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Storia del Calcolatore
• A parte alcuni dispositivi rudimentali dell'antichità classica,
non vi furono progressi tecnologici rilevanti fino a circa il 1650
• Per tre secoli, vennero ideati dispositivi meccanici di
complessità crescente con elementi di base quali:
• ingranaggi, leva, puleggia,…
• Verso gli inizi del 1900 si cominciarono ad aggiungere
dispositivi elettrici, ottenendo calcolatori elettromeccanici
•Motore elettrico, relais,…
• Potenza di calcolo ≤ decina di operazioni al secondo
• La memoria era interamente meccanica
• molto costoso, ingombrante, rumoroso e poco affidabile
Storia del Calcolatore: Generazione 0
• Possiamo includere in questa generazione ogni dispositivo
meccanico atto ad automatizzare processi di calcolo o
movimenti meccanici
•Abaco Romano
•Abaco Giapponese
Storia del Calcolatore: Generazione 0
• Pascalina, B. Pascal
(1623-1662)
calcolatrice meccanica per
addizioni e sottrazioni
• perfezionata da G. Leibnitz
per il calcolo di moltiplicazioni e divisioni
•Regolo, E. Gunter. Calcola potenze, radici quadrate e cubiche
Storia del Calcolatore: Generazione 0
J.M. Jacquard (1752-1834),
costruisce la prima macchina
automatica (1805). E’ un telaio
da tessitura comandato da
schede perforate che
schematizzavano il disegno
finale. Macchina flessibile
(schede sostituibili), grande
diffusione (rivoluzione
nella produzione di tessuti).
Storia del Calcolatore: I Generazione
• La I generazione di calcolatori elettronici appare durante la II guerra
mondiale
•Valvola ad effetto termoionico o tubo a vuoto
• Creazione del primo calcolatore monoprocessore, volgarmente noto
come macchina di von Neumann
• linguaggio di programmazione era costituito da un linguaggio
macchina simbolico che veniva poi tradotto tramite l'assemblatore
(un altro programma) in linguaggio binario
• il numero di operazioni al secondo crebbe fino a 1000
• anche la memoria era costituita dalle valvole
• il sistema di I/O si basava sulla "tecnologia" delle schede o nastri
perforati
• Si iniziarono a vedere le prime memorie centrali a nuclei magnetici e
memorie di massa a tamburo magnetico
Macchina di von Neumann
Si basa sulle seguenti osservazioni fondamentali:
• il calcolatore dovrà eseguire con maggiore frequenza operazioni
aritmetiche, per cui e’ ragionevole che abbia uno o più dispositivi
specializzati per tali operazioni (ALU)
• il controllo logico del dispositivo, ossia la corretta sequenza con cui
effettuare tali operazioni, può essere effettuato in modo più efficiente
da un controllore centrale flessibile, che distingua tra ordine di
esecuzione delle istruzioni (dipendono dal problema da risolvere, per
cui devono essere memorizzate) e modalità di esecuzione delle
singole istruzioni (dipendono dal calcolatore, per cui gestite dal
dispositivo stesso) (CU)
• la sequenza di istruzioni e i dati su cui opera devono essere
immagazzinati in memoria
• I dati e risultati devono poter essere scambiati con l’esterno
attraverso unità di ingresso/uscita (I/O)
• tutti i dispositivi citati devono poter colloquiare tra loro attraverso
oppurtuni collegamenti (BUS)
Macchina di von Neumann
ENIAC: Il primo calcolatore elettronico
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)
• Sviluppato presso l’Università della Pennsylvania
• Finanziato dal Ministero della Difesa USA
• Costruito e utilizzato tra il 1943 e il 1946
•Una “U” di 30 metri alta 3m e di 1m di spessore
• 30 tonnellate
• 18.000 tubi a vuoto (valvole)
• 20 registri di 10 cifre (ogni registro lungo oltre mezzo metro)
• 200 microsec per un’addizione
• 150 KW di consumo.
• Programmazione manuale attraverso fili e interruttori
• Dati introdotti attraverso schede perforate
• Output su telescriventi
ENIAC: Il primo calcolatore elettronico
Storia del Calcolatore: II Generazione
• verso la fine del 1940 venne scoperto il ruolo fondamentale che
potevano avere i semioconduttori e furono creati i primi
transistor.
• Il transistor soppiantò in 15 anni l'utilizzo delle valvole
• La seconda generazione si puo' collocare tra gli anni 1955-1965
• anche lo sviluppo delle tecnologie relative alla memoria si
affinò e le rese sempre più affidabili ed economiche
• Furono ideati i primi linguaggi ad alto livello, come il Fortran
• comparvero di conseguenza i primi compilatori
•Utilizzo di processori di I / O separati, che funzionavano in
parallelo con il processore principale
Storia del Calcolatore: III Generazione
• primi anni '60
• viene sviluppato il transistore laterale, ovvero un transistore
realizzato su una superficie 2D anziché in un blocco 3D
• comparvero quindi i primi circuiti integrati
•Numerosi transistori vengono integrai su una stessa piastrina di
silicio
• La memoria centrale elettronica soppianta i nuclei magnetici
• concetto di microprogrammazione
• primi passi su
• parallelismo
• pipelining
• memoria cache e memoria virtuale
• principali calcolatori su mercato: IBM System 360, Digital Equipment
Corporation (DEC) PDP Microcomputer
IBM System 360
Storia del Calcolatore: IV Generazione
• a partire dai primi anni '70
• avanzamento della tecnologia che portò ad integrare su un
solo circuito l'intero processore e parte della memoria
• decine di migliaia di transistori erano integrati in un solo chip
•Very large scale integration, VLSI
•Nascita del microprocessore
• Principali case produttrici:
•Intel, Motorola, Texas Instruments, AMD (USA)
• ST Microelectronics (IT + FR)
•Altre generazioni (o meglio tipologie): per intelligenza
artificiale, a parallelismo massivo, dei sistemi distribuiti
Minicomputer
PDP 11
VAX 780
Personal computer
APPLE II
Legge di Moore
La capacità elaborativa raddoppia ogni 18 mesi
Enunciata nel 1965. Modificata varie volte
• inizi ‘70: 2x ogni 12 mesi (per gli anni ‘70)
• 1975: 2x ogni 2 anni (per gli anni ‘70)
• metà ‘80: 2x ogni 18 mesi (da allora in avanti)
Si riferiva in realtà al numero di transistor per unità di superficie
ma l'aumento del numero di transistor di una CPU si traduce in:
• Eseguire istruzioni piu' complesse
• maggiore memoria (cache)
• maggiore parallelismo interno
Legge di Moore
Legge di Moore
Legge di Moore
Legge di Nathan
Il software è come un gas: si espande fino a riempire
completamente il contenitore in cui lo si mette
Al calare dei costi e all’aumentare della memoria disponibile le
dimensioni del software sono sempre cresciute in proporzione
La continua aggiunta di funzionalità al software implica una
costante richiesta di microprocessori più veloci, memorie più
grandi, I/O più prestanti (circolo virtuoso)
Trend degli ultimi Anni
• Migliorie architetturali,
es. Pentium 4 Hyper -Thread
• parallelismo tra microistruzioni
all'interno del processore
• 64 bit
• Diminuzione del consumo
energetico mantenendo o
continuando a migliorare i valori
prestazionali,
es. Core 2 Duo