Computer

3.2

I primi computer

La realizzazione di computer analogici iniziò nei primi anni del XX secolo. I primi modelli, che eseguivano calcoli per mezzo di aste e ingranaggi rotanti, permisero di determinare approssimazioni numeriche di equazioni estremamente complesse. Durante le due guerre mondiali, calcolatori analogici meccanici, e più tardi elettrici, furono usati per programmare la traiettoria dei siluri sui sommergibili e come dispositivi di puntamento per l’artiglieria aerea.

3.3

I computer elettronici

Durante la seconda guerra mondiale, una squadra di scienziati e matematici che operava a Bletchley Park, a nord di Londra, creò una macchina chiamata Colossus, contenente 1500 tubi a vuoto, considerata il primo computer digitale interamente elettronico. Nel mese di dicembre del 1943 Colossus era operativo, e fu usato dal gruppo guidato dal matematico britannico Alan Turing per interpretare i messaggi radio cifrati dei tedeschi. Indipendentemente da Colossus, un prototipo di macchina elettronica, ABC (Atanasoff Berry Computer), era stato realizzato negli Stati Uniti fin dal 1939 da John Atanasoff e Clifford Berry presso l’Iowa State College. La macchina di Atanasoff separava per la prima volta l’elaborazione dei dati dalla memoria.

Le successive ricerche portarono nel 1945 allo sviluppo del computer ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Esso conteneva 19.000 tubi a vuoto e vantava una velocità operativa di molte centinaia di moltiplicazioni al minuto, ma il suo programma era cablato negli stessi circuiti del processore, il che imponeva che la programmazione venisse effettuata mediante aggiustamenti manuali della circuiteria. Il modello successivo di elaboratore elettronico, realizzato in base agli studi del matematico John von Neumann, che aveva progettato un primo computer in cui un programma era completamente residente nella memoria, fu dotato di un “magazzino” a parte per i programmi. Il fatto che le istruzioni venissero registrate in un’apposita memoria liberava il computer dalle limitazioni di velocità dovute alla lettura del nastro perforato durante l’esecuzione dei programmi, permettendogli di eseguire compiti diversi senza alcun intervento sui collegamenti.

L’uso dei transistor al silicio nei computer, alla fine degli anni Cinquanta, segnò l’avvento di elementi logici più piccoli, veloci e versatili di quelli realizzabili con i tubi a vuoto. I transistor, più durevoli e meno costosi in termini di potenza, permisero la messa a punto di elaboratori più evoluti, compatti, veloci ed economici: i “computer di seconda generazione”.

3.4

I circuiti integrati

I primi circuiti integrati (IC) comparvero verso la fine degli anni Sessanta. Permisero di realizzare numerosi transistor e relativi collegamenti su un unico substrato di silicio. Il loro impiego nei computer produsse ulteriori riduzioni del prezzo e delle dimensioni delle macchine e un significativo incremento della loro funzionalità. Il microprocessore fece la sua comparsa alla metà degli anni Settanta, quando furono prodotti circuiti a grande scala di integrazione (Large Scale Integration, LSI) e poi a grandissima scala di integrazione (Very Large Scale Integration, VLSI), contenenti milioni di transistor interconnessi, realizzati su un’unica piastrina di silicio.

Le macchine degli anni Settanta, in genere, potevano riconoscere gruppi di otto stati; in altre parole, potevano trattare otto cifre binarie (binary digits, o bit) a ogni ciclo. Un gruppo di otto bit costituisce un byte; un byte può assumere 2⁸=256 possibili configurazioni di stati ON e OFF (1 o 0). Ognuna di queste configurazioni può rappresentare un’istruzione, una sua parte o un dato, come un numero, un carattere o un simbolo grafico. La combinazione 11010010, ad esempio, può rappresentare un dato numerico binario o un’istruzione, come “confronta il contenuto di un registro con quello di una data cella di memoria”.

Un computer che elabora le informazioni a gruppi contemporanei di 8 bit viene detto computer a 8 bit. Tale designazione può far riferimento sia alla lunghezza di parola (unità base di informazione elaborata) del microprocessore sia, più comunemente, al numero di bit trasferiti in una singola operazione lungo il bus dei dati, che è la via di collegamento lungo la quale le informazioni viaggiano da o verso il microprocessore. Dunque un microprocessore a 8 bit ha lunghezza di parola di 8 bit, o di un byte; un bus-dati a 8 bit ha 8 linee, perciò trasporta informazioni attraverso il sistema in gruppi contemporanei di 8 bit. Allo stesso modo un computer a 16 bit elabora le informazioni in gruppi contemporanei di 16 bit e uno a 32 bit elabora a ogni passo un gruppo di 32 bit.

Lo sviluppo di computer capaci di trattare in blocco combinazioni di 16, 32 o 64 bit aumentò la velocità di elaborazione. L’insieme di tutte le combinazioni di bit che un computer è in grado di riconoscere come comandi, cioè l’elenco completo delle sue istruzioni, è detto set di istruzioni. Entrambe queste caratteristiche (bit trattati in un passo e dimensioni del set di istruzioni) sono in continuo miglioramento nei moderni elaboratori.

4

Tipologia dei computer

Gli attuali calcolatori digitali possono essere classificati in diverse categorie a seconda delle prestazioni e del costo: i personal computer, o microcomputer, sono macchine relativamente economiche, di dimensioni adatte, di norma, a una scrivania (ma ve ne sono ormai delle dimensioni di un libro); le workstation (postazioni di lavoro) sono computer con avanzate prestazioni grafiche e matematiche, particolarmente utili nel lavoro d’ufficio e spesso collegati in rete locale o estesa; i minicomputer sono macchine di dimensioni maggiori, in genere troppo costose per l’uso personale, con potenzialità sufficienti per un’azienda, una scuola o un laboratorio; infine i mainframe computer sono macchine assai costose, in grado di soddisfare le esigenze di una grande impresa commerciale, di un ministero, di un centro di ricerca scientifica o di altre strutture analoghe; i più grandi e veloci mainframe, detti supercomputer, possono compiere calcoli estremamente complessi, come quelli necessari per elaborare le previsioni del tempo.

5

Hardware

In informatica il termine hardware indica le componenti elettroniche e meccaniche di un elaboratore. In un computer digitale si possono distinguere cinque categorie di elementi hardware:

• un’unità centrale di elaborazione (CPU, Central Processing Unit);
• i dispositivi di ingresso;
• i dispositivi di memoria;
• i dispositivi di uscita;
• una rete di comunicazione, detta bus, che collega tutti gli elementi del sistema e permette al computer di comunicare con l’esterno.