Capitolo 1 – Introduzione15/03/2007 Introduzione ai sistemi informatici 6 Introduzione ai sistemi...

15/03/2007

Introduzione ai sistemi informatici 1

Introduzione ai sistemi informatici 3/edDonatella Sciuto, Giacomo Buonanno, Luca Mari Copyright © 2005 – The McGraw-Hill Companies srl

Capitolo 1 Capitolo 1 –– IntroduzioneIntroduzione


Il problemaIl problemaLL’’informazione informazione èè oggi oggetto di grande interesse:oggi oggetto di grande interesse:• si parla, per esempio, di societsocietàà delldell’’informazioneinformazione ...• si parla, per esempio, di tecnologia delltecnologia dell’’informazioneinformazione ...

ma ci si accorge immediatamente che quello di ma ci si accorge immediatamente che quello di informazioneinformazione èè un concetto diversificato e un concetto diversificato e complesso ...complesso ...• nel 1999 GM ha trattato più MIPS di IBM• nel 1996 il bilancio relativo alla gestione dell’informazione

nel sistema sanitario USA è stato superiore all’intero bilancio del settore dei mass-media

Ma cosa significa Ma cosa significa informazioneinformazione??


Una transizioneUna transizioneLL’’evoluzione economicoevoluzione economico--industriale della industriale della societsocietàà occidentale può essere interpretata occidentale può essere interpretata secondo tre fasisecondo tre fasi• società prepre--industrialeindustriale: gestione della materiamateria• società industrialeindustriale: gestione dell’energiaenergia• società postpost--industrialeindustriale: gestione

dell’informazioneinformazione

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UnUn’’altra transizionealtra transizioneLe Le retireti da sempre costituiscono per la societda sempre costituiscono per la societàà uno strumento uno strumento indispensabile di trasporto, scambio e comunicazioneindispensabile di trasporto, scambio e comunicazione

…… dapprima reti per il trasferimento di dapprima reti per il trasferimento di personepersone e e beni materialibeni materiali::• reti stradali,• reti fluviali,• acquedotti,• reti fognarie,• …

…… quindi anche reti quindi anche reti infrastrutturaliinfrastrutturali per il trasferimento di per il trasferimento di energiaenergia::• reti elettriche,• gasdotti,• reti petrolifere,• …

…… infine anche reti per il trasferimento di infine anche reti per il trasferimento di informazioneinformazione::• reti telegrafiche,• reti telefoniche,• reti televisive,• reti informatiche,• …


Ma il problema rimane Ma il problema rimane ……Cosa significa informazione?Cosa significa informazione?• Un esempio: lampioni e semafori ...

al di là delle differenze materiali, funzionalmente che differenza c’è?

Energia elettricaEnergia elettrica(alimentazione)(alimentazione)

LuceLuce(energia)(energia)

Energia elettricaEnergia elettrica(alimentazione)(alimentazione)

LuceLuce(energia)(energia)

Informazione !!Informazione !!


Tre Tre ““mondimondi””

4. Coscienza di s4. Coscienza di séé e della mortee della morte3. Sensibilit3. Sensibilitàà (coscienza animale)(coscienza animale)

Mondo 2Mondo 2(il mondo delle esperienze soggettive)(il mondo delle esperienze soggettive)

Alcuni stadi dellAlcuni stadi dell’’evoluzione cosmica evoluzione cosmica (da K.R.(da K.R.PopperPopper))

2.2. Organismi viventiOrganismi viventi1.1. Gli elementi piGli elementi piùù pesanti;pesanti;

liquidi e cristalliliquidi e cristalli0.0. Idrogeno ed elioIdrogeno ed elio

Mondo 1Mondo 1(il mondo degli oggetti fisici)(il mondo degli oggetti fisici)

6.6. Opere dOpere d’’arte e di scienzaarte e di scienza(compresa la tecnologia)(compresa la tecnologia)

5.5. Il linguaggio umano.Il linguaggio umano.Teorie dellTeorie dell’’io e della morteio e della morte

Mondo 3Mondo 3(il mondo dei prodotti della mente umana)(il mondo dei prodotti della mente umana)

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Informazione e mondo fisicoInformazione e mondo fisico

Il punto di vista usuale:Il punto di vista usuale:

Mondo 1Mondo 1

I Promessi SposiMondo 3Mondo 3

Mondo 2Mondo 2

Cosa accade con lCosa accade con l’’introduzione di ?introduzione di ?


I calcolatori: cosI calcolatori: cos’’hanno di speciale?hanno di speciale?Molti strumenti sono stati progettati e Molti strumenti sono stati progettati e realizzati per trattare informazione:realizzati per trattare informazione:• le matite servono per scrivere

(non per trasferire grafite su carta)• i violini servono per suonare

(non per produrre onde acustiche)

A differenza di questi, i calcolatori sono A differenza di questi, i calcolatori sono dispositivi programmabilidispositivi programmabili..Ma cosa significa Ma cosa significa programmabileprogrammabile??


Elaborazione dellElaborazione dell’’informazioneinformazioneLa La programmabilitprogrammabilitàà di un di un dispositivo attiene alle modalitdispositivo attiene alle modalitààcon cui esso gestisce con cui esso gestisce informazioneinformazionePer esempio, per risolvere Per esempio, per risolvere questo problema, si può:questo problema, si può:• provare e riprovare

(= operare nel mondo fisico)• fare i conti a mente

(= operare nel “mondo 2”)• fare i conti con carta e penna

(= operare con supporti passivi)• fare i conti con una calcolatrice

(= operare con supporti “rigidi”)• oppure …

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Dati e istruzioniDati e istruzioniQuando si gestisce informazione,Quando si gestisce informazione,si opera su si opera su datidati mediante mediante istruzioniistruzioni::

XXistruzioni:istruzioni:esecuzioneesecuzione

XXistruzioni:istruzioni:controllocontrollo

XXdatidatimondo 2mondo 2mondo 1mondo 1calcolatorecalcolatore

XXistruzioniistruzioniXXdatidati

mondo 2mondo 2mondo 1mondo 1carta e pennacarta e penna

XXistruzioni:istruzioni:esecuzioneesecuzione

XXistruzioni:istruzioni:controllocontrollo

XXdatidati

mondo 2mondo 2mondo 1mondo 1calcolatricecalcolatrice

XXistruzioniistruzioni

XXdatidatimondo 2mondo 2mondo 1mondo 1a mentea mente


I primi calcolatori meccaniciI primi calcolatori meccanici /1/1BlaiseBlaise PascalPascal (1623(1623--1662)1662)dispositivo meccanico (ingranaggi azionati dispositivo meccanico (ingranaggi azionati da una manovella) per lda una manovella) per l’’esecuzione di esecuzione di sommesomme e e sottrazionisottrazioni..

GottfriedGottfried WilhelmWilhelm vonvon LeibnizLeibniz (1646(1646--1716)1716)introduce anche introduce anche moltiplicazionimoltiplicazioni e e divisionidivisioni(~ calcolatrice a quattro funzioni).(~ calcolatrice a quattro funzioni).

CharlesCharles BabbageBabbage (1792(1792--1871)1871)progetta e realizza un progetta e realizza un ““differencedifference engineengine””• calcola tabelle di numeri utili per la navigazione;•• unicounico algoritmo: polinomiale alle differenze polinomiale alle differenze

finitefinite;• output: forifori su una piastra di rame

(~ schede perforate).


I primi calcolatori meccaniciI primi calcolatori meccanici /2/2CharlesCharles BabbageBabbage (1792(1792--1871)1871)macchina programmabile: macchina programmabile: ““analyticalanalyticalengineengine””• Formata da quattro parti:

•• storestore (memoria: 1000 celle × 50 cifre),•• millmill (unità di calcolo: 4 operazioni + trasferimento

dati), •• inputinput (lettore schede),•• outputoutput (perforatore schede).

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Il periodo bellicoIl periodo bellico /1/1KonradKonrad ZuseZuse (Germania, anni (Germania, anni ’’30 e 30 e ’’40)40)• Realizza macchine calcolatrici automatiche basate su relrelèè

elettromagneticielettromagnetici.John AtanasoffJohn Atanasoff ((IowaIowa State College, anni State College, anni ’’30)30)• Macchina basata sull’aritmetica binariaaritmetica binaria.• Memoria basata su condensatoricondensatori rinfrescati periodicamente.• Troppo avanzata per la tecnologia disponibile (problemiproblemi HWHW).

GeorgeGeorge StibbitzStibbitz ((BellBell LabsLabs, anni , anni ’’30)30)• Calcolatore più primitivo rispetto a quello di Atanasoff, ma

funzionantefunzionante!! (presentato a una conferenza nel 1940)HowardHoward AikenAiken ((HarvardHarvard, anni , anni ’’40)40)• Riprende il lavoro di Babbage e lo implementa sfruttando la tecnologia

dei relrelèè elettromagneticielettromagnetici.


Il periodo bellicoIl periodo bellico /2/2Negli anni Negli anni ’’40 si sviluppa una nuova tecnologia: le 40 si sviluppa una nuova tecnologia: le valvole termoionichevalvole termoioniche rendono obsoleti i rendono obsoleti i relrelèèelettromagneticielettromagnetici..

COLOSSUSCOLOSSUS (Inghilterra 1943)(Inghilterra 1943)• Primo calcolatore digitale elettronico.

ENIACENIAC ((MauchleyMauchley ed ed EckertEckert -- USA 1946)USA 1946)•• ElectronicElectronic NumericalNumerical IntegratorIntegrator And ComputerAnd Computer.• Composto da 18 00018 000 valvole e 15001500 relé per un

peso complessivo di 30 t30 t e un consumo di 140 140 kwkw.


JohnJohn vonvon NeumannNeumannPartecipa al progetto ENIAC.Partecipa al progetto ENIAC.Due intuizioni fondamentali:Due intuizioni fondamentali:• memorizzare i programmi in forma digitaleforma digitale nella stessa

memoria dei dati per rendere più semplice la programmazione (rispetto all’utilizzo di cavi e interruttori);

• utilizzare ll’’aritmetica binariaaritmetica binaria invece di quella decimale (due valvole per bit invece di dieci per cifra).

Il suo progetto (Il suo progetto (macchina di macchina di vonvon NeumannNeumann) ) èèancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori ancora oggi alla base di quasi tutti i calcolatori digitali.digitali.

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LL’’architettura di architettura di VonVon NeumannNeumannUn calcolatore deve essere in grado di:Un calcolatore deve essere in grado di:• eseguire istruzioni su dati;• controllare il flusso dell’esecuzione;• memorizzare i dati su cui operare;• memorizzare successioni di istruzioni;• interagire con gli utenti e con eventuali altri sistemi.

Sottosistemadi interfaccia

Sottosistemadi memorizzazione

Sottosistemadi elaborazione

Sottosistema di interconnessione

Ha due funzioni:1. eseguire le istruzioni;2. controllare il flusso

dell’esecuzione.

Comunica con utentio con altri dispositivi

Memorizza datie istruzioni


Il transistorIl transistorInventato ai Inventato ai BellBell LabsLabs nel nel 19481948 da da JohnJohn BardeenBardeen, Walter , Walter BrattainBrattain e William e William ShockleyShockley::• nel giro di 10 anni rivoluziona la ricerca sui calcolatori;• alla fine degli anni ’50 i calcolatori a valvole sono già obsoleti.

DigitalDigital EquipmentEquipment CorporationCorporation (DEC)(DEC)• fondata nel 1957 da Kenneth Olsen;• nel 1961 realizza il PDP–1, il primo minicalcolatoreminicalcolatore.

Sviluppo della tecnologia dSviluppo della tecnologia d’’integrazione:integrazione:• decine (SSI), centinaia (MSI) e migliaia (LSI) di transistor sono

integrati sullo stesso pezzo di silicio (chip);• possibilità di realizzare calcolatori più piccoli, più veloci e meno

costosi dei loro predecessori.Due famiglie di calcolatori rappresentative:Due famiglie di calcolatori rappresentative:• 360 di IBM• PDP-11 di DEC


VeryVery LargeLarge Scale Scale IntegrationIntegration (VLSI)(VLSI)105105––107 transistor integrati per chip.107 transistor integrati per chip.Passaggio dai Passaggio dai minicalcolatoriminicalcolatori, alle , alle workstationworkstation, ai , ai Personal ComputerPersonal Computer (PC):(PC):• usati per applicazioni fortemente interattivefortemente interattive

(elaborazione testi, fogli elettronici, …);• in origine proposti come kit da assemblarekit da assemblare, senza

software;• due architetture principali:

•• AppleApple (basato su CPU Motorola e PowerPC)• primo PC, progettato da Steve Jobs e Steve Wozniak nel ’78,•• architettura proprietariaarchitettura proprietaria!

•• IBMIBM e compatibili (CPU Intel e SW Microsoft – “Wintel”)• realizzato utilizzando componenti “off the shelf”,•• architettura di dominio pubblicoarchitettura di dominio pubblico, quindi replicabile da altri (cloni)!

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rete

Il calcolatore in un sistemaIl calcolatore in un sistema

interfacciautente

automazione

ambiente da ambiente da controllarecontrollare

sensori

calcolatore calcolatore localelocale

calcolatore calcolatore remotoremoto

attuatori


Interazione tra utenti e calcolatoriInterazione tra utenti e calcolatori

a b c

d e f

Ciclo aCiclo a--ff• interazione tra un utente e un calcolatore• esecuzione locale di un programma o accesso a documentazione locale

Ciclo aCiclo a--bb--ee--ff• interazione tra un utente e un calcolatore remoto, mediata da un secondo

calcolatore in rete con il primo• esecuzione remota o distribuita di un programma o accesso a documentazione

remotaCiclo aCiclo a--bb--cc--dd--ee--ff• interazione tra utenti mediata da calcolatori• esecuzione distribuita e cooperativa di un programma o scambio di

documentazione

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