Cenni storici

Dr. Francesco FabozziCorso di Informatica

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Breve storia dell’elaboratore• L’età meccanica

• L’età elettrica– 1a generazione (le prime macchine)– 2a generazione (il transistor - 1947)– 3a generazione (i circuiti integrati - 1965)– 4a generazione (i VLSI)

• L’età del microprocessore– 5a generazione (Intel 4004 - 1971)

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I primordi• La prima macchina per eseguire calcoli:

abaco– L’esemplare più antico a noi noto risale alla

Grecia del IV secolo ma tavole di calcolo erano già usate dai Babilonesi

– Progenitore del moderno pallottoliere– Funzionamento manuale

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L’età meccanica: XVII secolo• Realizzazione di semplici calcolatori meccanici

– 1642: macchina per addizioni (Pascal)• Detta anche “pascalina”• Costituita da una serie di ruote a 10 denti• Ogni dente associato a una cifra da 0 a 9• I numeri erano sommati facendo avanzare le ruote del giusto

numero di denti

Nel 1670 Leibniz perfeziona la macchina di Pascal:diventa possibile eseguire moltiplicazioni

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L’età meccanica: XIX secolo• 1801

– Jacquard introduce sottili tavolette di legno perforate per il funzionamento automatico del telaio meccanico

• In base ai fori delle tavolette viene controllata la tessitura di motivi complicati

• Antesignane delle schede perforate

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L’età meccanica: XIX secolo• Prima metà ‘800

– Babbage progetta macchine capaci di trattare problemi matematici complessi con un principio di funzionamento vicino a quello dei moderni elaboratori

– “macchina alle differenze”, “macchina analitica”

– Ad esempio, la macchina analitica aveva:• Flusso di dati in ingresso (mediante schede perforate)• Magazzino (“store”) per conservare i dati• Una stampante per registrazione permanente del risultato su carta• Fabbrica (“mill”) per svolgere operazioni aritmetiche

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L’età meccanica: XIX secolo• La tecnologia dell’epoca non fu in grado di

realizzare i progetti di Babbage

Macchina alle differenze realizzatanegli anni ’90 secondo il progetto del 1849

Ciascun calcolo richiede di far ruotareuna manovella per centinaia/migliaiadi volte!

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L’età meccanica: XIX secolo• Ada Lovelace Byron (figlia di Lord

Byron) studia l’analytical engine di Babbage e intuisce il concetto di programma come sequenza ripetitiva di passi– E’ considerata la prima

programmatrice della storia!• In suo onore fu chiamato ADA un

linguaggio di programmazione degli anni ’70-’80

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L’età elettrica: XIX secolo• L’invenzione del motore elettrico (Faraday)

permise di realizzare macchine per addizioni con funzionamento motorizzato

• Nel 1889 Hollerith sviluppa la macchina a schede perforate– I dati sono immessi su schede di cartone

opportunamente perforate che sono fatte passare su opportuni contatti elettrici

• Usata per calcolare le statistiche del censimento decennale degli USA del 1890

– Il tempo per ottenere i risultati del censimento passò da 7 a 2 anni e mezzo!!!

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L’età elettrica: XIX secolo• La macchina di Hollerith

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La scheda perforata

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L’età elettrica: XIX secolo• Sulla scia del successo della macchina di

Hollerith verso la fine del secolo nascono aziende che producono macchine elaboratrici– L’informatica esce dagli ambienti accademici e

diventa un business…

• Nel 1917 dalla fusione di aziende preesistenti nasce l’International Business Machine (IBM)

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L’età elettrica: XX secolo• 1943: COLOSSUS

– Realizzato da gruppo di scienziati britannici guidato dal matematico Alan Turing

– Primo computer digitale interamente elettronico

• 1500 tubi a vuoto• Non ha memoria e non

può essere programmato

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L’età elettrica: XX secolo• COLOSSUS fu utilizzato durante la guerra

per decodificare in tempi rapidi i messaggi radio cifrati dei Tedeschi– La decodifica dei messaggi cifrati infatti

richiedeva molti calcoli perché occorreva provare velocemente le possibili combinazioni dei codici della macchina crittografica tedesca ENIGMA

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L’età elettrica: XX secolo• 1945: ENIAC (Electronic Numerical

Integrator And Computer)– 18000 tubi a vuoto– Prestazioni:

• Molte centinaia di moltiplicazioni al minuto• Somma di 5000 numeri in un secondo• Calcolo di traiettoria di proiettile di artiglieria in 30

sec

– Programmi cablati medianti connessioni elettriche e commutatori

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L’età elettrica: XX secolo• ENIAC

30 tons16200 cubic feet180 kW di potenza

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L’età elettrica: XX secolo• Nel 1945 Von Neumann avvia il progetto

del primo calcolatore con programma memorizzato

Nel 1949 all’università di Cambridge è realizzato l’EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)

Il primo computer con i programmi interamente memorizzati

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Verso la 2a generazione• Limiti delle macchine di 1a generazione

– Hardware: • Memoria limitata• Bassa velocità di elaborazione

– Limite alla risoluzione di problemi complessi

– Software:• Mancanza di linguaggi di alto livello

– Assenza del concetto di variabile e di iterazione

• Assenza di supporti alla programmazione e alla strutturazione dei programmi (ad esempio sistemi operativi e librerie)

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La 2a generazione• 1947: Bardeen, Brattain, Shockley (premio

Nobel per la Fisica nel 1956) sviluppano il transistor a silicio nei laboratori Bell– Elementi elettronici più piccoli, veloci, durevoli

e a bassa potenza rispetto ai tubi a vuoto– Diminuzione delle dimensioni e dei costi degli

elaboratori

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La 2a generazione• Memorie ad anelli di ferrite

– Memorie non volatili costituite da piccoli nuclei magnetici

– Aumento della capacità di memoria

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La 2a generazione• Nascono i primi linguaggi di alto livello

(COBOL, FORTRAN, ALGOL)– Sono introdotti i concetti di variabile e

iterazione– Sono introdotti supporti alla programmazione

• Librerie, subroutines, compilatori

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L’età elettrica: la 3a generazione• Nel 1958 Kilby (premio Nobel per la Fisica

del 2000) inventa un processo di integrazione del transistor con resistori e capacitori su un singolo chip di silicio

• Nel 1965 sono realizzati i primi circuiti integrati– Notevole diminuzione delle dimensioni dei

circuiti (nascita della microelettronica)– Realizzazione di memorie a semiconduttore

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L’età elettrica: la 3a generazione• Evoluzione nell’architettura degli

elaboratori– Aumento della velocità di esecuzione delle

istruzioni– Miglioramenti nella progettazione dell’unità di

controllo

• Software– Introduzione dei primi sistemi operativi

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L’età elettrica: la 4a generazione• Avvento dei circuiti integrati con tecnologia

VLSI (Very Large Scale Integration)– Consente la realizzazione dei primi

microprocessori– Aumento della capacità di memorizzazione– Realizzazione di supercomputrers

• CDC6600, Illiac, Cray

• Software– Sono introdotte delle interfacce “amichevoli”

per facilitare l’uso del computer ai non esperti di informatica

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L’età del microprocessore• Nel 1971 tre ingegneri della Intel (Faggin,

Hoff, Mazer) realizzano il primo processore su singolo chip (Intel 4004)– Da allora costante progresso nelle

performance dei microprocessori

Name Date Transistors MicronsClock speed Data width MIPS

8080 1974 6000 6 2 MHz 8 0.64 MIPS8088 1979 29000 3 5 MHz 16 bits, 8 bit bus 0.33 MIPS80286 1982 134000 1,5 6 MHz 16 bits 1 MIPS80386 1985 275000 1,5 16 MHz 32 bits 5 MIPS80486 1989 1200000 1 25 MHz 32 bits 20 MIPS

Pentium 1993 3100000 0,8 60 MHz 32 bits, 64 bit bus 100 MIPS Pentium II 1997 7500000 0,35 233 MHz 32 bits, 64 bit bus 400 MIPS Pentium III 1999 9500000 0,25 450 MHz 32 bits, 64 bit bus 1000

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L’età del microprocessore• Il microprocessore Intel 4004

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La legge di Moore• 1965: G.Moore, cofondatore di Intel, nota che:

– Ogni 3 anni viene introdotta una nuova generazione di chip

– Il numero di transistor/chip quadruplica a ogni nuova generazione

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Prezzo/performance dei sistemi

DEC VAX11/7801 MIPS1 MB$200K

1977

IBM System 360/500.15 MIPS

64 KB$1M

Dell Dimension XPS-300725 MIPS

64 MB$2412 (1/4/98)

1965 1998

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La 5a generazione• Le macchine di 5a generazione:

– puntano sulla molteplicità e versatilità delle comunicazioni fra elementi di elaborazione

– si propongono di affrontare problemi tipici dell’intelligenza umana (comprensioni di immagini e del linguaggio naturale)

• Non dimentichiamo agli inizi degli anni ’80 la nascita del Personal Computer

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Per approfondire…• Due bei siti sulla storia dell’informatica

– Per approfondimenti, curiosità, fotografie

• http://www.storiainformatica.it

• http://www.tecnoteca.it/contenuti/museo