Appunti di Calcolo Numerico - Esercizi e Dispense - Università degli ...

1. STRUTTURA DELL’ELABORATORE
von
Neumann
Quando Zuse propose di passare all’uso di un computer basato su valvole elettroniche, la proposta fu
respinta perchè i tedeschi si consideravano così vicini alla vittoria della guerra che ulteriori sforzi nella ricerca
non apparivano necessari.
Il lavoro di Zuse, comunque, andò avanti con la costruzione dello Z4, di S1 e S2. E, soprattutto, fu
completamente indipendente dai lavori di John Eckert e John Mauchly negli Stati Uniti e di A. Turing in
Inghilterra.
In Inghilterrra, Turing 6 si occupò di problematiche riguardanti un macchina di calcolo digitale astratta,
con una memoria senza limiti, mentre negli USA Eckert e Mauchly 7 costruirono l’ENIAC (Electronic Integrator
and Computer). L’ENIAC fu costruito, con progetto di Eckert, in piena seconda guerra mondiale, a
partire dal 1943, presso il Ballistic Research Laboratory e fu completato nel febbraio del 1946. La macchina
era pensata per compiere operazioni di carattere generale, ma fu costruita con lo scopo preciso di compilare
tabelle per le traiettorie di bombe. L’ENIAC conteneva circa 18 . 000 valvole termoioniche e misurava circa 2
metri e mezzo di altezza per 24 metri di lunghezza! La macchina era più di mille volte veloce di tutti i predecessori
elettromeccanici costruiti fino a quel momento e poteva eseguire 5000 addizioni al secondo. Le sue
operazioni erano controllate da un programma che veniva inserito dall’esterno mediante nastri perforati.
Intanto, nel 1944 aveva iniziato a collaborare nella costruzione dell’ENIAC, John von Neumann 8 . Egli si
accorse che l’architettura della macchina andava rivista e che la programmazione del computer mediante un
numero enorme di cavi e interruttori rendeva lenta e poco flessibile la programmazione stessa. Sostenne,
quindi, che il programma non dovesse essere rigidamente predisposto nell’hardware tramite interruttori e
cavi e neanche letto mediante nastri perforati, ma risiedesse in una memoria su cui poter scrivere e accedere
velocemente insieme ai dati da elaborare. Von Neumann per primo descrisse l’architettura dei calcolatori in
termini logico-funzionale, secondo uno schema astratto non legato ai dispositivi fisici utilizzati per le varie
operazioni. E il suo schema, sostanzialmente invariato, è l’architettura adottata dai calcolatori dei nostri
giorni!
Prima di von Neumann, il calcolatore veniva controllato mediante programmi non modificabili, registrati
su nastro perforato o cablati in una configurazione di cavetti e interruttori. Con von Neumann si presenta
un’architettura di riferimento precisa.
Il primo calcolatore costruito seguendo l’architettura di von Neumann entrò in funzione nel 1948
all’Università di Manchester e venne chiamato Manchester Mark I.
Inizia, in tal modo, una nuova fase per i calcolatori: i programmi che controllano le operazioni da svolgere
risiedono nella memoria del calcolatore insieme ai dati e possono essere modificati dinamicamente nel corso
dell’elaborazione.
Dal 1948 fino ai nostri giorni, lo sviluppo dei calcolatori elettronici ha avuto ritmi esponenziali: l’invenzione
del circuito integrato (chip) alla fine degli anni cinquanta permise non solo di ridurre via via lo spazio
fisico occupato dai computer ma anche di ottenere computer sempre più potenti tanto che, in due suoi lavori,
del 1965 e del 1975, Gordon Moore 9 stabilì che il numero dei transistor inseribili su un chip raddoppia
approssimativamente ogni 24 mesi (legge di Moore). Nel 1971 tre ingegneri della Intel tra cui l’italiano Federico
Faggin 10 inventarono il microprocessore, vale a dire un’intera CPU in un singolo circuito integrato:
su una piastrina di 4 × 3 millimetri riuscirono a inserire 2250 transistor, che formavano il cuore di un intero
computer: questo microprocessore fu chiamato Intel 4004 ed era capace di eseguire 60 . 000 operazioni al
secondo.
6 Alan Turing (1912-1954), matematico inglese, si interessò di logica matematica e di teoria della probabilità. Introdusse il concetto
di una macchina astratta, detta macchina di Turing e pose questioni riguardanti l’intelligenza artificiale
7 John Presper Eckert (1919-1995) e John William Mauchly (1907-1980) lavorarono a quello che si può considerare il vero primo
calcolatore elettronico.
8 John von Neumann (1903-1957) ungherese, studiò prima a Berlino, poi a Zurigo e infine a Budapest, dove ricevette il dottorato in
matematica. Nel 1930 si trasferì alla Università di Princeton dove insegnò matematica. Il suo nome è legato a studi in diversi settori:
teoria dei giochi, matematica applicata, logica... Occupa un ruolo fondamentale nello sviluppo dei calcolatori elettronici. Ricevette
numerosi premi e riconoscimenti in tutto il mondo.
9 Gordon Moore è nato nel 1929 in California. Di lui basti ricordare che ha stabilito la legge di Moore, è co-fondatore della Intel
Corporation e nel 2008 ha ricevuto la medaglia d’onore dell’IEEE per il suo pioneristico contributo nei processi dei circuiti integrati,
e per la leadership nello sviluppo della memoria del MOS (semiconduttore metal-ossido), del microprocessore e dell’industria dei
semiconduttori.
10 Federico Faggin è nato nel 1940 a Vicenza e si è laureato in fisica all’Università di Padova. Nel 1968 si è trasferito prima a Palo Alto
presso la Fairchild Semiconductor e poi nel 1970 nella Intel. Oggi è presidente e CEO (Chief Executive Officer) della Foveon.
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