Informatica umanistica b



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INFORMATICA UMANISTICA B

  • 3: ARCHITETTURA DEI CALCOLATORI poesio@dit.unitn.it




Hardware

  • Struttura fisica (architettura) del calcolatore formata da parti meccaniche, elettriche, elettroniche



Software

  • Componente del calcolatore costituita dai:

    • Programmi di base per la gestione del sistema
    • Programmi applicativi per l’uso del sistema (possono usare i programmi di base)




COMPUTER HARDWARE: RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA



LA MACCHINA DI TURING

  • 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)



CPU E MEMORIA NELLA MACCHINA DI TURING

  • In una macchina di Turing abbiamo:

  • 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



PROGRAMMI E DATI

  • Programmi:

    • Questa 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:

    • 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

  • 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

  • Non tutte le funzioni sono CALCOLABILI

    • 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 ALLA MACCHINA DI VON NEUMANN

  • 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’

  • Da questo punto di vista, pur essendo un dispositivo ideale, la macchina di Turing è strettamente imparentata col computer



Dalla macchina di Turing alla CPU

  • Un passo ulteriore, volendoci avvicinare al funzionamento di un vero computer, è costituito dalla

  • MACCHINA DI VON NEUMANN



LA MACCHINA DI VON NEUMANN



ARCHITETTURA DI VON NEUMANN: UNITA’ CENTRALE



UNITA’ CENTRALE IN DETTAGLIO



UNITA’ CENTRALE E PERIFERICHE



CODICE PER I PROGRAMMI: Istruzioni macchina

  • I programmi: sequenze di istruzioni elementari (somma due numeri, confronta due numeri, leggi/scrivi dalla memoria, ecc.)

  • Per ogni tipo di processore è definito un insieme di istruzioni, chiamate istruzioni macchina

    • Ognuna delle quali corrisponde ad un’operazione elementare
    • Le operazione più complesse possono essere realizzate mediante sequenze di operazioni elementari


Istruzioni macchina

  • Le istruzioni possono avere formati diversi - per esempio:



Istruzioni macchina

  • Per esempio:

  • LOAD 3568 R2

    • Operazione di lettura dalla memoria: richiede la lettura del valore contenuto nella cella con indirizzo 3568 e il suo caricamento nel registro R2
    • (Perché usiamo un indirizzo? Che cosa un registro? Vedremo…)


Istruzioni macchina

  • Per esempio:

  • ADD R1 R2

    • Operazione aritmetica di somma: prevede la somma del contenuto dei registri R1 e R2 e il caricamento del risultato nel registro R1
    • (Perché R1 non R2? Non c’è una ragione: la decisione è arbitraria)


Istruzioni macchina

  • Per esempio:



Linguaggio macchina

  • Il linguaggio in cui si scrivono queste istruzioni prende il nome di linguaggio macchina

    • Una sequenza di tali istruzioni prende il nome di programma in linguaggio macchina
  • Il ruolo del processore:

    • Eseguire programmi in linguaggio macchina


I programmi e i processori

  • Ogni tipo di processore è in grado di eseguire un numero limitato di istruzioni

  • Combinando in modo diverso sequenze anche molto lunghe di istruzioni si possono far svolgere al computer molti compiti diversi



I programmi e i processori

  • Famiglie di processori: Intel, Motorola, Sun

  • Processori della stessa famiglia possono eseguire gli stessi programmi scritti in linguaggio macchina (ma non sempre)

  • Processi di famiglie diverse non possono eseguire gli stessi programmi scritti in linguaggio macchina

    • Le istruzioni che “capiscono” sono diverse
  • Attenzione! Stiamo considerando il livello delle istruzioni macchina



MACCHINA DI VON NEUMANN: IL PROCESSORE (CPU)



COMPONENTI DELLA CPU

  • La CPU non è un unico componente ma è costituita da componenti diversi che svolgono compiti diversi



Componenti del processore (CPU)

  • La CPU è costituita da componenti diversi che svolgono compiti diversi



Componenti del processore (CPU)



Registri

  • I registri sono delle unità di memoria estremamente veloci

  • Sono usate per mantenere le informazioni di necessità immediata per il processore

  • Le dimensioni dei registri variano da 16, 32, 64 bit

    • Sono una parte fondamentale del processore


Registri

  • Per esempio: Program Counter

    • L’indirizzo della “prossima” istruzione da eseguire è memorizzato nel registro Program Counter
  • Per esempio: i Registri Generali

    • I registri che possono essere utilizzati come memorie temporanee per svolgere le operazioni matematiche


Componenti del processore (CPU)



Unità di controllo

  • L’unità di controllo è la parte più importante del processore

    • Esegue le istruzioni dei programmi
    • Coordina le attività del processore
    • Controlla il flusso delle istruzioni tra il processore e la memoria


Unità di controllo

  • Svolge la sua attività in modo ciclico

    • Preleva dalla memoria principale la “prossima” istruzione da eseguire
    • Preleva gli operandi specificati nell’istruzione
    • Decodifica ed esegue l’istruzione
    • Ricomincia


Unità di controllo

  • L’esecuzione comporta l’invio di comandi opportuni all’unità relativa

    • Calcoli  Unità aritmetico logica
    • Lettura/scrittura dati  memoria
    • Acquisizione/stampa  dispositivi di I/O


Componenti del processore (CPU)



Unità aritmetico logica

  • L’Unità aritmetico logica si occupa di eseguire le operazioni di tipo aritmetico/logico

    • Somme, sottrazioni, …, confronti, …
  • Preleva gli operandi delle operazioni dai Registri Generali

  • Deposita il risultato delle operazioni nei Registri Generali

  • Insieme all’unità di controllo collabora al completamento di un ciclo della macchina



Clock

  • Abbiamo visto che il processore svolga la sua attività in modo ciclico

    • Ad ogni ciclo corrisponde l’esecuzione di un’operazione elementare (un’istruzione macchina)
  • Il clock fornisce una cadenza temporale per l’esecuzione delle operazioni elementari

  • La frequenza del clock indica il numero di operazioni elementari che vengono eseguite nell’unità di tempo



Clock

  • Consideriamo una ipotesi semplificata in cui ogni battito di clock corrisponde esattamente l’esecuzione di una sola istruzione macchina

    • La frequenza del clock indica il numero di operazioni elementari che vengono eseguite nell’unità di tempo
    • Per esempio: il clock che ha circa 66 milione battiti per secondo  il computer può eseguire circa 66 milione operazioni per secondo


Clock

  • In realtà, questa ipotesi non è sempre vero

    • L’esecuzione di una istruzione può richiedere più battiti di clock
    • Oppure nello stesso ciclo di clock si possono eseguire (parti) di istruzioni diverse
    • Dipende dal tipo di processore
  • Per esempio:

    • Il processore Intel 80286 richiede 20 battiti del clock per calcolare la moltiplicazione di due numeri
    • Il processore Intel 80486 può calcolare la moltiplicazione di due numeri usando solo un battito del clock


Clock

  • La frequenza del clock si misura in:

    • MHz (1 MHz corrisponde circa a un milione di istruzioni elementari/battiti al secondo)
    • GHz (1 GHz corrisponde circa a un miliardo di istruzioni elementari/battiti al secondo)
  • Per esempio: se acquistate un calcolatore e vi dicono che ha un processore a 3 GHz

    • Vuol dire che il processore è in grado di eseguire (circa) 3 miliardi di istruzioni al secondo


MACCHINA DI VON NEUMANN: I BUS



Bus

  • Permette la comunicazione tra i vari componenti dell’elaboratore



UNITA’ CENTRALE: LA MEMORIA PRINCIPALE



Architettura dei computer

  • Un computer deve:

    • elaborare l’informazione
      • usando il processore (Central Processing Unit - CPU)
    • memorizzare l’informazione
      • usando la memoria principale (RAM)
      • usando la memoria secondaria
    • fare l’input/output dell’informazione
      • usando i dispositivi di input/output


Architettura dei computer

  • Un computer deve:

    • elaborare l’informazione
      • usando il processore (Central Processing Unit - CPU)
    • memorizzare l’informazione
      • usando la memoria principale (RAM)
      • usando la memoria secondaria
    • fare l’input/output dell’informazione
      • usando i dispositivi di input/output


Componenti principali di un computer



Componenti principali di un computer



Memoria principale (RAM)

  • Perchè si chiama RAM (Random Access Memory)?

    • Si può accedere direttamente alle varie celle, una volta noto il loro indirizzo
    • Il tempo necessario per accedere ad una cella è lo stesso, indipendentemente dalla posizione della cella nella sequenza
    • Il termine “random” (casuale) indica proprio il fatto che non vi sono differenze nell’accesso alle varie celle della memoria


Memoria principale (RAM)

  • Alcune proprietà della memoria principale

    • Veloce: per leggere/scrivere una cella ci vuole un tempo di accesso dell’ordine di poche decine di nanosecondi (millesimi di milionesimi di secondo = 10-9 sec.)
    • Volatile: è fatta di componenti elettronici, togliendo l’alimentazione si perde tutto
    • (Relativamente) costosa


Memoria principale (RAM)

  • Tutte le celle hanno la stessa dimensione: 8, 16, 32, o 64 bit

  • Le operazioni che si eseguono sulla memoria sono operazioni di lettura e scrittura

  • Una cella può contenere un dato o un’istruzione



Memoria principale (RAM)

  • Ogni calcolatore usa un numero di bit costante per rappresentare gli indirizzi

  • Maggiore è il numero di bit usati, maggiore sarà il numero di celle indirizzabili: spazio di indirizzamento

    • Se si usano 16 bit per codificare gli indirizzi, si potranno indirizzare fino a 65.536 celle (circa 64 KB di memoria, nell’ipotesi di celle di memoria di 1 byte)
    • Con 32 bit si potranno indirizzare fino a 4.294.967.296 celle (circa 4 GB di memoria)


Memoria principale (RAM)

  • Se acquistate un computer e vi dicono che ha una RAM di 128 MB, vi stanno specificando le dimensioni della memoria principale

  • All’aumentare delle dimensioni della memoria principale aumenta il numero di programmi che possono essere “contemporaneamente” attivi



Memoria principale (RAM)

  • Le unità di misura della memoria RAM variano a seconda del tipo di calcolatore e vengono espresse in MB

  • Nei PC generalmente si va dai 128MB ai 512MB

  • Alcune “server” hanno 1-2 GB di RAM

  • La RAM, fino ad un certo limite, è espandibile (slot di espansione)



Memoria principale (RAM)



ALTRI TIPI DI MEMORIA NELL’UNITA CENTRALE

  • Memoria di sola lettura (ROM)

  • Memoria cache

  • Buffer



Memoria di sola lettura (ROM)

  • Non può essere modificata

  • A differenza della RAM non è volatile

  • Veloce quasi come la RAM

  • Contiene le informazioni di inizializzazione usate ogni volta che si accende l’elaboratore (bootstrap)



Memoria cache

  • Livello di memoria intermedio tra i registri e la RAM

    • Memorizza i dati usati più spesso senza doverli recuperare tutte le volte dalla RAM (che è più lenta)
    • Influisce moltissimo sulle prestazioni e sul costo della CPU (e quindi del computer)
  • È molto più costosa della RAM



Memoria cache

  • In genere è interna al processore (cache L1)

  • Esiste anche una cache secondaria (L2) esterna al processore

  • Le sue dimensione tipiche vanno dai 256KB a 1MB



MEMORIA ESTERNA



LA MEMORIA SECONDARIA



Architettura dei computer

  • Un computer deve:

    • elaborare l’informazione
      • usando il processore (Central Processing Unit - CPU)
    • memorizzare l’informazione
      • usando la memoria principale (RAM)
      • usando la memoria secondaria
    • fare l’input/output dell’informazione
      • usando i dispositivi di input/output


Memoria secondaria

  • La memoria principale non basta (è volatile, costosa)

  • In grado di memorizzare i programmi e i dati in modo permanente

  • È meno costosa che la memoria principale: le dimensioni della memoria secondaria sono di solito molto maggiori di quelle della memoria principale

  • I supporti di memoria secondaria sono più lenti rispetto alla memoria principale (presenza di dispositivi meccanici)

  • Non tutti i supporti di memoria secondaria permettono l’accesso diretto ai dati

    • Alcuni permettono solo un accesso sequenziale (per esempio, nastri magnetici)


LA DIVISIONE DEI RUOLI TRA MEMORIA PRINCIPALE E MEMORIA SECONDARIA

  • I programmi e i dati risiedono nella memoria secondaria



LA DIVISIONE DEI RUOLI TRA MEMORIA PRINCIPALE E MEMORIA SECONDARIA

  • I programmi e i dati risiedono nella memoria secondaria

  • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale



LA DIVISIONE DEI RUOLI TRA MEMORIA PRINCIPALE E MEMORIA SECONDARIA

  • I programmi e i dati risiedono nella memoria secondaria

  • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale

  • Il processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi



Ricordiamo: caricamento del programma

  • Quando si “lancia” un programma questo viene copiato dalla memoria secondaria (di solito un hard disk) nella memoria principale

  • Questa operazione si chiama caricamento del programma e viene eseguita dal sistema operativo



Ricordiamo: caricamento del programma

  • I programmi e i dati risiedono nel memoria secondaria

  • Per essere eseguiti (i programmi) e usati (i dati) vengono copiati nella memoria principale

  • Il processore è in grado di eseguire le istruzioni di cui sono composti i programmi



Memoria secondaria

  • La memoria secondaria deve avere capacità di memorizzazione permanente e quindi per la sua si utilizzano tecnologie basate:

    • sul magnetismo (tecnologia magnetica)
      • dischi magnetici (hard disk e floppy disk)
      • nastri magnetici
    • sull’uso dei raggi laser (tecnologia ottica)
      • dischi ottici (CD-ROM, DVD)


Caratteristiche della memoria secondaria

  • La memoria principale permette di indirizzare ogni singola cella (8, 16, 32 o 64 bit)

  • Mentre nel caso della memoria secondaria le informazioni sono organizzate in blocchi di dimensioni più grandi (512 byte, 1 KB, 2 KB)

    • Si riducono le dimensioni degli indirizzi
    • Si velocizzano le operazioni di lettura e scrittura


La memoria magnetica

  • Sfrutta il fenomeno fisico della polarizzazione

  • Sul supporto ci sono delle particelle magnetiche

  • I due diversi tipi di magnetizzazione (positiva e negativa) corrispondono alle unità elementari di informazione (0 e 1)

  • La testina di lettura/scrittura cambia la polarizzazione



I dischi magnetici

  • I dischi magnetici: sono i supporti di memoria più diffusi

  • Nel corso delle operazioni i dischi vengono mantenuti in rotazione a velocità costante e le informazioni vengono lette e scritte da testine del tutto simili a quelle utilizzate nelle cassette audio/video



I dischi magnetici

  • I dischi sono suddivisi in tracce concentriche e settori, ogni settore è una fetta di disco

    • I settori suddividono ogni traccia in porzioni dette blocchi


I dischi magnetici

  • La suddivisione della superificie di un disco in tracce e settori viene detta formattazione

  • Il blocco è dunque la minima unità indirizzabile

    • Il suo indirizzo è dato da una coppia di numeri che rappresentano il numero della traccia e il numero del settore


I dischi magnetici

  • I dischi magnetici consentono l’accesso diretto

    • È possibile posizionare direttamente la testina su un qualunque blocco (noto il numero della traccia e il numero del settore)
    • Per effettuare un’operazione di lettura/scrittura la testina deve “raggiungere” il blocco desiderato
      • Il disco gira; la testina sposta solo in senso radiale


I dischi magnetici



I dischi magnetici

  • Hard disk: sono dei dischi che vengono utilizzati come supporto di memoria secondaria fisso all’interno del computer

    • vari GB di memoria
  • Floppy disk: sono supporti rimovibili



I dischi magnetici

  • Se acquistate un computer e vi dicono che ha un hard disk di 20 GB vi stanno specificando le dimensioni della sua memoria di massa

  • All’aumentare della capacità di memoria di massa, aumenterà il numero di programmi e documenti che potete conservare nel vostro computer



La memoria ottica

  • Usa il raggio laser e sfrutta la riflessione della luce

    • Il raggio laser viene riflesso in modo diverso da superfici diverse, e si può pensare di utilizzare delle superfici con dei piccolissimi forellini
      • Ogni unità di superficie può essere forata o non forata
      • L’informazione viene letta guardando la riflessione del raggio laser


La memoria ottica



La memoria ottica



I dischi ottici

  • CD-ROM (CD-ROM ovvero Compact Disk Read Only Memory): consentono solamente operazioni di lettura

    • Poiché la scrittura è un’operazione che richiede delle modifiche fisiche del disco
    • Vengono usati solitamente per la distribuzione dei programmi e come archivi di informazioni che non devono essere modificate
  • CD-R: possono essere scrivibile una sola volta

  • CD-RW: riscrivibili; basati su più strati di materiale



I dischi ottici

  • Hanno un capacità di memorizzazione superiore rispetto ai dischi magnetici estraibile

    • Normalmente 650 MB - 700 MB
  • Hanno costo inferiore rispetto ai dischi magnetici, sono più affidabili e difficili da rovinare



Memory card/USB flash drive

  • Diffusi in vari formati e con vari nomi (memory card, compact flash, memory pen, memory stick, USB flash drive, USB stick, …)

  • Nati del mondo delle immagini digitali (per fotocamere e telecamere) come supporto interno estraibile

  • Medie dimensioni: normalmente 64 MB – 1 GB

  • USB flash drive, USB stick: utilizzabile sulle porte USB di un personal computer

  • Più veloce dei floppy disk, e facilmente trasportabili



Unità di misura

  • Floppy disk da 3,5 pollici di diametro, capacità 1.44 MB

  • Dischetti ad alta capacità, Iomega Zip (100 – 750 MB), LS-120 (120 MB)

  • Memory card/USB flash drive: 64 MB – 1 GB

  • Hard disk, vari GB di memoria

  • CD-ROM, 650 MB - 700 MB

  • DVD, da 4.7 fino a 17 GB di memoria

  • Nastri magnetici, usati solo per funzioni di backup





Architettura dei computer

  • Un computer deve:

    • elaborare l’informazione
      • usando il processore (Central Processing Unit - CPU)
    • memorizzare l’informazione
      • usando la memoria principale (RAM)
      • usando la memoria secondaria
    • fare l’input/output dell’informazione
      • usando i dispositivi di input/output


Componenti principali di un computer



I dispositivi di input/output

  • Per realizzare l’interazione uomo-macchina, sono necessari i dispositivi di input/output

  • La loro funzione primaria è quella di consentire …

    • l’immissione dei dati all’interno del computer (input) o
    • l’uscita dei dati dal computer (output)


I dispositivi di input/output

  • Solitamente hanno limitato autonomia rispetto al processore centrale

  • Si collegano alle porte (o interfacce) del computer

    • Ad alto livello le porte sono le “prese” cui si connettono i dispositivi
    • Ne esistono di tipi diversi a seconda del tipo di collegamento e della velocità di trasmissione (esempio: porta USB)


I dispositivi di input/output

  • Input:

    • Tastiera
    • Mouse (e altri strumenti di puntamento)
    • Scanner
    • Microfono
    • Macchine fotografia e telecamera digitale
    • Lettori di codici a barre


I dispositivi di input/output

  • Operano in modo asincrono rispetto al processore (ne sono “schiavi”)

    • Si parla di gestione master-slave: è il processore che deve coordinare le attività di tutti i dispositivi
    • (Input) Il processore non è in grado di prevedere e di controllare il momento in cui un dato di input sarà a disposizione
    • (Output) Il processore non può prevedere il momento in cui un dispositivo in output avrà terminato di produrre i dati in uscita


I dispositivi di input/output

  • Un dispositivo di input deve avvertire il processore quando un dato di input è disponibile

  • Un dispositivo di output deve avvertire il processore quando ha terminato di produrre dati in uscita

  • Al termine di ogni operazione i dispositivi inviano al processore un segnale, detto interrupt, che indica che il dispositivo ha bisogno di attenzione



I dispositivi di input/output

  • Ad ogni ciclo di clock, il processore verifica se sono arrivati dei segnali di interrupt da parte dei dispositivi

    • Se sono arrivati dei segnali, il processore va ad eseguire le operazioni di gestione dei dispositivi che hanno richiesto l’attenzione
    • Se non sono arrivati dei segnali, il processore continua ad eseguire il programma corrente


REALIZZAZIONE FISICA DELL’ARCHITETTURA DI VON NEUMANN

  • Nei computer odierni, le funzioni logiche dell’unita’ centrale sono svolte da un MICROPROCESSORE

  • Il microprocessore è il vero cuore del computer



MICROPROCESSORI MODERNI



MICROPROCESSORE E PIASTRA MADRE

  • Il microprocessore è incastonato nella piastra madre

  • La piastra madre raccoglie in maniera efficiente e compatta altre componenti fondamentali di ogni computer, come la memoria, le porte di comunicazione, ecc.



La struttura interna della piastra madre



Microprocessore e piastra madre

  • La piastra madre ospita anche la memoria RAM e la memoria ROM del computer

  • La memoria RAM è una memoria di lavoro, volatile: random access memory

  • La memoria ROM è una memoria non volatile,

  • read only memory



Microprocessore e piastra madre

  • La memoria RAM è una memoria di lavoro, volatile: il suo contenuto sparisce quando si spegne il computer

  • La memoria ROM è una memoria non volatile, che di norma non viene modificata dall’utente

  • La memoria ROM contiene di norma il BIOS (Basic Input Output System): una serie di informazioni di base delle quali il sistema ha bisogno per funzionare



Attorno alla piastra madre

  • Come abbiamo detto, la RAM è una memoria volatile, che non è in grado di conservare in maniera permanente dati e programmi

  • Per quest’ultimo scopo, è bene disporre di depositi di memoria ancor più grandi; vogliamo infatti conservarvi tutti i programmi e tutti i dati che desideriamo avere a nostra disposizione, e non solo quelli che utilizziamo in un dato momento



Attorno alla piastra madre

  • È questo lo scopo dei DISPOSITIVI DI MEMORIA DI MASSA

  • Fra i dispositivi di memoria di massa, ricordiamo disco rigido (hard disk), dischetti (floppy), nastri e cartucce magnetiche, magneto-ottiche e ottiche, CD-ROM, DVD



Attorno alla piastra madre

  • Attraverso appositi alloggiamenti o slot, alla piastra madre possono essere collegate anche schede di espansione

    • Le schede di espansione permettono in genere di potenziare le capacità del computer in settori specifici (ad es. la grafica), o di collegarvi dispositivi esterni
  • Al corpo centrale (cabinet) del computer sono di norma connessi diversi dispositivi esterni, utilizzati in genere per l’input e l’output dei dati



STORIA DEI CALCOLATORI



L’ABACO



STORIA DEI CALCOLATORI, II: ELABORAZIONE MECCANICA

  • Cenni storici:

  • 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



Il calcolatore elettronico

  • II guerra mondiale, progetto Manhattan per la costruzione di un ordigno atomico

  • Sviluppo di svariate competenze, fisica, matematica, ecc. supportati dagli “ingegneri calcolatori” coordinati dai “coordinatori di calcolo” che passavano informazioni servendosi della posta pneumatica



III: CALCOLATORI ELETTRONICI

  • Ispirati alla macchina di Turing

  • 1936 Konrad Zuse costruì in casa lo Z1 usando i relè;

  • 1941 c/o politecnico di Berlino Z3;

  • 1942 macchina per il computo elettronico (Satanasso-Berry-Computer). La memoria erano condensatori fissati ad un grande tamburo cilindrico di 1500 bit;

  • 1944 Howard Aiken di Harvard termina MARK1, una macchina elettromeccanica relativamente veloce, lunga 15m e altra 2,5m. Realizzata in soli 5 anni nel progetto Manhattan.



SVILUPPO DEI CALCOLATORI ELETTRONICI

  • 1943 costruito e rimasto segreto fino al 1970 Colossus voluto da W. Churchill. Memorizzazione di dati in aritmetica binaria basati sulla ionizzazione termica di un gas

  • 1946 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) che fino al 1973 ritenuto il primo calcolatore elettronico programmabile

    • 30 armadi x 3m, 30t per una superficie di 180mq
    • 300 moltiplicazioni al secondo
  • La nascita dei transistor: dispositivi elettronici basati sui semiconduttori e sul silicio.



DA VON NEUMANN AI CALCOLATORI MODERNI

  • Il modello teorico costituito dalla Macchina di Von Neumann influenzò direttamente la realizzazione di due fra i primi computer: l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) e l’EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)



DA ZUSE A ENIAC



TECNOLOGIA USATA NEI PRIMI CALCOLATORI ELETTRONICI



TRANSISTOR E CIRCUITI INTEGRATI



DOPO ENIAC

  • 1948: first 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)



LETTURE

  • Ciotti e Roncaglia, Capitolo 2

  • Macchina di Turing applets

    • http://www.warthman.com/ex-turing.htm
    • http://wap03.informatik.fh-wiesbaden.de/weber1/turing/tm.html
  • Storia dell’Informatica

      • http://www.dimi.uniud.it/~cicloinf/mostra/index.html
      • Wikipedia


RINGRAZIAMENTI

  • Parte del materiale proviene da:

    • Corso di Informatica Umanistica 2004/05 (Cuel / Ferrario)
    • Corso di IU di Fabio Ciotti (Roma)
    • Corso di Informatica di Jeremy Sproston (Torino)




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