Lezione 3 - W3.UniRoma1.it

Tecnologie per L'informatica Chimica
La storia
Generazione 0
Macchine Calcolatrici (1642–1945)
Generazione 1
Vacuum Tube Computers (1945–1953)
Generazione 2
Transistorized Computers (1954–1965)
Generazione 3
Integrated Circuit Computers (1965–1980)
Generazione 4
VLSI Computers (1980–????)
Enrico Bodo
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Generazione zero: le pascaline
Prima del 1500: abaco e notazione
romana
Introduzione della notazione
posizionale decimale: aumento
della velocità nel fare i calcoli
(algoritmi)
Wilhelm Schickard (1592–1635) e
Blaise Pascal (1623–1662): prime
macchine meccaniche
Addizioni, sottrazioni e calcolo
del resto
Le “Pascaline” furono usate
fino quasi al 1900!
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Generazione zero: Leibnitz e Babbage
Gottfried Wilhelm von Leibniz
(1646–1716) inventa un
calcolatore meccanico capace di
fare anche moltiplicazioni e
divisioni
“Difference Engine” di Charles
Babbage (1791–1871) nel 1822
La macchina era costruita per trovare la
soluzione di funzioni polinomiali
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L'analytical engine
Babbage aveva anche progettato una macchina “general
purpose” detta analytical engine.
In anticipo sui tempi la macchina consisteva in un
processore aritmetico, della memoria, e un sistema di
input/output.
Aveva previsto anche un meccanismo di salto condizionato.
Input sotto forma di schede perforate (telai meccanici).
Augusta Ada Lovelace (sorella di Lord Byron) scrisse le prime
schede perforate (la prima programmatrice della storia!)
Schede perforate come input o output di macchine durarono
fino a metà del 1900.
Herman Hollerith (1860–1929) (fondatore dell'IBM nel 1928)
le uso' per il primo censimento “meccanico” nel 1890.
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Tubi da vuoto o valvole
Sono basati sul fenomeno
dell'emissione di elettroni da un
filamento riscaldato.
Un filamento che emette
elettroni per termoemissione
(catodo) circondato da un
anodo e' un diodo. La corrente
fluisce in un solo verso.
Aggiunta della griglia: triodo
Elettroni vengono schermati
dalla griglia di controllo
quando su questa e' posto un
potenziale negativo
Il triodo può essere usato come
switch (interruttore) o come
amplificatore
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Generazione 1: Vacuum Tube Computers (1945–1953)
Negli anni 30: Konrad Zuse (1910–1995) costruisce il primo
computer elettrico-meccanico: lo Z1
La macchina utilizza relè elettromeccanici e non ruote dentate
attivate a mano (Zuse avrebbe voluto usare tubi da vuoto)
Lo Z1 era programmabile ed aveva una memoria, l'unità di
controllo e l'unità aritmetica.
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Generazione 1: Vacuum Tube Computers (1945–1953):
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
1946 la prima macchina “general purpose”
completamente elettrica (John Mauchly e J. Presper
Eckert )
17468 tubi da vuoto
1800 metriq.
30 tonnellate
174 kilowatt di energia.
L'ENIAC aveva una memoria di circa 1kbit e usava le
schede perforate per immagazzinare i dati.
Durante la guerra l'esercito USA aveva “fame” di
calcolatori per le traiettorie balistiche.
L'esercito sponsorizzò il progetto di Mauchly e Eckert, ma
la guerra finì prima della realizzazione.
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Generazione 1: Vacuum Tube Computers (1945–1953):
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
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Generazione 1: IBM 701
1951: La IBM annuncia il 701, un nuovo calcolatore
progettato per il calcolo scientifico, di cui il primo
esemplare verrà installato per la Difesa USA.
Ne saranno prodotti e installati solamente 19 esemplari
nell'arco dei suoi 3 anni di vita.
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Generazione 1: IBM 650
1953: Debutta l'IBM 650, conosciuto anche col nome di
calcolatore a tamburo magnetico e diventa il primo
computer prodotto industrialmente.
Ne verranno venduti 450 già nel primo anno di produzione.
Come il 701, anche il 650 può leggere e scrivere sia da
nastro magnetico che da schede perforate.
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Altri eventi
1954: John W. Backus, IBM, imposta il linguaggio di
programmazione scientifica FORTRAN per il sistema IBM 704.
Il compilatore consisteva di 25.000 righe di codice
macchina, memorizzate su nastro magnetico. Venne fornita
una copia del programma a ciascun cliente del 704,
assieme ad un manuale di 51 pagine.
Ingegneri e scienziati sceglieranno definitivamente questa
strada per la programmazione dei computer, abbandonando
il metodo di modificare il cablaggio interno delle macchine
per cambiarne il programma da eseguire.
Gli scienziati in questo modo possono lavorare
indipendentemente dai programmatori, inserendo
direttamente i loro programmi nel computer.
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Generazione 2: i transitor
Il transistor è la versione “solida” della valvola.
I transistor sono piccoli e consumano meno corrente delle
valvole
Non bruciano facilmente
Si basano su la cosiddetta giunzione p-n
E' la generazione dei primi computer commerciali ($$$)
IBM, DEC, Cray
Università, esercito e centri di ricerca possono
permettersi tali computer
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Generazione 2: i transitor
Una giunzione p-n è un cristallo semiconduttore composto
da due zone, una ad eccedenza di elettroni (strato n) ed
una ad eccedenza di lacune (strato p).
Le eccedenze di elettroni e lacune si ottengono mediante
drogaggio. Ai due lati della giunzione vi è una differenza di
potenziale costante, chiamata tensione built-in.
Le giunzioni p-n sono comunemente usate come diodi:
interruttori elettronici che permettono un flusso di corrente
in una direzione ma non in quella opposta.
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Generazione 2: i transitor
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Generazione 2: i transitor
Si ha polarizzazione diretta quando la parte di tipo p è
connessa al terminale positivo del generatore di tensione,
mentre la parte di tipo n è connessa al terminale negativo.
Le lacune nella regione di tipo p e gli elettroni nella
regione di tipo n sono spinti verso la giunzione.
Questo abbassa la barriera di potenziale.
Aumentando la tensione di polarizzazione, si arriva al
punto in cui la barriera di potenziale diventa così sottile
che i portatori di carica possono superarla per effetto
tunnel, e la resistenza elettrica si riduce.
Questo rende possibile una corrente elettrica.
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Generazione 2: i transitor
In un transistor BJT (transistor a
giunzione bipolare) una corrente
elettrica è inviata nella base (B) e
modula (controlla) la corrente che
scorre tra gli altri due terminali noti
come emettitore (E) e collettore (C).
Saturazione: entrambe le giunzioni
sono messe in polarizzazione
diretta. La corrente passa
dall'emettitore al collettore: modalità
“on” o circuito chiuso
Cutoff: entrambe le giunzioni sono in
polarizzazione inversa e non c'è
passaggio di corrente. Circuito
aperto o interruttore “off”.
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DEC PDP
1958: Viene fondata la
Digital Equipment Corp.
da Ken Olsen and Harlan
Anderson.
Il loro primo computer, il
PDP 1 (Programmed Data
Processor) sarà rilasciato
nel 1960 ed avrà molti
discendenti di successo.
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NEC
1959 In una mostra di Parigi viene presentato il primo
computer commerciale Giapponese a transistor della
NEC: il NEAC 2201.
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IBM
1959 La IBM consegna i primi 4 modelli del primo
computer completamente transistorizzato all'Aeronautica
degli Stati Uniti. Si tratta del sistema IBM 7090.
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Generazione 3: Circuiti integrati
1965 Jack Kilby inventa il
circuito integrato usando
Germanio. 6 mesi dopo
Robert Noyc usa il Silicio.
Un circuito integrato in
silicio permette di
condensare decine e
migliaia di circuiti in uno
spazio grande come quello
di un singolo transistor
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Generazione 3: Circuiti integrati
Un circuito integrato, (IC, Integrated Circuit) o chip, è un
componente elettronico al cui interno è inserito un circuito elettronico
(costituito da poche unità a molte decine di milioni di componenti
elettronici elementari come transistor, diodi, condensatori e resistori)
su un substrato di materiale semiconduttore (in genere silicio)
chiamato die.
Il costo di fabbricazione di un circuito integrato varia molto poco (o
rimane costante) al crescere della sua complessità, per cui è molto
più economico sviluppare circuiti complessi, composti di una serie di
stadi interni interconnessi fra loro e con l'esterno, che accentrino
tutte le funzioni necessarie ad una specifica apparecchiatura.
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Generazione 3: Circuiti integrati
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Generazione 3: Circuiti integrati
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Generazione 3: Circuiti integrati
Il numero di transistor contenuti in un IC definisce la sua
scala di integrazione:
SSI <10 (acronimo di Small-Scale Integration)
MSI <100 (acronimo di Medium-Scale Integration)
LSI <10.000 (acronimo di Large-Scale Integration)
VLSI <100.000 (acronimo di Very-Large Scale Integration)
ULSI <10.000.000 (acronimo di Ultra-Large Scale
Integration)
Per numeri superiori di transistor presenti, l'integrazione
viene definita come WSI (Wafer-Scale Integration)
potendo contenere un intero computer.
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Generazione 3: Circuiti integrati
1964: L'IBM annuncia il System/360 che contiene varie
innovazioni:
Il sistema era una famiglia di macchine con lo stesso
linguaggio assembly e con componenti intercambiabili.
Era un sistema multiprogramma cioè un sistema in cui
potevano girare più programmi contemporaneamente.
Era in grado di emulare altri computer come il system/1401
o il 7094.
Aveva un enorme spazio di indirizzamento per la memoria
di 224 = 16 Mbytes che a quei tempi somigliava ad infinito.
Il sistema operativo poteva essere memorizzato su nastro
(TOS) oppure su disco (DOS).
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Generazione 3: IBM 360
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Generazione 3: altri eventi
1967: Douglas Engelbart, dello
Stanford Research Institute,
riceve la patente di brevetto per
il dispositivo di puntamento
detto "mouse".
1967: La IBM costruisce il
primo Floppy disk
David Noble della IBM inizia a
sviluppare la prima memoria su
disco flessibile (floppy) per
registrarvi il programma iniziale
di controllo dei computer.
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Generazione 3: altri eventi
1969: Il Dipartimento della Difesa
USA commissiona ARPANET
(Advance Research Projects
Agency Net) per ricerche sulle reti
e i primi 4 nodi diventano operativi
all'UCLA, UC Santa Barbara, SRI
e all'Università dello Utah.
L'esperimento servirà a connettere
vari centri di ricerca negli USA,
tramite un sistema di
comunicazione a commutazione di
pacchetti (packet-switching
network).
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Generazione 3: altri eventi
1970: Ken Thompson e Dennis Ritchie, reduci dalla
sospensione del progetto Multics, dopo avere sviluppato
il sistema operativo UNIX, scrivono il linguaggio di
programmazione "B". Si dice che fu scelto quel nome
perché esisteva già un linguaggio con la sigla "A".
Nel 1972 Dennis Ritchie riscriverà il "B" e battezzerà il
nuovo linguaggio con la lettera "C".
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Generazione 3: il primo microprocessore
1971: Il primo microprocessore al mondo fu ottenuto in quest'anno, grazie
alla richiesta della società giapponese Busicom di sviluppare la parte
elettronica di una calcolatrice da tavolo.
Ted Hoff (INTEL) progettò l'intero circuito e invece di 12 chip ne utilizzò
solo 1, che conteneva tutta l'unità centrale di elaborazione (CPU), oltre alla
memoria RAM e quella ROM.
La realizzazione elettronica dello schema eseguita da Faggin portò alla
realizzazione del primo microprocessore: l'Intel 4004.
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Generazione 3: altri eventi
1971: Tomlinson e Newman spediscono il loro primo messaggio E-mail via
rete, inserendo la famosa "@" nell'indirizzo.
Le prime calcolatrici tascabili diventano popolari e mandano in soffitta i
vecchi regoli.
1972: La INTEL mette sul mercato il microprocessore Intel 8008, con una
velocità di 200Khz.
Contiene 3.500 transistor basati su tecnologia a 10 micron.
E' stato il primo processore capace di riconoscere tutti i caratteri
dell'alfabeto (lettere e numeri).
Velocità di clock: 500Khz e 800Khz. Indirizzamento: 16Kb di
memoria fisica
1972: Nola Bushnell (fondatore della
ATARI) e Al Alcorn (il suo primo
ingegnere), mostrarono uno strano
TV in una taverna di Sunnyvale,
California.
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Generazione 3: altri eventi
1975: Il primo Personal Computer, almeno quello salito alla ribalta
come tale, l'Altair 8800 appare sulla copertina della rivista Popular
Electronics nel gennaio 1975.
Prezzo: $621 (assemblato)
CPU: S-100 card (Scheda
installata MITS Intel
8080)
Memoria: 4kb
Sistema operativo: CP/M
Legato all'annuncio di Altair 8800, apparso su Popular Electronics
c'è un evento particolare, che cambiò la vita a Paul Allen e a Bill
Gates, convincendoli che ormai i tempi erano maturi per sviluppare
software per il neonato microcomputer.
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Generazione 3: altri eventi
1976: Nel frattempo anche il
mondo dei mainframe prosegue
la sua evoluzione e in
quest'anno viene annunciato il
primo supercomputer, uno dei
più costosi della storia:
Il Cray-1 della Cray Research
è il primo supercomputer con
architettura vettoriale.
Costo? Attorno ai 700.000
dollari.
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Generazione 3: altri eventi
1977: Bill Gates e Paul Allen
fondano la Microsoft.
1978: Esce il processore Intel
a 16 bit 8086.
Il microprocessore può
indirizzare fino a 1Mb di
memoria e contiene 29.000
transistor.
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Generazione 3: altri eventi
1984: In gennaio viene annunciato dalla Apple il personal computer
Macintosh.
Si tratta finalmente di una macchina interamente grafica,
abbordabile come prezzo, anche se più cara di un pc IBM, ma
non certo dal prezzo stratosferico del computer Lisa.
Il monitor (rigorosamente in bianco e nero) è integrato con la
CPU, la tastiera è povera di tasti, ma efficace al tocco, come il
mouse, che presenta un solo tasto.
L'interfaccia grafica è semplice e completa, simulando una
scrivania, con le varie cartelle (in forma di icone), dispositivi di
memorie (floppy e disco fisso) e cestino per i documenti da
buttare.
Macintosh è una macchina chiusa.
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Generazione 4: supercomputer e PC
1985: La velocità dei supercomputer sale a 1 miliardo di operazioni
al secondo, con il rilascio del nuovo CRAY 2.
La Microsoft sviluppa Windows 1.0, introducendo aspetti tipici del
Macintosh nei computer DOS compatibili.
In ottobre la Intel annuncia il chip a 32 bit 80386 con la gestione
della memoria sul chip.
1989: Tim Berners-Lee propone il progetto World Wide Web al
CERN
Esce il processore Intel 80486, con 1,2 milioni di transistor.
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Generazione 4: supercomputer e PC
1990: IBM e HP annunciano computer basati su processore RISC.
Berners Lee scrive il prototipo iniziale per il WWW, che usa le altre
sue creazioni: URL, HTML e HTTP.
1991: La Cray Research presenta il CRAY Y-MP C90, una "bestia"
con 16 processori ed una velocità di 16Gflops (16 miliardi di
operazioni al secondo in virgola mobile).
1992: la DEC introduce il primo chip per implementare la sua
architettura a 64 bit RISC Alpha.
1993: Nasce il Pentium Intel in marzo.
1994: In aprile, Jim Clark e Marc Andreesen fondano la Netscape
Communications.
Esce il primo browser della Netscape ed è subito boom per i
navigatori del Web.
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Generazione 4: supercomputer e PC
1995:
Microsoft rilascia Windows 95. In 4 giorni saranno
vendute più di 1 milione di copie.
Nasce il linguaggio di programmazione Java, piattaforma
indipendente per sviluppo di applicazioni.
Nasce il più grande sito di e-commerce: Amazon:
Viene rilasciato il nuovo standard di porta comunicazione per pc,
denominato USB.
1997 I processori Intel ora si chiamano Pentium II e operano a
233Mhz.
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I supercomputer di oggi
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