Architettura Degli ElaboratoriCorsi

Evoluzione degli elaboratori

Gli elaboratori seguono cinque generazioni:

  1. Elaboratori Meccanici
  2. Elaboratori Basi su Valvole
  3. Elaboratori Basati su Transistor
  4. Elaboratori Basati su circuiti integrati
  5. Elaboratori Basati su circuiti ingrati a grandissima scala
    Elaboratori Ulta portatili

Durante l’evoluzione degli elaboratori il modello computazionale è rimasto invariato ciò che ha sorpreso è stato il rapidissimo miglioramento delle prestazioni.

Il primo supporto al calcolo manuale è stato l’abacus. Il termina calcolo e calcolare derivano dal latino calculi, ovvero le file di sassolini compongono un abaco.

CALCOLATORI MECCANICI

1642: Pascal costruisce una macchina capace di eseguire addizioni e sottrazioni;
1674: Leibniz amplia le capacità della macchina di Pascal e ne consente di eseguire moltiplicazioni e divisioni
1838: Babbage progetta la macchina differenziale

PASCALINA

La pascalina progettata da Pascal nel 1642 è una macchina metallica in grado di eseguire sottrazioni e addizioni. Il meccanismo consisteva in due dischi combinatori dentati collegati verticalmente ed orizzontalmente

LEIBNIZ

La macchina di Leibniz, comunemente chiamata macchina calcolatrice, ha avuto vita nel 1674 capace di estendere le capacità della Pascalina aggiungendo moltiplicazioni e divisioni.

Si basava sul cilindro di Liibniz, le divisioni e le moltiplicazioni avvenivano tramite l’utilizzo di sottrazioni e addizioni successive.

BABBAGE

La difference engine, nata nel 1822 è una macchina in grado di calcolare i valori di polinomi di terzo grado. Una volta impostata poteva eseguire in modo autonomo le istruzioni tramite un motore a vapore. I risultati venivano salvati perforando una pista d’acciaio, logica che precede l’utilizzo dei CD-ROM.

L’evoluzione della difference engine fu la analytical engine: Essa consentiva di eseguire sequenza di calcoli preregistrate su schede perforate.

La prima programmatrice fu Ada Loverace, che impressionata dall’analytical engine decise di idere dei nuovi programmi. Lei è stata l’ideatrice dei loop e delle subroutine.

ELABORATORI A VALVOLE TERMOIONICHE

Il primo prototipo di calcolare digitale, venne costruito negli anni ’40 presso l’università della Pennsylvania e fu l’ENIAC.

Con oltre 18.000 valvole e una superficie di 170 m2 era in grado di eseguire oltre 400 moltiplicazioni al secondo, la sua programmazione era manuale ed avveniva tramite cavi elettrici e pannelli di controllo.

Il progetto dell’ENIAC venne migliorato nel 1945 da Von Neumann. Presentava caratteristiche innovative, tra le quali:

  • Calcolatore a program-stored (Programma memorizzato);
  • Uso dell’aritmetica binaria;
  • Memorie a linee di ritardo.

MACCHINA IAS

Progettata da Von Neumann presso l’istituto IAS di Princeton afferma l’uso della rappresentazione binaria. Non solo i dati ma anche le istruzioni venivamo memorizzate in forma binaria.

Le istruzioni non erano esclusivamente riposte in piastre forate bensì memorizzate. Esso rappresenta il padre del modello computazionale dei moderni elaboratori.

Le innovatività portate dal modello di Von Neumann furono causate dalle seguenti motivazioni:

  1. Operazioni logiche e aritmetiche frequenti
  2. Flessibilità di controllo del sistema
  3. Conservare dati ed istruzioni
  4. Possibilità di acquisire dati dall’esterno
  5. Possibilità di emettere informazioni verso l’esterno
  6. Necessità di mettere in comunicazioni vari dispositivi

L’insieme dei registri che costituivano l’IAS erano:

  • Memory Buffer Register
  • Memory Address Register
  • Instruction Register
  • Program Counter
  • Accumulator

I primi modelli commerciali basati sul modello di Von Neumann sono:

  • UNIVAC I
  • IBM Serie 700

ELABORATORI BASATI SU TRANSISTOR

Tale generazione ha sostituito le valvole con i transistoe essi permettevano alcuni vantaggi tra cui:

  • Essere più piccoli, economici e fatti di silicio
  • Hardware meno ingombrante il che comporta meno consumi e maggiore velocità
  • ALU e CU più complesse.
  • Linguaggi di programmazione di alto livello
  • Introduzione del sistema operativo.

Elaboratori appartenenti a questa generazione sono:

  • IBM Serie 700
  • PDP-1
  • PDP-8

ELABORATORI BASATI SU CIRCUITI INTEGRATI

I circuiti integrati sono realizzati mediante un processo di metallizzazione chiamato fotolitografia la quale consente di incidere in una piastrina di silicio i transistor e le connessioni tra essi.

Tra i primi computer a circuito integrato troviamo la SERIE IBM System/360 del 1964. Questa serie aveva le seguenti caratteristiche:

  • Famiglia di macchine con lo stesso linguaggio
  • Completa compatibilità
  • Sistema operativo comune OS/360
  • Multiprogrammazione
  • Emulazione
  • Spazio degli indirizzi di 2^24 byte.

A questa generazione appartengono i mainframe, elaboratori molto costosi e potenti dotati di un sistema operativo che permetteva un uso condiviso da parte di più utenti.

ELABORATORI ELETTRONICI CON MICROPROCESSORE

Un microprocessore è un processore realizzato interamente su un unico chip. I microprocessori hanno rappresentato una svolta all’utilizzo dell’elaboratore. Si è passati da una macchina ingombrante ad un piccolo dispositivo di uso generale.

Nel 1975. nasce il Personal Computer e l’architettura della Intel diviene lo standard nel mondo dei PC.

I trend futuri sono miniaturizzazione dei componenti, risparmi energetico e modifica archietetturale.

La miniaturizzazione prevede:

  • Riduzione delle dimensioni dei componenti
  • Aumento delle velocità dei processori
  • Aumento dell’ampiezza di banda dei bug
  • Aumento della capacità di memoria

Le modifiche architetturali prevedono:

  • Parallelismo
  • Elaborazione Hardware di istruzioni complesse

LINK UTILI

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