L'Evoluzione del Calcolatore

L’evoluzione del calcolatore

Mistero

Chi vede un computer per la prima volta non riesce a capire il principio del funzionamento, lo vedono dal punto di vista meccanico; io stesso quando ho usato l’applicazione “Paint” per la prima volta utilizzavo i colori messi a disposizione con molta attenzione per non sprecare.

Virtuale

L’esempio perfetto del concetto di virtualizzazione si trova quando facciamo girare un sistema operativo su di un’altra piattaforma; per esempio: si riesce a simulare l’OS Linux su una macchina Windows.

Il motivo che mi ha spinto a scegliere l’argomento è semplice: la storia è fondamentale per una buona preparazione per il futuro. A scuola, non è stata spiegata la storia dell’informatica in modo esplicito, quindi era un’ottima opportunità per confrontare la mentalità dei passati informatici e noi. Affronto questo argomento partendo dall’antichità fino ad anni sessanta poiché devo tener conto anche del tempo a mia disposizione.

Harpreet Singh

ITIS G. Marconi (VR)

a.s. 2006/2007

14.07.2007

Dall’antichità agli strumenti di calcolo

L’uomo nel corso degli anni ha inventato, sviluppato strumenti, tecniche, linguaggio ecc. e sin dall’antichità ha cercato di studiare la natura: come funziona, i vari perché. Uno dei campi più importanti era l’astronomia che però richiedeva molti calcoli, alcuni molto impegnativi però nella maggior parte dei casi erano generici come l’addizione e moltiplicazione che comunque richiedevano molto tempo ed erano fondamentali. Allora è stato pensato di creare degli strumenti che eseguissero questi calcoli in modo “automatico”. Tra i primi strumenti conosciuti c’è l’abaco: uno strumento che non fa calcoli che però aiuta molto nel farli.

Altri campi nei quali si aveva bisogno di utilizzare gli strumenti per calcoli era la navigazione, per creare le carte nautiche. Nel 1642 Blaise Pascal, a soli diciannove anni, costruì la prima macchina addizionatrice con il nome di Pascalina. Con questa macchina addizionatrice si eseguivano somme e sottrazioni. L’addizione si basava sul principio di ottenere il riporto automatico.

L’idea di Pascal era quella di sostituire alle palline infilate in un bastoncino una ruota avente sulla circonferenza dieci tacche equidistanti numerate da 0 a 9. Ogni ruota era dotata di tre quadranti che rappresentavano rispettivamente le unità, le decine e le centinaia. Il miglioramento sia nella realizzazione del riporto, eliminando così una delle maggiori difficoltà nell’effettuazione dei calcoli a mente.

Nell’abaco, per passare da 9 a 0, in una colonna occorre portare le palline in posizione neutrale, rappresentata dallo 0, ed aggiungere una pallina alla colonna di sinistra. In un calcolatore a ruote basta far compiere un giro di ruota: quando questa passa per la posizione 0, un accoppiamento meccanico produce la rotazione di una tacca della ruota a sinistra realizzando in tal modo il rapporto di un’unità.

Successivamente perfezionata da altri inventori per moltiplicazioni. La Pascalina è considerata l’anticipatrice della moderna calcolatrice.

Il sistema binario

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 destra, 10101101 equivale a (1 × 2⁰) + (0 × 2¹) + (1 × 2²) + (1 × 2³) + (0 × 2⁴) + (1 × 2⁵) + (0 × 2⁶) + (1 × 2⁷) = 173.

In quel 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 utilizzò per sviluppare l’algebra di Boole. Nel 1937 Claude Shannon al MIT presentò l’idea di utilizzare l’algebra di Boole 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.

Le macchine di Babbage

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 è 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 previste 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 Lovelace e la logica booleana

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.