L'Evoluzione del Calcolatore

Successivamente perfezionata da altri inventori per moltiplicazioni. La pascalina è considerata

l’anticipatrice della moderna calcolatrice.

Il sistema binario si basa su due cifre: 1 e 0. I primi 20

numeri della notazione binaria sono 1, 10, 11, 100,

101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101,

1110, 1111, 10000, 10001, 10010, 10011, 10100,

dove, procedendo da destra verso sinistra, i singoli

simboli rappresentano i coefficienti delle potenze

successive di due. Ad esempio, cominciando da

0 1

destra, 10101101 equivale a (1 × 2 ) + (0 × 2 ) + (1 ×

2 3 4 5 6 7

2 ) + (1 × 2 ) + (0 × 2 ) + (1 × 2 ) + (0 × 2 ) + (1 × 2 ) =

173.

In quello periodo, comunque non gli fu data molta importanza.

Il successo dello Zuse Z3 lo si deve anche all'utilizzo del sistema binario. Questo sistema venne inventato

tre secoli prima da Gottfried Leibniz; Boole in seguito lo utilizzo per sviluppare l'algebra di Boole. Nel

1937 Claude Shannon al MIT presentò l'idea di utilizzare l'algebra di Boode per descrivere il

funzionamento dei circuiti basati su relè in un seminario sulla progettazione di circuiti digitali. Tuttavia

Zuse ha sviluppato le intuizioni teoriche di Shannon e realizzato una macchina funzionante.

Già nel XVII secolo Leibniz diceva come doveva essere

una “macchina perfetta”.

L’idea di base di Babbage era creare una macchina

general purpose.

Babbage in pratica progettò una macchina dotata di

5.000 ruote dentate, 200 accumulatori di dati (le

"memorie") composti di 25 ruote collegate tra loro, in

grado di svolgere un’addizione al secondo. Un nastro

perforato (anche questa era una novità) doveva

guidare la macchina nelle operazioni secondo un

programma predefinito. Gli ingranaggi della macchina

di Babbage: dovevano essere mossi da un motore a

vapore, ma non funzionarono mai. A causa di enormi difficoltà tecniche, neppure questa macchina

venne realizzata, però Babbage aveva lanciato l’idea di un moderno elaboratore. Ora la scienza si sente

più legata alla produzione meccanizzata della grande industria.

"Analytical Engine" , una macchina meccanica programmabile, che già aveva molte delle caratteristiche

dei computer moderni.

Babbage conosceva tre differenti tipi di errori che potevano verificarsi nel fare le tabelle:

errori umani nei calcoli

 errori di copiatura nelle trascrizioni per la pubblicazione

 errori nella composizione delle lastre per la stampa



Disegnando una macchina che potesse coprire l'intero processo dal calcolo fino ai cliché tipografici gli

errori sarebbero stati eliminati.

Contrariamente a quanto era avvenuto fino ad allora, Babbage dunque non si proponeva tanto di

realizzare delle macchine calcolatrici in grado di eseguire semplicemente le 4 operazioni, ma dei

calcolatori concettualmente simili a quelli moderni in grado di eseguire sequenze di operazioni in base a

un programma.

Il lavoro di Babbage e' veramente sorprendente, perché nel suo progetto si ritrovano già molti elementi

delle macchine di oggi: c'era una vera e propria CPU a 50 cifre decimali, ed una memoria meccanica, di

1000 registri a 50 cifre. La macchina era in grado di prendere 2 operandi dalla memoria, effettuare su di

essi un'operazione ( somme, sottrazioni, divisioni o moltiplicazioni ) e di riportare il risultato in memoria.

L'input e l'output erano effettuati con schede perforate, l'input era costituito da 2 pile di schede, una

con i dati e l'altra con istruzioni da effettuare e gli indirizzi dei registri da utilizzare. Erano previsti

istruzioni di salto condizionato, e loop, con possibilità di usare le schede di input in modo non

sequenziale. Le istruzioni somigliavano molto a quelle di un moderno assembler.

Ada Byron earned her spot in history as the first computer programmer.(English)

L'amica di Babbage Ada Lovelace viene usualmente considerata la prima programmatrice della storia

anche se lavorò solo su una macchina teorica mentre Zuse fu il primo programmatore a lavorare

realmente su una macchina funzionante. Nel The matematic analysis of logic il matematico

inglese George Boole (1815-1864), sviluppò i concetti

espressi da Leibniz sul sistema binario e descrisse gli

operatori logici che da lui presero il nome di:

"OPERATORI BOOLEANI". L'opera di Boole aprì

l'orizzonte alle grandi scuole di matematica del '900.

La sua logica, oggi, sta alla base della struttura dei

componenti elettronici denominati "porte logiche" ed

è la base del funzionamento dei calcolatori elettronici.

Con l'Arte combinatoria di G. W. Leibniz vengono

gettate le basi della logica simbolica, su cui si regge il

funzionamento dei moderni calcolatori. Vi è inoltre formulata l'idea di un 'calcolo binario', che riduca in

forma più semplice le “leggi del pensiero”. L'idea di fondo dell“arte combinatoria” è quella di trovare

una logica capace non soltanto di dimostrare la verità di ogni proposizione, ma anche di costruire nuove

proposizioni con la certezza dei procedimenti matematici.

Nel 1880 il censimento americano aveva posto un

serio problema: sette anni dopo lo spoglio delle

schede non si era ancora riusciti a completarlo e già si

doveva preparare il censimento del 1890. Sicché

l'ufficio censimenti bandì un concorso per la

progettazione di una macchina in grado di classificare

e contare automaticamente i dati.

Vinse la gara l'ingegnere statistico H. Hollerith, che

aveva elaborato una tabulatrice riutilizzando l'idea

delle schede perforate di Babbage, questa volta però

non per specificare il programma, ma i dati da

elaborare o i risultati dell'elaborazione.

Funzionava in base ai contatti elettronici azionati mediante dei relè. L’apertura o chiusura avviene in

base ai fori presenti sulle schede lette. Il relè impiegava un centesimo del secondo per commutare.

Herman Hollerith, fondò la società Tabulating Machine Company, che in seguito sarebbe divenuta la

IBM.

La tecnologia delle macchine di calcolo prodotte all'inizio del XX secolo era la tecnologia

meccanografica. Esistevano infatti all'interno delle grosse organizzazioni i centri meccanografici che

erano in realtà attrezzati con una varietà di macchine diverse, fra le quali:

la perforatrice per tradurre documenti in schede perforate mediante un apposito codice

 chiamato codice di Hollerith, dal nome del ricercatore che inventò tale sistema di codifica

verso la fine dell'800;

la verificatrice che controllava la qualità del lavoro fatto dalla perforatrice;

 la selezionatrice per ordinare le schede, per esempio in ordine alfabetico o numerico;

 la calcolatrice per eseguire calcoli numeri sui dati letti dalla schede perforate e per perforare i

 risultati su altre schede;

la tabulatrice per stampare i risultati in chiaro.



Con queste macchine si eseguivano calcoli ad una discreta velocità per quei tempi, dell'ordine di 60

operazioni al minuto. La loro gestione era tuttavia complessa, come si può intuire dalla precedente

descrizione. Inoltre si trattava di macchine idonee all'esecuzione di operazioni su serie di dati,

qualcosa di ancora molto lontano dalle funzionalità che oggi siamo abituati a trovare nei computer

moderni.

Questa tecnologia ha subìto una evoluzione relativamente lenta (almeno rispetto a quella a cui siamo

abituati oggi) sino ad arrivare, verso il 1940, a delle macchine di tipo elettromeccanico in grado di

riunire le funzionalità dei diversi componenti meccanografici. In queste macchine ricompare in modo

elementare il concetto di programma come serie di istruzioni preordinate da eseguire in successione.

Le istruzioni venivano somministrate sotto forma di codici perforati su di una banda di carta, in modo

analogo a quello prefigurato per la macchina di Babbage. Si parla in tal caso di calcolatrici

elettromeccaniche a "programma esterno".

In Germania Konrad Zuse inizia la costruzione (nella

sua camera da letto!) della macchina logica "V1",

(successivamente ribattezzata 'Z1', per evitare

qualsiasi riferimento ai tristemente noti razzi V1

tedeschi).

Si tratta di un primo progetto di calcolatore

meccanico realizzato artigianalmente dallo stesso

Zuse, a sue spese (e dei suoi parenti!) e con mezzi

assolutamente rudimentali.

I primi calcolatori elettromeccanici sono comunque

basati sui relè quindi non sono molto veloci.

In questo periodo iniziano anche studi teorici sui computers, sono da citare gli studi di Turing sulla

risolubilità dei problemi matematici (attorno al 1936), Turing affronta il problema ricorrendo ad un

meccanismo ideale, una specie di computer, che legge e scrive una lunga fila di dati (tipo un nastro

perforato). Per questa sua idea, di affrontare un problema logico tramite un un meccanismo ideale,

Touring e' considerato dagli informatici teorici il fondatore della loro scienza.

Claude Shannon (attorno al 1938) introduce l'uso dell'algebra di Boole per l'analisi dei circuiti a relè.

La seconda guerra mondiale al contrario della prima che era sostanzialmente era una guerra “alla

antica” in quanto il punto di forza erano e soldati e si combatteva nelle trincee. La seconda guerra

vede l’utilizzo di macchine sofisticate per le comunicazioni che giocano un ruolo fondamentale.

Il MARK I è un computer elettromeccanico.

Le sue operazioni di base sono svolte da parti

meccaniche, controllate elettricamente da circa 3.000

relay.

Anche se ormai obsoleto per quell'epoca, divenne

operativo ad Harvard nel 1944 ed operò per più di 15

anni, producendo importanti tabelle matematiche.

Mentre MARK I risolve problemi matematici per la

marina degli Stati Uniti, vengono fatti progetti per

una macchina che abbandoni la meccanica per passare alla elaborazione elettronica dei dati.

Con questo nome si indica quel periodo durato circa

vent'anni che vide la nascita dei primi calcolatori

elettromeccanici: queste macchine eseguivano solo le

operazioni per le quali erano state programmate,

sfruttando complessi meccanismi attivati da motori

elettrici. L'uso di valvole e diodi sostituirà nel tempo

gli interruttori meccanici, e getterà le basi per

l'invenzione del transistor.

Venne progettato presso la Moore School of Electrical

Engineering dell'Università di Pennsylvania da J.

Presper Eckert e John Mauchly e presentato ufficialmente il 16 febbraio del 1946.

Dopo la guerra si iniziarono a costruire grossi computers elettronici, basati sulla tecnologia dei tubi a

vuoto. La prima macchina di questo tipo e' ENIAC ( Electronic Numerical Integrator and Computer )

costruita da Mauchly ed Eckert all'Universita' della Pensilvania. La macchina, sviluppata fra il 1943 ed il

1946, fu finanziata dai militari, ed era intesa a calcolare tabelle di puntamento per l'artiglieria, che fino

ad allora erano calcolate a mano, con un lavoro lungo ed estenuante.

ENIAC era costruita con 18000 valvole termoioniche, 1500 relè , consumava attorno ai 150 KW ,

l'apparecchiatura pesava 30 tonnellate , ed occupava un salone di 30 metri, per un'altezza di 2.5 m. Si

programmava predisponendo, a mano, connessioni su pannelli intercambiabili, che avevano qualcosa

come 6000 interruttori, cavi e prese.

La programmazione di questa enorme macchina veniva realizzata esclusivamente in linguaggio

macchina, ossia secondo codici binari direttamente eseguiti dal processore, ed era realizzata per mezzo

di una serie di spinotti inseriti su particolari schede.

John von Neumann (matematico e fisico) definì per la

prima volta il concetto di elaboratore elettronico a

programma memorizzato, la cosiddetta “macchina di

von Neumann”. Neumann fù il primo a inquadrare in

una teoria matematica coerente le 'macchine

intelligenti' e gli automi. Per questo è anche il padre

dell'informatica.

John von Neumann approfondisce le esigenze di un

computer moderno, definendone l'architettura e

sviluppando il primo calcolatore programmabile con

memoria. Neumann è convinto che importanti

benefici e flessibilità possano essere ottenuti solamente scrivendo istruzioni di programma che

permettano modifiche dinamiche durante lo svolgimento del programma stesso.

Ciò dovrebbe consentire all'hardware di diventare "intelligente".

Neumann risolve queste esigenze pensando ad un tipo speciale di istruzione, chiamata "conditional