La storia dei calcolatori

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Testo

La Storia dei calcolatori
L'uomo ha sempre avuto la necessità di eseguire dei conti in modo esatto e rapido: inizialmente per prevedere fenomeni celesti, poi per determinare le rotte marittime, quindi per eseguire le complesse operazioni legate ai traffici commerciali. Si pensa che la prima macchina da calcolo inventata dall'uomo sia stata l'abaco, il comune pallottoliere ancora oggi impiegato in alcune parti del mondo. L'idea di base era quella di espandere al di là del numero 10 le possibilità di calcolo offerte dalle dita.
Si dovettero però attendere i primi anni del 1600 per arrivare alla prima vera macchina calcolatrice meccanica, ideata dal matematico e pensatore francese Blaise Pascal, e che per questo è detta pascalina. Benché fosse in grado di eseguire solo somme e sottrazioni, è stata a tutti gli effetti il primo esempio di calcolatore: data una informazione in entrata, mediante complicate rotazioni di ingranaggi e ruote numerate si otteneva un risultato in uscita. Certo, anche se siamo ancora lontani dal concetto di calcolatore che abbiamo oggi, era la prima risposta fornita dall'uomo al bisogno di calcoli automatici. Mancava ancora il concetto di sequenza di comandi, e quindi di controllo.
Nel XIX secolo l'inventore francese Joseph Marie Jacquard, per creare un telaio automatico, usò delle sottili schede di legno perforate allo scopo di controllare la tessitura di complessi motivi. Nell'anno 1880 lo statistico americano Herman Hollerith ebbe la geniale idea di usare schede perforate, simili a quelle del telaio Jacquard, per analizzare dei dati. Sviluppando un sistema che passava le schede perforate sopra dei contatti elettrici, riuscì a stendere precise informazioni statistiche per il censimento statunitense del 1890.
Sempre nel XIX secolo, il matematico, logico e inventore inglese Charles Babbage compì uno straordinario passo avanti e gettò le basi del moderno computer. Egli concepì una serie di macchine per portare a termine complicati problemi matematici. Una di queste macchine, detta Difference Engine. Tuttavia la sua più famosa macchina, concepita assieme alla matematica inglese Augusta Ada Byron (detta Lady Lovelace), è senza dubbio la Analytical Engine, ossia la Macchina Analitica, che aveva già le caratteristiche essenziali di un moderno computer: un'unità di input, sotto forma di un banco per schede perforate, un'unità di memorizzazione (chiamata magazzino), un'unità di calcolo/elaborazione (detta mulino) e un stampante per ottenere copie permanenti dei dati. Tutte le macchine progettate da Babbage e Lady Lovelace erano estremamente ingegnose, ma la tecnologia del tempo impedì ai due di portare a realizzazione pratica i loro progetti. Tuttavia essi sono considerati a buon ragione i fondatori del moderno computer digitale.
Computer analogici come quelli di Babbage e Lovelace, ossia funzionanti mediante il movimento di parti meccaniche come leve, ingranaggi, ruote, ecc.. furono costruiti all'inizio del nostro secolo. Durante entrambe le guerre mondiali, sistemi di calcolo meccanici e, in seguito, elettrici, furono usati sui sottomarini per prevedere la rotta dei siluri e sugli aerei per controllare le bombe. Un altro sistema fu inventato per prevedere le piene del fiume Mississippi.
L’avvento delle macchine digitali
La comparsa dei computer digitali - ossia funzionanti grazie a componenti elettronici e non meccanici - fu permessa solo da due invenzioni che dettero inizio all'era elettronica. Nel 1904 il fisico inglese J.A. Fleming inventò il diodo, seguito a breve distanza da L. de Forest, che nel 1906 inventò il triodo, detto anche valvola termoionica.
Esso è essenzialmente un tubo a vuoto nel quale sono presenti tre filamenti metallici diversi: inserito in un circuito elettrico, ha la proprietà di riuscire a controllare un flusso elettrico mediante l'applicazione di un altro flusso elettrico. L'idea che sta dietro a ciò è davvero alla base di tutti i circuiti elettronici, di ieri come di oggi. Il triodo, dopo la sua scoperta, è stato utilizzato per le più svariate applicazioni, come rivelatore e amplificatore. E permise la costruzione dei primi computer digitali: non erano più necessarie ruote ed ingranaggi; si poteva controllare un intero sistema di calcolo semplicemente con la corrente elettrica. L'unico problema di questi componenti elettronici era che consumavano un sacco di corrente e avevano la tendenza a bruciarsi dopo poche ore di utilizzo....
Fece così la sua comparsa il primo calcolatore digitale della storia. Era l'anno 1946, e una squadra di scienziati statunitensi, capeggiati da Goldstine e Eckert, avevano realizzato una macchina destinata a passare alla storia: l'ENIAC. Questo è l'acronimo di Electronic Numerical Calculator And Integrator. Poteva eseguire dei calcoli come farebbe oggi una calcolatrice tascabile. L'unica differenza consiste nelle dimensioni, dato che l’Eniac occupava lo spazio di una intera palestra...... L'ENIAC era formato da 18000 valvole e chilometri di fili elettrici, consumava una quantità spropositata di energia elettrica e, come se non bastasse, ogni 6 ore di funzionamento la maggior parte delle valvole andava sostituita per prevenire l’insorgere di incendi. L’Eniac ha segnato una tappa fondamentale: tutti i computer che sarebbero venuti dopo, avrebbero funzionato sugli stessi pincipi su cui si basava l'ENIAC. Difatti, dopo l'ENIAC, seguirono molti altri mostri elettronici simili, sempre più veloci e con maggiori capacità di calcolo: i cosiddetti computer della prima generazione, piuttosto lenti nell'eseguire i loro compiti e ingombranti.
La rivoluzione del silicio
Nel 1948 J.Bardeen, W.Brattain e W.Schockley annunciarono la scoperta di un componente elettronico destinato a cambiare il mondo: il transistor. Cosa è capace di fare un transistor? Si comporta esattamente come una valvola, ma presenta una serie di vantaggi che lo rendono nettamente preferibile a quest'ultima: può essere ottenuto partendo da un materiale abbondantissimo sulla superficie terrestre, è notevolmente più piccolo, produce poco calore, è molto più rapido, è di durata praticamente eterna e costa molto di meno. Da allora i transistor hanno rivoluzionato il mondo dell'elettronica: interi circuiti elettrici, formati da transistor, resistenze, condensatori, bobine... potevano essere montati su di una basetta di materiale isolante di dimensioni ridotte. Circuiti del genere sono alla base di qualsiasi macchina elettronica anche oggi: li troviamo nelle lavatrici, nei televisori, sugli aerei... praticamente dappertutto.
Era quindi logico che tali circuiti venissero applicati anche alla costruzione di calcolatori digitali, e così gli anni '50 videro la nascita dei computer della seconda generazione. Essi, impiegando transistor al posto di valvole, erano molto più veloci, occupavano meno spazio, consumavano meno corrente ed avevano una durata ed un'affidabilità notevolmente maggiore. Uno dei più famosi computer della seconda generazione è l'UNIVAC I. Esso fu il primo calcolatore elettronico disponibile commercialmente, e fu anche il primo a poter trattare sia informazioni numeriche che alfanumeriche. Fu progettato da J. Presper Eckert e John Mauchly, la cui società passò poi a Remington Rand.
La corsa alla miniaturizzazione
Nel 1958, esattamente dieci anni dopo la scoperta del transistor, venne creato il primo esemplare di un'altra meravigliosa conquista della tecnica moderna: il circuito integrato o IC. Un circuito integrato conteneva esattamente tutti i componenti elettronici di cui abbiamo parlato prima (transistor, resistenze, condensatori,..), ma essi, invece di essere realizzati separatamente e poi collegati su di una basetta isolante, venivano creati mediante processi chimici direttamente sullo stesso chip di silicio, riducendo le loro dimensioni di un fattore dell'ordine delle migliaia! E, come se non bastasse, un circuito integrato risultava molto più veloce ed anche più economico!
Nacquero così i computer della terza generazione, composti da centinaia di circuiti integrati. I chip di silicio vennero così a costituire i componenti fondamentali di computer, e, come era prevedibile, cominciò una gara tra le società informatiche di tutto il mondo per riuscire a rendere gli IC sempre più piccoli e veloci. I progressi in questo campo sono stati davvero sbalorditivi; le tappe principali della corsa alla miniaturizzazione sono state le seguenti:
• anni '60: SSI (Small Scale of Integration) - 12 porte logiche per circuito integrato.
• fine anni '60: MSI (Medium Scale of Integration) - 100 porte logiche per circuito integrato.
• anni '70: LSI (Large Scale of Integration) - 1000 porte logiche per circuito integrato.
• fine anni '70: VLSI (Very Large Scale of Integration) - oltre 50000 porte logiche per circuito integrato.
Con la fine degli anni '70 e la grandissima scala di integrazione divenne realtà anche il microprocessore: era ormai possibile racchiudere tutta la logica di controllo e di calcolo di un computer in un quadratino di silicio di 3 cm di lato. Quello che solo 35 anni prima richiedeva lo spazio intero di un laboratorio, poteva ora stare, migliorato e più veloce, nel palmo di una mano
I personal computer
Con l'avvento del microprocessore, gli anni '80 e '90 videro il fiorire di computer commercialmente competitivi per uso personale che potevano stare comodamente sulla scrivania: nasceva l'era dei personal computer. In questi 20 anni di storia abbiamo assistito a un moltiplicarsi sbalorditivo di aziende produttrici di PC e del software a loro necessario, contemporaneamente ad un altrettanto sbalorditiva crescita delle prestazioni e ad un calo notevole dei prezzi. Oggi i personal computer sono praticamente diffusi dappertutto, e l'informatica è a disposizione di tutti.
L'azienda che più si impose durante gli anni '80 nella produzione di microprocessori è la statunitense INTEL CORPORATION, ed essa è tuttora l'azienda leader in questo campo: oggi il 70% dei personal computer ha un 'cuore' prodotto dalla INTEL. Lo standard dell'architettura dei PC venne invece fissato dalla IBM (International Businness Machines), tanto che oggi tutti i computer sono detti 'IBM compatibili'. Proprio per questo, ormai non ha più importanza l'azienda produttrice del PC; quello che conta è invece il processore montato dal PC, da cui dipendono tutte le prestazioni. Il mercato dei processori è un settore quanto mai in evoluzione, e ne vengono creati di nuovi e migliori ad un ritmo sorprendente. Dando uno sguardo a come sono cambiati i processori prodotti dalla INTEL dalla fine degli anni '80 ad oggi possiamo evidenziare efficacemente questa sbalorditiva evoluzione:
• 8088: è il microprocessore a 8 bit che controllava i primi personal computer IBM standard. Possiede 14 registri per i dati e può indirizzare fino a 1 MB di memoria. Contiene 29000 transistor e, alla frequenza di clock di 4,77 Mhz ha una capacità elaborativa di 0.33 MIPS (Million Instruction Per Second).
• 8086: è analogo al 8088, ma possiede un bus dati a 16 bit invece che a 8 bit.
• 80286: è composto da 134000 transistor e ha una velocità elaborativa di 2 MIPS (a 8 Mhz). Può indirizzare fino a 16 MB di memoria e fornisce un supporto per il multitasking.
• 80386: è composto da 275000 transistor, e ha una velocità elaborativa di 11 MIPS (a 33 Mhz). E' un processore a 32 bit e può indirizzare fino a 4000 MB di memoria.
• 80486: è composto da 1200000 transistor e a una frequenza di clock di 50 Mhz possiede una capacità elaborativa di 41 MIPS.
• 80586(Pentium): è un processore con bus esterno a 64 bit e a 66 Mhz possiede una capacità elaborativa di 100 MIPS.
• Pentium MMX (MultiMedia eXtension): è analogo al Pentium, ma possiede particolari istruzioni per agevolare il software multimediale.
• Pentium II: rispetto al Pentium MMX ha una maggiore frequenza di clock, che arriva fino a 450 Mhz, e maggiori informazioni per l’elaborazione dei calcoli.
• Pentium III: è il modello attualmente in commercio ma già si parla di un suo successore. Ha integrate alcune funzioni speciali per la gestione grafica e arriva ad una frequenza di clock pari a oltre 1 Ghz, 200 volte più veloce del suo antenato.
I super computer
Naturalmente il mondo dei computer non si esaurisce con quelli domestici, i PC. Per le applicazioni professionali, tipo previsioni del tempo e ricerche spaziali, sono stati creati computer ben più potenti: i cosiddetti supercomputer. Sono computer con un’elevata potenza elaborativa e dotati di quantità grandissime di memoria. Il CRAY-1, progettato da Seymour Cray della Cray Research, è stato il primo computer capace di portare a termine più di 100 milioni di operazioni in virgola mobile al secondo. Dei tanti problemi che si sono dovuti risolvere nella sua realizzazione, uno dei più importanti è stato come dissipare il grande calore prodotto dalla logica ad alta velocità. Questo è stato risolto montando i circuiti su piastre verticali e mettendo il tutto all'interno di un sistema di refrigerazione al freon. Anche se ormai sono state costruite macchine più veloci, il Cray-1 continua ad essere usato per lo studio matematico di problemi molto complessi, come previsioni del tempo e questioni fondamentali in fisica e chimica. Il Cray-1 è inoltre diventato una specie di unità di misura per la velocità dei nuovi supercomputer, alcuni dei quali hanno una capacità elaborative uguale a quella di 1000 'Crays', e che quindi possono portare a termine la bellezza di alcuni miliardi di calcoli in virgola mobile al secondo.
Vediamo più da vicino ciò che il rivoluzionario silicio ha trasformato nei calcolatori.

Esempio



  


  1. Indy

    Now I feel stupid. That's celaerd it up for me