Capitolo 1 Introduzione Contenuti I pionieri Dai primi calcolatori commerciali ai moderni microprocessori Classi di computer del tempo presente Il tasso di sviluppo quantitativo dell’elettronica digitale I concetti di “Architettura” e “Organizzazione”

I pionieri Babbage Babbage Babbage Atanasoff Von Neumann Turing Mauchly e Eckert Zuse Flowers

Ancora prima Wilhelm Schickard (Herrenberg, 1592 – Tubinga, 1635) Professore di ebraico all‘università di Tubinga Nel 1623, inventò un “orologio calcolante” prima macchina meccanica in grado di eseguire operazioni aritmetiche (Prima della Pascalina)

Blaise Pascal (1623-1662) - la Pascalina Addizioni e sottrazioni Wilhelm Leibniz (1646-1716) Macchina aritmetica Avrebbe dovuto fare anche le moltiplicazioni

Babbage (1791–1871) Analytical Engine Incompiuta Guidata da un programma Primo calcolatore di uso generale (a vapore)

Alan Turing (1912-1954) 1936: On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem (Problema della decisione) Macchina di Turing” (MdT): modello formale di macchina universale di calcolo Concetti: algoritmo, computazione, calcolatore programmabile, programma memorizzato

Mauchly e Eckert ENIAC (reso noto nel 1946) In forma di U, lunga circa 30 metri, alta 2 e spessa 1 120 metri cubi di volume. Peso 30 tonnellate. Oltre 18.000 tubi a vuoto (valvole) 500.000 contatti saldati a mano. 20 registri di 10 cifre decimali; Ogni registro lungo oltre mezzo metro Consumava poco meno di 180 kW

Modello di Von Neumann UU Memoria unica: istruzioni e dati codificati in forma binaria Program Counter: sequenzializzazione delle istruzioni

Primi calcolatori commerciali 1951 – UNIVAC 1 Prodotti 48 esemplari (costo $250.000) 1952 – IBM 701 Prodotti una ventina di esemplari 1958 – Primo calcolatore IBM a soli transistori 1964 – IBM sistema S/360 Con il 360 venne introdotto il concetto di Architettura

I microprocessori Novembre 1971: Intel introduce MCS-4 4 integrati (CPU, ROM, RAM, espansione i/o) CPU a 4 bit (denominata 4004) Un solo registro accumulatore Uno stack 2.300 transistori Frequenza operativa 108 KHz Integrato a 16 piedini Federico Faggin

Microprocessori Prima generazione a 8 bit 1972: Intel 8008 1974: Intel 8080 (4.500 transistori, 2MHz) 1974: Motorola 6800 1975: Zilog Z80 (compatibile con 8080) La Zilog è stata fondata da F. Faggin 1975: Intel 8085 Tutti con spazio di memoria indirizzabile limitato a 64 KB

Generazione a 16 bit Giugno 1978: Intel 8086 Spazio di memoria indirizzabile: 1 MB Parallelismo dati: 16 bit 5 MHz (freq. di introduzione) Luglio 1979: Intel 8088 Compatibile con l’8086 (internamente gli stessi registri) Parallelismo esterno (bus dati) a 8 bit Fu scelto da IBM per il suo Personal Computer IBM scelse l’immagine di Charlie Chaplin nel pubblicizzarlo

Primati

Classi di sistemi Embedded Da tavolo, portatili Server Supercomputer A Novembre 2016 la macchina più potente al mondo è Sunway TaihuLight, Presso il National Supercomputing Center in Wuxi, Cina. 10.649.600 core (cioè processori), in 40.960 dispositivi Sunway SW26010, interamente progettati e fabbricati in Cina

"Legge" di Moore 1965: La ‘‘capacità elaborativa’’ raddoppia ogni 12 mesi numero transistori  capacità elaborativa Anni ‘80: raddoppia ogni 24 mesi Dagli anni ‘90: raddoppia ogni 18 mesi Non è una legge fisica Prima o poi non andrà più bene Per ora tiene Quasi fantascienza: tra 18 mesi l’elettronica sarà progredita di quanto è progredita fino ad oggi

Processori

Processori Intel

Memoria

Costi DRAM

Tasso di sviluppo forbice tra CPU e memoria Nell’arco 1980- 2000 Ha portato all’impiego di memorie cache Da circa il 2000 la velocità della logica cresce ad un tasso inferiore al 60% annuo (correntemente attorno al 30%)

Ma quanto scaldi! La dissipazione dell’energia è un problema cruciale Sorgente: V. Venkatlachan and M. Franz. Power reduction techniques for icroprocessor system. ACM Computin Surveys, settembre 205.

Concetto di ARCHITETTURA Introdotto dai progettisti del sistema IBM S/360 The term architecture is used here to describe the attributes of a system as seen by the programmer, i.e., the conceptual structure and functional behavior, as distinct from the organization of the data flow and controls, the logical design, and the physical implementation. Instruction Set Architecture (ISA) ovvero Modello di programmazione

Organizzazione Come le unità funzionali realizzano una architettura A volte si parla di microarchitettura

Previsioni sbagliate Thomas J. Watson, Amministratore Delegato IBM, 1948: "Penso che ci sia posto, sul mercato mondiale, per circa 5 computer" Rivista Popular Mechanics, 1949: "Una unità di calcolo sull'ENIAC è dotata di 18.000 tubi elettronici a vuoto e pesa 30 tonnellate, ma può darsi che in futuro i computer abbiano soltanto 1000 tubi e pesino soltanto una tonnellata e mezza" Kenneth Olsen (fondatore Digital), 1977: "Che bisogno ha una persona di tenersi un computer in casa? " Bill Gates, 1981: "640 Kbyte dovrebbero bastare a chiunque" "Lo spam sarà un ricordo del passato entro 2 anni"