modulo 02 - gli elaboratori

Insegnamento di Informatica – a.a. 2015-16

Gli elaboratori

INSEGNAMENTO DI INFORMATICA – A.A. 2015-16

Francesco Ciclosi

Macerata, 30 settembre 2015

Unimc - Dipartimento di Economia e Diritto - Corso di Laurea in Economia: banche, aziende e mercati

© Francesco Ciclosi – Settembre 2015 CC-BY-SA 4.0 – Common Deed – Legal Code


Invenzioni che rivoluzionano

Z3: il primo calcolatore

automatico e programmabile

Intel 4004: il primo

microprocessore della storia

1941 - Konrad Zuse 1971 – Federico Faggin

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/


http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode




Classificazione tipologica degli elaboratori

Primi elaboratori

Progettati su commissione

Enormi

Molto costosi

Raffreddati ad acqua

Usati solo in pochi grandi

organizzazioni

Accessibili solo da personale

altamente specializzato

Microprocessori

Facili da riprodurre

Di piccola dimensione

Poco costosi

Affidabili

Potenti

Presenti non solo negli

elaboratori







Convergenza digitale

CPU

Memoria

Dispositivi periferici

Cellulare

Automobili

Architettura Altro …

Carte di credito

Servocomandi

domestici







5 binari di sviluppo della tecnologia

Dimensione

Velocità

Capienza

Interfaccia

Semplificazione

kB TB

kHz GHz







Tipologia di elaboratori

Sistemi per il calcolo parallelo e la multiutenza

• Supercomputer

• Mainframe

• Minicomputer

Sistemi pensati per la mono utenza

• Microcomputer

• Personal computer







Supercomputer (1/2)

È un tipo di sistema di elaborazione progettato per

ottenere potenze di calcolo estremamente elevate,

dedicato ad eseguire calcoli ad elevate prestazioni

A differenza dei

mainframe si focalizzano

su problemi che sono

limitati dalla velocità di

calcolo

Cray-1

TOP1 dal 1976 al 1981




https://it.wikipedia.org/wiki/Supercomputer




Supercomputer (2/2)

Analizzano molti dati senza una vera interazione

con l’utente

• numero ridotto di operazioni su numero elevato di dati

Utilizzano architetture alternative a quella di Von

Neumann, più efficienti per le finalità proposte

Recentemente hanno adottato soluzioni classiche

per abbattere i costi senza penalizzare le prestazioni

• utilizzano microprocessori standard in collaborazione

con batterie di schede grafiche ad alte prestazioni







Tipi di supercomputer

Macchine vettoriali, queste macchine eseguono

la stessa operazione (aritmetica o logica) su molti

dati contemporaneamente

Computer paralleli, sono formati da un insieme

di nodi di calcolo collegati da reti telematiche ad

alta velocità

Cluster, un elevato numero di personal computer

collegati da reti telematiche veloci a bassa latenza







Misurare la potenza di un supercomputer

La potenza è misurata in FLOPS (floating point

operation per second), un indicatore del numero di

operazioni in virgola mobile che una CPU riesce a

calcolare in un secondo

Si utilizzano comunemente i multipli del FLOPS

come il TeraFLOPS (1012 FLOPS)

La misura si ottiene eseguendo particolari

benchmark che simulano classi di problemi reali per

permettere un confronto obiettivo tra le macchine







Supercomputer TOP500 (Giugno 2015)

Rank Sito Sistema Cores RMAX (TFLOP/S)

RPEAK (TFLOP/S)

POWER (KW)

1 National Super

Computer Center

China

Tianhe-2 (MilkyWay-2)

(NUDT)

3.120.000 33.862,7 54.902,4 17.808

2 United States Titan (Cray Inc) 560.640 17.590,0 27.112,5 8.209

3 United States Sequoia (IBM) 1.572.864 17.173,2 20.132,7 7.890

4 Japan K computer (Fujitsu) 705.024 10.510,0 11.280,4 12.660

5 United States Mira (IBM) 786.432 8.586,6 10.066,3 3.945

17 Exploration &

Production - Eni

S.p.A.

Italy

HPC2 (IBM) 72.000 3188,0 4.605,0 1.227

32 CINECA

Italy

Fermi (IBM) 163.840 1.788,9 2.097,2 822




http://top500.org/system/177999













http://www.top500.org/lists/2015/06




Tianhe-2 (rank: 1)







FERMI (Italy)

Posizione: 32

K Computer (Japan)

Posizione: 4







Principali utilizzi di un supercomputer

Sono utilizzati per realizzare processi di calcolo

intensivi

• previsioni meteorologiche

• analisi molecolari

• simulazioni fisiche

• crittoanalisi

• calcoli di previsione e di gestione di grandi volumi di dati

• simulazioni militari







Mainframe (1/3)

È una tipologia di computer

caratterizzata da prestazioni di

elaborazione di alto livello di

tipo centralizzato

A differenza dei supercomputer

si focalizzano su problemi che

sono limitati dall’input/output e

dall’affidabilità

IBM System z10




https://it.wikipedia.org/wiki/Mainframe




Mainframe (2/3)

Possono eseguire sistemi operativi diversi

utilizzando la tecnica della virtualizzazione

Possono incrementare la propria capacità

elaborativa in maniera dinamica e granulare

Hanno caratteristiche uniche di esecuzione priva

di errori

• doppia esecuzione delle istruzioni con confronto e

attivazione unità elaborativa di riserva in caso di

discordanza







Mainframe (3/3)

Sono gestiti da personale altamente specializzato

Sono pensati per la multiutenza

Possono elaborare contemporaneamente i dati di

migliaia di utenti

Usualmente sono di dimensioni molto grandi

Sono ideali per le architetture di big data alimentate

e distribuite su N nodi







Mainframe vecchi e nuovi

IBM System/360 model 20 IBM System z series







Attualmente la parola mainframe indica:

1. Dei sistemi complessi formati da diversi server

fisici consolidati tra di loro per svolgere una

missione critica oppure supportare centinaia e

migliaia di istanze (server virtuali)

• È il punto di vista dell’utilizzatore

Il modello top di gamma (per prestazioni) delle

macchine server realizzate

• È il punto di vista del fabbricante







Caratteristiche peculiari di un mainframe

La scalabilità (orizzontale e verticale)

• possibilità di aumentare in qualsiasi momento: memoria,

potenza di calcolo, immagazzinamento dati

L’affidabilità e la sicurezza

• possibilità di funzionare per anni senza interruzione

• progettazione pensata per consentire attività di riparazione

e manutenzione senza fermo della produzione

L’alta disponibilità

• ideali dove l’interruzione del servizio sarebbe catastrofica







Come misurare la potenza di un mainframe

La potenza è misurata in FLOPS (floating point

operation per second), un indicatore del numero di

operazioni in virgola mobile che una CPU riesce a

calcolare in un secondo

L’indicatore MIPS (milioni di istruzioni al secondo)

non è usato nella misurazione delle performance

poiché è fuorviante

MIPS Meaningless Information on Performance for Salespeople

Meaningless Indicator of Processor Speed







Mainframe e supercomputer: differenze Supercomputer

1. Sono ottimizzati per

elaborazioni complesse che

richiedono soprattutto grandi

quantità di memoria

2. Sono assemblati per esigenze

specifiche e usi particolari

3. Non includono tanti

processori di servizio poiché

essi non aggiungono in modo

apprezzabile potenza di

calcolo grezza

Mainframe

1. Sono ottimizzati per

elaborazioni relativamente

più semplici che implicano

però l’accesso rapido a

grosse quantità di dati

2. Formano una parte della

linea di modelli di un

produttore

3. Includono molti processori

di servizio che assistono i

processori principali







Mainframe e supercomputer: somiglianze

Offrono la possibilità effettuare il calcolo

parallelo

• I supercomputer la espongono al programmatore in

maniera complessa

• I mainframe la usano per eseguire molteplici task

(multitasking); in tal modo aggiungendo processori

al mainframe spesso si accelera l’intero carico di

lavoro in modo trasparente







Minicomputer

Sono computer con prezzo e prestazioni intermedi

fra un mainframe e un microcomputer

Permettono l’accesso a

numerosi utenti

Con l'avvento dei

microcomputer e dei

PC, si sono in parte

trasformati in

workstation

Il minicomputer PDP-7 (Digital

Equipment Corporation)




https://it.wikipedia.org/wiki/Minicomputer




Server (1/2)

In informatica si definisce

così un componente che

fornisce a livello logico e

fisico un qualunque tipo di

servizio ad altre componenti

(client) che ne fanno richiesta

Al termine server può far

riferimento sia la

componente hardware che

quella software

Server: la componente

hardware







Server (2/2)

In base al contesto, il termine server assume

differenti significati e può indicare:

• un qualsiasi computer (anche un PC) utilizzato per fornire

servizi ad altri computer, a prescindere dalle sue

caratteristiche hardware

• un computer specifico appartenente alla fascia di mercato

dedicata all’uso come server, caratterizzato da alta

affidabilità, maggiori prestazioni e funzioni aggiuntive

• un processo (ovvero un programma in esecuzione) che

fornisce servizi ad altri processi




https://it.wikipedia.org/wiki/Server




Microcomputer (o microelaboratore) (1/3)

È un computer

• generalmente dotato di un

singolo microprocessore

• di costo abbastanza

limitato

• utilizzato da un singolo

utente

• con un ingombro

generalmente ridotto

MOS KIM-1

1975 - MOS Technology




https://it.wikipedia.org/wiki/Microcomputer




Microcomputer (2/3)

È una famiglia di computer destinati ad uso

personale di cui fanno parte:

• personal computer

• console per videogiochi

• tablet PC

• home computer







Microcomputer (3/3) Si dividono in generazioni:

• prima generazione destinata agli hobbisti

dell’elettronica; spesso i computer erano venduti in kit di

montaggio oppure già assemblati ma senza case

• seconda generazione (home computer) completamente

assemblati, dotati di case e basati su processori a 8 bit.

Costruttivamente erano composti da una voluminosa

tastiera al cui interno trovavano posto tutti i dispositivi del

computer. Il sistema operativo, monoutente e monotask,

era proprietario e incompatibile con tutti gli altri.







Alcuni home computer

Apple II

Commodore 64

Philips MSX 8020




https://it.wikipedia.org/wiki/Home_computer




Personal computer

Il loro processo produttivo è ingegnerizzato e

su larga scala

Utilizzano i microprocessori

Si dividono in varie categorie

• Desktop Laptop

• Workstation Penbook

• Notebook Palmtop (palmari)

• Netbook (network PC)

• Tablet PC




https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Personal_computer&oldid=75206358




PC Desktop

Sono progettati per l’utilizzo personale

Solitamente sono collocati in modo permanente

su di una scrivania in ufficio o a casa

Per la loro configurazione particolarmente

variabile, sono diffusi ovunque sia in ambiente

domestico che in quello lavorativo







Workstation

Le workstation sono dei computer personali che

per le loro caratteristiche architetturali

garantisco delle prestazioni elevate

Sono solitamente utilizzati in ambito

professionale

• Ingegneristico, scientifico e grafico

Il loro costo è più elevato di quello dei pc

desktop







Personal computer a confronto

PC Desktop Workstation







Terminali (stupidi)

Rispetto ai PC offrono prestazioni molto più

limitate

Sono dotati di tastiera, mouse, schermo e

componenti elettronici atti a consentirne la

comunicazione (con il computer a cui sono

connessi)

Possono solo inviare e ricevere informazioni

Non sono in grado di elaborare dati







Terminali (intelligenti)

Presentano le stesse caratteristiche dei terminali

stupidi, ma possiedono una limitata capacità di

elaborazione







Terminali a confronto

Terminali (stupidi) Terminali (intelligenti)

Thin client IBM 3270







Laptop

Questo tipologia di computer è caratterizzata da:

• Possibilità di essere facilmente trasportata

o Sono anche detti computer portatili (dall’inglese Laptop:

grembo)

• Dimensioni ridotte

o Rispetto ai personal computer desktop

• Costo più elevato

o Si rivolgono usualmente a un utenza di tipo professionale







Notebook

I computer notebook (dall’inglese: agenda)

hanno le stesse prestazioni dei laptop, ma si

distinguono da essi per le ancor più ridotte

dimensioni

Funzionano a batteria e sono particolarmente

maneggevoli e leggeri

Se usati da postazione fissa è possibile collegarli

a una docking station per estenderne le capacità







Penbook

Sono caratterizzati da dimensioni minime,

ridotte alla grandezza di una mano

• Derivano il loro nome dall’essere sprovvisti di

tastiera e dal ricevere gli input tramite una speciale

penna che interagisce con il display

• Possono essere collegati a un personal computer per

poter svolgere ulteriori operazioni







Palmtop (palmari)

Sono caratterizzati da dimensioni minime,

ridotte alla grandezza di una mano

• Derivano il loro nome dall’inglese palmtop

(letteralmente “palmo della mano”) e sono muniti di

una mini tastiera che ne facilita l’utilizzo

• Possono essere collegati a un personal computer per

poter svolgere ulteriori operazioni







Network PC

Operano da:

• PC possono elaborare in autonomia i dati

• Terminale ricevono dati e programmi da

computer più potenti







Tablet PC

Sono computer portatili di ridotte dimensioni

Non hanno la tastiera o la stessa può

scomparire dietro il monitor

Hanno uno schermo di tipo touch-screen che

consente all’utente di interagire con piccole

penne di plastica







Smartphone

Lo smartphone è un telefono cellulare con capacità

di calcolo, di memoria e di connessione dati molto

più avanzate rispetto ai normali telefoni cellulari

Utilizza un sistema operativo per dispositivi mobili

I primi modelli combinavano le funzioni di un

computer palmare con quelle di un telefono

mobile; ora si sono arricchiti anche delle

funzionalità multimediali







Alcuni smartphone







Breve cronologia degli elaboratori (1)

1804 Joseph-Marie Jacquard

• Programma un telaio meccanico utilizzando una

serie di schede preforate che controllavano come i

disegni venivano intrecciati nei tessuti

• Questa invenzione viene considerata la nascita della

programmazione informatica moderna








I primi computer

• Non avevano tastiera, ne monitor

• Non erano dotati di software

• Ricevevano le istruzioni direttamente attraverso

l’utilizzo di una serie di interruttori da far scattare

seguendo una sequenza precisa








MARK I

• È uno dei primi calcolatori (macchine in grado di

eseguire calcoli matematici) elettromeccanici o

analogici

• Sfruttava una memoria su carta preforata








ENIAC (1945)

• È considerato il primo vero calcolatore dell’era moderna

• Nato da un progetto militare è in grado di eseguire una moltiplicazione in un millisecondo

• È la prima macchina elettronica e digitale del tipo a valvola (utilizza ben 18000 tubi catodici)

• È dotato di un sistema numerico di tipo decimale

• Ha memoria flip-flop, ovvero due valvole che ad ogni eccitazione cambiano stato, consentendo ben dieci parole di memoria








EDVAC (1950)

• È il primo ad utilizzare il sistema numerico binario

• La sua architettura interna sarà essenzialmente adottata

da quasi tutti i calcolatori futuri

• Utilizza un sistema di memoria a ritardo acustico in tubo

di mercurio che ne consente l’aumento di ben 100 volte

EDSAC – Electronic Delay Storage Automatic

Calculator (1949)

• È il primo ad adottare la memoria sonica








Macchine a transistor (1956)

Circuiti integrati (1961)

Primo disco fisso (1966)

CPU (1970)

Personal computer (1975-1980)

Mobile and cloud computing (oggi)







Uno sporco lavoro…

Il computer accetta le informazioni che gli

forniamo (dati in input), le elabora e quindi le

restituisce in uscita (dati in output).

Durante tale processo sfrutta delle risorse

aggiuntive (periferiche) che si distinguono in

apparati di input ed i output.

Tutte queste apparecchiature e le procedure che

le utilizzano sono controllate dal software







Architettura di un sistema di elaborazione

Memoria centrale

CPU

INPUT OUTPUT







Tipologie di dispositivi (1)

Dispositivi di input

• Permettono di comunicare con il computer, in quanto supportano l’immissione di dati e di comandi

Dispositivi di elaborazione

• L’unità centrale di elaborazione (CPU) è il componente principale del computer

o Ha il compito di eseguire i comandi, fare i calcoli e gestire il flusso dei dati tra i vari componenti del sistema

o Comunica con tutti i dispositivi (input, output e memorizzazione) per svolgere le sue funzioni







Tipologie di dispositivi (2)

Dispositivi di memorizzazione

• Conservano i dati che il computer usa per svolgere

varie operazioni

Dispositivi di output

• Permettono al computer di comunicare con l’utente







A ciascuno il suo

Le singolo tipologie si distinguono in base al

ruolo

Tutte le operazioni che vengono svolte durante

l’utilizzo di un computer sono direttamente

connesse al flusso dei dati che rende possibile il

funzionamento dell’elaboratore







Riassumendo

L’hardware è quell’insieme di apparati (interni ed

esterni, di input e di output) che è in grado di

svolgere un numero infinito di attività da noi

richieste

Il software è quell’insieme di istruzioni in grado di

controllare l’hardware e di definire cosa questo

debba fare

La potenza è nulla senza controllo







I miei contatti linkedin

http://it.linkedin.com/pub/francesco-ciclosi/62/680/a06/

facebook

https://www.facebook.com/francesco.ciclosi

twitter

@francyciclosi

www

http://www.francescociclosi.it




modulo 02 - gli elaboratori

Presentations & Public Speaking