09_Le_generazioni_dei_calcolatori

9. LE GENERAZIONI DEI CALCOLATORI
La individuazione delle “generazioni” dei calcolatori in termini di durata temporale e di tecnologia
impiegata non trova d’accordo tutti gli studiosi di storia dell’informatica. La tabella sottostante
riporta uno schema molto condiviso: oltre la quarta generazione le proposte sono molto varie e si
possono ritenere prive di significato.
GENERAZIONE
Prima
Seconda
Terza
Quarta
PERIODO
1945-1957
1958-1964
1965-1971
1972-1977
TECNOLOGIA
Tubi a vuoto
Transistori
SSI/MSI
LSI
$/bit/s
10
1
0.1
0.01
Nota 1: Le sigle SSI, MSI, LSI stanno rispettivamente per Small Scale Integration,
Medium Scale Integration, Large Scale Integration.
Nota 2: il parametro $/bit/s e’ stato introdotto da C.G.Bell e A.Newell nel
loro libro “Computer structures: readings and examples”
Dal punto di vista architetturale i calcolatori della prima generazione (v. figura) presentano la
peculiarita’ di coinvolgere la CPU in tutti i trasferimenti di dati tra memoria ed unita’ periferiche
con l’ovvia conseguenza negativa di originare interferenze tra detti trasferimenti ed il
funzionamento della CPU.
Nella seconda generazione queste interferenze sono notevolmente ridotte attraverso l’introduzione
dei cosiddetti processori di I/O (o “canali”), dispositivi in grado di accentrare il controllo di piu’
unita’ periferiche e di coinvolgere la CPU tipicamente solo all’inizio ed alla fine dei trasferimenti
(v. figura).
Nei calcolatori di questa generazione sono anche quasi sempre presenti le seguenti caratteristiche,
alcune delle quali erano gia’ state introdotte in calcolatori della prima generazione:
 Uso di registri indice
 Introduzione di hardware specifico per le operazioni in virgola mobile
 Introduzione di tamburi magnetici e nuclei di ferrite per la memoria primaria
 Introduzione di istruzioni di diramazione (“branch”) per facilitare il passaggio del controllo
dell’esecuzione tra unita’ di programma diverse
 Introduzione di software di sistema (monitor batch, biblioteche di sottoprogrammi)
 Sfruttamento sistematico della multiprogrammazione, agevolato dalla presenza dei canali
 Introduzione di linguaggi ad alto livello e dei relativi compilatori (FORTRAN 1957, COBOL
1959)
La tabella che segue riporta un esempio di variazione delle caratteristiche tra calcolatori (“modelli”)
di uno stesso costruttore (IBM) nel passaggio dalla prima alla seconda generazione.
0
3
3
3
SECONDA GENERAZIONE
7090
1960 Transistori
Nuclei
2.18
32
169
7094 I
1962 Transistori
Nuclei
2
32
185
7094 II
1964 Transistori
Nuclei
1.4
32
185
Sovrapposizion
e fetch
Velocita'
relativa
Numero di
registri indice
24
80
140
Sovrapposizion
e I/O
N. di codici
operativi
30 Da 2 a 4
12 Da 4 a 32
12
32
Virgola mobile
cablata
Dimensione
memoria
(Kparole)
PRIMA GENERAZIONE
701
1952
Tubi Elettrostatica
704
1955
Tubi
Nuclei
709
1958
Tubi
Nuclei
Tempo di ciclo
(ms)
Tecnologia
della memoria
Tecnologia
della CPU
Prima consegna
Modello di
calcolatore
Esempio di variazione delle caratteristiche nel passaggio da prima a seconda generazione per alcuni
calcolatori della IBM
No
Si
Si
No
No
Si
No
No
No
1
2.5
4
Si
Si,doppia
7 precisione
Si,doppia
7 precisione
Si
No
25
Si
Si
30
Si
Si
50
Nella terza generazione le principali innovazioni, oltre all’ovvia riduzione di dimensioni, potenza
elettrica necessaria e costo, sono le seguenti:
 Introduzione di componenti a semiconduttore per la realizzazione della memoria primaria
 Introduzione di tecniche per aumentare la velocita’ di esecuzione dei programmi (pipeline,
sistemi multiprocessore)
 Sviluppo di metodi efficienti per gestire la condivisione di risorse tra i processi e loro
inserimento nei sistemi operativi
 Sviluppo di “famiglie” di calcolatori, caratterizzate da:
- presenza di piu’ calcolatori (“modelli”) caratterizzati da velocita’ crescente della
CPU, da dimensioni crescenti della memoria primaria, da numero crescente di unita’
di I/O gestibili, da prezzo crescente
- repertorio di istruzioni identico o quasi (i calcolatori meno potenti potevano avere
un subset delle istruzioni di quelli piu’ potenti)
- sistema operativo identico o quasi (anche in questo caso il sistema operativo dei
calcolatori meno potenti poteva comprendere solo una parte dei moduli del sistema
operativo dei calcolatori piu’ potenti)
La tabella che segue riporta le principali caratteristiche della famiglia di calcolatori denominata
IBM System/360, annunciata nel 1964.
La prima famiglia di calcolatori: IBM System/360
CARATTERISTICA
Max dimensione
memoria (KB)
Velocita' di
trasferimento tra CPU
e memoria (MB/s)
Tempo di ciclo della
CPU (ms)
30
MODELLI
50
40
65
75
64
256
256
512
512
0.5
0.8
2
8
16
1
0.625
0.5
0.25
0.2
Velocita' relativa
1
3.5
10
21
50
Max numero di canali
Max velocita' per un
canale (KB/s)
3
3
4
6
6
250
400
80
1250
1250
 Utilizzazione generalizzata della microprogrammazione nella realizzazione dell’unita’ di
controllo all’interno della CPU (lo schema di principio della microprogrammazione era stato
proposto da Wilkes nel 1951, implementato in alcuni calcolatori della seconda generazione ma
utilizzato in modo sistematico solo con i calcolatori della famiglia 360 dell’IBM)
Contemporaneamente all’avvento dei calcolatori della terza generazione compaiono i
minicalcolatori, calcolatori di piccole dimensioni con parola corta (tipicamente 16 bit) e hardware
e software limitati, utilizzati per scopi speciali o da piccoli gruppi di persone (per es. in campo
accademico).
La quarta generazione non introduce significative novita’ architetturali ma sfrutta le nuove
tecnologie per ridurre ulteriormente dimensioni, potenza elettrica richiesta e costo.
Fonti: C.G.Bell. A.Newell, “Computer structures: readings and examples”, McGraw-Hill, 1971
J.P.Hayes, “Computer architecture and organization”, McGraw-Hill, 1988