pdf - Atuttascuola

0
Sommario
Il silicio …………………………………………….. pag.2
I semiconduttori ………………………………… pag. 2
Il transistor …………………………………………pag. 3
I microprocessori ………………………………...pag. 5
Claude Elwood Shannon ……………………... pag. 9
George Orwell…………………………………… pag. 10
Bibliografia………………………………………...pag. 12
Premessa: questo approfondimento € un percorso che chiarisce e cerca di
spiegare il perch• dell'utilizzo di determinati materiali per la costruzione dei
microprocessori. Pertanto ho proposto un percorso interdisciplinare che
guida alla comprensione dei processi di creazione di un microprocessore.
1
Il silicio
Introduzione
Elemento metallico di simbolo Si e numero atomico 14 appartenente alla classe
dei semiconduttori. La sua configurazione elettronica € la seguente: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2.
Appartiene al gruppo IVA (o 14) della tavola periodica perch• presenta quattro elettroni
di valenza nel terzo livello energetico.
Propriet€
Il silicio elementare si presenta sotto forma di una polvere amorfa marrone o in cristalli
grigi. Si ottiene per riscaldamento della silice SiO2 (diossido di silicio) con un agente
riducente, come carbonio o magnesio, in fornace elettrica. Allo stato cristallino ha
durezza 7, fonde a 1410 ‚C, bolle a 2355 ‚C, ha densitƒ relativa 2,33 e peso atomico
28,086.
Non viene attaccato dall'acido nitrico, cloridrico o solforico, ma € solubile in acido
fluoridrico; si scioglie anche nella soda (idrossido di sodio), formando silicato di sodio e
idrogeno gassoso. Alle normali temperature il silicio non si altera per esposizione
all'aria; alle alte temperature invece reagisce con l'ossigeno, con l'azoto e con il cloro.
Fonti di silicio nella crosta terrestre (minerali che lo contengono)
Molto abbondante nella crosta terrestre, il silicio non si trova in natura allo stato
elementare, ma solo come diossido o come silicato. I minerali che lo contengono
rappresentano il 40% di tutti i minerali e il 90% dei minerali costituenti le rocce laviche.
Il diossido di silicio (SiO2)esiste in tre forme cristalline diverse: il quarzo, di cui sono
note molte varietƒ la cristobalite e la tridimite. I silicati di alluminio, calcio e magnesio
sono invece i componenti principali dell'argilla, del suolo e delle rocce: si ritrovano sotto
forma di feldspati , anfiboli , pirosseni, miche, zeoliti, e pietre preziose e semipreziose
come olivina, granato, zircone, topazio, e tormalina.
Usi
Il silicio viene usato in lega con l'acciaio e viene impiegato come disossidante nella
lavorazione di quest'ultimo materiale. Data la sua abbondanza in natura e la possibilitƒ di
controllare le sue proprietƒ elettriche, il silicio trova importanti impieghi nell'industria
elettronica per la produzione di transistor e di circuiti integrati. Il silicio nei
microprocessori € utilizzato sotto forma di SiO2.
I semiconduttori
Introduzione
I semiconduttori a temperatura ambiente sono caratterizzati da una resistenza elettrica
compresa tra quella dei metalli e quella degli isolanti, che pu„ essere modificata
mediante l'aggiunta di piccole quantitƒ di impurezze (processo di drogaggio).
La conduzione: elettroni e lacune
Tra i semiconduttori comuni si trovano alcuni elementi puri, quali il silicio, il germanio e
il selenio, e alcuni composti, quali l’arseniuro di gallio, il seleniuro di zinco e il tellururo
di piombo.
2
Le loro proprietƒ si devono alla particolare configurazione elettronica che li caratterizza:
se sottoposti a specifici trattamenti, il numero di portatori di carica a loro disposizione
aumenta sensibilmente, e in proporzione la loro conducibilitƒ. I trattamenti in questione
possono essere l’incremento della temperatura, l’irraggiamento o l’aggiunta di impuritƒ.
In un semiconduttore puro, o intrinseco, come un cristallo di silicio, gli elettroni di
valenza (gli elettroni che occupano le orbite pi† esterne di un atomo) sono condivisi a
due a due con altri atomi adiacenti, per formare i legami covalenti che uniscono gli
atomi dando consistenza al cristallo.
In condizioni ordinarie, gli elettroni di valenza sono vincolati ai nuclei degli atomi e
occupano posizioni fisse all’interno del solido; tuttavia, l’energia termica e la luce
possono rompere i legami chimici, liberando elettroni di conduzione. Nella posizione
lasciata libera (lacuna) da uno di questi elettroni, rimane un eccesso di carica positiva,
che viene subito compensato dallo spostamento di uno degli elettroni di valenza degli
atomi adiacenti. L’eccesso di carica positiva si trasferisce cos‡ a un atomo vicino;
l’effetto equivale allo spostamento della lacuna, cio€ di una carica positiva. In sostanza,
la rottura di un legame covalente genera due portatori di carica liberi: un elettrone e una
lacuna. Questo giustifica l’aumento di conducibilitƒ del materiale per irraggiamento o
per riscaldamento.
Il drogaggio
Un altro metodo per creare cariche libere in un cristallo semiconduttore € il drogaggio: si
tratta di un trattamento che consiste nell’inserimento di piccolissime percentuali di
materiali (impuritƒ o droganti) dotati di tre o cinque elettroni di valenza (i
semiconduttori ne hanno quattro). Ogni atomo di drogante sostituisce, nei legami
covalenti, un atomo di semiconduttore. Se il drogante ha cinque elettroni, uno di essi
resta libero per la conduzione: il drogante si dice “donatore” il semiconduttore, cos‡
drogato, € detto di tipo n, poich• in esso prevalgono portatori di carica negativi (gli
elettroni). Se il drogante ha solo tre elettroni di valenza, il legame covalente €
incompleto e nel reticolo cristallino genera una lacuna: il drogante si dice “accettatore” e
il semiconduttore drogato € detto di tipo p, poich• in esso prevalgono portatori di carica
positivi (le lacune).
Il transistor
Introduzione
In elettronica, dispositivo a semiconduttore utilizzato nei circuiti di amplificatori,
oscillatori, rivelatori e di numerosi altri strumenti per telecomunicazioni. Si tratta di un
componente a stato solido costituito da un sottile frammento di cristallo semiconduttore,
di solito germanio o silicio, suddiviso in tre zone distinte (terminali), con caratteristiche
fisiche diverse. Prima della sua invenzione, le apparecchiature elettroniche erano basate
sull'uso dei tubi a vuoto a effetto termoionico, degli amplificatori magnetici e di
particolari condensatori utilizzati anch'essi come amplificatori.
Semiconduttori di tipo p-n
Se, in uno stesso cristallo, vengono realizzate una zona p e una zona n adiacenti, si crea
una “giunzione p-n”. Le proprietƒ di questo particolare sistema fisico sono alla base del
3
funzionamento del diodo a semiconduttore, un dispositivo generalmente utilizzato come
raddrizzatore nei circuiti a corrente alternata. Esso infatti presenta un’altissima
resistenza al passaggio della corrente in una direzione e una resistenza pressoch•
trascurabile in direzione opposta; applicando una tensione di polaritƒ opportuna, €
possibile determinarne il comportamento di conduttore o isolante.
Combinazioni di pi† giunzioni permettono di realizzare i transistor e dispositivi come
celle solari e laser a giunzione.
Componenti e funzionamento di un transistor
Ponendo due giunzioni a breve distanza si pu„ realizzare un dispositivo (transistor) che
emula in qualche modo il comportamento
del triodo a vuoto, e che costituisce la base
di circuiti amplificatori, oscillanti e di altro
tipo. Il transistor pu„ essere realizzato sia
utilizzando giunzioni p-n che giunzioni
metallo-semiconduttore;
ne
esistono
Figura 1
attualmente diverse varietƒ. Il pi† comune
€ il transistor (detto bipolare) che utilizza
due giunzioni p-n. Consideriamo una struttura in cui una sottile regione n € inserita fra
due regioni p (figura 1). Chiamiamo base del transistor la regione intermedia n e
emettitore e collettore le due regioni esterne p. la concentrazione di lacune
nell'emettitore € maggiore della concentrazione di elettroni nella base. Se applichiamo
una piccola differenza di potenziale (polarizzazione diretta) fra emettitore e base e una
differenza di potenziale di maggiore ampiezza
(polarizzazione inversa) fra base e collettore,
abbiamo un flusso di elettroni dalla base
all'emettitore e un maggiore flusso di lacune
dall'emettitore alla base, mentre non c'€ passaggio di
elettroni dalla base del collettore, n• viceversa di
lacune dal collettore alla base. Tuttavia, se la base €
sufficientemente sottile (qualche micrometro), le
lacune che vi penetrano dall'emettitore possono
giungere alla seconda giunzione prima di ricombinarsi: qui evidentemente passano
facilmente al collettore. Quindi una piccola differenza di potenziale fra emettitore e base
pu„ controllare una consistente corrente fra emettitore e collettore, proprio come nel
triodo a vuoto una piccola differenza di potenziale fra griglia e catodo controlla una
corrente fra catodo e anodo. Il transistor appena descritto si chiama, per evidenti ragioni,
p-n-p. Esiste anche il transistor n-p-n in cui la base € di tipo p ed emettitore e collettore
sono di tipo n, e che funziona esattamente allo stesso modo scambiando i versi delle
tensioni e delle correnti.
I transistor: dai circuiti integrati all'utilizzo nei microprocessori
Il transistor rispetto al triodo a vuoto € molto pi† piccolo, meno costoso, assorbe meno
energia dato che non c'€ alcun filamento da scaldare, € pi† sicuro perch• funziona con
tensioni pi† basse. Per queste ragioni il transistor, inventato nel 1947, ha rapidamente
soppiantato i tubi a vuoto in quasi tutte le applicazioni. Il transistor, quindi, € il pi†
importante componente elettronico attivo, cio€ € in grado di amplificare un segnale
4
traendo l'energia da una sorgente esterna (il generatore di tensione che lo alimenta). Esso
€ alla base di circuiti amplificatori, oscillanti e discriminatori.
Combinando opportunamente questi circuiti fra loro € possibile realizzare un'infinitƒ di
apparecchi in grado di elaborare il segnale in ingresso nei modi pi† svariati.
I progressi qualitativi dell'elettronica degli ultimi decenni sono da ricondurre
principalmente ad un aumento della complessitƒ dei circuiti, in cui vi sono molti singoli
elementi che risolvono problemi specifici. La realizzazione di un circuito in cui siano
montati in bell'ordine centinaia di transistor e i relativi componenti passivi di
collegamento comportano un certo volume, un certo costo, dei problemi di integrazione
elettromagnetica fra circuiti vicini. A questi problemi si € cercato di dare una risposta
realizzando lastrine di silicio sulle quali siano "scritti" molti transistor e diodi giƒ
collegati fra loro per realizzare un circuito elementare. Perci„ il costo, in termini di
materiale semiconduttore, di contenitori, di collegamenti e di manodopera viene ad
essere fortemente ridotto.
All'inizio degli anni Sessanta € iniziata la realizzazione di circuiti integrati, cio€
completamente depositati su un unico piccolissimo chip di silicio. Di particolare
interesse sono i circuiti integrati che svolgono le operazioni matematiche nei computer
ovvero i microprocessori.
Sviluppi recenti
Sul finire degli anni Sessanta lo studio e la progettazione di giunzioni a semiconduttore
ricevettero un forte impulso dalla nuova tecnologia dei circuiti integrati, che ha reso
possibile la realizzazione di componenti elettronici complessi, costituiti da aree drogate e
giunzioni p-n di proporzioni piccolissime, impiantati su un'unica lastrina di silicio. Fu
quindi possibile la produzione di dispositivi di dimensioni equivalenti a quelle di un
unico transistor, funzionanti quanto un sistema complesso di 15 o 20 di tali elementi.
Oggi un microprocessore pu„ raggruppare funzioni che un tempo avrebbero richiesto
parecchie schede a circuito stampato; le prestazioni, che fino a pochi anni fa sarebbero
state esclusive dell'unitƒ centrale di elaborazione di un grande computer, sono oggi
possibili a piccoli portatili a batteria.
I microprocessori
La nascita di un microchip
Tutti i microprocessori vedono la luce a partire da un mucchietto di schegge di quarzo e
da una sorgente di carbonio, di solito carbonella o carbone. Il quarzo, composto in gran
parte da silicio, € uno dei minerali pi† abbondanti e diffusi in tutto il mondo. La
carbonella € altrettanto diffusa: per produrla bastano della legna e un forno adeguato.
Questo fa s‡ che il silicio possa essere prodotto ovunque. Quindi poniamo il caso che la
nostra CPU cominci la propria vita in una fabbrica brasiliana, nella forma di parti di
quarzo e carbone. Dopo esser stati riscaldati in una fornace elettrica fino a 2000 gradi
centigradi, silice e carbone cominciano la fusione fino a formare silicio fuso e diossido
di carbonio.
Le impuritƒ vengono scremate dall'orlo del silicio fuso, che viene ulteriormente
purificato pompandovi attraverso ossigeno e altri gas, dopodich• il silicio viene
5
solidificato in stampi e messo sul mercato. A questo punto, il silicio di fabbricazione
industriale € puro al 95-99 %.
Ma ha bisogno di un'ulteriore purificazione per poter essere usato nelle industrie di
elettronica. Dunque il metallo viene spedito in una raffineria dove lo si combina con
acido cloridrico per formare il triclorosilano, un liquido volatile che deve essere
ripetutamente distillato e purificato.
Successivamente il triclorosilano viene convertito in polisilicio (una forma di silicio pura
al 99,9999%) e acido cloridrico.
Il blocco di polisilicio viaggia
successivamente verso un impianto di
fabbricazione di wafer di silicio. I wafer
sono le fondamenta della costruzione di
qualsiasi microchip. Si tratta di un sottile
disco circolare di silicio purissimo, di
diametro variabile tra i 150, i 200 e i 300
mm e uno spessore tra 0,5 e 0,75 mm.
Nella fabbrica di wafer il polisilicio fuso
viene colato in un crogiuolo e
accuratamente cristallizzato in forma di
lingotti cilindrici. I lingotti sono tagliati
in wafer sottili, questi ultimi vengono
levigati fino a essere perfettamente piatti. I wafer cos‡ ottenuti vengono spediti in
fabbrica, dove finalmente si trasformeranno in microprocessori. Una volta completo, un
wafer contiene centinaia di piccoli chip rettangolari. I chip devono essere esenti da
difetti e vengono testati giƒ da quando sono posti sul wafer. Successivamente vengono
testati ancora una volta e assemblati in involucri di ceramica con connessioni in rame:
ora € facile riconoscerli come "chip" o pi† precisamente come microprocessori.
Cos'• un microprocessore?
Un processore € un singolo circuito integrato in grado di effettuare operazioni di calcolo
o di elaborazione dell'informazione; il microprocessore principale di un computer viene
chiamato processore o CPU; il microprocessore che si occupa delle operazioni legate
alla visualizzazione delle informazioni in un computer viene chiamato GPU o VPU.
I processori sono circuiti contenenti da migliaia a centinaia di milioni di transistor ed
altri componenti elettronici, ottenuti sfruttando le caratteristiche di semiconduttivitƒ del
silicio e la sua relativa facilitƒ di essere convertito in semiconduttore tramite drogaggio.
Questi transistor conservano informazioni sotto forma di carica elettrica, variandone il
livello a seconda della logica usata nel funzionamento del circuito.
Struttura e funzioni
Un microprocessore € realizzato su una singola lastrina di silicio, detto wafer o chip,
opportunamente protetta da un contenitore di pochi centimetri per lato. Nonostante le
piccole dimensioni, riunisce centinaia di migliaia di componenti e pu„ essere
programmato per svolgere un gran numero di funzioni.
Un microprocessore integrato contiene tipicamente i registri (celle di memoria ad alta
velocitƒ), il coprocessore matematico (FPU) e la ALU (Unitƒ Logico-Aritmetica).
6
L'Arithmetic Logic Unit (ALU) € un'unitƒ dedita allo svolgimento di operazioni
matematiche ed € formata da un insieme di porte logiche
opportunamente collegate. Queste porte logiche nel loro
complesso provvedono ad eseguire tutte le operazioni aritmetiche
e logiche gestite dal microprocessore.
Le prime ALU erano in grado di eseguire nativamente solo le
operazioni pi† semplici (addizione, sottrazione e shifting di bit
ecc.) e le operazioni logiche booleane (AND, OR, XOR e NOT).
Le operazioni pi† complesse come le operazioni di moltiplicazioni o divisione venivano
emulate utilizzato ripetutamente somme o sottrazioni. Con l'evolvere dell'elettronica si €
riuscito a integrare nelle ALU anche le operazioni di divisione e moltiplicazione.
Le ALU non sono in grado di svolgere tutte le operazioni supportate dai microprocessori
moderni, infatti le operazioni in virgola mobile o le operazioni multimediali sono svolte
da unitƒ specializzate che non risiedono nell'ALU.
La Floating Point Unit (FPU), unitƒ di calcolo in virgola mobile € una parte della CPU
specializzata nello svolgere i calcoli in virgola mobile.
La maggior parte delle operazioni svolte sono di semplice aritmetica (come addizioni o
moltiplicazioni), ma alcuni sistemi sono in grado di svolgere calcoli esponenziali o
trigonometrici (come estrazioni di radice o il calcolo del seno).
La Memory Management Unit (MMU) in un processore ha vari compiti, tra cui la
traslazione (o traduzione) degli indirizzi virtuali in indirizzi fisici (necessaria per la
gestione della memoria virtuale), la protezione della memoria, il controllo della cache
della CPU, l'arbitraggio del bus, e, in architetture pi† semplici (specialmente nei sistemi
a 8-bit), la commutazione di banchi di memoria.
Un microprocessore dispone inoltre di interfacce per collegarsi a memorie esterne e ad
altri sistemi. Esso attinge i dati e le istruzioni da eseguire alla memoria centrale, quindi
procede con le elaborazioni e restituisce i dati ottenuti alla memoria centrale. La velocitƒ
di esecuzione di questo complesso di operazioni dipende dalla frequenza di clock e
dall’architettura del sistema; la prima si misura in MHz (megahertz), la seconda, in bit.
Tipi di microprocessori
Il principale criterio di classificazione dei microprocessori € il numero di bit di
informazione che possono essere trasferiti "in parallelo" (contemporaneamente) e
conservati nei registri interni. Questo numero € in continuo aumento, grazie allo
sviluppo della tecnologia dei circuiti; attualmente sono comuni microprocessori a 8, 16 e
32 bit, e sono giƒ stati sviluppati integrati a 64 bit.
Tipi di architetture
Premessa: in informatica con il termine architettura si intende la combinazione degli
elementi hardware che costituiscono la struttura di un computer.
Nel campo dei microprocessori si distinguono diversi tipi di architetture: l'architettura
CISC (Complex Instruction Set Computing) permette di elaborare istruzioni complesse,
ma in tempi relativamente lunghi, che vengono essenzialmente impiegate a risolvere, per
un numero enorme di volte, un ristretto gruppo di istruzioni (il 20% di tutte le
eseguibili). Proprio per permettere al computer di eseguire rapidamente un limitato
numero di istruzioni, occorrenti frequentemente, € stata ideata l'architettura RISC
(Reduced Instruction Set Computing): € un tipo di architettura a pipeline, capace di
7
disporre nuove istruzioni per il processore giƒ durante l'esecuzione dell'istruzione
corrente. Se un sottosistema a disco usa una memoria per pre-caricare e mantenere le
informazioni, si dice dotato di architettura cache.
Come ragiona un microprocessore?
Facciamo un esempio di un semplice calcolo: il processore per prima cosa carica uno dei
numeri in uno dei suoi registri, poi ne carica un altro in un secondo registro. Quindi
legge l’istruzione di programma che dice al chip quale particolare operazione deve
essere svolta (ad esempio una somma). L’istruzione attiva un altro minuscolo
programma che si trova all’interno di una speciale unitƒ di decodifica che impone ai
circuiti del chip di calcolare il risultato dell’operazione e di porlo in un altro registro.
Calcolato il risultato una successiva istruzione permette l’uscita della risposta verso la
memoria Ram e di qui verso un'unitƒ di Output (il monitor od una stampante). In pratica
quindi un processore “ragiona” in termini seriali, ossia esegue un determinato numero di
istruzioni una di seguito all’altra richiamando dati dalla memoria Ram di sistema ed
emettendo dati ad operazione effettuata.
Breve storia dei microprocessori
Il primo microprocessore mai realizzato fu l'Intel 4004, che lavorava con parole di soli 4
bit: fu progettato dal vicentino Faggin, Ted Hoff e Masatoshi Shima e i primi prototipi
videro la luce nel gennaio del 1971.
Fu un successo limitato, ma i successivi Intel 8008 e 8080, che invece usavano parole di
8 bit (un byte, finalmente) riscossero molto pi† interesse. Nel 1974 Faggin, che nel
frattempo alla Intel era divenuto il responsabile di tutti i progetti di circuiti integrati,
lascia la Intel per fondare la Zilog, che nel 1976 lancia il processore Z80, che sarƒ il
cuore di molti home computer del decennio successivo.
Il successo dello Z80 € immediato, ed eclissa in pratica la serie 8080 della Intel.
Successivamente la Motorola e altri concorrenti entrarono nel mercato, sviluppando altri
tipi di microprocessori tutti con registri a 8 bit. IBM scelse
l'Intel 8088 per il suo primo PC. La Apple invece si bas„ sui
chip della famiglia Motorola 68000 per i suoi prodotti della
serie Macintosh. L'italiana Olivetti scelse lo Z8000
anticipando di un anno l'uscita del primo PC IBM ... se
avesse scelto l'Intel anzich• lo Zilog, l'Italia avrebbe
immesso per prima il noto PC sul mercato mondiale. Il
primo Pentium comparve nel 1993: integrava 3,1 milioni di
transistor e vantava il doppio della velocitƒ del precedente 486; oggi il Pentium 4 vanta
prestazioni straordinarie: un’architettura a 32 bit, 42 milioni di transistor su un singolo
chip (con componenti di dimensioni dell’ordine del decimo di micron) e non una, ma
due unitƒ di elaborazione (Dual core), ciascuna delle quali € in grado di lavorare a una
frequenza di 1,5 GHz (1500 MHz). Attualmente le architetture pi† diffuse sono
l'architettura X86 sviluppata da Intel e nel corso degli anni espansa da AMD e altri
contendenti che € alla base di quasi tutti i personal computer attualmente prodotti. In
seconda posizione abbiamo l'architettura Power prodotta da IBM che con varie
incarnazioni viene utilizzata dalle consolle, da macchine per applicazioni specializzate e
dai pi† potenti computer del pianeta.
8
Un'altra architettura molto importante € l'architettura ARM che viene utilizzata in
telefoni, palmari, e macchine dedicate. Altre architetture minoritarie sono le architetture
MIPS e SPARC.
Prospettive future
Il futuro del microprocessore dipende essenzialmente dallo sviluppo della
nanotecnologia. I pi† recenti risultati della ricerca in questo campo permetteranno presto
di realizzare microprocessori straordinariamente veloci: Intel, che ha da poco creato
transistor da 20 nm (1 nm = 1 miliardesimo di metro), prevede di poter stipare fino a 1
miliardo di questi dispositivi in un microprocessore, raggiungendo frequenze prossime ai
20 GHz (1 GHz = 1 miliardo di Hz). Inoltre, sempre nell’ambito delle applicazioni della
nanotecnologia, € stato recentemente messo a punto un nuovo tipo di transistor detto
“ibrido”, costituito da due strati di polimeri separati da uno strato metallico e attraversati
da nanocavi del diametro di circa 100 nm. Il dispositivo, completato da due contatti alle
estremitƒ, si adatta alla realizzazione di dispositivi su scala nanometrica quali transistor a
effetto di campo e diodi a emissione di luce. Accanto alle ricerche volte a miniaturizzare
e potenziare le prestazioni del microprocessore, sono in corso studi finalizzati a rendere
questo dispositivo sempre pi† pratico ed economico: € infatti in via di perfezionamento
in Europa una tecnologia per la produzione di microprocessori in plastica, realizzati con
un procedimento analogo a quello della stampa a getto di inchiostro.
Claude Elwood Shannon
Vita
Shannon, Claude Elwood (Gaylord, Michigan 1916 – Medford, Massachusets 2001),
matematico e ingegnere elettronico statunitense, considerato il fondatore della teoria
dell'informazione. Shannon frequent„ l'Universitƒ del Michigan e nel 1940 ottenne il
dottorato in matematica presso il Massachusetts Institute of Technology.
Scritti
Nel 1948 pubblic€ un articolo che segn€ la storia della teoria dell’informazione: The
Mathematical Theory of Communication (La teoria matematica della comunicazione); in
esso Shannon proponeva una teoria globale della trasmissione e dell'elaborazione delle
informazioni, intendendo con quest’ultimo termine qualsiasi tipo di messaggio, inclusi
quelli inviati dal sistema nervoso degli organismi viventi.
La teoria dell'informazione
A Shannon si deve l’ideazione del sistema matematico che permette oggi di analizzare,
esprimere, proteggere, immagazzinare e inviare informazioni mediante i moderni sistemi
di telecomunicazioni ed elaborazione; basti pensare che fu sua l’idea di adottare il
sistema binario come codice logico dei sistemi informatici, e fu ancora lui a dare il nome
di “bit” all’unitƒ fondamentale di informazione. Inoltre allo stesso Shannon si deve
anche una delle prime definizioni sperimentali della possibile simulazione da parte di
una macchina di una complessa attivitƒ intelligente, quale pu„ essere ad esempio il gioco
degli scacchi.
9
Tale esperienza (pubblicata nel 1950) conduce ad affermare che non € possibile costruire
un ottimo giocatore artificiale (per il numero estremamente elevato di mosse da
calcolare), ma € possibile pensare a un buon giocatore che selezioni le mosse secondo
strategie definite. In definitiva, le ricerche di Shannon pongono in termini operativi il
problema del rapporto differenziale fra cervello umano e macchina calcolatrice.
Brano: "Le differenze tra cervello e calcolatore"
Nel brano si possono individuare cinque differenze rilevanti fra il cervello e i calcolatori.
Una differenza di dimensioni: il numero dei componenti dei calcolatori si presenta a sei
ordini di grandezza rispetto a quello dei componenti del cervello. Una differenza di
organizzazione strutturale: quella dei calcolatori € molto pi† strutturata di quella del
cervello. Una differenza di affidabilitƒ: il cervello € affidabile molto pi† a lungo dei
calcolatori. Una differenza di organizzazione logica: il cervello si organizza da s• e si
adatta a situazioni molto diverse. Una differenza di dispositivi di ingresso e uscita: il
cervello, grazie all'orecchio e all'occhio, e ai muscoli e alle ghiandole, ha un rapporto
molto pi† complesso in entrata e in uscita con l'ambiente rispetto a qualche robot.
George Orwell
Artist's development and social themes
Orwell had a deep understanding of the English character, of its tolerance, its dislike of
abstract theories and insistence on common sense and fair play. Orwell's life and work
were marked by the unresolved conflict between his middle-class background and
education, and his emotional identification with the working class. Orwell believed that
the writer should be independent, that no good writing could come of following a party
line. Orwell was a prolific book-reviewer, critic, political journalist and pamphleteer.
Indebted to Dickens in the choice of social themes and the use of realistic and factual
language, he conveyed a vision of human fraternity and of the misery caused by poverty
and deprivation. He insisted on tolerance, justice and decency in human relationships,
and warned against the increasing artificiality of urban civilization.
Before dying he wrote Nineteen Eighty-Four, his most original novel published in 1949
which soon became a best-seller.
Plot and principal themes of the Novel: "Nineteen Eighty-Four"
The novel describes a future England, no longer the head of an Empire, but an outpost of
Oceania, a vast totalitarian system including north America and the British Empire, and
extending over a third of the globe.
This book starts in London on April fourth, 1984. The book is written partly in third
person, and partly in first person seen through the main character's eyes. The work is
divided into three parts: Part One introduces the main characters, Winston Smith, in the
context of a regimented, oppressive world; Part Two describes his love for Julia, and the
temporary happiness their relationship brings to both; Part Three deals with Winston's
imprisonment and torture by the Thought Police, and the final loss of his intellectual
integrity. Orwell combined various genres and styles in an original way, blending
documentary realism and an acute eye for detail with parody and satire.
10
The tone of the book becomes increasingly pessimistic, violent and even sadistic in the
last part, where Orwell presents Winston's final defeat. Set in a grotesque, squalid and
menacing London, Nineteen Eighty-Four is an anti-utopian novel. Anti-utopias show
possible future societies that are anything but ideal and that ridicule existing conditions
of society. The novel doesn't offer consolation but reveals the author's acute sense of
history and his sympathy with the millions of people persecuted and murdered in the
name of the totalitarian ideologies of the 20th century.
Passage: " Big Brother is watching You "
In the passage Orwell presents a frightening picture of the future as being under the
constant control of Big Brother. There is no privacy because there are monitors called
telescreens watching every step people take. The party has absolute control of the press,
communication and propaganda; language, history and thought are controlled in the
interests of the state through the gradual introduction of Newspeak, the official language
whose lexis is so limited that people find it impossible to express their own ideas. Any
form of rebellion against the rules is punished with prison, torture and liquidation.
The main character is Winston Smith. The name and surname are very symbolic. Smith,
the commonest English surname, suggests his symbolic value; Winston evokes
Churchill's patriotic appeals for "blood, sweat and tears" during the Second World War.
Winston is middle-aged and physically weak; he experiences alienation from society and
feels a desire for spiritual and moral integrity. He works at the Ministry of Truth where
he alters the records of the past to fit current Party policy. In private he writes on the
creamy paper of an old diary in an attempt to maintain sanity in a disorienting world.
He lives in a country called Oceania, under a government called INGSOC (English
Socialism). The controllers are called "The Party." The Party is divided into two
sections, The Inner Party, and The Outer Party. The "Rich" and the "middle-class."
There is a third group of people called "The Proles," or "The Proletariat" which are the
poor, and considered to be animals by the party. The main leader of this government is
Big Brother. All events in this time are alterable. The Party controls the past, present,
and future. When the book begins Winston is thinking about where he works (in
Minitrue), and he is trying to understand why it is the way it is. In this time any thoughts
against The Party are considered Thought Crime and is watched closely by the Thought
Police. The Thought Police can watch you through the Telescreens or from helicopter
that occasionally hover around the buildings peeping into the windows.
At the end of the passage there are three slogans of the Party that are: war is peace,
freedom is slavery, and, ignorance is strength.
War Is Peace is the belief that when two countries are perpetually at war they are
perpetually at peace. Freedom Is Slavery means that as an individual you will die off.
Ignorance Is Strength is the idea that by keeping the people ignorant, they will not
realize what is really going on.
11
Bibliografia






Enciclopedia Multimediale Microsoft Encarta Plus
Enciclopedia multimediale “Rizzoli Larousse”
Sussidi di carattere generale
Portali web
Wikipedia
"Il cervello e i calcolatori", in V. Somenzi, R. Cordeschi, in "La filosofia
degli automi", pp. 95-97
Eventuali approfondimenti si possono reperire ai seguenti indirizzi:

www.intel.com
Il sito della Intel offre informazioni sulla societƒ, sui suoi prodotti e sulle novitƒ presentate (in
lingua inglese).

www.research.ibm.com
Il sito offre le ultime notizie dal mondo della ricerca IBM (in lingua inglese).

www.pbs.org/transistor/
L'American Istitute of Physics invita a una mostra online dedicata al transistor, con
informazioni sulla sua evoluzione, un glossario, la biografia di scienziati e tecnici che
contribuirono alla sua nascita e giochi interattivi (in lingua inglese).
12