Computer

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Introduzione

Computer Dispositivo elettronico in grado di ricevere ed eseguire sequenze di istruzioni (programmi) svolgendo calcoli ed elaborazioni su dati numerici o altri tipi di informazione. Computer diversi per funzioni e dimensioni trovano impiego in svariate realtà sociali ed economiche: nella gestione delle informazioni riservate degli organi di governo, nelle transazioni bancarie, nella didattica, nella contabilità.

Il computer ha aperto una nuova era nella produzione industriale con lo sviluppo delle tecniche di automazione, e nella comunicazione con l’elaborazione di nuovi sistemi di trasmissione sempre più rapidi ed efficienti. È oggi uno strumento indispensabile in ogni campo della ricerca e della tecnologia, ad esempio per la definizione di modelli dei fenomeni naturali o per le previsioni meteorologiche. Il suo impiego ha aperto nuovi campi d’indagine su problemi estremamente complessi, in precedenza assolutamente irrisolvibili. I servizi di database e le reti di computer rendono inoltre disponibile una grande varietà di fonti informative a una popolazione di utenti in continua crescita.

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Tecnologia dei computer

Benché si pensi generalmente ai computer come a dispositivi prettamente digitali, esistono computer digitali e computer analogici. La distinzione si basa sulla forma in cui si presentano le informazioni sottoposte a elaborazione o memorizzazione.

I computer analogici sono dispositivi elettronici progettati per gestire segnali di ingresso costituiti non da dati numerici discreti, ma da segnali continui che rappresentano i valori di grandezze fisiche continue, quali la temperatura o la pressione di un fluido. La caratteristica principale di questo tipo di elaboratori sta proprio nella capacità di trattare grandezze che variano con continuità. Trovano applicazione nella simulazione di fenomeni fisici e nel controllo dei processi industriali.

I computer digitali trattano invece dati espressi in forma di opportune combinazioni numeriche discrete. Qualunque informazione introdotta in un computer per mezzo di un dispositivo di ingresso, quale la tastiera, prima di essere elaborata deve essere tradotta in un codice comprensibile al computer, basato sul sistema numerico binario. La tecnica di elaborazione di un computer digitale si fonda infatti sulla capacità di distinguere tra due diversi stati di funzionamento, propri dei circuiti che costituiscono l’unità di elaborazione: ON e OFF, o livello alto e livello basso (con riferimento ai valori di tensione) o, con simbologia numerica binaria, 1 e 0.

La rapidità di un computer digitale dipende dalla frequenza del suo segnale di sincronizzazione (vedi Clock del processore) e si misura in megahertz o gigahertz (milioni o miliardi di cicli al secondo); in prima approssimazione essa esprime il numero di operazioni elementari che il microprocessore tratta nell’unità di tempo. Oggi esistono personal computer dotati di processori con frequenze di clock superiori a 1 GHz, mentre i supercomputer usati per la ricerca scientifica e per le applicazioni militari raggiungono velocità di molti miliardi di cicli al secondo. La velocità e la potenza di calcolo dei computer digitali dipendono anche dalla quantità di dati trattata in ogni ciclo. Se un computer fosse in grado di leggere a ogni ciclo lo stato di un unico circuito elementare, potrebbe scegliere solo tra due alternative: lo stato ON rappresenterebbe un’operazione o un numero, lo stato OFF un’altra operazione o numero. I computer invece sono in grado di controllare contemporaneamente più circuiti elementari, che complessivamente codificano un’informazione. Ad esempio, un computer che può leggere nello stesso momento lo stato di due elementi, può distinguere fra quattro combinazioni di cifre binarie (00, 01, 10, 11) e quindi eseguire a ogni ciclo una delle quattro possibili istruzioni associate (codificate con le quattro possibili combinazioni degli stati dei due elementi: OFF-OFF, OFF-ON, ON-OFF e ON-ON).

Sistemi di elaborazione che contengono elementi di entrambi i tipi (analogici e digitali) sono detti ibridi. Trovano impiego soprattutto nello studio di problemi che coinvolgono un alto numero di equazioni differenziali. I dati in forma analogica possono essere acquisiti da un computer digitale attraverso un convertitore analogico-digitale; la conversione opposta viene eseguita da un convertitore digitale-analogico.

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Cenni storici

La prima macchina per addizioni, lontano precursore del computer digitale, fu inventata nel 1642 dal filosofo e scienziato francese Blaise Pascal. Era costituita da una serie di ruote a dieci denti, ciascuno associato a una cifra compresa tra 0 e 9. Le ruote erano collegate in modo che i numeri potessero essere sommati facendo avanzare le ruote del giusto numero di denti. Intorno al 1670 il filosofo e matematico tedesco Gottfried Wilhelm Leibniz perfezionò la macchina di Pascal, realizzandone una capace di eseguire anche le moltiplicazioni.

Anche l’inventore francese Joseph-Marie Jacquard contribuì inconsapevolmente alla nascita dell’elaboratore: progettando un telaio automatico usò sottili tavolette di legno perforate per controllare la tessitura di motivi complicati. Negli anni Ottanta dell’Ottocento l’ingegnere statunitense Herman Hollerith sviluppò l’idea di elaborare dati usando schede perforate simili alle tavolette di Jacquard. Con un sistema che faceva passare schede perforate su opportuni contatti elettrici, egli riuscì a compilare elaborazioni statistiche per il censimento degli Stati Uniti del 1890.

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La macchina analitica

Sempre nel XIX secolo, il matematico britannico Charles Babbage progettò una serie di macchine, capaci di trattare problemi matematici complessi secondo un principio di funzionamento assai vicino a quello dei moderni computer digitali. Molti storici considerano Babbage e la sua collega, la matematica Augusta Ada Byron (1815-1852), sorella del poeta George Gordon Byron, gli inventori del moderno computer digitale. La macchina analitica possedeva infatti molte delle prestazioni di un moderno calcolatore: aveva un flusso di dati in ingresso costituito da una pila di schede perforate, un “magazzino” (store) per conservare i dati, una “fabbrica” (mill) per svolgere le operazioni aritmetiche, e una stampante che produceva una registrazione permanente. La tecnologia del tempo non fu in grado, tuttavia, di tradurre i progetti di Babbage in dispositivi d’uso pratico.