal punto di vista storico e sociale,

le macchine calcolatrici numeriche hanno avutoe hanno una sempre maggiore importanza nello sviluppodella tecnica, della ricerca scientifica e nellorganizzazionedel lavoro umano. Proveremo a comprendernemeglio le caratteristiche di funzionamento e dimpiegocon il breve esame della storia del loro sviluppo,di quello degli elementi che lo costituiscono e dei principimatematici e fisici sui quali si basa

Franco Borghesio

Cos come altre macchinecomplesse (lautomobile,laeroplano), il calcolatore

elettronico non nasce da unasingola invenzione.

la maturazione di uno sforzo

tecnologico iniziatosi fin dal secoloXVII e che, dalla fine del XIX inpoi, si intensificato, mettendoa frutto i risultati del progressotecnologico e scientifico nei campipi diversi.

Il moderno computer il risul-tato dei progressivi traguardi

raggiunti in varie disciplinedallelettronica alla logica, dallameccanica di precisione allafisica dei solidi.

Si comincicon la calcolatrice

Questo termine designa una mac-china capace deseguire operazioniaritmetiche o calcoli matematicisu grandezze o su numeri e, sottoquesta definizione, si possono

comprendere moltissimi strumentipartendo dal pallottoliere, labacoed il regolo.

La prima macchina in grado dieseguire automaticamente laddi-zione, risale al 1642 e si basa sulprincipio del riporto automaticoideato da Blaise Pascal. Ancora oggi,tutte le macchine addizionatricio calcolatrici si basano su taleprincipio. Le prime calcolatriciautomatiche sono dotate di dispo-sitivi capaci di conservare risultatiparziali e di restituirli, a comando,come operandi per operazionisuccessive.

Sono, tuttavia, caratterizzate dalfatto che lintroduzione dei dati ela scelta della successione delleoperazioni da eseguire avvengonoper intervento manuale direttodelloperatore.

Il primo autentico progresso versolautomazione si ebbe nel 1887,allorch un tecnico, H. Hollerith,ricorse allartificio dintrodurre i daticon un sistema, in parte manualeed in parte automatico, servendosidi schede di cartoncino.

Informatica

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Con un codice particolare siregistravano i valori numerici daaddizionare eseguendo alcuni foriin corrispondenza di posizionipredeterminate.

La macchina di Holleritha schede perforate

La calcolatrice realizzata daHollerith, invece dei tasti perlimpostazione manuale dei dati,era dotata di una contattieraad aghi adagiata sul cartoncinoperforato. Questultimo, a suavolta, poggiava su un cer-to numero di vaschettecontenenti mercurio e col-legate elettricamente agliingranaggi riportatori.

Gli aghi della contattiera,allorch questa era posatasul cartoncino perforato,penetravano nei fori epescavano nelle vaschettedi mercurio. Si stabiliva,cos, un contatto elettricoche, attraverso rel, eraconvogliato agli ingra-naggi riportatori i qualiimpostavano loperando.Ripetendo loperazionesistematicamente, per uncerto numero di cartoncinisi otteneva, alla fine, lasomma dei valori nume-rici rappresentati con le

perforazioni sui cartoncini. Talicartoncini furono poi chiamatischede perforate. La sottrazione, intermini meccanici linverso dellasomma, era eseguita operando ilmeccanismo riportatore a rovescio. proprio con la scheda perforatache si compie il primo passoverso lautomatizzazione effettiva

del calcolo, svincolando limpo-stazione dei dati dallesecuzionemateriale delloperazione.

Non solo, ma essendo la schedaperforata resistente e sostanzialmen-te di non difficile conservazione,gli stessi dati, una volta perforati,

Si studiarono anche macchinecapaci di estrarre da un pacco dischede tutte quelle con perforata lazona corrispondente ad un deter-minato valore (selezionatrici).

Furono costruite, in seguito,diverse societ per lo sfruttamentoindustriale del principio delle sche-de perforate, tra cui lInternational

Business Machines Corporation,la Remington Rand, la BritishTabulating Machines Company,la Powers-Samas e la Compagniedes Machnes Bull. Nel 1931,questultima riusc a mettere apunto una macchina tabulatrice

capace di leggere schedeperforate, totalizzarne ilcontenuto e stampare ilrisultato alla velocit di150 righe il minuto. Questavelocit, negli anni di cuisi parla, era ancora il limitestandard.

Si comincia a parlaredi programmazione

Dopo la prima guerramondiale, le societ indu-striali presero a sviluppa-re e a perfezionare lamacchina di Hollerith,proseguendo per una tren-tina danni lungo quellastrada, ma senza introdurreinnovazioni sostanziali.

Il calcolo meccanico nasce gi nel secolo degli automi

possono usarsi pi e pi

volte senza la necessitdi prepararli di nuovo.La scheda perforata costi-tuisce, in altri termini,il primo risultato di unosforzo per facilitare lacomunicazione tra luomoe la macchina. La primaapplicazione concreta siebbe nel 1897. Fu utilizzatanel complesso doperazioniper il conteggio e la sele-zione che era richiesto dalcensimento degli Stati Uniti

dAmerica. Il meccanismorudimentale di Hollerithfu ben presto perfezionatorealizzando una velocitoperativa pi elevata.

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Dovevano venire la secon-

da guerra mondiale ed igiganteschi progressi tec-nologici determinati dallatecnologia bellica, perchsi avesse un autentico balzoqualitativo.

pressappoco tra il 1939 eil 1946 che cominci a farsistrada, presso certi ambientiscientifici e tecnici americani,lidea di realizzare nella praticauna macchina la cui possibilitteorica era gi stata preconizzatacon chiarezza negli studi di un

logico inglese, A. Turing, findal 1936.Una macchina capace di

eseguire automaticamente nonsoltanto le singole operazioniaritmetiche, ma anche unaloro successione logica, vale adire un vero e proprio calcolo.Latto di nascita formale delcalcolatore interamente automa-tico uno studio preparato peri servizi di commissariato perlesercito da Arthur W. Burks,Herman H. Goldstine e John von

Neumann.Questo studio fu consegnato il 28giugno 1946 col titolo Discussionepreliminare del progetto logicodi uno strumento computatoreelettronico.

In esso erano definiti, in sostanza,

tutti i principi nuovi che determi-nano la differenza strutturale trale macchine sviluppate in base alprincipio di Hollerith e i calcolatorielettronici.

Linnovazione fondamentalerispetto alle macchine precedenticonsiste nel principio del pro-gramma interno e, per il resto, benpoco di quanto vi nei pi potenti eveloci calcolatori del giorno doggi,non era stato previsto.

Dalla calcolatrice automatica

al computer

Le macchine a schede perfo-rate costituiscono un netto passoavanti rispetto alle calcolatricia mano.

I valori numerici, sui qualioperare, sono predisposti inmodo che limpostazione deglioperandi possa avvenire inmodo automatico ed possibileripetere a distanza di tempo glistessi calcoli.

Il processo del calcolo, tutta-

via, non , ancora, completa-mente automatico, perch lasuccessione delle operazioni,lordine con il quale devonoessere effettuate, deciso voltaper volta dalloperatore umano.Nel caso specifico lo fa allattodalimentare con diversi pacchidi schede (cio insiemi di dati)

la tabulatrice o la calcolatriceelettromeccanica. Dal punto divista logico, tuttavia, possibilerappresentare in forma simbolicasia le operazioni da eseguire

sui dati sia lordine della lorosuccessione.Naturalmente, questi simboli

devono poter essere comunicatialla macchina e questa li devepoter interpretare ed eseguire leoperazioni corrispondenti. In altreparole, necessario completareil calcolatore a schede perforateaggiungendovi nuovi elementi.

Agli organi dentrata, uscita peri dati e alladdizionatore per ilcalcolo, bisogna aggiungerne unaltro logico e capace dinterpretarei simboli delle operazioni e, quindi,comandare lo svolgimento delleoperazioni. Serve, inoltre, ancheun magazzino dove depositarela sequenza dei simboli corrispon-denti ad un calcolo completo. da tale magazzino che lorganologico prelever automaticamentei simboli delle operazioni daeseguire.

Questi simboli sono detti, abi-tualmente, istruzioni, e uninsieme logico distruzioni prendeil nome di programma.

Lorgano dove sono immagazzi-

Una delle prime memorie: prima dindividuareun preciso indirizzo, ne furono realizzatedi vari tipi, ispirate a soluzioni tecnologichediverse anche per laccesso ai dati

I primi calcolatori elettronici erano, nella loro composizione massima,di dimensioni veramente gigantesche e, dal punto di vista dellaspetto, del tuttodissimili dai computer doggi. La loro architettura funzionale, tuttavia, la stessa

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LE TAPPE DI UNAUTOMAZIONE

La meccanizzazione della fase dintroduzione dei dati nella macchinao, come dicono i tecnici, dimpostazione degli operandi, stato ilprimo passo verso quel tipo di calcolatrice progenitrice del modernocomputer. Poi tocc allordine desecuzione delle operazioni, ossiaalla scelta della successione logica che permette di eseguire nonsoltanto una singola operazione aritmetica, ma un vero e propriocalcolo. Il calcolatore automatico, infine, divenne computer vero eproprio quando acquis il programma e la memoria. Si chiamaprogramma un insieme logico distruzioni (simboli doperazioni) conla successione secondo cui eseguirle. Il programma depositatoin un magazzino o memoria dalla quale lorgano logico lo prelevaautomaticamente.

nati le istruzioni ed i dati del cal-

colo, si usa chiamarlo memoria,anche se, naturalmente, non haassolutamente nulla in comunecon la memoria propriamente dettadegli esseri viventi.

I Calcolatori concepiti secondolo schema proposto da Burks,Goldstine e von Neumann operanoeseguendo istruzioni organizzatein programma e depositate nellamemoria e, proprio per questo, sichiamano a programma internoo programma registrato.

I computer che usiamo oggi sono

tali e quali. Costruiti sulla tracciadei prototipi degli anni 1944-48,i calcolatori elettronici numericiper uso contabile e amministrativofanno la loro prima comparsasul mercato americano neglianni 1950-53. Da allora, hannocominciato a diffondersi in tuttii paesi industrializzati mentrela loro tecnologia si perfezionagrazie, soprattutto, allimpressio-nante sviluppo di sempre nuovie pi miniaturizzati componentielettronici.

Furono determinanti le invenzio-ni, pi o meno concomitanti conil periodo di messa a punto deiprototipi dei calcolatori elettroni-ci, sia dei circuiti stampati siadei componenti a stato solido(transistori).

Si delinea unarchitetturache persiste ancora, immutata

Alla fine degli anni 40, il calco-latore numerico o digitale consistein un certo numero di blocchiche possono giungere a contenereanche una gran quantit di tubielettronici e componenti di variotipo che, dal punto di vista del-laspetto fisico, nulla hanno a chevedere con i moderni computer.

Lorganizzazione base, comun-que, praticamente la stessa e sipu considerare formata da quattrounit maggiori: lunit aritmetica,la memoria, il controllo, lunitdingresso e duscita.

Questorganizzazione corri-sponde, in pratica, agli stadi in cui

si articola qualsiasi procedimentodi calcolo. In un semplice calcolomentale, per esempio, il cervellodelluomo adempie da solo atutte le funzioni, in altre paroleal calcolo aritmetico, la memoriae il controllo. In altre parolecalcola, ricorda i risultati parzialie decide di conseguenza. Per unproblema pi complicato, si deve

ricorrere almeno a carta e matitacome aiuto.In tal caso, il cervello soddisfa

ancora le operazioni aritmetichee la funzione di controllo, mala carta ha il compito dellamemoria. Quando si usa unapiccola calcolatrice, il cervelloesplica solo pi la funzione dicontrollo. Un calcolatore nume-rico, invece, soddisfa, in modoautomatico, a tutte le funzionisopradette, naturalmente quandoopportunamente preparato. Gialla fine degli anni 40, puimmagazzinare molte migliaia dinumeri o informazioni, controllareed eseguire complicate sequenzedi calcoli numerici, manipolare,senza lintervento umano, leinformazioni in accordo a quantostabilito dalle istruzioni che sonoanchesse memorizzate nellamacchina.

Ogni operazione eseguita infunzione delle istruzioni ricevute:il programma immagazzinato nellamemoria.

Ogni programma prevede, oltre

ai comandi per le operazioniaritmetiche (come addizionare,sottrarre, ecc.), anche istruzioniper trasferire i risultati parzialinellapposito registro della mac-china e per immagazzinare i dati.Sempre nel programma, vi sono leistruzioni per saltare da una seriedoperazioni ad unaltra.

Tali istruzioni permettono di

scegliere di proseguire con una ounaltra serie doperazioni quando,al termine di una determinata seriedi calcoli, il risultato di un registropresenta particolari propriet (ades. diviene negativo).

In sintesi, gi alla fine dellaprima met del secolo scorso, ilcalcolatore digitale a programmaprestabilito elabora i dati median-te la circuitazione dingresso eduscita: con quella li accetta e conquesta li restituisce in una formacomprensibile alluomo.

Con la memoria interna, imma-gazzina le istruzioni nellattesadellesecuzione, registra i risultatiintermedi ed accumula quelli finaliper luscita. Si serve dellunitaritmetica, con vari registri, perelaborare i dati e gli elementioperatori, per sommare, sottrarre,moltiplicare, dividere, trasferireed eseguire ogni altra operazione.Impiega, infine, lunit di controlloper selezionare, interpretare,eseguire le istruzioni, in accordocon le specifiche del programmache ha nella memoria.