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Università degli Studi di Napoli “Parthenope” SICSI V° CICLO – CLASSE A042 Perla Francesca 2004-2005.

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2 Università degli Studi di Napoli “Parthenope” SICSI V° CICLO – CLASSE A042 Perla Francesca

3 A cura di: Baiano Gilda Esposito Faraone Filomena Tamburrino Cerullo Rosa Schiavo Anna

4 In principio…. Probabilmente non si potrà mai sapere con esattezza quando l'uomo si rese conto di poter effettuare dei calcoli e, soprattutto, di essere in grado di farlo attraverso l'uso di uno strumento o di un utensile. Solo nel nostro secolo, e più precisamente a partire dagli anni Cinquanta, si è affermata quella capacità intuitiva e scientifica in grado di portare alla nascita dello strumento più adatto e più aderente al concetto stesso di calcolo in tutti i suoi più vari aspetti: il computer. Il suo stesso nome, infatti, chiarisce le sue prerogative. Questa capacità di esplorare e sistematizzare l'universo dei numeri, primo passo per il dominio dei dati e delle informazioni, si perde indubbiamente nella notte dei tempi e ha sempre rappresentato per l'uomo una sfida affascinante e stimolante, portata avanti nei secoli, pur con le inevitabili e conseguenti limitazioni della tecnologia del proprio tempo.

5 Sviluppo dei computer "Computer" deriva dal rumeno còmputà=contare dall’antica radice latina compurare= "fare di conto". (A dargli questo nome fu Anatasoff Berry, un rumeno. E' lui considerato il "padre" del Computer ). Lo sviluppo del computer negli ultimi decenni non ha avuto eguali in nessun altro ambito industriale e tecnologico. Gli elaboratori diventano sempre più veloci e potenti, e una macchina acquistata oggi sarà obsoleta tra sei mesi. Ciò è dovuto principalmente alla produzione di dispositivi microelettronici sempre più piccoli, una corsa cominciata più di sessant’anni fa………….

6 La prima generazione: Dai calcolatori elettromeccanici al primo hard-disk. Gli elaboratori a partire dagli anni '50 vengono suddivisi in “generazioni “, basandosi essenzialmente sull'evoluzione della tecnologia impiegata. Con il termine prima generazione 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.

7 Una scelta…obbligata La rappresentazione binaria delle informazioni è la più semplice da utilizzare nell’elaborazione automatica. Un codice binario, infatti, utilizza due soli simboli: 0 e 1. Per codificare un’unità d’informazione binaria (bit) occorre un sistema fisico con due stati ben definiti e determinabili dall’esterno; in tal modo è possibile far corrispondere a uno stato in valore 0 e all’altro stato il valore 1. Utilizzando diversi elementi è possibile rappresentare sia le dieci cifre, sia l’alfabeto, sia un certo numero di altri simboli. Il mattone elementare con cui sono costruiti i computer è l’interruttore di corrente elettrica, che appunto può trovarsi in due diversi stati: “aperto” e “chiuso”. La storia dell’elaborazione automatica dell’informazione ha seguito lo sviluppo di interruttori sempre più efficienti, più piccoli e più veloci nella commutazione.

8 Interruttore (1) Poiché la velocità con cui un'interruttore si apre o si chiude (detto tempo di commutazione) condiziona in modo rilevante la velocità di calcolo del computer, dall'invenzione dei primi calcolatori ad oggi si è cercato di migliorare questo meccanismo rendendolo sempre più veloce. Inoltre, la necessità di elaborare grandi quantità di informazioni ha imposto anche l'esigenza di compattare in spazi ristretti un numero sempre più grande di interruttori fino a raggiungere livelli di miniaturizzazione impensabili quando furono introdotti i primi calcolatori.

9 Interruttore (2) Interruttore domestico per l'illuminazione. La commutazione di questo tipo di interruttore deve essere eseguita manualmente e pertanto risulta inadeguato per la realizzazione di un calcolatore. Quello che manca ad un simile dispositivo è il controllo automatico mediante un segnale elettrico per far passare l'interruttore da uno stato all'altro (commutazione).

10 Relè Relè elettromeccanico a due scambi. Permette di controllare due interruttori (visibili sulla destra) mediante un segnale elettrico. Il relè elettromeccanico è probabilmente il meccanismo più semplice che consente di automatizzare l'apertura e la chiusura di un interruttore e, per questa ragione, è stato il primo componente scelto per realizzare le reti logiche nei calcolatori.

11 In principio fu il relè I primi elaboratori automatici di informazioni sono stati lo Z3 di Konrad Zuse, costruito in Germania (1941) e l’Harvard Mark 1 di Howard Aiken negli USA (1944). Entrambi erano basati sul commutatore più veloce disponibile all’epoca: il relè. Una commutazione avviene in un centesimo di secondo. Per fare un confronto con le macchine di oggi, lo Z3 conteneva 600 relè nell’unità di calcolo e 1400 relè nella memoria. Ciò consentiva di effettuare una operazione aritmetica (moltiplicazione, divisione o estrazione di radice) in circa 3 secondi.

12 Dal relè alle valvole Le macchine a relè dimostrarono presto i loro limiti e furono sopravanzate da dispositivi completamente elettronici. Tra il 1939 e il 1942, Vincent Atanasoff e Clifford Berry svilupparono negli Stati Uniti l’ABC, che utilizzava condensatori come elementi di memoria e valvole termoioniche (o tubi elettronici) al posto dei relè. La valvola termoionica (o tubo a vuoto) è stato il primo componente elettronico 'attivo' realizzato dall'uomo. Per 'attivo' si intende un componente che, grazie ad una fonte esterna di energia, è in grado di innalzare la potenza di un segnale posto al suo ingresso. Il suo funzionamento di massima è semplice: la corrente passa fra due elettrodi: l'anodo ed il catodo, a seconda della tensione a cui sono posti e a seconda della tensione a cui sono poste alcune parti metalliche (griglie) frapposte ai due. Il catodo, terminale negativo, emette elettroni per effetto termoionico, cioè per riscaldamento. Nei primi tipi di valvola, il catodo era a riscaldamento diretto, cioè per riscaldarlo veniva usata una parte della corrente anodica: però, visti i grossi problemi di interferenze che questo sistema crea nei ricevitori con più valvole venne presto abbandonato, e il compito di scaldare il catodo è oggi affidato universalmente a un filamento in tutto e per tutto simile a quello delle lampadine a bassa tensione.

13 Le valvole Il triodo è il tipo di valvola più semplice che può essere utilizzata per realizzare un interruttore controllato da un segnale elettrico. Le prime valvole elettroniche sono state introdotte all'inizio del '900. Un calcolatore a valvole era caratterizzato anche da un notevole consumo di corrente elettrica poiché poteva contenere migliaia di tali dispositivi. Infine, un grave inconveniente delle valvole termoioniche era legato alla loro scarsa affidabilità in termini di durata. Infatti, il notevole numero di valvole impiegate in un calcolatore faceva sì che i guasti in tali calcolatori fossero particolarmente frequenti. La maggiore velocità delle valvole termoioniche deriva dal fatto che il dispositivo non contiene parti meccaniche in movimento, ma l'apertura e chiusura dell'interruttore è controllata dalla sola presenza della tensione elettrica su un elettrodo ausiliario (griglia). Infatti, è la tensione di griglia che controlla (permette o inibisce) il passaggio di una corrente elettronica dal catado all'anodo.

14 L’ABC (da sinistra) John V. Atanasoff II, Arthur Oldehoeft (Computer Science), Charles Shorb e John Gustafson (Ames Lab) accanto alla replica del computer ABC (11 Agosto 1997) Sarà terminato nel 1942 e battezzato ABC (Atanasoff Berry Computer). Non è programmabile, ma fornisce le basi per i successivi computer.

15 1946: Entra in funzione ENIAC La logica delle calcolatrici elettromeccaniche fu riportata nel primo calcolatore elettronico: l'Eniac ( "Electronic Numerical Integrator and Calculator ) Questo mastodonte entrò in funzione il 16 febbraio1946 in un salone di nove metri per quindici, al poligono di tiro del comando di artiglieria di Aberdeen, nel Maryland

16 ENIAC (2) Ecco alcune sue caratteristiche: aveva quasi 17 mila valvole, 70 mila resistenze e 10 mila condensatori, 5 mila saldature e un peso di trenta tonnellate. Era capace di effettuare 300 moltiplicazioni o addizioni al secondo e assorbiva la bellezza di 174 Kilowatt quando era in funzione, con il risultato di fare fondere continuamente, per via del terribile calore, gli isolanti dei diversi condensatori. Questo vero e proprio colosso, ma delicato come una fragile lampadina, venne costruito per conto dell'Esercito americano, più precisamente per il laboratorio ricerche balistiche. Originariamente doveva costare dollari, alla fine, però, il suo costo arrivò alla stratosferica cifra di quasi mezzo milione di dollari, una somma altissima per un solo elaboratore. Ma spesa a parte (a carico dei contribuenti, ovviamente), l'"Eniac" era considerato utilissimo nei vertici dell'Esercito americano. Questo perché le tabelle balistiche, indispensabili per ogni tipo di cannone e proiettile, erano necessarie ai soldati statunitensi poiché, dopo la campagna di guerra del Nord Africa nel 1942, gli Alleati avevano capito che, a causa delle differenti caratteristiche e peculiarità del terreno, così diverso rispetto a quello americano, i tiri dell'artiglieria risultavano assai imprecisi. Allo stesso tempo, però, ricalcolare a mano tutte le precedenti tabelle era un'impresa a dir poco impossibile. Tanto per fare un esempio, per stilare una semplice tabella balistica occorreva calcolare dalle duemila alle quattromila traiettorie, ognuna delle quali richiedeva all'incirca 750 moltiplicazioni. Ecco perché il contributo di "Eniac" fu importantissimo, in quanto fu capace di calcolare una determinata traiettoria in appena 30 secondi contro le quasi venti ore necessarie a un matematico con l'ausilio di una calcolatrice elettromeccanica.

17 ENIAC (3) L'impiego della tecnologia elettronica permise di ottenere una velocità di calcolo mille volte superiore. Si trattava sempre di una macchina a programma esterno ed era ben diversa dai computer moderni. L'ENIAC era un calcolatore general- purpose, i cui limiti erano principalmente la piccola quantità di memoria e la noiosa modalità di programmazione. Per programmarlo si dovevano cambiare i collegamenti al suo interno. Una cosa che purtroppo non si può riportare in queste pagine è l'odore di queste macchine, che veniva disperso in seguito all'enorme calore prodotto. Odore di circuiti elettrici, di trasformatori impregnati di olio isolante, di cavi, di legno, di metalli surriscaldati e acidi vari. La stessa cosa vale per il rumore. Un insieme di suoni provenienti dagli enormi impianti di condizionamento, dai relè, dalle vibrazioni dei trasformatori e degli impianti di alimentazione dei circuiti.

18 ENIAC (4) Considerato una meraviglia del suo tempo, questo gigante rimase in servizio per nove anni, fino a quando divenne praticamente impossibile usarlo a causa dei continui guasti e per le enormi spese di manutenzione (una squadra di dieci tecnici era sempre disponibile ventiquattro ore al giorno). Dato l'enorme calore sprigionato e la fragilità dei suoi componenti, l'"Eniac" si guastava in media ogni cinque ore e mezza e in un anno era capace di bruciare quasi 20 mila valvole. Durante la sua costruzione, lo scienziato John Tykey creò il termine di "bit", attraverso la contrazione delle parole inglesi "Binary digit" (cifra binaria). Una striscia di otto "bit" forma un "byte", oggi universalmente utilizzato per rappresentare un carattere o un numero singolo. Questo per dare un'idea del numero di calcoli che vengono effettuati da un comune computer dei nostri giorni (nell'ordine di diversi miliardi al secondo) per eseguire i tanti programmi o "softwares", rispetto alle prestazioni del povero "Eniac". Ma oltre alle sue incredibili dimensioni e per il fatto di essere considerato il primo vero "prototipo" di "computer", l'"Eniac" merita di essere ricordato anche per un altro fatto.

19 1945: EDVAC Ha inizio il progetto dell'EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) sotto la guida di John von Neumann e H.H. Goldstine. Si tratta del primo progetto di calcolatore elettronico a programma memorizzato. In altre parole del vero e proprio calcolatore moderno. Derivato dall'ENIAC, esso ne perfeziona il concetto di programmabilità, in quanto i programmi -anzichè essere inseriti dall'esterno- sono incorporati nella memoria della macchina.

20 1946 Nell'anno la IBM sviluppa la macchina moltiplicatrice 603. E' il primo calcolatore elettronico commerciale a valvole prodotto in serie. E' in grado di eseguire le moltiplicazioni volte più velocemente delle precedenti macchine elettromeccaniche. C'è nell'aria il boom dell'ENIAC e per la prima volta IBM si sente superata da un progetto che non aveva intuito né previsto. Una delle risposte IBM al successo dell'ENIAC fu appunto la produzione in massa (dove per "massa" s'intende una ventina di esemplari!) del calcolatore 603, che opera ad una velocità di schede all'ora, mentre le macchine elettromeccaniche della concorrenza viaggiavano a 600 schede/ora.

21 1947 Al MIT (Massachusetts Institute of Technology), nasce 'Whirlwind', macchina molto veloce orientata al funzionamento 'in tempo reale'. Fa uso per la prima volta di nuclei magnetici. Diviene operativo nel E' considerato il primo 'minicalcolatore‘.

22 Viene introdotto il tamburo di memoria magnetica, come dispositivo di memorizzazione dati nel computer.

23 Nel frattempo………… ……..Il 23 dicembre 1947 la direzione dei laboratori Bell viene informata da John Bardeen e Walter Brattain che insieme a William Shockley hanno sviluppato il primo transistor [TRANsfer reSISTOR]. Il transistor aprirà la strada alla seconda generazione di computer. Ma devono ancora essere fatte molte ricerche per mettere realmente i transistor in produzione e non ci vorranno meno di 6 anni per farlo. Il primo transistor, presentato presso i Bell Labs nella storica data del 23 dicembre 1947

24 1948 IBM 604 Il calcolatore elettronico 604, introdotto nel 1948 e di cui si venderanno unità nei successivi 10 anni, era progettato principalmente per calcoli commerciali. Nella configurazione di base sarà usato con un lettore perforatore di schede (tipo 521?). Per renderlo utile a fini commerciali viene abbinato ad una tabulatrice 402 o 407 e da una a tre unità d'espansione di memoria tipo 941. Questa combinazione verrà felicemente venduta sotto il nome CPC (Card-Programmed electronic Calculator). Il prezzo sarà attorno al milione di dollari di oggi. Il 604 ha una velocità di clock di impulsi al secondo (50Khz diremmo oggi). Le macchine e 941 sono invece elettromeccaniche ed usano relè e contatori rotanti con tempi di 400ms per operazione, contro lo 0,5ms del 604!

25 1948 Mark 1 Il 21 giugno, presso l'Università di Manchester, Mark I (ovvero Baby machine) diventa il primo computer digitale a programma memorizzato realmente operativo. Utilizza valvole e circuiti.

26 1949 Il computer Whirlwind, costruito sotto la guida di Jay Forrester al MIT, diventa il primo computer in tempo reale ed è messo in servizio nel terzo trimestre. Contiene valvole.

27 1949 Basandosi sull'idea di un computer a programma memorizzato, Eckert e Mauchly fondano la compagnia UNIVAC per sviluppare l'UNIVAC-1 (UNIVersal Automatic Computer). E' la prima compagnia che intende produrre computer su vasta scala e non più per scopi prettamente scientifici o militari. Verranno prodotte 46 unità, vendute per più di un milione di dollari. Da questa macchina in poi l'uso di programmi cablati e impostati tramite interruttori sarà considerata obsoleta. Questa macchina riceve le istruzioni direttamente dal programma memorizzato su di essa.

28 1949 Alla Università di Cambridge viene progettato e prodotto l'EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), da Maurice Wilkes e dallo staff del Mathematical Laboratory at Cambridge University. La macchina è l'equivalente dell'UNIVAC. Dispone di tubi di memorie acustiche, oscilloscopio come display e contiene la cosiddetta libreria di subroutines disegnata da Wilkes. La libreria consiste di piccoli programmi denominati appunto subroutines e probabilmente rappresenta il primo tentativo di kernel di sistema. Si può considerare il primo calcolatore a programma totalmente memorizzato. Il programma e i dati sono entrambi modificabili in memoria, proprio come suggeriva il brevetto di Zuse nel 1936, ma Zuse stesso non implementò questa tecnologia nei suoi Z1, Z2 e Z3.

29 Viene ultimato il MARK III, che si basa su un progetto di sole valvole elettroniche. Il computer preleva i dati da un nastro magnetico. La macchina pesa 35 tonnellate ed è composta da parti separate. Un'addizione richiede 0,3 secondi, mentre per una moltiplica occorrono 6 secondi Il primo Univac I è spedito all'Ufficiodel Censimento degli USA in marzo. Il primo computer costruito in serie. Pesa 5 tonnellate, la sola unità centrale (la CPU) è lunga più di 5 metri e alta 2 metri e mezzo. Le capacità del calcolatore permettono di risolvere il prodotto di due numeri in 2,5 millisecondi: una potenza di calcolo notevole. I primi exit-poll dell'era moderna videro protagonista proprio un Univac-I, che durante le elezioni presidenziali americane del 1952 anticipò il risultato finale (vinse Eisenhower).

30 1951 Memoria a nuclei magnetici L'americano Jay Wright Forrester, (capo del progetto Whirlwind) l'11 maggio, registra un brevetto per la memoria a nuclei magnetici chiamato "Multicoordinate Digital Information Storage Device". Queste memorie sono composte da piccoli nuclei magnetici attaverso i quali vengono fatti passare 4 fili. I due fili incrociati (blu) servono a cambiare la polarità di un nucleo. Per indirizzare il cambio di polarità ad un solo nucleo la corrente che viene fatta passare da un solo filo sarebbe insufficiente, ma nel punto in cui interseca la corrente dell'altro filo allora ha abbastanza forza per variare il campo magnetico, che così passa dallo stato O allo stato 1 o viceversa. La lettura della memoria è di tipo distruttivo, perchè va a cambiare la polarità del nucleo, che deve essere rimesso nel suo stato originale. In tutti i casi l'invenzione è geniale perchè si tratta di memorie non volatili (essendo formate da campi magnetici) ad alta velocità e sicuramente affidabili. Le prime unità di nastri magnetici impiegate all'epoca presentano un grosso problema: i frequenti comandi di avvio/arresto del nastro alla fine lo danneggiano o lo inceppano. La IBM risolve questo problema tramite una colonna sotto vuoto. Facendo passare il nastro all'interno di una colonna sotto vuoto, infatti, il nastro rimane sempre teso verso il basso e siccome non vi è resistenza dell'aria non si danneggia e resta in posizione.

31 1952 La IBM annuncia il 701, un nuovo calcolatore progettato per il calcolo scientifico, di cui il primo esemplare verrà installato per la Difesa USA. Ronald Reagan e Herb Grosch del Watson Laboratory's e l'IBM 701 nel 1956 Ne saranno prodotti e installati solamente 19 esemplari nell'arco dei suoi 3 anni di vita.

32 1953 Il più grande computer a valvole mai costruito fu quello per il progetto SAGE (Semi-Automatic Ground Environment) dell'Aeronautica degli USA per la difesa aerea del territorio americano. Iniziato nel 1953 sarà pienamente funzionante solo dieci anni più tardi. Il sistema SAGE raccoglie informazioni dai radar dislocati in varie parti del territorio che, tramite linea telefonica, trasmette ad una sede centrale per l'elaborazione, tramite appunto questo nuovo sistema di computer. Man mano che il sistema si evolverà, verranno piazzati nuovi radar, comunicazioni, computer, visualizzatori e nuove tecnologie di programmazione.

33 1953 Debutta l'IBM 650, conosciuto anche col nome di calcolatore a tamburo magnetico e diventa il primo computer prodotto industrialmente. Con questa macchina si può affermare che è nato il primo minicomputer. Ne verranno venduti 450 già nel primo anno di produzione. Nei successivi 15 anni ne saranno prodotti e venduti più di 1500, che per questo periodo è un record assoluto. Come il 701, anche il 650 può leggere e scrivere sia da nastro magnetico che da schede perforate.

34 IBM 650 Nel 1956 il prezzo per il noleggio era di 3.200$/mese (il costo di una grossa Cadillac). La funzionalità del sistema era dell'80% di tempo (non garantito). Eseguiva una somma o sottrazione in 1,63 millisecondi, una moltiplica in 12,96ms e la divisione in 16,90ms. La memoria nella maggior parte dei sistemi era data dal tamburo magnetico che conteneva 2.000word (10 digit+segno) e con un tempo random di accesso di 2,496ms. Anche se l'IBM 650 non era una super macchina, aveva una caratteristica particolare che la rendeva attraente e facilmente vendibile: un sacco di luci lampeggianti! Con quelle chiunque poteva controllare che qualcosa "si muoveva" nel cuore del cervellone La Texas Instruments introduce il transistor al silicio, puntando sulla drastica riduzione dei prezzi di produzione.

35 1955 La IBM annuncia il 704, un nuovo calcolatore con memoria a nuclei al posto del CRT utilizzato sui precedenti sistemi IBM 701, con aritmetica floating- point e un sacco di nuove istruzioni per il calcolo scientifico.

36 1955 IBM 702: la prima macchina commerciale completamente costruita con transistor e messa sul mercato da IBM. L'ancora alto costo dei transistor ne decreterà il flop. Ma la linea di sviluppo è ormai tracciata.

37 1956: Appare il primo… L'IBM introduce e inizia le installazioni dei sistemi RAMAC 305 (RAMAC = Random Access Method Of Accounting And Control). Sarà questo il primo passo per trasferire i dati (records) dal supporto delle vecchie e ingombranti schede perforate, alle unità a dischi magnetici. Il passaggio è rivoluzionario, in quanto consente di eseguire operazioni di aggiunta, aggiornamento o cancellazione di record semplicemente riscrivendoli sul disco. Si tratta dei primi elaboratori commerciali che dispongono di una unità a dischi fissi per la memorizzazione di dati al posto dei tamburi magnetici o delle unità nastro. Il sistema fa ampio uso di valvole elettroniche, poste in cestelli facilmente estraibili.

38 .. hard-disk della storia L'unità disco consisteva in una pila di 50 dischi da 24", con una capacità totale di 5 o 10 milioni di caratteri (5Mb o 10Mb), che era un'enormità per quei tempi! La velocità di rotazione era di giri al minuto. L'unità poteva avere uno o due bracci d'accesso (il secondo era optional). Ogni braccio aveva una sola testina di lettura/scrittura. Il RAMAC 305, però, non sarà la macchina che darà la spinta al passaggio da elaborazioni a schede a sistemi a dischi e/o nastri magnetici. Questa macchina ha un costo elevato, è particolarmente fragile e quindi soggetta a lunghi fermi di manutenzione e non è facile da programmare, richiedendo per l'impostazione di un lavoro, sia il caricamento di un programma ancora su schede che l'impostazione di una serie di pannelli a spine estraibili.

39 SECONDA GENERAZIONE Nel 1956 i primi computer a transistor sono annunciati. Si tratta del TRIDAC e di tre modelli sperimentali del MIT siglati TX-O. Viene introdotto un UNIVAC a transistor, disegnato per scopi commerciali. I nuovi computer basati sui transistor aprono la strada alla:

40 Il transistor (1) Furono tre ricercatori americani, John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley a idearlo e a perfezionarlo il 23 dicembre (Nobel) Questo termine rappresenta la contrazione di "TRANsfer reSISTOR", in quanto è in grado di far variare la resistenza tra due morsetti agendo dall'esterno. Che qualcosa del genere potesse funzionare si era capito anche prima, e alcune intuizioni di base risalgono ai primi del '900. Ma furono loro tre a risolvere i problemi fisici e tecnologici alla base del transistor. L'obbiettivo era trovare un marchingegno che amplificasse un segnale, quello che corre sui cavi telefonici, per esempio. Anzi, proprio da questa esigenza, fondamentale per l'espansione della telefonia, si era partiti alla ricerca di qualcosa che funzionasse meglio dei tubi a vuoto, dispositivi dalla rottura facile e produttori di grande calore.

41 Il transistor (2) Il transistor è un dispositivo elettronico costituito da un cristallo di silicio o di germanio in cui vengono opportunamente introdotti atomi di materiale diverso. Per certi valori della tensione elettrica cui è sottoposto, esso ha la capacità di trasmettere o meno la corrente, e quindi di rappresentare l’1 o lo 0 che sono riconosciuti dalla macchina. Rispetto alle valvole, i transistor presentano numerosi vantaggi: hanno un costo di fabbricazione nettamente minore ed una velocità dieci volte maggiore, potendo passare dallo stato 1 allo stato 0 in pochi millionesimi di secondo. Le dimensioni sono di alcuni millimetri rispetto ai parecchi centimetri di un tubo a vuoto.

42 Il transistor (3) Ma si dovette attendere fino al 1950 per vedere il primo elaboratore elettronico costruito in serie. Si trattava dell'"Univac-1" con un costo assolutamente proibitivo, 250 mila dollari dell'epoca. Anche l'"Univac-1" in fatto di misure non scherzava: pesante cinque tonnellate, l'unità centrale occupava uno spazio di 5 metri e mezzo per quasi quattro ed era alto due metri e mezzo. Funzionava ancora a valvole, ne aveva miniaturizzate. Troppo grande e soprattutto troppo costoso per essere alla portata di tutti. Ma ormai l'epoca delle valvole era giunta al tramonto. Anche la sicurezza di funzionamento viene aumentata perché i transistor, operando “a freddo”, evitano le rotture per riscaldamento che erano abbastanza frequenti nelle valvole. Praticamente indistruttibile grazie a una durata di 90 mila ore; meno "affamato" di elettricità e con la possibilità di funzionare subito senza attendere il suo riscaldamento, a differenza delle stesse valvole.

43 Curiosità…… La radio fu la prima ad arrivare, in questa invasione dell’elettronica “solid state”, per una accurata scelta di marketing ed anche grazie alla sua intrinseca semplicità, che ne rese possibile la realizzazione anche se la tecnologia del transistor in quegli anni era ben lungi dall’essere matura. Nel novembre del 1954 venne commercializzato il primo apparecchio radio interamente a transistor. Con la fine della Seconda Guerra Mondiale vennero messe in produzione delle valvole a bassissimo consumo e dal minimo ingombro, che resero possibile la realizzazione di apparecchi riceventi veramente piccoli, leggeri e portatili. Questi apparecchi necessitavano di due pile: una da 1,5V per l’alimentazione dei filamenti ed una da 67,5 o 90V per l’anodica. L’autonomia era di dieci ore o poco più, ma il peso complessivo e le dimensioni dell’apparecchio erano veramente limitati, ed inoltre in molti casi era possibile alimentare l’apparecchio direttamente dalla rete luce quando era presente. I portatili a valvole ebbero un discreto successo, e furono prodotti e commercializzati da quasi tutti i grandi produttori La famosissima radio portatile a valvole "Dinghy" della Voxson (1954) La Regency TR1, la prima radio a transistor del mondo (1954)

44 1956: Il primo Pegasus Il primo PEGASUS, prodotto dalla azienda inglese Ferranti Ltd., entra in servizio. Pegasus si distinguerà per l'alta affidabilità e facilità d'uso. E' il primo computer che usa un registro generale, dispositivo in uso sulla maggior parte dei moderni computer. Dal 1956 al 1962 verranno costruiti 40 sistemi Pegasus dalla Ferranti Ltd.

45 1957 Viene fondata la Digital Equipment Corp. da Ken Olsen and Harlan Anderson. Il loro primo computer, il PDP 1 (Programmed Data Processor) sarà rilasciato nel 1960 ed avrà molti discendenti di successo. Nello stesso periodo Jean Hoerni, Kurt Lehovec e Robert N. Noyce del Fairchild laboratories prendono parte allo sviluppo di un Circuito Integrato; un circuito composto da un solo strato di silicio.

46 INTANTO….. Il 12 settembre 1958, un ingegnere della Texas Instrument, Jack Kilby, dopo mesi di lavoro chiama i giornalisti e annuncia di aver inventato il circuito integrato (il chip). Afferma che la sua invenzione inaugurerà la seconda generazione dei computer.

47 1959 In una mostra di Parigi viene presentato il primo computer commerciale Giapponese a transistor della NEC: il NEAC 2201.

48 1959 La IBM consegna i primi 4 modelli del primo computer completamente transistorizzato all'Aeronautica degli Stati Uniti. Si tratta del sistema IBM All'inizio degli anni '60 le traiettorie di volo dei missili Saturno della NASA saranno calcolate un'impressionante numero di volte dai sistemi IBM La macchina può eseguire calcoli al secondo. E questo parametro creerà una unità di misura standard nell'industria: il numero di calcoli floating point al secondo (FLOPS).

49 1959 Mentre molte aziende procedono nello sviluppo di supercomputer, IBM annuncia la disponibilità di due piccole macchine, l'IBM 1401 per le aziende e l'IBM 1620 per gli scienziati.

50 1960 La Heatkit mette sul mercato il suo EC1 per scopi educativi. E' il primo computer analogico “abbordabile” da un vasto pubblico per via del prezzo molto basso (400$). La macchina diventerà molto popolare tra gli ingegneri e nelle scuole.

51 1960 Viene progettato il LARC (Livermore Advance Research Computer) dalla Remington Rand per attività scientifiche. Utilizza transistor.

52 1960: il PDP 1 La DEC introduce il PDP-1, il primo computer commerciale con un monitor e tastiera per l'input. Costa dai ai dollari.

53 1961 Mentre i sistemi operativi, prima chiamati monitors o supervisors, si sviluppano allo scopo di incrementare le prestazioni dei computer, verso la fine anni '50, gli utilizzatori sono ancora frustrati dalla mancanza di familiarità e facilità d'uso del computer. Per risolvere questo problema e ridare il controllo delle macchine agli utilizzatori, Fernando Corbatò, del MIT, produsse il CTSS (Compatible Time Sharing System) per l'IBM 7090/94, il primo sistema effettivo di ripartizione del tempo. Il 7090 è una versione transistorizzata del IBM 709, che era una macchina assai popolare nei primi anni '60. Il 7090 a 32Kb di memoria a 36-bit e dispone di unità hardware floating point.

54 1961 Il computer IBM 7030 (detto Stretch) viene completato e gira 30 volte più velocemente del 704. Console

55 1964 L'IBM annuncia il System/360: siamo alla Il più piccolo dei Sistemi 360 IBM si chiama 360/20. Dispone di una memoria per programmi da 8kb ed ha un microcodice memorizzato come firmware. Funziona come tutta la serie 360 con unità a dischi removibili (dispack) e unità a nastro magnetico. Il presidente della Intel, Gordon Moore e la sua famosa legge. I chip prodotti e venduti nel '64 erano ancora molto pochi, ma nonostante la scarsa quantità di dati a sua disposizione, l’ingegnere riuscì lo stesso a trarre dalle sue osservazioni il principio secondo cui la potenza dei microprocessori cresce in maniera esponenziale. Questa ipotesi di partenza fu poi precisata e trasformata in una vera e propria legge: il numero dei transistor di un chip raddoppia ogni 18 mesi e con il downsizing (la diminuzione delle dimensioni degli elementi che costituiscono un microprocessore) i costi per produrre e commercializzare i chip scendono in maniera proporzionale.

56 L’evoluzione tecnologica Nella storia della tecnologia vi sono svolte in cui accade qualcosa di nuovo e fondamentale, nasce qualcosa di irrefrenabile e irreversibile (pensiamo all'automobile, al televisore…): questo è stato l'impatto dell'invenzione del Intorno alla fine degli anni '60 la crescente miniaturizzazione dei componenti elettronici arrivò al livello LSI (Large Scale Integration), cioè decine o centinaia di migliaia di componenti su un singolo chip. Molti ingegneri si chiesero che tipo di funzione potesse richiedere così tanti componenti, ma la risposta era evidente: memorie a circuiti integrati e CPU su singolo chip per piccoli computer, visto che le CPU richiedevano allora una o più schede piene di componenti SSI e MSI.

57 L’evoluzione tecnologica L'impegno maggiore nella ricerca e progettazione dei processori è venuto sicuramente dalla Bell Telephone, una società di Boston da sempre all'avanguardia nella ricerca e sperimentazione di nuove tecnologie elettroniche. Alcuni scienziati, provenienti dalla Bell Telephone, intorno al 1965 fondarono, in California, la Fairchild che divenne poco tempo dopo la leggendaria Silicon Valley.

58 1968 Nasce L’ INTEL 1968 Nasce L’ INTEL Nel 1968 nacque la Integrated Electronics, più nota come INTEL, ad opera di Robert Noyce e Gordon Moore, che furono tra i primi ad allontanarsi dalla Bell Telephone. L’Intel, fu una delle prime a sfruttare la tecnologia LSI, e già nel 1969 aveva sviluppato un grosso budget nella produzione di memorie a circuito integrato. Furono i tagli ai finanziamenti della NASA del 1970, che fecero diminuire di molto gli acquisti per componenti elettronici ed apparecchiature, ad obbligare le industrie elettroniche a diversificare la produzione rivolgendosi al grande mercato pubblico con la produzione delle calcolatrici tascabili.

59 1971 Nasce il microprocessore che ha cambiato il mondo Nel 1971 ha inizio la “SECONDA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE”. Diversamente da quello a vapore della prima rivoluzione, il suo 'motore' è costituito dalla straordinaria invenzione del MICROPROCESSORE o MPU (MicroProcessing Unit). La spinta alla realizzazione del primo microprocessore fu la richiesta della società giapponese Busicom di sviluppare la parte elettronica di una calcolatrice da tavolo. La Busicom ordinò all’ Intel la produzione di un set di dodici chip di differenti tipologie.

60 1971 Nasce il microprocessore che ha cambiato il mondo Ted Hoff responsabile della ricerca della Intel Corp., preferì puntare su un chip standard, che potesse adattarsi a qualsiasi calcolatrice rendendola versatile ed economica, seguendo una strada che Fairchild e Rockwell avevano già pionieristicamente battuto. Hoff Riprogettò l'intero circuito e invece di 12 chip ne utilizzò solo 1, che conteneva tutta l'unità centrale di elaborazione (CPU), oltre alla memoria RAM e quella ROM. Lo schema di base del primo microprocessore venne messo a punto da Ted Hoff e Stan Mazor, mentre il compito di tradurre questa intuizione in una macchina funzionante fu di Federico Faggin coadiuvato dal giapponese Masatoshi Shima. Per la loro invenzione, Faggin, Hoff e Mazer avranno un posto d'onore nella National Inventor's Hall of Fame degli Usa.

61 1971: Microprocessore Intel 4004 La realizzazione elettronica dello schema eseguita da Faggin (fisico italiano nato a Vicenza nel 1941) portò alla nascita del primo dispositivo programmabile e controllabile tramite un linguaggio di programmazione in grado di soddisfare le necessità di elaborazione più disparate. Nasce il microprocessore Intel 4004 con un bus a 4 bit. Il microprocessore di Faggin non è altro che una scheggia di silicio di 3 cmq, su cui è contenuto un circuito integrato (2300 transistors) relativamente semplice, ma dall'architettura già perfettamente matura e chiaramente predisposta per ulteriori sviluppi. Nel circuito integrato sono riuniti tutti gli elementi (aritmetici, logici e di controllo) indispensabili per un elaboratore. Faggin

62 1971: Microprocessore Intel 4004 L'Intel 4004 fu il primo microprocessore su singolo chip, così come anche il primo commerciale. Fu messo in commercio con un package a 16 pin dual in-line il 15 Novembre del Il prezzo iniziale fu di 200 dollari. Esso era in grado, una volta collegato al suo chipset (un chip di memoria ROM, un chip di RAM e un chip d'interfacciamento ingresso/uscita) di simulare il comportamento di un vero computer (per le dimensioni fu definito "microcomputer"), e non solo di pilotare una calcolatrice come era il progetto iniziale. Intel 4004 Circuito interno del 4004

63 1971: Microprocessore Intel 4004 Già al momento della sua nascita, la capacità di elaborazione, 60 mila operazioni al secondo, fu superiore al gigantesco ENIAC a valvole del 1946 o ad un computer IBM dei primi anni '60 con una unità centrale grande come un tavolino. Per lo sviluppo del microprocessore 4004, la Intel spese solo 150 mila dollari. Oggi la Intel è il maggiore produttore al mondo e ciò conferma che l'innovazione non è solo il prodotto di ingenti investimenti, ma il risultato di applicazione e creatività di ricercatori ben preparati. Rita Levi Montalcini, presente alla consegna della laurea honoris causa in ingegreria elettronica, che l'Università di Roma Tor Vergata ha consegnato a Faggin, ha detto che il fisico avrebbe più di lei meritato il Nobel.

64 1972: Microprocessore 8008 Il microprocessore 4004 era poco potente ed inadeguato per calcoli d'uso generalizzato, quindi con poche prospettive d'essere venduto. Era in grado di operare esclusivamente con cifre numeriche, ma per generalizzare l’uso era necessario aumentare le dimensioni dei registri per poter trattare tutti i caratteri alfanumerici e di punteggiatura. Con sei bit era possibile rappresentare tutti i caratteri alfanumerici, ma non i vari caratteri di punteggiatura. L’emergere contemporaneo del byte a 8 bit quale standard di codifica dei dati digitali favorì la scelta di questo formato quale dimensione del registro del nuovo microprocessore In soccorso del nuovo nato di casa Intel sembrò arrivare nel 1971 la Display Terminal Corporation, più nota adesso come Datapoint, che indì una gara d'appalto per la produzione di un processore monolitico in grado di controllare un CRT, un Cathod Ray Tube, un tubo catodico.

65 1972: Microprocessore 8008 Alla gara parteciparono la Texas e, naturalmente, la Intel. La Texas si ritirò ben presto, lasciando il campo alla Intel, che nel 1972 sfornò dai propri laboratori un circuito integrato che svolgeva alla perfezione tutte le mansioni richieste dalla Datapoint, utilizzando un bus non più a 4 bit, ma a 8 bit; l'unico difetto che aveva era la velocità estremamente bassa. Poichè il chip fu consegnato troppo tardi e non soddisfaceva gli obiettivi di prestazioni della CTC, la Datapoint si risolse ad usare altri dispositivi e non quelli della Intel. Un accordo tra la Intel e la CTC permise alla Intel di vendere il chip ad altri clienti.

66 1972: Microprocessore 8008 Il neonato microprocessore 8008 con una velocità di 200 kHz e contenente 3500 transistors fu realizzato, nei laboratori dell’ Intel, da Faggin. L'8008, con la prima memoria statica, è in grado di conservare i dati sino a quando non viene interrotta l'alimentazione elettrica. Su questo chip gli ingegneri Nat Wadsworth e Robert Findley realizzarono il primo microcomputer, che fu prodotto in serie in scatola di montaggio dalla Scelbi e venduto per corrispondenza a 440 dollari. Intel 8008

67 1972: Microprocessore 8008 Descrizione Il chip (limitato dai 18 piedini del suo package dual in- line) ha un solo bus a 8 bit e richiede molti altri chip di supporto per il suo funzionamento. Per esempio gli indirizzi a 14 bit, che consentono l'accesso a 16 KB di memoria, devono essere memorizzati in un buffer esterno, detto Memory Address Register (MAR). Può accedere a 8 porte di input e 24 di output. Il fatto che l'8008 può elaborare dati 8 bit alla volta gli permette di accedere a molta più RAM rendendolo dalle 3 alle 4 volte più veloce dei processori a 4 bit.

68 1972: Microprocessore 8008 Il microprocessore 8008 trovò immediatamente applicazioni nei più disparati settori, dal controllo dei semafori stradali a quello delle emissioni di gas di scappamento delle auto, dagli strumenti scientifici ai giochi elettronici e alle macchine 'intelligentì' di tutti i tipi. Circuito interno dell’8008

69 1974: Microprocessore 8080 Il microprocessore Intel 8080, progettato e prodotto dalla Intel, è il successore dell’Intel 8008 (con cui è compatibile a livello di codice assembly, dato che entrambi usano lo stesso instruction set sviluppato da Computer Terminal Corporation). CPU a 8 bit, fu messo sul mercato nell'Aprile del 1974 con un modello a 2 MHz, ed è considerato da quasi tutti come la prima CPU a microprocessore utilizzabile realmente. Fu venduto al prezzo di 360$. Intel 8080

70 1974: Microprocessore 8080 Descrizione Lo spazioso packaging DIP a 40 pin permette all'8080 di fornire un bus di indirizzi a 16 bit e un bus di dati a 8 bit, che consentono di accedere facilmente a 64 kB di memoria. Il processore ha transistors, un clock da 2Mhz e contiene un Kernel di 75 istruzioni. All'interno è dodato di sette registri a 8 bit (sei dei quali possono essere combinati a formare tre registri da 16 bit), uno stack pointer a 16 bit (che, al contrario di quanto accade nell'8008 che fa uso di una stack interna, punta in memoria), e un program counter a 16-bit. L'8080 Può accedere a 8 porte di input e 24 di output.

71 1974: Microprocessore 8080 Impatto Il primo microcomputer a scheda singola fu costruito sulla base dell'8080. L'8080 è stato usato in molti computer storici, come il MITS Altair 8800 e l'IMSAI 8080, che tra i primi hanno eseguito il sistema operativo CP/M; un sistema che ha fruttato molto al successivo processore Zilog Z80, completamente compatibile con l'8080 e più potente: l'accoppiata Z80 - CP/M divenne infatti la combinazione CPU/OS dominante, in modo simile con ciò che è accaduto un decennio dopo tra x86 ed MS-DOS. interno di ALTAIR 8800 IMSAI 8080

72 1974: Microprocessore 8080 Iniziò un'epoca di grande sviluppo di processori sempre più potenti, anche da parte di altre industrie come la Motorola, la Rockwell e la Texas stessa. Poco dopo il lancio dell'8080 fu introdotto il suo concorrente Motorola 6800, e successivamente il MOS Technology 6502, clone del Motorola 6800

73 1976: Microprocessore Z-80 Nel '74 Faggin lasciò la Intel e si mise in proprio fondando a Cupertino la Zilog. Il nome Zilog fu inventato dallo stesso Faggin: la lettera zeta, ultima dell'alfabeto, sta ad indicare l'ultimo grido del campo dei microcircuiti, la 'i' per integrated, e 'log' per logico. Nel Luglio del 1976 la Zilog Corp. lanciò lo Z-80 sul mercato, uno dei chip più popolari mai realizzati. E' l'inizio del piccolo computer di massa, non più riservato alle grandi aziende, ma finisce nelle case di tanti appassionati.

74 1976: Microprocessore Z-80 Lo Z-80, microprocessore a 8 bit, fu progettato per offrire compatibilità binaria con l'Intel 8080 in modo che la maggior parte del codice 8080 (in particolare il sistema operativo CP/M) potesse essere eseguito sullo Z80 senza modifiche. Lo Z-80 è una buona alternativa all'Intel 8080 ed offre nuovi vantaggi, tra cui un set più ampio di istruzioni e una velocità da 2,5Mhz a 10Mhz.

75 1976: Microprocessore Z-80 Lo Z80 offre otto importanti miglioramenti rispetto all'8080: Un instruction set più avanzato, che poteva far uso di due nuovi registri indice IX ed IY Due register file separati che potevano essere scambiati velocemente, per migliorare il tempo di risposta agli interrupt Istruzioni di block move, block I/O e byte search Istruzioni di manipolazione a livello di bit Un contatore integrato per il refresh della DRAM, senza il quale sarebbero necessari circuiti aggiuntivi Necessità di una singola sorgente di alimentazione a 5 Volt Richiesta di un numero minore di chip esterni per la generazione del clock e le interfacce a memoria ed I/O Un prezzo molto più basso

76 1976: Microprocessore Z-80

77 Nei primi anni '80 lo Z-80 fu usato in una grande quantità di home computer, tra cui l'MSX, il TRS-80 di Radio-Shack, i Sinclair ZX80 e ZX81 e lo ZX Spectrum. È apparso anche in molte macchine CP/M"anonime" da ufficio (nonché nel meno anonimo Osborne 1) che dominavano il mercato nello stesso modo in cui lo dominano ora le macchine Windows. A metà degli anni '80 lo Z80 fu impiegato nel Tatung Einstein e nelle serie Amstrad CPC e PCW, oltre ad essere stato la CPU scelta per lo standard MSX.

78 1976: Microprocessore Z-80 Tanta fu la popolarità dello Z80 e del CP/M che il Commodore 128 incorporò un processore Z80 per compatibilità a fianco del suo MO Technology Altri computer basati sul 6502 come il BBC Micro, l'Apple II e il Commodore 64 (quest'ultimo basato sul 6510) possono far uso di uno Z80 grazie ad unità esterne o cartucce. Più tardi lo Z80 fu utilizzato in molti modelli di calcolatrici grafiche Texas Instruments (TI) come la TI-85 e la TI-83 nelle console Master System e nel Game Gear di SEGA. Apple II

79 1977: Microprocessore 8085 L'Intel 8085 è un microprocessore a 8 bit prodotto dalla Intel a metà degli anni '70. Supporta l'assembly del più famoso Intel 8080 ma richiede meno hardware di supporto, permettendo la costruzione di calcolatori più semplici e meno costosi. Il "5" nel nome si riferisce al fatto che l'8085 richiede solo 5V per l'alimentazione contro i 5V e 12V dell'8080. Fu utilizzato sui computer con sistema operativo CP/M, e fu successivamente utilizzato per i microcontroller (soprattutto per la sua ridotta necessità di circuiteria di supporto). L'8085 può indirizzare 65KB di memoria e, diversamente da altri microprocessori dello stesso periodo, ha uno spazio di indirizzamento per l'I/O di 256 celle. Ha un vettore incorporato di registri chiamati A, B, C, D, E, H e L.

80 1977: Microprocessore 8085 Dell’'8085 veloce ed economico, assieme allo Z-80 della Zilog, con il quale era software compatibile, ne furono venduti qualcosa come 700 milioni di esemplari.

81 1978: Microprocessore 8086 L’Intel 8086 è un microprocessore a 16 bit progettato dalla Intel nel 1978, che diede origine all'architettura x86. È basato sull'8080 e sull'8085 (è compatibile con l'assembly dell'8080), con un insieme di registri simili, ma a 16 bit. “la dimensione dei registri raddoppia ulteriormente e si entra nell’era dei 16 bit”. Il guadagno in termini di prestazioni risulta essere così 10 volte maggiore rispetto a quello dell’ Può indirizzare fino a 1MB di memoria (una quantità pressochè infinita per quei tempi) avendo a disposizione un bus indirizzi a 20 bit. Contiene transistor ed una tecnologia NMOS (MOS di tipo n) a 3.0 micron

82 1978: Microprocessore 8086 L'unità di interfaccia con il bus (detta BIU da Bus Interface Unit) passa le istruzioni all'unità di esecuzione (detta EU da Execution Unit) attraverso una coda di prefetch, in modo che il fetch e l'esecuzione delle istruzioni fosse contemporaneo, una forma primitiva di pipelining (le istruzioni dell'8086 avevano una dimensione tra 1 e 4 byte). Ha quattro registri a 16 bit per uso generico e quattro registri a 16 bit di indice (incluso lo stack pointer). Ha uno spazio di indirizzamento a 16 bit per l'I/O (cioè può accedere a dispositivi di I/O a 8 bit) e dispone di una tabella di vettori per gli interrupt fissa.

83 1978: Microprocessore 8086 Il primo microcomputer commerciale costruito utilizzando l'8086 fu il Mycron Anche la IBM Displaywriter, una macchina per la scrittura di testi, utilizzava l’8086.

84 1979: Microprocessore 8088 Nel 1979 la INTEL presentò l'8088 a 4,77 MHz che, con lo stesso insieme di istruzioni e la medesima architettura interna a 16 bit dell'8086, aveva però un bus di dati esterni a 8 bit. Tale bus con minor numero di linee diminuiva le prestazioni del microprocessore quanto a velocità, ma era più adeguato alle memorie e ai circuiti di I/O sviluppati all'epoca. Il bus degli indirizzi è a 20 bit, quindi l'8088 è in grado di indirizzare 2 20 = 1MB di memoria.

85 1979: Microprocessore 8088 Il trionfo dell'8088 si ebbe quando la IBM scelse tale microprocessore per i suoi PC. Il successo di vendita dei PC portò allo sviluppo di software con molteplici applicazioni in molti campi. PC IBM

86 1979: Microprocessore 8088 Dato il successo dell’8088 uno dei principali obiettivi dei microprocessori sviluppati successivamente dalla Intel fu quello di essere compatibili a livello di software, in modo da poter eseguire qualsiasi programma realizzato per funzionare con 8086/8088. Il successo del processore 8088 comportò l'inserimento di Intel nelle classifiche di Fortune 500, e la rivista Fortune definì questa società uno dei trionfi aziendali degli anni settanta.

87 1979: Microprocessore 8088 Limiti Le limitazioni di un processore a 8 bit erano del resto chiarissime, non potendo questo gestire, se non con innaturali paginazioni, memorie superiori a 64 KB ed era limitato dalla dimensione dei suoi registri nell'esecuzione di operazioni su insiemi di dati complessi, in special modo nell'ambito delle operazioni matematiche.

88 1980: Microprocessore Nel 1980 Motorola presenta il chip 68000, un processore a 16 bit che più tardi supporterà i Macintosh. La versione iniziale del è stata presentata per competere coll'Intel Motorola 68000

89 1980: Microprocessore Il Motorola è il primo membro di una numerosa famiglia di microprocessori ed è stato utilizzato da molti produttori di personal computer. Spesso ci si riferisce all'intera famiglia con il nome di "m68k" o di "68k" Macintosh

90 1980: Microprocessore Originariamente il MC68000 è stato progettato per essere un processore per usi generici. È stato utilizzato da diversi produttori di personal computer come Amiga, Atari e Apple. Molte console lo hanno utilizzato, per esempio la Sega Genesis/MegaDrive, il NeoGeo e molte macchine da sala giochi. Molti progettisti lo hanno utilizzato e apprezzato e dal loro lavoro sono nati l'Amiga 1000, l'Atari ST, vari modelli di Macintosh e le macchine UNIX della SGI.

91 1980: Microprocessore Da una sua derivazione sono nati i processori CPU32 e Coldfire utilizzati in milioni di sistemi di automazione industriale. È stato utilizzato anche in molte apparecchiature mediche per il suo basso costo e la sua affidabilità e dalla Texas Instruments per realizzare le sue calcolatrici grafiche.

92 1980: Microprocessore La prima versione arrivava fino a 8 MHz che per i tempi era una frequenza molto elevata. Alcune istruzioni richiedevano solo 4 cicli di clock per essere completate, questo era dovuto all'efficiente architettura interna. Motorola ha cessato di produrre il nel 2000 anche se continua a produrre alcuni suoi derivati come le CPU32. Dal 2001 Hitachi ha ripreso a produrre grazie a una licenza concessale da Motorola.

93 1980: Microprocessore Il era un compromesso intelligente: quando venne presentato i bus a 16 bit erano la soluzione migliore in quanto relativamente veloci e non molto costosi. Motorola, infatti, progettò il con un bus a 16 bit ma l'architettura interna era quasi totalmente a 32 bit poichè era sicura, a ragione, che il prezzo dei componenti sarebbe sceso rapidamente e quindi la soluzione a 32 bit sarebbe diventata la migliore.

94 1980 Il coprocessore 8087 L'Intel 8087 fu il primo coprocessore matematico prodotto dalla Intel, ed era progettato per essere utilizzato insieme all'Intel 8088 e all'8086. Intel 8087

95 1980 Il coprocessore 8087 Lo scopo dell‘ 8087, il primo processore della famiglia x87, era di accelerare i calcoli a virgola mobile. Le prestazioni aumentavano dal 20% al 500% a seconda dell'applicazione specifica. L'8087 forniva due tipi base di dati a virgola mobile a 32 e 64 bit e un supporto interno aggiuntivo esteso a 80 bit per aumentare la precisione sui calcoli complessi. A parte questo, l'8087 forniva un formato BCD a 80 bit e dati interi a 16, 32 e 64 bit.

96 1982: microprocessore 286 Il processore 286, noto anche come 80286, è stato il primo processore Intel e AMD (insieme) che consentiva di eseguire tutto il software scritto per il suo predecessore. Rappresentò una vera e propria rivoluzione nel “mondo personal”.

97 1982: microprocessore 286 Funzionante interamente a 16 bit, integrava transistor a 5 volt (chiusi in piccolo contenitore quadrato a 68 piedini) e rappresentava un salto tecnologico rilevante rispetto agli XT: dà inizio, infatti, alla storia dei computer denominati AT (Advanced Tecnology). Questa compatibilità software rimarrà la caratteristica principale di tutta la famiglia di microprocessori Intel.

98 1982: microprocessore 286 Tra le nuove caratteristiche, cinque nuovi registri per la gestione della memoria in modalità multitasking e la possibilità, per mantenere la compatibilità verso il basso, di poter lavorare in modalità reale o protetta. Nella prima modalità si comporta come l'8086 e non utilizza i nuovi registri: è compatibile con il suo predecessore, col vantaggio di essere molto più veloce. Nella modalità protetta consente il multitasking e la protezione tra task e memoria virtuale. La modalità protetta non ebbe inizialmente successo: le applicazioni per 8086 esistenti non erano compatibili e solo nel 1987 verrà sviluppato l'OS/2, un sistema operativo in grado di operare in modalità protetta. La frequenza di clock inizialmente era di 6 MHz, divenne presto otto, quindi dieci e poi 12 nel Negli anni successivi, usciranno versioni a 16 e persino a 20 MHz.

99 1982: microprocessore 286 Secondo alcune stime, entro 6 anni dall'introduzione del processore 286 i personal computer basati su questo processore erano 15 milioni in tutto il mondo!!! E pensare che…. nel 1943, Thomas J. Watson, Chairmain IBM, disse : "Ritengo che il mercato mondiale possa avere bisogno al massimo di 5 computers,“ Ken Olsen, Presidente della DEC, nel 1977, "Non c'è nessun motivo che una persona abbia un computer in casa"..

100 1982: microprocessore 286 Con il 286, il PC esce dalla categoria dei sistemi batch (sistemi che eseguono vari lavori in sequenza) per entrare a fare parte dei sistemi multitasking (sistemi nei quali i processi possono avanzare in parallelo).

101 1985: microprocessore 386 Conosciuto come il processore più copiato al mondo, era costituito da transistor a 5 volt (un numero più di cento volte superiore rispetto all'originale processore 4004) e raggiungeva velocità che variavano tra i 16 e i 40 Mhz. Annunciato il 17 ottobre del 1985, il microprocessore 386 vide la luce.

102 1985: microprocessore 386 Si trattava di un chip a 32 bit ed era "multitasking", nel senso che consentiva di eseguire più programmi contemporaneamente. Esistono due diversi modelli gli DX e i SX. I primi hanno architettura a 32 bit totale (interna e sul bus dati che comunica con la memoria RAM) mentre i secondi, più economici trasmettevano dati al bus esterno a 16 bit alla volta. Potevano indirizzare 4096 megabyte di RAM ed essere affiancati dal coprocessore matematico

103 1985: microprocessore 386 E' in grado di eseguire tutte le istruzioni dei chip precedenti, ma li sorpassa in termini di prestazioni. I primi chip operavano a frequenze di 12,5 e 16 MHz; nel tardo 1986 venne commercializzata la versione a 20 MHz, seguita due anni dopo da quella a 25 MHz. Nel 1989 arrivarono i "mostri" a 33 MHz. Gli analisti avevano previsto che il processore non avrebbe avuto un mercato di largo consumo e ne prevedevano un uso limitato ad architetti e scienziati. Per soddisfare l'utenza, non disposta a pagare l'alto prezzo del processore, che in Italia nel 1984 costava circa 800 mila lire, l'Intel commercializzerà dal 1988 la serie 80386sx, con un clock interno a 16 bit, come gli Successivamente, la versione originale dell'80386 verrà commercializzata con la sigla dx.

104 Con questi processori entrava in competizione con INTEL l'azienda AMD (Advanced Micro Device) che immetteva sul mercato l'80386 a 40 Mhz dopo una causa sul copyright vinta su Intel. 1985: microprocessore 386

105 La generazione di processori 486 rappresentò il passaggio da un computer a livello di comandi ad un tipo di elaborazione basata sul mouse. 1989: microprocessore 486

106 "Per la prima volta, il computer era a colori e consentiva di svolgere operazioni di desktop publishing ad una velocità notevole", ricorda lo storico della tecnologia David K. Allison, dello Smithsonian National Museum of American History. 1989: microprocessore 486

107 Il microprocessore 486 fu il primo ad offrire 8 Kbyte di cache di primo livello e un'unità per il calcolo in virgola mobile, quest'ultima basata su un coprocessore matematico integrato (80387), che consentiva di velocizzare l'elaborazione in quanto le funzioni matematiche complesse venivano fornite dal processore centrale. Ricordiamo che la cache di primo livello viene usata per accelerare l'accesso a dati e istruzioni che altrimenti dovrebbero essere recuperate ogni volta dalla memoria esterna, con maggiori cicli di attesa. 1989: microprocessore 486

108 L'Intel, pur tenendo in considerazione la compatibilità con i processori precedenti, modifica leggermente l'architettura e per la prima volta implementa delle routine Risc nella progettazione, ottenendo una diminuzione del tempo di esecuzione delle singole istruzioni a parità di frequenza di clock. Inoltre, la nuova tecnologia costruttiva permette di realizzare le comunicazioni verso l'esterno a 33 MHz evitando problemi di compatibilità con circuiterie non modernissime, mentre la velocità interna di elaborazione è di 66 MHz.routine Risc Grazie alla differente tecnologia, a parità di clock ha prestazioni da due a tre volte superiori rispetto a quelle dell'80386 e nel coprocessore matematico c'è un aumento delle prestazioni superiore al cinquanta per cento. 1989: microprocessore 486

109 Il concetto costruttivo di un microprocessore RISC consiste nella forte riduzione del numero di istruzioni in modo da poter conciliare la velocità del microprocessore con l'esecuzione di queste. Il fine principale della struttura RISC è quello di produrre processori ad alta velocità e dal costo ridotto, data la minore complessità del progetto. Lo svantaggio della tecnologia RISC è il fatto che per i RISC sono stati sviluppati sistemi operativi a minore diffusione rispetto a quelli sviluppati per i CISC, come Windows. Inoltre è conseguenza dell'architettura RISC la maggiore complessità dei programmi: se i processori riconoscono una quantità molto bassa di istruzioni, il programmatore deve sopperire con il software per far svolgere ad essi operazioni complesse. In questo caso diventa praticamente obbligatorio studiare, di ogni porzione di codice, il metodo per renderla più veloce, e l'ottimizzazione del codice diviene di primaria importanza nello sviluppo dei sistemi di tipo Risc. Architettura RISC

110 Il suo chip, in versione originale (486 DX), comprendeva transistor alimentati a 5 volt e usava 168 piedini. 1989: microprocessore 486 Intel 80486

111 Esistono 4 diversi modelli dei processori 80486: gli SX, i DX, i DX2 e i DX4, più alcuni modelli a basso consumo energetico come gli SL. Anche il processore SX rappresentava una sorta di "anello di transizione" nato per fini economici, in quanto era l'unico dell'intera serie a non essere dotato di coprocessore matematico; la sua velocità variava da 25 a 33 MHz. 1989: microprocessore 486

112 I modelli DX raggiungevano una velocità massima di 50 MHz e rappresentarono, unitamente ai loro "fratelli maggiori" la vera piattaforma di decollo per la grafica e la multimedialità. 1989: microprocessore 486

113 I DX2 e DX4 utilizzavano una tecnologia conosciuta sotto il termine di "doppio orologio", in grado di raddoppiare o addirittura quadruplicare la velocità interna della CPU. Le velocità dei DX2 variavano da 50 a 66 MHz, mentre i DX4 raggiungevano normalmente i 100 MHz e gli ultimi processori prodotti da AMD velocità di 120 e 133 Mhz. 1989: microprocessore 486

114 Si deve anche ad AMD l'introduzione di un 486 superveloce che la stessa azienda battezzò 80586, era in effetti un 486 con memoria interna doppia capace di raggiungere una velocità di 133 Mhz e se orverclocckato, anche di 160 Mhz surclassando nei normali applicativi anche gli allora costosi Pentium 100 e : microprocessore 486

115 Per arrivare ad innalzare la frequenza dei processori 486 DX4 la intel ed AMD migliorarono il processo produttivo abbassando da 1.5 micron a 0.8 micron il livello di integrazione dei transistor integrati sul chip. 1989: microprocessore 486 Ciò permise di abbassare la tensione di alimentazione del 486 dai 5 volt ai 3.3 volt potendo cosi innalzare la frequenza dal massimo precedente di 66 Mhz fino ai 120 Mhz.

116 Tabella riassuntiva ProcessoreDimensione registri Linee bus dati Linee bus indirizzi Memoria indirizzabile Coprocessore richiesto bit8201 Mb bit16201 Mb bit Mb SX32 bit Mb DX32 bit32 4 Gb SX32 bit32 4 Gb bit32 4 GbIncorporato

117 Tabella riassuntiva dx MHz MIPS0,640,33 1,26 Data di rilascio4/746/78 2/8210/85 Velcità dei microprocessori misurata in MHz e milioni di istruzioni al secondo (MIPS)

118 Tabella riassuntiva Velcità dei microprocessori misurata in MHz e milioni di istruzioni al secondo (MIPS) 80386sx80486dx80486sx80486dx2 MHz MIPS2,52016,540 Data di rilascio6/884/894/913/92

119 Il processore Pentium® venne così chiamato e registrato dalla Intel per non permettere alla AMD di utilizzare lo stesso nome per i suoi processori. 1993: processore Pentium® Infatti, le leggi americane non consentono di registrare un marchio di fabbrica composto di soli numeri (in questo caso 80586) e quindi pensarono di dargli un nome che lo identificasse univocamente e indicasse il proseguo dei 486: Pentium deriva dal greco penta che significa cinque.

120 Le sue prestazioni consentivano ai computer di incorporare più facilmente i dati del mondo reale, come le parole, il suono, la scrittura manuale e le immagini fotografiche. Si trattava di un processore notevolmente complesso la cui frequenza variava dai 60 ai 200 MHz. 1993: processore Pentium®

121 I Pentium, primi processori con architettura a 64 bit, vennero realizzati dalla Intel assemblando circa transistor con piste da 0.8 Micron alimentati dapprima a 5 volt per i modelli a 60 e 66 Mhz (ma che raggiungevano temperature da cottura) e, in seguito, per innalzare la frequenza, venne diminuita la tensione di alimentazione a 3.3 volt sfruttando una tecnologia costruttiva avanzata a 0.5 micron (millesimi di millimetro). 1993: processore Pentium® Pentium®

122 Maggiori differenze col 486 Data path a 64 bit: questo raddoppia la quantità di informazioni prelevate dalla memoria in ogni operazione di fetch, ma non significa che il Pentium possa far girare applicazioni a 64 bit: i suoi registri principali sono ancora a 32 bit. Supporto per le istruzioni MMX (solo i modelli più recenti)- un instruction set di base adatto solo a rendere più veloci alcune applicazioni multimediali. 1993: processore Pentium®

123 Maggiori differenze col 486 Architettura superscalare: il Pentium possiede due pipeline che gli permettono di completare più di una operazione per ciclo di clock. Una pipeline, chiamata "pipeline U", può eseguire qualunque istruzione, mentre l'altra, chiamata "pipeline V", può eseguire solo quelle più semplici e comuni. L'utilizzo di più pipeline è una caratteristica delle architetture RISC; una delle tante che sarebbero state implementate sulle architetture x86, dimostrando la possibilità di unire le due tecnologie e creare dei processori che possano essere definiti "ibridi". 1993: processore Pentium®

124 La pipeline dati è una tecnologia utilizzata dai microprocessori per incrementare la quantità di istruzioni eseguite in una data quantità di tempo. La pipeline dati è la massima parallelizzazione del lavoro di un microprocessore. Una CPU con pipeline è composta da cinque stadi specialistici, lavora come in una catena di montaggio e quindi ogni stadio provvede a svolgere solo un compito specifico e ad ogni ciclo di clock esce dall'ultimo stadio un'istruzione completata. Nello stesso istante ogni unità sta processando un'istruzione in parallelo. In sostanza si guadagna una maggior velocità di esecuzione pagando una maggior complessità circuitale del microprocessore che non deve essere più composto da una sola unità ma, da cinque unità che devono collaborare tra loro. La Pipeline

125 1.IF: Lettura dell'istruzione e sua decodifica 2.ID: Lettura dei dati da trattare 3.EX: Esecuzione dell'istruzione 4.MEM: Salvataggio nei registri 5.WB: Scrittura in memoria

126 Per realizzare CPU con prestazioni migliori col tempo si è affermata la strategia di integrare in un unico microprocessore più pipeline che funzionano in parallelo. Questi microprocessori sono definiti superscalari dato che sono in grado di eseguire mediamente più di un'operazione per ciclo di clock. Nelle CPU moderne inoltre le pipeline non sono composte da soli cinque stadi ma in realtà ne utilizzano molti di più (il Pentium 4 ne utilizza da 20 fino a 30). Questo si è reso necessario per potere innalzare la frequenza di clock. La Pipeline

127 I Pentium offrivano prestazioni per ciclo di clock di poco inferiori al doppio a quelle di un 486. I 486 più veloci funzionavano ad una velocità vicina alle prime generazioni di Pentium, e i tardi 486 di AMD raggiungevano i Pentium 75. I primi Pentium furono rilasciati a velocità di 60 e 66 MHz; più tardi divennero disponibili in versioni a 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 e 233 MHz. I Pentium OverDrive furono rilasciati come un aggiornamento dei vecchi i : processore Pentium®

128 Il Pentium è dotato di due cache aggiuntive da 8 Kb, una per il codice e una per i dati. La doppia cache incorporata rende il processore più efficiente nell'elaborazione. 1993: processore Pentium® La predisposizione alle operazioni di risparmio energetico permette di razionalizzare il consumo elettrico e di aggiungere ulteriori funzioni di sicurezza.

129 1993: processore Pentium® Le prime versioni di questo processore avevevano un bug presente nell'FPU come ha dimostrato il Dr. Thomas R. Nicely professore di matematica nell'università di Lynchburg. Le versioni prodotte dopo il Novembre del 1994 rimediavano a questa piccola imperfezione.

130 Nel 1994 viene introdotto il Pentium a 90 MHz, che funziona a 3,3 volt anziché a cinque tipici delle CPU 80x86. L'anno successivo escono processore con frequenze a clock 75, 90 e 100 MHz. A distanza di poco tempo, le CPU arrivano ad una capacità di elaborazione a 120 e 133 MHz, mentre nel 1996 escono i modelli a 150, 166 e 200 MHz. 1994: processore Pentium (P54C)

131 Con questa versione di Pentium la Intel correggeva il suo precedente BUG sulle CPU P5 e portava la tecnologia da 0.8 a 0.35 micron, il che andò a favore pure della frequenza di clock raggiungibile che arrivò così a 200MHz!!

132 Presentato nell'autunno del 1995, il processore Pentium® Pro, con i suoi di transistor a 3.3 volt, fu progettato per potenziare le applicazioni a 32 bit a livello di workstation e di server, in quanto consentiva di effettuare operazioni veloci di CAD, ingegneria meccanica e calcolo scientifico. 1995: processore Pentium® Pro Processore Pentium Pro

133 1995: processore Pentium® Pro L'innovazione più importante che lo rese abbastanza famoso nell'ambito delle workstation in quel periodo era la cache di secondo livello (256KB, 512KB o 1MB). I vantaggi che ne traeva erano enormi visto che la cache di secondo livello evitava le limitazioni dovute al BUS della motherboard viaggiando così alla stessa velocità del processore! Questo unito ad un nuovo tipo di esecuzione delle istruzioni chiamato "Dynamic Execution" e la sua grandiosa ottimizzazione nell'eseguire codice a 32Bit fecero di questo processore veramente il TOP disponibile in quel periodo.

134 La cache interna é doppia, 8kB per i dati e 8kB per le istruzioni. La CPU é del tipo superscalare di livello 3, ovvero può eseguire fino a tre istruzioni per ogni ciclo di clock, oltre a disporre di una superpipeline a 14 stadi e complessi sistemi di previsione delle istruzioni future, che consentono prestazioni molto elevate. 1995: processore Pentium® Pro

135 A dispetto del nome, questo processore è molto differente dal predecessore, dato che si basa sulla nuova architettura "P6" che sarebbe stata usata per i successivi Pentium II, Pentium III, e Pentium M. L'architettura P6 supporta l'esecuzione out-of- order e l'esecuzione speculativa delle istruzioni. 1995: processore Pentium® Pro L'esecuzione speculativa di una parte di programma (branch) in attesa dell'esecuzione dell'operazione di selezione comporta un maggiore spreco nel caso che la previsione sulla selezione fosse errata: quindi il Pentium Pro possiede un algoritmo di branch prediction molto più sofisticato rispetto al predecessore.

136 Il contenitore ( in inglese package ) é del tipo PGA (Pin Grid Array) con ben 387 piedini (pin). La sua forma ha richiesto l'adozione di un nuovo zoccolo standard, il Socket : processore Pentium® Pro

137 I lati negativi erano quelli legati invece ai vecchi software; infatti quando doveva eseguire codice a 16bit o a 16/32bit insieme a causa della sua ottimizzazione risultava addirittura più lento dei Pentium calssici (P54C). In seguito venne riscontrato un bug nell'FPU, infatti la conversione di alcuni grossi numeri negativi in numeri interi falliva e generava un overflow, i software dovevano essere appositamente programmati per aggirare il problema.

138 La società americana AMD è praticamente da sempre attiva nel mondo dell'elettronica, in particolare nell'ambito delle memorie, delle logiche programmabili e, ovviamente, dei processori. Advanced Micro Device nasce nel 1969, nel ' 76 inizia la partnership con Intel con la quale firma un accordo per lo sfruttamento dei microcodici degli allora neonati processori Intel, nel 1982 AMD e Intel rafforzano la collaborazione firmando un accordo decennale in cui si impegnano a lavorare congiuntamente sulla piattaforma x86. Nel '87 arriva però la rottura, AMD accusa Intel di non aver rispettato i patti e vince la causa nel 1992 anno in cui comincia a sviluppare autonomamente un processore alternativo a quello Intel. Evoluzione dei processori AMD

139 Ai tempi del 486, quando ancora erano in corso gli accordi di collaborazione con Intel, AMD e Cyrix (altro produttore di processori e coprocessori x86) detenevano addirittura quote di mercato del 30%. I prodotti AMD erano in pratica "cloni" dei processori Intel e Intel sopportava la situazione in nome di un principio noto nel mondo dell'elettronica come "Second Source"; in pratica per l'affermazione di un chip è necessario che esistano sul mercato almeno due fornitori dello stesso (o di un prodotto equivalente ed intercambiabile) per scongiurare eventuali problemi di approvvigionamento. Evoluzione dei processori AMD

140 La situazione mutò improvvisamente con l'avvento del Pentium, Intel decise di mettere fine al fenomeno dei processori cloni e da allora i progettisti di CPU alternative ai prodotti Intel si sono dovuti arricciare le maniche per sviluppare da capo prodotti competitivi e al contempo totalmente compatibili. Evoluzione dei processori AMD

141 Fu così che AMD propose il suo primo processore "indipendente": il K5. Il K5 era, sugli interi, migliore a parità di clock rispetto sia al Pentium che al Cyrix 6x86 ma fu introdotto in ritardo sul mercato esibendo minori frequenze rispetto alla concorrenza (riuscì a produrre processori a 75 e 90 Mhz con grave ritardo e solo quando ormai Intel aveva gia immesso sul mercato i Pentium a 166 Mhz) e prestazioni inferiori sul versante Floating-Point. 1996: Processore AMD K5

142 Questo processore, nato l'8 Gennaio del 1997, era come un normale Pentium, ma costruito con una tecnologia migliore (piste elettriche a 0.35 micron) che permise di realizzare un modello a 233 Mhz (266 MHz per gli ultimi). 1997: processore Pentium MMX (Intel) Nel 1994 la Intel iniziò un progetto chiamato NSP (Native Signal Processing) che però fallì miseramente a causa di problemi software, così nel 1995 il progetto MMX ebbe inizio.

143 Con 4,5 milioni di transistor a 2,8 volt e una memoria interna di 32 KByte, veniva assemblato su un chip di 296 piedini. 1997: processore Pentium MMX (Intel)

144 La novità di questo processore fu quella di avere inserite nel suo codice, oltre alle classiche istruzioni dell'8086, anche ulteriori 21 nuove istruzioni per la grafica ed il multimedia dette MMX (Multimedia Extension) utilizzate per migliorare appunto le performance grafiche e multimediali. Le prestazioni delle applicazioni multimediali erano migliorate del 60% circa e non dell'80% come all'inizio era stato dichiarato. Questo fu dovuto al fatto che l'unità MMX e l'FPU dei Pentium MMX usavano gli stessi registri, facendo si che la CPU doveva rimuovere tutte le istruzioni dall'FPU prima di passare alle istruzioni MMX e vice versa, facendo si che le applicazioni che sfruttavano entrambe le unità risultassero molto più lente! 1997: processore Pentium MMX (Intel)

145 La tecnologia MMX (Matrix Math eXtension o Multi-Media eXtension) è un insieme di istruzioni che usa la matematica matriciale per supportare algoritmi di compressione e decompresione grafica (come JPEG, GIF e MPEG) e il rendering grafico 3D. MMX consente al coprocessore matematico di agire su diversi segmenti di dati simultaneamente attraverso un processo chiamato SIMD (Single Instruction Multiple Data). 1997: processore Pentium MMX (Intel)

146 I Pentium MMX erano spinti comunque dallo stesso "Core" che avevamo precedentemente visto nei Pentium P54C, ma in questa nuova incarnazione questo processore vanta di ben 32KB di cache di 1° livello, un voltaggio inferiore rispetto al predecessore (2.8V) e tecnologia a 0.35 micron, un ben più avanzato supporto del "Branch Prediction" e una pipeline ancora più avanzata.

147 1997: processore Pentium MMX (Intel) Grazie a queste nuove caratteristiche il processore risultava leggermente più performante del predecessore nell'esecuzione di software tradizionale, mentre risultava avere un incremento variabile dallo 0% al 60% nell'esecuzione di software appositamente studiato per l'MMX e non sfortunatamente dell'80% come all'inizio era stato dichiarato. Questo fu dovuto al fatto che l'unità MMX e l'FPU dei Pentium MMX usavano gli stessi registri, facendo si che la CPU doveva prima rimuovere tutte le istruzioni dall'FPU prima di passare alle istruzioni MMX e vice versa, facendo si che le applicazioni che sfruttavano entrambe le unità risultassero molto più lente!

148 1997: processore Pentium MMX (Intel) MMX introduce tre elementi fondamentali rispetto alle architetture non-MMX: 57 nuove istruzioni eseguibili dal microprocessore, per la gestione più efficiente di audio e video; il procedimento Single Instruction Multiple Data (SIMD), che rende possibile l'esecuzione della stessa operazione su dati multipli; l'incremento di 32 Kb della CPU cache del microprocessore, il che significa accesso alla memoria centrale meno frequente e conseguente risparmio in termini di tempo d'esecuzione.

149 1997: processore Pentium MMX (Intel) La tecnologia MMX, quando fu introdotta nei processori Pentium, al molto fumo corrispose poco arrosto: il software ottimizzato per le nuove istruzioni tardò ad arrivare e Intel rischiò un clamoroso flop.

150 1997: processore Pentium MMX Mobile (Tillamook) Una versione a basso consumo del Pentium MMX venne rilasciata a fine 1997 nella versione 200 e 233 MHz. Questo processore ovviamente indirizzato ai notebook vantava di un processo costruttivo a 0,25 micron che riduceva di ben il 50% il consumo di energia del modello standard. Questo nuovo processo costruttivo comportò una notevole diminuzione del voltaggio facendo sì che arrivasse a 1.8V di core e 2.5 per l'interfaccia I/O. Questa riduzione di voltaggio comportò la produzione di processori sempre più veloci che consumavano sempre meno energia; come dimostrazione una versione di Pentium MMX a 266MHz uscì sul mercato nel Gennaio del 1998.

151 Nel 1993 una piccola azienda inglese dichiarò di essere riuscita a produrre un processore ultraveloce che faceva uso di un'unità RISC (tripla unità di calcolo che elabora istruzioni semplici in parallelo) per emulare le funzioni di un processore 8086, invece delle unità CISC (singola o doppia unità di calcolo sugli interi che elabora istruzioni complesse in parallelo). 1997: processore AMD K6 Il primo processore AMD di 6° generazione

152 L'AMD acquistò questa azienda e fece sua questa tecnologia, portando alla luce il 2 Aprile 1997, il processore AMD K6 che dimostrò di avere una unità di calcolo per gli interi efficientissima, più veloce (a parità di frequenza) di qualsiasi altro processore, mentre l'unità di calcolo in virgola mobile (coprocessore matematico) era sì superiore ai normali Pentium, ma non raggiungeva le performance del Pentium MMX e dei futuri Pentium II. 1997: processore AMD K6

153 Tuttavia l'economicità di questo processore, unita alle buone performance, resero ad AMD un discreto guadagno. La sua architettura si basa su 8,8 milioni di transistor a 2,2 volt, 64 Kb di cache di primo livello e 321 piedini. 1997: processore AMD K6

154 Benchè fosse dotato di features avanzate, il K6 aveva una pecca:  Era costruito su pipeline a bassa latenza a 6 stadi, ottima per ridurre gli stalli ma difficile da far salire in frequenza, almeno rispetto ai 10 stadi del Pentium II.  La floating point unit non è completamente pipelined e quindi esibisce performance ampiamente inferiori al Pentium.

155 1997: processore AMD K6  La cache di secondo livello è sempre saldata su piastra e funziona a 66Mhz contro la cache integrata su schedina dedicata del Pentium II e cloccata a metà frequenza del processore; questo rappresentò una debolezza ma anche un punto di forza della piattaforma K6 perché permetteva il riutilizzo di piastre Socket7 (quelle del Pentium) ed in ogni caso costi minori rispetto alla proposta Intel.

156 Il processore Pentium® II, nasce per rivoluzionare l'architettura tipica del processore. Con i suoi 7,5 milioni di transistor a 2,2 volt per i primi modelli e 2,0 per i secondi, incorpora la tecnologia MMX di Intel, progettata specificamente per l'elaborazione efficiente di dati video, audio e grafici. Due sono i modelli prodotti: i primi denominati Klamath (0,35 micron) e i secondi chiamati Deschutes (0,3 - 0,25 micron). 1997: processore Pentium® II

157 Viene fornito con un chip di memoria cache (secondo livello) ad alta velocità, 512 kbyte, in una innovativa cartuccia S.E.C. (Single Edge Contact) collegata ad una scheda madre tramite un connettore (Slot 1) a singola estremità, come quelle delle normali schede, abbandonando il classico socket7 basato su una serie di piedini (pin). 1997: processore Pentium® II Con questo chip, si possono registrare, modificare e condividere foto digitali con amici e parenti tramite Internet, modificare e aggiungere testo, musica o transizioni tra scene nei video domestici, e, tramite videotelefono, inviare video sulle linee telefoniche standard e su Internet.

158 1997: processore Pentium® II (KLAMATH) Come il Pentium Pro, questo processore a 7,5 milioni di transistor (0,35 micron) fa uso dello stesso core P6, ma con l'aggiunta di alcuni registri segmento che aumentano la sua velocità nell'eseguire codice a 16 bit e 16/32 bit. La cache di primo livello è stata portata a 32Kb ed è stato inserito un buffer ancora più grosso proprio per aumentare le performance di quest’ultima.

159 1998: processore Pentium® II (DESCHUTES) Il modello Deschutes del Pentium II vanta come innovazioni rispetto al predecessore una nuova tecnologia a 0.25 micron anzichè 0.35, da qui una minore generazione di calore e miglior rendimento, con questo processore notiamo anche il balzo dal bus restato finora invariato a 66MHz ai 100MHz. Un altra particolarità è il misuratore della temperatura direttamente sul processore per una monitorizzazione costante della stessa. Da qui anche in nuovo indice di misurazione performance per CPU Intel: ICOMP 3.0.

160 1998: processore Pentium® II Mobile (DESCHUTES) Altro non è che la versione per notebook del Deschutes, naturalmente con un voltaggio più basso appunto per evitare un alto consumo di energia.

161 1998: processore Pentium® II Mobile PE (DIXON) Questa versione definita dalla Intel PE (Performance Enhanced) si avvale della cache di secondo (256Kb) livello inserita nuovamente on die e viaggiante alla stessa velocità del processore stesso!

162 1998: processore Pentium® II XEON Studiato appositamente per le Workstation questo processore è il più performante e costoso di tutte le CPU Pentium II prodotte dalla Intel. Seguendo la scia del Pentium Pro lo Xeon vanta di una cache di secondo livello molto grossa (da 512 a 2 MB) e viaggiante alla stessa velocità del processore e inserita sulla stessa scheda, da qui la necessità di usare un altro tipo di Slot, chiamato appunto Slot 2. Rispetto al classico Pentium II abbiamo pure il supporto per 4 CPU invece che 2.

163 Nato come versione economica del Pentium II immessa sul mercato da Intel per contrastare il dominio AMD nella fascia bassa del mercato. Si differenzia da quest'ultimo per la totale assenza di cache di secondo livello e nessun supporto multiprocessore. Purtroppo però la totale assenza di cache lo penalizzò non poco, infatti il processore risultava leggermente più potente dei P55C e non ebbe molto successo nel mercato di quel periodo. 1998: processore Pentium II Celeron (Covington)

164 1998: processore Pentium II Celeron A (Mendocino) La Intel non tardò ad accorgersi del problema del vecchio Celeron e delle voci di malcontento che giravano, così in Agosto produsse la versione A del Celeron destinata a prendere una larga fascia di mercato per tutti gli home user senza troppe pretese degli anni successivi. Questa CPU infatti rispetto al predecessore vantava di 128Kb on die viaggianti alla stessa frequenza della CPU cosa che nemmeno le CPU Pentium II avevano. Gli utenti presto si accorsero di cosa comportasse quella cache così veloce... e cioè una enorme overcloccabilità del processore stesso, moltissimi utenti infatti riuscirono a spingere facilmente il modello 300A a una frequenza di 450MH, raggiungendo prestazioni di poco inferiori a quelle di un Pentium II molto più costoso; davvero impressionante.

165 1998: processore Pentium II Celeron A (Mendocino) L'Intel notò il fenomeno e per contrastarlo fece si che il moltiplicatore della CPU restasse bloccato alla frequenza imposta alla fabbrica, rendendo necessario innalzare la frequenza di BUS per riuscire nuovamente a spingerlo a livelli altissimi, facendo si che questo processore restasse ancora il sogno di tutti gli overcloccatori accaniti! Il Celeron A era disponibile in due versioni, una sul canonico Slot 1 e un altra su Socket 370.

166 1999: processore Pentium II Celeron Mobile (Mendocino) Uguale al Celeron A ma con richieste energetiche abbastanza inferiori fanno di questo processore l'ideale per sistemi notebook a basso costo.

167 Questo processore vuole rappresentare la risposta di AMD al Pentium II. E' identico al K6 a livello architetturale, ma ingloba 21 nuove istruzioni chiamate 3D Now! per la grafica 3D e per i videogiochi in particolare. La tecnologia 3DNow! introduce l'approccio SIMD (Single Istruction Multiple Data) anche con i numeri in virgola mobile (MMX opera solo sugli interi) e permette l'esecuzione di fino a 4 istruzioni su numeri Floating point a singola precisione (32bit). 1998: processore AMD K6 II Il secondo processore AMD di 6° generazione

168 Raggiunge attualmente frequenza di 450 MHz. Le istruzioni sono parzialmente supportate dai driver Directx 6.x e successivi, ma sono supportate per intero solo quando sono inglobate nei driver della scheda video

169 Più tardi AMD decide di lanciare una nuova versione del processore indirizzata ad una fascia di mercato che comprende un’utenza più professionale e, per migliorare le già ottime prestazioni generali, viene integrata nel processore una cache di secondo livello di 256 KB di tipo full speed, cioè funzionante alla stessa frequenza del processore (sui Pentium II è di tipo a metà della frequenza del processore). 1998: processore AMD K6 II

170 Il processore integra ben 9,3 milioni di transistor a 2.2 volt con tecnologia costruttiva a 0.25 micron ed una velocità di 266 e 300 Mhz!!!! 1998: processore AMD K6 II

171 1999: processore Pentium® III (Katmai) Chiamato Katmai per lungo tempo, la Intel decise di chiamare questa CPU Pentium III; quasi simile al Pentium II, di cui è la terza evoluzione aggiunge a questo delle altre istruzioni e alcune nuove caratteristiche. Infatti aggiunge un set di 70 nuove istruzioni multimediali chiamate Streaming SIMD (Single-Insrtuction, Multiple-Data) o MMX-2 o KNI (Katmai New Instructions). Questo nuovo set di istruzioni doveva incrementare la velocità di navigazione nei siti internet appositamente realizzati, dare una maggiore velocità nella riproduzione audio-video e accelerare i giochi 3D (Le istruzioni KNI vennero supportate dalle DirectX a partire dalla verione 6.1). Queste istruzioni rendevano più veloce l'unità di virgola mobile permettendo al processore di lavorare su dati multipli con una sola istruzione e il beneficio che si otteneva programmando appositamente il software era di un 35% di performance in più rispetto ai Pentium II a pari frequenza.

172 1999: processore Pentium® III (Katmai) Fortunatamente questa CPU poteva essere inserita nelle motherboards per Pentium II avendo solo bisogno di aggiornare il bios per aggiungere il supporto SIMD. Si inseriva senza nessuna difficoltà sullo Slot 1 ma era leggermente più piccola e con una maggiore diffusione di calore per evitare il surriscaldamento della CPU visto che le alette di raffreddamento erano a diretto contatto con il chip Usa la tecnologia a 0,18 micron per spingere la frequenza di funzionamento oltre i 600 Mhz.

173 1999: processore Pentium® III (Katmai) Un altra innovazione fu l'inserimento di un numero ID generato casualmente alla fabbricazione inserito nella ROM del processore; questo serviva alla Intel per essere sicuri che nessuno modificasse o overcloccasse il processore e per rendere la navigazione su internet più sicura, ma quando molte persone si lamentarono e chiamarono in causa la Intel per problemi legati alla privacy questa dovette inserire un programmino capace di abilitare o disabilitare il numero di identificazione (Off di default). Vennero apportate anche ottimizzazioni interne che lo rendevano dal 3 al 7% più veloce del predecessore. Notiamo anche l'introduzione del primo processore con bus a 133MHz!

174 Marzo 1999: processore Pentium® III XEON (Tanner) Versione per workstation del Pentium III, come successe per il Pentium II ha la cache di secondo livello molto grossa e viaggiante alla stessa frequenza del processore e l'aggiunta delle istruzioni KNI, queste ultime danno un incremento di velocità abbastanza significativo sopratutto nelle workstation grafiche con programmi studiati, ad esempio Photoshop 5.5. Usa la tecnologia a 0,25 micron e ha una frequenza di clock paria 500/550 MHz.

175 Sulla stessa serie dei fratelli precedenti, l'AMD decide di lanciare una nuova versione, più veloce, del suo processore K6 II, indirizzata ad una fascia di mercato che comprende un’utenza più professionale. 1999: processore AMD K6 III

176 E’ stato (in attesa che arrivasse l'attesissima CPU Athlon, sempre dall'AMD) il maggior antagonista sul mercato del Pentium III Intel.

177 E' dotato: 1999: processore AMD K6 III  sia delle istruzioni MMX (istruzioni interne del microprocessore per accelerare i calcoli in ambito multimediale);  sia di quelle 3Dnow! (che velocizzano tutti i calcoli in ambito tridimensionale).

178 Per migliorare le già ottime prestazioni generali, viene integrata nel processore una cache di secondo livello di 256 KB di tipo full speed, cioè funzionante alla stessa frequenza del processore (sui Pentium II è di tipo a metà della frequenza del processore). 1999: processore AMD K6 III

179 Schema funzionale del core K6, K6-II e K6-III

180 1999: processore AMD Athlon (K7) Il 24 giugno 1999, la AMD Italia annuncia, tramite un comunicato stampa, di aver iniziato le spedizioni (ai produttori di PC che ne hanno fatto richiesta) del nuovo processore di settima generazione, il microprocessore chiamato Athlon, il K7. La nuova CPU di casa AMD è inizialmente disponibile alle frequenze di 600, 550 e 500 MHz. L'Athlon è il primo microprocessore della settima generazione e, afferma fiera la AMD, il più veloce al mondo.

181 Nella scelta del nome Athlon, il colosso califoniano (da sempre grande antagonista di Intel) ha voluto sottolineare il netto distacco tecnologico tra il nuovo prodotto, un vero campione di prestazioni, e l'attuale famiglia di processori AMD-K6 in termini di possibilità e rendimento. 1999: processore AMD Athlon (K7)

182 Terza generazione dei processori AMD, realizzata inizialmente con un sistema di produzione a 0,25 micron (per funzionare ad oltre 500 Mhz), passerà poi alla versione più sofisticata da 0,18 micron e raggiungerà velocità prossime al GHz, grazie anche all'uso del rame al posto dell'alluminio. 1999: processore AMD Athlon (K7)

183 Usa un particolare slot proprietario per connettersi alla scheda madre, chiamato Slot A, e nasce per competere in modo completo ai Pentium III di Intel. 1999: processore AMD Athlon (K7)

184 Tra le novità di questo processore rileviamo per prima una frequenza di bus ufficiale, supportata dal nuovo protocollo della Alpha detto EV6, che sarà probabilmente di 200 Mhz, contro i 100 degli attuali chipset Intel 440 BX e per seconda l'aumento della cache. 1999: processore AMD Athlon (K7)

185 Quella di primo livello, infatti, (L1 cache) verrà inserita nella quantità di 128k, il doppio di quella implementata nel K6-2 e il quadruplo del Pentium 2; quella di secondo livello (L2 cache), sarà invece presente in varie dimensioni e velocità: nei modelli di punta raggiungerà il megabyte e sarà del tipo on - die, ovvero cloccata alla stessa velocità del processore, di contro alla cache di secondo livello del Pentium 2, che viaggia alla metà della velocità di quest'ultimo. 1999: processore AMD Athlon (K7)

186 Le istruzioni 3D Now! implementate in questo chip sono: 1999: processore AMD Athlon (K7)  5 ottimizzate per il DSP (processamento del segnale digitale) estremamente efficienti nella compressione audio.  19 dedicate al calcolo matematico per il riconoscimento vocale e alla video compressione;

187 Schema funzionale del core K7

188 Differenze tra Pentium III Katmai e AMD Athlon 600 Pentium III 550AMD Athlon 600 Connessione scheda madre Tecnologia costruttiva Bus di sistema Cache L1 Cache L2 Slot 1 0,25 micron... 0,18 micron 100 MHz 32 Kbyte 512 Kbyte Slot A 0,25 micron... 0,18 micron MHz 128 Kbyte Mbyte

189 2000:processore Pentium III Celeron E’ realizzato con una tecnologia di integrazione di 0,18 micron che si presenta come la versione economica del Pentium III giacchè si è utilizzato lo stesso core ma con un bus di appena 66 Mhz contro il 133 Mhz del Pentium III. Presenta inoltre una cache di II livello pari a 128 KB e non 256KB on die.

190 La frequenza di funzionamento CPU arriva fino a 1,13 GHz, frequenza alla quale la tecnolgia P6 comincia a mostrare tutti i suoi limiti costringendo Intel ad un lungo stallo nell'avanzamento tecnologico, stallo che durerà fino alla presentazione del Pentium :processore Pentium III Coppermine Evoluzione del processore Pentium III di Intel, mantiene infatti la stessa architettura (si basa sul core Katmai), ma integra la cache di secondo livello all'interno del chip, permettendo così di competere con i processori AMD.

191 :processore Pentium III Coppermine Tuttavia questa aggiunta di cache L2, non ha potuto fare miracoli (ricordiamo che l'architettura P6 è stata introdotta con il Pentium Pro nel 1995) trovando maggiore difficoltà nel salire in frequenza rispetto i rivali dell'AMD.

192 :processore Pentium III Coppermine Tutte le CPU di frequenza superiore ai 600 MHz sono del tipo Coppermine, mentre in quelle inferiori ai 600 MHz il nucleo coppermine è riconoscibile dalla sigla "E" posta subito dopo la freq. di funzionamento. Accanto alla freq. si può trovare anche la lettera "B", che identifica i modelli che richiedono un FSB (Frequenza di funzionamento della scheda madre) di 133 MHz.

193 :processore Pentium III Coppermine Ad esempio, per una CPU a 600 MHz: "600" = PIII originale con FSB a 100 MHz "600B" = PIII originale con FSB a 133 MHz "600E" = PIII Coppermine con FSB a 100 MHz "600EB" = PIII Coppermine con FSB a 133 MHz

194 :processore Pentium III Coppermine Altre caratteristiche tecniche:  l'utilizzo del processo produttivo a 0.18 micron (Pentium III e Celeron utilizzano un processo a 0.25 micron)  il voltaggio di alimentazione Core di 1.6V oppure 1.65V a seconda delle versioni. Parte superioreParte inferiore

195 2000: Athlon Thunderbird I punti chiave per l'AMD nel 2000 sono stati la differenziazione dell'Athlon (con l'introduzione di uno zoccolo) e la rivitalizzazione di K6-2 e III. Per questi ultimi si tratterà di ottimizzazioni legate al loro passaggio al processo di produzione da 0,18 micron, che comporterà l'introduzione di maggiori quantitativi di memoria cache e incrementi nella frequenza operativa.

196 2000: Athlon Thunderbird I dati tecnici parlano di una configurazione a 462 piedini, operante con una frequenza di bus di 200 MHz (100 MHz a doppio fronte)e frequenze con incrementi di 50MHz, dai 700MHz a 1GHz (1.000MHz). Per Athlon, AMD passa ad una sua versione su zoccolo (Thunderbird), quest'ultimo denominato Socket A (il connettore a pettine della precedente versione dell'Athlon si chiama invece Slot-A).

197 2000: Athlon Thunderbird I chipset per Athlon sono sempre stati (e sono tutt'ora) leggermente più arretrati di quelli della Intel, e questo lascia temere un'obsolescenza precoce delle schede madri acquistate. Tuttavia il rilascio del chipset AMD-760, renderà l'Athlon Thunderbird un osso veramente duro per tutti. Strutturalmente, l'unica differenza con il predecessore (Athlon K7) riguarda l’introduzione di una cache Level 2 a 256KB direttamente integrata nel chip, che contribuirà a un incremento generale delle prestazioni rendendo più veloce l'accesso ai dati da elaborare, rispetto alla cache da 512KB del precede processore Athlon.

198 2000: Athlon Duron Per far fronte al mercato dei processori a basso costo dominato finora dalla Intel col suo Celeron, l'AMD ha introdotto una nuova CPU, il Duron, nome derivante dalla radice latina "durare". Le ottime prestazioni e il prezzo di listino molto basso lo hanno reso consigliabile ad una larga fascia di utenti.

199 2000: Athlon Duron Duron deriva dalla tecnologia usata nel processore Athlon; Amd, però, differenzierà il chip per quanto riguarda le velocità di clock, il prezzo, la velocità del bus e la dimensione della cache.  Il chip ha 192Kb di memoria cache integrata sul chip (128Kb cache L1 e 64 Kb di cache L2 per un totale 192Kb, contro i Kb del Celeron);  è basato sul processo di produzione a 0,18 micron  utilizza il nuovo contenitore Socket A per l'inserimento nella scheda madre.  ha un Front Side Bus a 200MHz;  è dotato di un'unità superscalare a virgola mobile e l'avanzata tecnologia 3DNow.

200 Nascita dei processori dei giorni nostri: contesto storico AMD era riuscita per prima a superare la "barriera" del GigaHertz; per la casa di Sunnyvale quindi, fu un bel periodo. All'inizio Intel invano aveva tentato di introdurre un processore che raggiungesse quelle frequenze, il Pentium III (Coppermine) ad 1.13 GHz, che però venne subito ritirato dal mercato per consistenti problemi di funzionamento. Solo più tardi Intel, riuscì ad immettere sul mercato processori che superarono il GHz, gli ultimi Pentium III, Coppermine e Tualatin. Questi processori erano dotati di una validissima architettura, che purtroppo però, non permetteva elevatissime frequenze di clock, difatti l'ultimo Pentium III (Tualatin), peraltro destinato a piattaforme server, si fermò a 1.4 GHz.

201 Nascita dei processori dei giorni nostri: contesto storico Intel doveva quindi riscattarsi. Capì che ormai le vendite dei processori erano in larga parte legate alla loro frequenza di funzionamento: più il processore era veloce, più era "richiesto". Fu questa "filosofia" a dare vita all'architettura NetBurst, quella che tutt'ora costituisce il Pentium 4. Questa CPU quindi, si potrebbe definire quasi come una CPU da marketing. Tale architettura ha inoltre introdotto un allargamento della pipeline del processore. Ricordiamo che la pipeline, viene sempre riempita dalle istruzioni che hanno una maggiore probabilità di essere eseguite. Se però, il flusso previsto è sbagliato, le istruzioni già parzialmente elaborate devono essere scartate e ne devono essere caricate di nuove per il nuovo flusso di dati. La pipeline del Pentium 4, essendo il doppio di quella del Pentium III, nel caso di una previsione sbagliata del flusso, deve lavorare il doppio per scaricare e ricaricare le istruzioni

202 : processore Pentium 4 (Willamette) Nel 2001, esce finalmente il Pentium 4, processore dalle grandi aspettative. Il primo Pentium 4, era costituito da core Willamette, core che presentava molte innovazioni, quali, oltre ad un'architettura completamente nuova (NetBurst Micro Architecture), l'introduzione delle allora nuove istruzioni SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2), 256 KB di cache di secondo livello, nuovo package PPGA (con socket 423 pin), e, cosa più importante, l'introduzione dell'ormai famoso Bus Quad Pumped. Questo particolare bus, riesce infatti a quadruplicare la frequenza del Front Side Bus, aumentando di molto la banda passante. Con il core Willamette, questo Bus si è "fermato" alla frequenza di 400 MHz (100x4).

203 : processore Pentium 4 (Willamette) Sviluppato in collaborazione con HP, offre il cosiddetto parallelismo esplicito, vale a dire diverse istruzioni vengono eseguite in parallelo da più macchine dedicate e indipendenti che si trovano tutte all'interno dello stesso chip. E' come avere all'interno del processore un sistema multiprocessing. Nasce come processore destinato a workstation e a piccoli server di fascia bassa, ma anche ad utenti in cerca di un PC dalle prestazioni elevate. E’ il primo processore Intel a 64 bit basato interamente su un'architettura RISC, a differenza dell'architettura CISC usata dalla maggior parte delle famiglie precedenti.

204 : processore Pentium 4 (Willamette) Richiede lo sviluppo di un sistema operativo completamente nuovo, pur essendo in grado di eseguire l'attuale codice a 32 bit. La frequenza varia da 1,3GHz a 2Ghz. E’ realizzato con ben 30 milioni di transistor ed una tecnologia di integrazione di 0.18 micron con interconnessioni in alluminio. Per arrivare alla velocità di 2 GHz sarà necessario modificare la tecnologia di costruzione, arrivando a 0,13 micron e utilizzando interconnessioni in rame.

205 Pentium 4 (Willamette)….un processore formidabile? Non andò tutto esattamente come preventivato da Intel. Infatti questo processore, era legato inevitabilmente ad un particolare tipo di memorie: Rambus. Queste memorie, oltre ad essere poco reperibili sul mercato, erano caratterizzati da costi molto alti, che "raddoppiavano", se pensiamo che dovevano essere montate obbligatoriamente in coppia. AMD invece, aveva adottato la soluzione DDR, che stava prendendo sempre più piede sul mercato, dati i prezzi non troppo alti e le prestazioni di alto livello.

206 Pentium 4 (Willamette)….un processore formidabile? Il primo Pentium 4, quindi, non ottenne il successo sperato. Intel decise quindi di abbandonare RAMBUS, che oltrettutto stava creando non pochi problemi a livello di chipset. Fu creato quindi il chipset i845, con supporto SDRAM; memorie ormai superate con il processore più veloce sul mercato, un'accoppiata alquanto insolita: un chiaro segnale di una grande crisi per Intel.

207 Maggio Intel® Itanium™ Intel Corporation ha annunciato che a giugno è prevista l'introduzione sul mercato dei primi sistemi server e workstation basati su processore Intel® Itanium™. Destinato alle applicazioni più impegnative, ad elevate prestazioni e di livello enterprise, il processore Itanium è il primo componente della famiglia di prodotti Intel® a 64 bit.

208 Maggio Intel® Itanium™ La tecnologia EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) del processore Itanium offre funzionalità innovative per l'elaborazione di diversi terabyte di dati, velocizzando le transazioni e gli acquisti on line protetti e i calcoli complessi.

209 Maggio Intel® Itanium™ L'architettura Itanium prevede inoltre caratteristiche esclusive di affidabilità tramite la Enhanced Machine Check Architecture, che consente il rilevamento, la correzione e la registrazione degli errori, e tramite le funzioni ECC (Error-Correcting Code) e di controllo della parità.

210 Maggio Intel® Itanium™ I processori Itanium saranno dotati di 2 e 4 MB di cache L3 e opereranno a velocità di 800 e 733 MHz.

211 Luglio 2001:processore Pentium III Tualatin Il Pentium III Tualatin, introdotto il 30 luglio 2001, è il primo dei processori Intel a impiegare la tecnologia a 0,13 micron. Integrato originariamente nei notebook grazie ai suoi ridotti consumi, è approdato successivamente al mondo desktop e a quello dei server nella versione Pentium III S. Non è altro che l'ennesima ottimizzazione della collaudata architettura P6 in attesa della definitiva stabilizzazione della piattaforma Pentium 4. Quest’ultima si differenzia per la maggiore quantità di memoria cache L2 (512 KByte) e per il maggior numero di transistor (44 milioni).

212 2001 autunno: Intel Foster E' arrivata la nuova versione del Pentium 4 destinata al mercato dei server e delle workstation, sostituta dell'obsoleto Xeon. Le frequenze iniziali sono di 1,4 GHz, mentre a fine anno arriveranno ai 2 GHz, con quantità di cache L2 e L3 (ulteriore cache dedicata al processore) sempre maggiori.

213 2001 autunno: AMD Palomino Anche in questo caso, AMD ha pronta la risposta, introducendo l'architettura "Hammer" come base dei suoi futuri microprocessori. L'architettura Hammer è stata messa a punto per consentire ad AMD di espandersi dal mercato ‘dual processing’. Le innovazioni dell'architettura 'Hammer‘ sono : –elevata larghezza di banda, –una memoria integrata ad alte prestazioni, –un controller di input/output e di multiprocessing Nel complesso, queste innovazioni sono fatte per contribuire a eliminare i ‘colli di bottiglia’ nei percorsi dei dati e accelerare il trasferimento delle informazioni, assicurando in tal modo maggiori prestazioni e quindi una maggiore produttività. Nasce così Athlon Palomino.

214 2001 autunno: AMD Palomino Fra le migliorie apportate al nuovo processore, ci sono la tecnologia al rame e una migliore unità di brach-prediction (algoritmo sul calcolo delle operazioni aritmetiche effettuate più frequentemente), oltre naturalmente a una maggiore quantità di cache L2 (512 Kb, il doppio di quanto installato sul Thunderbird). Palomino partirà da 1,5 GHz, anche se la versione che supporterà due processori verrà rilasciata verso la fine del 2001.

215 2001 fine anno: AMD Athlon XP 1900 Offre prestazioni fino al 25 percento in più rispetto ai processori concorrenti nelle applicazioni reali

216 2002: Pentium IV Northwood Il progetto Willamette, venne abbandonato, e nel 2002, venne immesso sul mercato Northwood, il successore di Willamette, destinato a permanere fino ai giorni nostri. Il neo nato di casa Intel, disponeva di molte innovazioni:  la prima, il processo produttivo, che passò da 0,18 micron a 0,13 micron, permettendo consumi ed emissione di calore in quantità minori (almeno per quanto riguarda i primi step);  il raddoppio della cache di secondo livello, che passò da 256KB a 512KB;  e ultimo, ma non meno importante, l'abbinamento di questo processore alle memorie DDR.

217 2002: Pentium IV Northwood Dapprima, Northwood fu caratterizzato dallo stesso Bus Quad Pumped del suo predecessore, ovvero a 400 MHz (Northwood A). Particolarmente migliorata fu la versione con Bus Quad Pumped a 533 MHz (133x4, Nortwood B). Ben presto Intel si affrettò a produrre Pentium 4 Northwood di ogni taglio, con frequenze sempre più alte, che AMD, con la sua architettura, non era in grado di raggiungere, anche con l'avvento di un "nuovo" processore: l'Athlon XP. AMD si vide quindi costretta a "presentare" i propri processori seguiti dal PR, ovvero "Performance Rating", cioè l'equivalente di un AlthonXP nei confronti di un Athlon "Base", altri affermano erroneamente (o forse in modo ironico) che si tratti invece di un "Pentium Rating", cioè l'equivalente ipotetico di un Athlon XP nei confronti di un Pentium 4.

218 2002: Pentium IV Northwood Come abbiamo detto, la scalata ai MHz continuava inesorabile, e venne quindi presentata l'ultima CPU con Bus Quad Pumped a 533 MHz: Pentium 4 a 3,06 GHz. Oltre alla frequenza sbalorditiva, il processore in questione integrava un'inetressante novità: Hyper Threading. Questa nuova tecnologia, permette di far riconoscere e utilizzare il processore come due processori distinti, sebbene il secondo sia "virtuale". In pratica la tecnologia sfrutta i cicli di clock in idle, impiegandoli per eseguire altri thread. La speciale funzione, è disattivabile in qualsiasi momento da BIOS. Fino ad ora, la tecnologia non si è dimostrata molto utile, in quanto la maggior parte dei sistemi operativi desktop odierni non è provvista di supporto Dual Processor, quindi l'Hyper Threading si rivela utile con applicazioni multiasking, per il resto, le prestazioni sono quasi allineate con lo stesso processore ma con Hyper Threading disattivato.

219 2002: Pentium IV Northwood Il Northwood, non finì ancora di stupire, infatti, dopo poco tempo, uscì la versione con Bus Quad Pumped a 800 MHz, Northwood C, che viene tutt'ora ampiamente usata. Questa versione, oltre che per le frequenze di clock molto elevate (fino a 3.2 GHz), permette di avere una banda passante molto ampia, data la frequenza del bus stesso molto elevata. La CPU in questione inoltre, permette margini di Overclock molto ampi. Questo processore viene associato ai chipset i875p (per sistemi di fascia alta/workstation), e i865p (per sistemi desktop di fascia medio- alta). E’ interessante notare come la maggior parte delle schede madri per Pentium 4 con bus a 800 MHz, adotti in larga parte questi due chipset; i motivi sono principalmente due: il primo, è che sono davvero ottimi chipset (ricordiamoci che Intel, prima di essere produttrice di processori, è una grande produttrice di chip); il secondo, è che non tutti gli altri produttori di chip riescono ad ottenere la licenza per il particolare Bus Quad Pumped a 800 MHz.

220 2002: AMD Athlon XP 2000 Tra le caratteristiche: –Architettura QuantiSpeed (comune a tutti i modelli Athlon) –384KB di memoria cache full speed on-chip –Supporta le istruzioni AMD 3DNow –Supporta un front side bus avanzato a 266MHz –tecnologia a 0.18 micron con interconnessioni in rame

221 2003: AMD Athlon XP 3000 AMD rilascia il processore Athlon XP La novità di maggior rilievo è l'aumento della cache L2 da 256KB a 512Kb. La frequenza di sistema (FSB) adottata è di 333 MHz, la cache L1 rimane di 128Kb, così come la tecnologia di fabbricazione a 0.13 micron. L'aggiunta di 256Kb di cache ha costretto AMD all'aumento della dimensione del die del 20%, e del numero di transistor integrati nel processore da 37,6 milioni a 54,3 milioni. Migliora l'abilità di raffreddarsi del processore grazie alla maggiore superficie di contatto tra dissipatore e processore.

222 2003: AMD Athlon XP 3200 A fine anno AMD presenta il nuovo processore AMD Athlon XP Il principale miglioramento è dovuto ad un front-side bus (FSB) da 400 MHz.

223 2003: Pentium 4 Extreme Edition Ed ecco infine l'apice del Northwood, il Pentium 4 Extreme Edition. Questo processore fu annunciato da Intel verso metà Settembre 2003, proprio una settimana prima dell'uscita ufficiale dell'Athlon 64, anche se, fino ad ora quasi nessuno è riuscito quantomeno a vederlo. Al 90% è stata una mossa di Intel per lanciare, in attesa del Prescott, un processore che potesse stare dietro ad Athlon 64. I costi si dovrebbero aggirare sui 1000€, non troppo economico. Ma cos'ha di tanto importante questo processore? Il core intanto, non è puramente Norhwood, è un core Gallatin, proprio degli Xeon, opportunamente "adattato" alla frequenza di 3.2 GHz e al Bus di 800 MHz. L'Extreme Edition infatti, vanta una cache di terzo livello di ben 2 MByte, così si spiegano i 178 milioni di Transistor che compongono questo core, di cui 123 milioni solo per la cache L3!!

224 : AMD Athlon 64 Nasce Athlon 64: il primo processore desktop con supporto 64 bit. Importante nuova implementazione dell'Athlon 64 è il controller di memoria (memory controller) integrato. Questo componente serve a mettere in comunicazione la CPU con la memoria. L'implementazione nel die del processore di questo componente fa in modo che vi sia un dialogo diretto con la memoria. In questo modo, il memory controller funziona alla stessa frequenza (clock) del processore guadagnando così in termini di prestazioni. Questa implementazione, in sostanza, abbassa di molto la latenza (tempo di risposta) delle memorie guadagnando molto in termini di prestazioni.

225 : AMD Athlon 64 Un'altra importante tecnologia implementata nell'Athlon 64 è chiamata Cool 'n' Quiet, analoga allo SpeedStep di Intel. Grazie a questa, quando il processore non usa la sua massima potenza, il clock ed il voltaggio del processore stesso vengono abbassati. Questo fa sì che si riduca la quantità di corrente utilizzata ed il calore prodotto, passando da 89 watt a soli 32 o 22 Watt (diminuendo il clock rispettivamente di 800 e 1000 Mhz). Le CPU Athlon 64 sono state prodotte con processo produttivo a 0,13 e 0,09 micron.

226 Febbraio 2004: Intel Prescott Northwood, non è stato l'ultimo core della "famiglia" NetBurst. Il successivo è Prescott, di cui si è sentito tanto parlare, e, non molto bene. Questa CPU non si è presentata nel più brillante dei modi. La sua immissione sul mercato, con classico package 478 pin, mostrava abbondanti incompatibilità con molte schede madri bus 800 MHz, date le diverse specifiche di alimentazione; molte di queste incompatibilità sono ora state "scongiurate“.

227 Febbraio 2004: Intel Prescott Inoltre ci sono i problemi legati al processo produttivo (che passa da 0,13 micron a 0,09 micron), che sono sentiti soprattutto in merito a consumi (in termini di energia) ed emissioni di calore. Si pensava infatti che con il passaggio da 0,13 micron a 0,09 micron, le temperature ed i consumi sarebbero ulteriormente scese, ma secondo recenti informazioni pervenuteci attraverso varie fonti, ma anche da Intel stessa, si riesce a capire come vi si presentino dei grossi problemi. La CPU arriverà a dover dissipare ben 100w (il Northwood più potente in condizioni di default arriva massimo ad 85w) nella versione con package 478 pin.

228 Febbraio 2004: Intel Prescott Nuovo set d'istruzioni SIMD, le SSE3. La cache di primo livello passerà dagli attuali 8KB del Northwood a 16KB, mentre quella di secondo livello passerà da 512KB a 1MB. L'Hyper Threading sarà migliorato. Verranno introdotte 13 nuove istruzioni definite PNI (Prescott New Instructions); Avrà il supporto a memoria dual channel DDR2 a 400/533 MHz, a PCI- Express x16 e avrà come SouthBridge, l'ICH6 La CPU, resterà con package 478 pin fino a metà 2004, poi, verrà introdotto un nuovo package da Intel: il package LGA 775, che verrà associato ad un nuovo socket chiamato Socket T (la T è molto probabilmente ricavata dalla T di Tejas, successore di Prescott, che adotterà lo stesso tipo di package), sempre con Bus Quad Pumped a 800 MHz. Questo nuovo package non prevederà più Pin, bensì solo contatti (in questo caso 775). Il socket T infatti, avrà una struttura molto diversa dai socket attuali.

229 Inizio 2005: Intel Tejas Tejas, come abbiamo detto, sarà il successore del core Prescott, anche se di questa CPU si sa ancora molto poco. Verrà presentato da subito in package LGA 775 e socket T, con dapprima frequenze di bus di 800 MHz, poi con frequenze di bus di 1066 MHz. Il processo produttivo, sarà inizialmente a 0,09 micron, mentre poi verrà utilizzato un processo produttivoo a 0,065 micron. Le innovazioni (rispetto a Prescott):  Altre 8 nuove istruzioni, denominate TNI (Tejas New Instructions);  Enhanced Hyper Threading;  24KB di cache L1 e 1 o 2MB di cache L2. All'inizio la sua uscita era prevista per fine 2004, ma pare che i recenti problemi legati al core Prescott abbiano influito anche su Tejas, che probabilmente, nelle versioni dal clock più elevato, arriverà a consumare fino a 120w, decisamente troppo per sistemi di raffreddamento convenzionali, che già si trovano in seria difficoltà con Prescott.

230 Inizio 2005: Intel Tejas Intel sta perciò adottando opportune contromisure Pur di guadagnare qualche grado in meno è disposta a proporre un nuovo Form Factor, il BTX, che avrà una disposizione diversa degli elementi, sia quelli integrati sulla scheda madre che quelli nel case, al fine di creare un flusso d'aria che potrà giovare alle temperature. Fonti non certe, affermano che in Tejas (e forse in qualche ultimo esemplare di Prescott), sarà inserita la tecnologia denominata Yamhill, un progetto abbandonato da Intel qualche anno fa, ma ripreso in merito ai successi conseguiti da AMD con l'architettura x Yamhill infatti, prevede un'architettura simile a quella di AMD, con supporto ai 64 bit e supporto nativo di codice a 32 bit. Dopo Tejas, che avrà per quel periodo abbondantemente superato la soglia dei 6 GHz, sarà la volta di Nehalem, del quale si sa poco o niente. Si sa solamente che per questa CPU l'architettura non sarà puramente NetBurst, e ciò implica l'introduzione di una nuova architettura IA32 a parte di Intel, magari con prospettive totalmente diverse da quella NetBurst.

231 Lo stato dell’arte: AMD Athlon 64 X2 AMD presenta il primo processore dual- core Toledo costruito con tecnologia di processo a 90nm, l’ATHLON 64 X2. E’ la naturale estensione della tecnologia AMD64. Alcuni test preliminari hanno dimostrato che i processori di AMD dual core, danno filo da torcere ai Pentium Extreme Edition dual core risultando più veloci e meno assetati d'energia.

232 Lo stato dell’arte: AMD Athlon 64 X2 Dimensioni delle cache, una per ciascun core, sono pari a 512 Kbytes o 1 Mbyte Le frequenze di clock vanno da 2,2 GHz a 2,4 GHz Memoria DDR400 con memory controller integrato a livello processore. L'architettura delle cpu Athlon 64 X2 prevede che le comunicazioni tra i due core avvengano utilizzando il System Request Queue (SRQ), responsabile di inviare al core disponibile in un preciso momento una particolare richiesta di elaborazione. Questo accade all'interno del Die del processore, senza dover in nessun modo accedere ad un bus esterno al processore.

233 Lo stato dell’arte: Intel Pentium D Intel lancia il Pentium D, della serie 800, con velocità da 2,8 a 3,2 GHz. Questa tecnologia pone all'interno di un processore due nuclei di calcolo ottenendo di fatto un sistema multiprocessore ma con consumi e spazio ridotto

234 Lo stato dell’arte: Intel Pentium D Cache L2 da 1 o 2 Mbyte per ciascun Core Le frequenze di clock vanno da 2,8 a 3,2 GHz. Il Core utilizzato per le cpu Intel Dual Core è Smithfield; Il processo produttivo è di 0.09 micron Le comunicazioni tra i due core passano attraverso il front side bus, operante a 800 MHz di clock con questi processori. Questa architettura si rivela sensibilmente meno efficace di una che preveda comunicazioni dirette tra i due core, all'interno del package del processore.


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