Fondamenti di informatica
Oggetti e Java
Luca Cabibbo
Storia e evoluzione
dei sistemi di calcolo
Capitolo 1bis
ottobre 2015
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Storia e evoluzione dei sistemi di calcolo
Fondamenti di informatica: Oggetti e Java
Luca Cabibbo
Storia ed evoluzione dei sistemi di calcolo
L’architettura di Von Neumann è una descrizione, precisa ma
semplificata, dell’architettura dei computer
ma quali sono le evoluzioni significative avvenute in questi
anni relativamente all’architettura dei computer?
quale l’impatto delle reti di calcolatori?
quale il futuro (prossimo) dei sistemi di calcolo?
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Un po’ di storia
Il primo computer programmabile è ENIAC (1946)
Electronic Numerical Integrator and Calculator
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ENIAC
ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Calculator (1946)
lungo 30 metri, alto 3 metri, pesante 30 tonnellate
18000 valvole
capace di sommare due numeri a 10 cifre in 1/5000 di
secondo – e di moltiplicarli in 1/300 di secondo
un centinaio di byte di memoria principale
costo: circa mezzo milione di dollari di allora (circa 6 milioni di
dollari di oggi)
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Generazioni di computer
A partire dall’ENIAC, è possibile identificare alcune generazioni
principali di computer
ciascuna generazione fa riferimento a una diversa tecnologia
di base
ciascuna generazione
aumenta in modo significativo le capacità di calcolo
diminuisce in modo significativo i costi
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Prima generazione
Prima generazione – 1946-1956
basata su tecnologia a valvole
le valvole si bruciano spesso, e quindi vanno sostituite quasi
continuativamente
memoria principale: circa 2K byte
istruzioni al secondo: circa 1K
applicazioni scientifiche e ingegneristiche (limitate)
costo dell’esecuzione di 100K operazioni: molti dollari
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Seconda generazione
Seconda generazione – 1957-1963
basata su tecnologia a transistor
tecnologia più piccola, meno consumo di energia, meno
calore
memoria principale: 32K byte
istruzioni al secondo: circa 300K
applicazioni scientifiche, ingegneristiche, aziendale (buste
paga)
costo dell’esecuzione di 100K operazioni: qualche dollaro
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Terza generazione
Terza generazione – 1964-1979
basata su tecnologia a circuiti integrati
centinaia (poi migliaia) di transistor su un singolo circuito
memoria principale: 2M byte
istruzioni al secondo: circa 5M
applicazioni in molti campi applicativi, scientifici, ingegneristici
e aziendali
costo dell’esecuzione di 100K operazioni: qualche centesimo
di dollaro
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Quarta generazione
Quarta generazione – 1980-oggi
basata su tecnologia VLSI (very large-scale integrated
circuits) e microprocessori
centinaia di milioni o miliardi di transistor su un singolo circuito
o pacchetto
memoria principale: ordine dei G byte (o superiori)
istruzioni al secondo: ordine di G (o superiori)
applicazioni in molti campi applicativi, scientifici, ingegneristici
e aziendali – ma anche personali
costo dell’esecuzione di 100K operazioni: qualche
milionesimo di dollaro
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Computer oggi
In effetti, oggi esistono numerose tipologie di computer (o oggetti
con capacità di calcolo significative) – rivolte a utenti differenti
un elenco incompleto di categorie – con capacità di calcolo
via via inferiori
mainframe e supercomputer – applicazioni scientifiche e
aziendali
minicomputer e server – applicazioni aziendali
workstation – per applicazioni multimediali e per lo
sviluppo/la progettazione (CAD/CAM/CASE)
personal computer
notebook
tablet
altri dispositivi –
smartphone, ...
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Avanzamenti nell’architettura dei computer
Alcuni avanzamenti nell’architettura dei computer – rispetto al
modello di von Neumann
parallelismo nel funzionamento dei microprocessori
pipelining – il processore parallelizza il flusso di
elaborazione delle istruzioni – ad es., mentre fa l’execute di
un’istruzione fa anche la decode dell’istruzione successiva
e la fetch di quella successiva ancora – aumentando il
numero di istruzioni completate nell’unità di tempo
multiprocessori – presenza di più processori indipendenti
su un singolo circuito (multicore) o computer – è possibile
eseguire più programmi in parallelo – oppure programmi
che prevedono attività svolte in parallelo
uso di processori dedicati – ad esempio, per la gestione
della grafica
gerarchie di memoria – ad es. cache a più livelli
evoluzione delle memorie secondarie
molteplicità di periferiche disponibili
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Reti di calcolatori e Internet
Naturalmente, una delle evoluzioni più significative nel mondo
dell’informatica è costituita dalle reti di calcolatori e da Internet
una rete di calcolatori è un sistema (una rete di
telecomunicazione) che consente lo scambio di messaggi e
dati tra computer
Internet è la più grande rete di calcolatori, a livello mondiale,
che offre ai suoi utenti numerosi servizi
world wide web (www)
email
motori di ricerca
file sharing
chat e messaggistica
VoIP
...
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Reti di calcolatori
Una rete di calcolatori è un sistema per la connessione di
computer che consente lo scambio di messaggi e dati tra
computer
diversi tipi di reti di calcolatori
una rete locale (LAN, Local Area Network) consente di
connettere computer all’interno di un edificio
una rete geografica (WAN, Wide Area Network) è in grado
di collegare i computer di città diverse e nazioni diverse
le reti geografiche sono realizzate come reti di reti di
calcolatori
una rete di reti di calcolatori (internet) contiene
collegamenti tra reti di calcolatori diversi
Internet (con la I maiuscola) è la più grande e diffusa rete
geografica, a diffusione mondiale
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Scambio di dati in Internet
Internet offre dei servizi che consentono lo scambio di
dati/messaggi tra computer (la descrizione che segue è molto
semplificata)
ogni computer è caratterizzato da un indirizzo univoco su
Internet – chiamato indirizzo IP
per inviare un messaggio a un altro computer, il mittente deve
conoscere l’indirizzo del destinatario
i dati del messaggio vengono codificati in “pacchetti” – che
vengono trasmessi in rete sotto forma di segnali elettrici
i pacchetti all’interno di una LAN sono trasmessi in modo
analogo a come vengono scambiati i dati su un bus
ma se mittente e destinatario sono su LAN diverse, viene
stabilito un percorso di instradamento dei pacchetti – i
pacchetti vengono trasmessi tra reti adiacenti
se si verificano degli errori di trasmissione – o se vengono
persi dei pacchetti – avviene automaticamente una
ritrasmissione dei pacchetti corrotti o persi
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World Wide Web
Il World Wide Web (WWW o web) è il servizio di Internet che
permette di condividere un insieme vastissimo di contenuti
multimediali e di ulteriori servizi
due ruoli principali sul web
fornitore (provider) di contenuti o servizi – ad esempio,
www.amazon.it oppure www.uniroma3.it
fruitore (client) di contenuti o servizi – ad esempio, Mario
Rossi che vuole acquistare un libro o prenotarsi a un
esame
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Esempio – World Wide Web
Come funziona il web? Ecco un breve esempio
Mario Rossi, tramite il suo computer e l’uso di un browser
web, invia una richiesta di visualizzazione di una certa pagina
al computer di Amazon
questa richiesta viene trasmessa come messaggio tramite
Internet
il computer di Amazon, tramite un server web (è
un’applicazione), riceve la richiesta di Mario Rossi, capisce
quale informazione o pagina è stata richiesta, e la invia come
risposta a Mario Rossi
questa risposta viene trasmessa come messaggio tramite
Internet
il computer di Mario Rossi riceve la risposta, e si occupa di
visualizzare l’informazione o la pagina richiesta tramite il
browser web
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Esempio – Motori di ricerca
Un motore di ricerca – ad esempio, Google – consente di
effettuare la ricerca di documenti sul web sulla base di parole
chiave – ad esempio, fondamenti di informatica ingegneria
elettronica roma tre
come funziona un motore di ricerca?
due attività distinte
i computer del motore di ricerca eseguono continuamente
dei programmi che navigano sul web, ne scaricano le
pagine localmente e poi “indicizzano” queste pagine – ad
esempio, sulla base dell’estrazione di parole chiave – e
memorizzano questi indici su altri computer
quando un utente del motore di ricerca chiede di effettuare
una ricerca, le parole chiave specificate vengono cercate
negli indici che sono stati calcolati in precedenza – è per
questo che le ricerche sono effettuate molto velocemente
il numero di computer coinvolti è molto molto molto grande
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Dal Web al Web 2.0
Dal Web al Web 2.0
recentemente si parla del Web 2.0 come evoluzione del Web
– quale la distinzione principale?
nel web, come detto, ci sono due ruoli principali: fornitori di
contenuti e fruitori di contenuti
nel web 2.0, invece, ogni utente può essere, anch’esso,
fornitore di contenuti
un utente può fornire contenuti sul web 2.0, in modo che siano
fruibili da altri, in molti modi
blog
wiki
forum
social network – Facebook, Google Plus, Flickr, ...
...
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Breve storia di Internet
Breve storia di Internet
da un progetto di origine militare, nel 1969 nasce Arpanet, la
prima rete di calcolatori – collegava 4 computer
nel 1982 viene coniato il nome Internet, e viene definito il
protocollo TCP/IP
nel 1984, 1K computer collegati ad Internet
nel 1986, il primo computer in Italia collegato ad Internet
10K computer nel 1987, 100K nel 1989
nel 1991, il CERN annuncia la nascita del World Wide Web
1M di computer nel 1992, 10M nel 1996
nel 1998 viene fondato Google (ma non è il primo motore di
ricerca) – oggi è il sito più visitato al mondo
nel 2004 viene fondato Facebook (ma non è il primo social
network) – oggi è il secondo sito più visitato al mondo
1G utenti nel 2009, 2G utenti nel 2011
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Presente e futuro (prossimo)
In questi anni è stata definita una quinta generazione di computer
basata su tecnologia Massive Parallel Computing – ovvero,
sull’elaborazione enormemente parallela
migliaia di processori che lavorano in modo concertato,
suddividendosi il carico di lavoro
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insieme a tecnologie come i cluster di computer, la
virtualizzazione, e la presenza pervasiva di Internet, è alla
base del cloud computing
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Cloud computing
Il cloud computing è un insieme di tecnologie che permettono ad
un utente/cliente di memorizzare e elaborare dati grazie all’utilizzo
di risorse hardware/software distribuite e virtualizzate in rete
in pratica, un utente, tramite il suo computer (anche piccolo),
può memorizzare dei dati (anche in quantità grandi) e
elaborarli (anche tramite molti processori) su computer altrui,
accessibili in rete
per fruire di questo servizio, l’utente dovrà ovviamente pagare
– ma solo in base al consumo effettivo delle risorse richieste
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Cloud computing
Il cloud computing nasce da una vecchia idea
il computing come una utility – come l’energia elettrica o il gas
disponibilità illimitata di risorse – che possono essere usate
senza la necessità di doverle gestire
da pagare a consumo – solo per quanto viene utilizzato
senza costi iniziali
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Esempio – Data center per il cloud computing
Il data center Microsoft a Chicago
un data center per il cloud
basato su container –
112 container,
1800-2500 server per container,
dunque oltre 200K server,
65000 m2
(circa 10 campi di calcio)
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