Storia dell`Informatica

INFORMATICA
UMANISTICA B
STORIA DELL’INFORMATICA
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RIASSUNTO
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Modelli teorici della computazione
Macchine calcolatrici
Modelli matematici della computazione: la
macchina di Turing
Computer elettronici
I: MODELLI TEORICI DELLA
COMPUTAZIONE
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Un PROGRAMMA e’ un ALGORITMO posto in
forma comprensibile al computer
Il nome ALGORITMO non e’ stato inventato dagli
informatici ma dai matematici
Deriva dal nome del matematico persiano
Muhammad ibn Mūsa 'l-Khwārizmī che attorno
all’825 scrisse un trattato chiamato Kitāb al-djabr wa
'l-muqābala (Libro sulla ricomposizione e sulla
riduzione)
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AL-KHWARIZMI  ALGORISMO  ALGORITMO
(ALGEBRA deriva da AL-DJABR)
ALGORITMO
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Definizione informale di ALGORITMO: una
sequenza FINITA di passi DISCRETI e NON
AMBIGUI che porta alla soluzione di un
problema
UN PROBLEMA, DUE ALGORITMI:
IL MASSIMO COMUN DIVISORE
MCD: UN ALGORITMO
ELEMENTARE
A scuola si impara un algoritmo molto semplice per
calcolare MCD: la SCOMPOSIZIONE IN FATTORI
PRIMI
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42 = 2 x 3 x 7
56 = 2 x 2 x 2 x 7
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Algoritmo MCD(M, N):
1.
2.
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Scomponi M ed N in fattori primi
Estrai i componenti comuni
Questo metodo si’ puo’ solo applicare per numeri
piccoli (la scomposizione in fattori primi e’ molto
costosa)
MCD: ALGORITMO DI
EUCLIDE
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Come vedremo piu’ avanti, i moderni
calcolatori non usano l’algoritmo elementare
per calcolare il MCD, ma un algoritmo molto
piu’ efficiente la cui prima menzione e’ negli
Elementi di Euclide, e che divenne noto agli
occidentali tramite Al-Khwarizm
II: PRIME MACCHINE
CALCOLATRICI
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L’abaco
Calcolatrici meccaniche
L’ABACO
MACCHINE CALCOLATRICI
MECCANICHE
Cenni storici:
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IX – XIII sec. macchine complesse per automazione industriale,
in particolare industria tessile. Telaio di Jacquard, controllato da
schede perforate di cartone, che rendevano automatica la
lavorazione della stoffa e i disegni realizzati nello stabilimento di
tessitura
Macchina per il calcolo inventata dal filosofo Pascal
Macchina analitica di Charles Babbage, modello teorico, venne
costruita di recente al museo della scienza e della tecnica di
Milano.
IL TELAIO A SCHEDE DI
JACQUARD
LE MACCHINE DI BABBAGE
III: MODELLI MATEMATICI
DELLA COMPUTAZIONE
LA MACCHINA DI TURING
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Una descrizione
estremamente astratta
delle attivita’ del
computer che pero’
cattura il suo
funzionamento
fondamentale
Basata su un’analisi di
cosa fa un calcolatore
(umano o macchina)
Le funzioni di un computer
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elaborare l’informazione
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usando il processore (Central Processing Unit CPU)
memorizzare l’informazione
usando la memoria principale (RAM)
 usando la memoria secondaria
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fare l’input/output dell’informazione
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usando i dispositivi di input/output
COMPUTAZIONE E MEMORIA IN
UN COMPUTER
CPU
INPUT
OUTPUT
Istruzioni
Dati
MEMORIA
COMPUTAZIONE E MEMORIA
NELLA MACCHINA DI TURING
In una macchina di Turing abbiamo:
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Una ‘CPU’:
 Un PROGRAMMA: un insieme di regole che
determinano il comportamento della testina a partire
dal suo stato e dal simbolo letto (= sistema operativo)
 una testina che si trova in ogni momento in uno fra un
insieme limitato di stati interni e che si muove sul
nastro, leggendo e se del caso modificando il
contenuto delle cellette
Una ‘MEMORIA’:
 un nastro di lunghezza indefinita, suddiviso in cellette
che contengono simboli (ad es. ‘0’e ‘1’);
LA MACCHINA DI TURING
FUNZIONAMENTO DI UNA
MACCHINA DI TURING
UNA DIMOSTRAZIONE DEL
FUNZIONAMENTO DELLA
MACCHINA DI TURING
http://www.warthman.com/ex-turing.htm
PROGRAMMI E DATI
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Programmi:
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Prossima lezione: i programmi dal punto di visto
dell’hardware
I programmi: sequenze di istruzioni per l’elaborazione delle
informazione
 Definiscono quale debba essere il comportamento del
processore
Dati:
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Distinzione tra dato e informazione:
 Dato: sequenza di bit, può essere interpretato in più modi
diversi
 Informazione: dato + significato del dato
MACCHINA DI TURING
UNIVERSALE
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Nelle macchine di Turing piu’ semplici, si trova una
distinzione molto chiara tra PROGRAMMA (= gli
stati) e DATI (= contenuto del nastro)
Turing pero’ dimostro’ che era possibile mettere
anche il programma sul nastro, ed ottenere una
macchina di Turing ‘universale’ – che LEGGEVA sul
nastro la prossima istruzione da eseguire prima di
leggere i DATI su cui occorreva eseguirla
I computer moderni sono macchine di Turing
universali.
ALCUNI RISULTATI DIMOSTRATI
USANDO IL MODELLO DI TURING
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Non tutte le funzioni sono CALCOLABILI
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Ovvero: non e’ possibile scrivere un algoritmo per risolvere
qualunque problema in modo ESATTO ed in tempo FINITO
Il PROBLEMA DELL’ARRESTO (HALTING
PROBLEM): non e’ possibile dimostrare che una
macchina di Turing universale si fermera’ o no su un
programma specifico
Questi risultati valgono per qualunque calcolatore,
ammesso che valga la TESI DI CHURCH-TURING
DALLA MACCHINA DI TURING AI
COMPUTER MODERNI
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La macchina di Turing aiuta a capire come sia
possibile manipolare informazione in base a un
programma, leggendo e scrivendo due soli simboli:
‘0’e ‘1’
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Da questo punto di vista, pur essendo un dispositivo
ideale, la macchina di Turing è strettamente
imparentata col computer
Dalla macchina di Turing
alla macchina di von Neumann
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Un passo ulteriore, volendoci avvicinare al
funzionamento di un vero computer, è
costituito dalla
MACCHINA DI VON NEUMANN
IV: ELETTRONICA E
CALCOLATORI
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Cio’ che ha permesso il passaggio a
calcolatori basati sull’elettronica e’ lo sviluppo
di INTERRUTTORI ELETTRONICI:
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Prima il TUBO A VALVOLE
Poi il TRANSISTOR
Un interruttore permette di rappresentare i
due stati: 1 (= passa la corrente), 0 (= non
passa)
TUBI A VALVOLE
TRANSISTOR E CIRCUITI
INTEGRATI
STORIA DEI COMPUTER
ELETTRONICI
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Ispirati alla macchina di Turing
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1936 Konrad Zuse costruì in casa lo Z1 usando i relè;
1941 c/o politecnico di Berlino Z3;
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1942 macchina per il computo elettronico (Satanasso-BerryComputer). La memoria erano condensatori fissati ad un grande
tamburo cilindrico di 1500 bit;
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1943 COLOSSUS, costruito e rimasto segreto fino al 1970.
Memorizzazione di dati in aritmetica binaria basati sulla
ionizzazione termica di un gas
SVILUPPO DEI CALCOLATORI
ELETTRONICI
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1943-46 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
sviluppato da Eckert & Mauchly
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Logica DECIMALE
30 armadi x 3m, 30t per una superficie di 180mq, 300 moltiplicazioni al
secondo
fino al 1973 ritenuto il primo calcolatore elettronico ‘programmabile’
(riconnettendo i circuiti!!)
1945-49 EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer )
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Primo computer basato sull’ “Architettura di von Neumann” (dovuta a
Eckert, Mauchly & von Neumann): programmi immagazzinati in memoria
Logica BINARIA
ARCHITETTURA ‘DI VON
NEUMANN’
Eckert e Mauchly, dopo aver
sviluppato ENIAC, proposero un
modello in cui i programmi erano
immagazzinati direttamente in
memoria. (Mentre in ENIAC il
programma doveva essere
codificato direttamente in
hardware). Il modello teorico che
ne risulto’ – l’Architettura “di Von
Neumann” influenzò direttamente
la realizzazione di EDVAC
(Electronic Discrete Variable
Automatic Computer)
DA ZUSE A EDVAC
DOPO EDVAC
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1948: primo computer commerciale (UNIVAC)
1954: primo computer a transistors (Bell Labs)
~1960: valvole sostituite da transistors
1971: primo microprocessore (Intel 4004)
1975: primo microcomputer (Altair)
1975: fondazione di Microsoft
1976: Apple I e Apple II
1979: primo Spreadsheet (VisiCalc)
PROSSIME LEZIONI
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Architettura di Von Neumann
Rappresentazione dei dati
LETTURE
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Storia dell’Informatica
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http://www.dimi.uniud.it/~cicloinf/mostra/index.html
Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Storia_dell%27informatica
Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Storia_del_computer
Paul Ceruzzi, Storia dell’Informatica, Apogeo
Macchina di Turing applets
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http://www.warthman.com/ex-turing.htm
http://wap03.informatik.fhwiesbaden.de/weber1/turing/tm.html