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Redazione & informazione
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Internet, web, siti e blog Cosa sono, a che servono, come funzionano e come ci cambiano la vita Il materiale originale in questa pagina è © Luciano Russo: la Redazione ringrazia l'autore per averne autorizzato la riproduzione, la rielaborazione, l'adattamento e la pubblicazione nel portale |
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Il computer e la rete informatica |
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In questa pagina I "calcolatori" o macchine per "calcolare" I primi "calcolatori" o in inglese computer L'evoluzione dei "calcolatori" è legata ai progressi tecnologici Il sistema di numerazione binario Le prime codificazioni meccaniche di un linguaggio Le rivoluzionarie applicazioni
Approfondimento #1 Le macchine calcolatrici meccaniche Le macchine calcolatrici elettromeccaniche La prima generazione di calcolatori elettronici La seconda generazione di calcolatori elettronici La terza generazione di calcolatori elettronici La quarta generazione di calcolatori elettronici Le nuove frontiere del calcolo automatizzato
Creare, leggere, e salvare un documento digitale è tutta una questione di 0 e 1
Approfondimento #2
La rete "informatica"
Pagine correlate Il telefono e la rete telefonica Intelligenza ed apprendimento A misura d'uomo – Le rivoluzioni ergonomiche
Luciano Russo – Una presentazione
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I "calcolatori" o macchine per "calcolare" |
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I primi "calcolatori" o in inglese computer |
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Il "calcolo" matematico-astronomico facilitato dall'aiuto di macchine è un'idea che l'uomo ha perseguito fin dall'antichità.
La parola deriva dal latino calculum, cioè sassolino, una vera pietruzza o pallina di ceramica o piccolo oggetto che viene spostato su una macchina o congegno meccanico, appunto per questo denominato "calcolatore" (facilmente associabile al cosiddetto "calcolo" renale).
Una davvero suggestiva immagine del monumentale "computer" di Stonehenge durante un'eclissi solare.
Tra le più antiche testimonianze di "macchine da calcolo" lo stesso complesso megalitico di Stonehenge, presso Amesbury, in Inghilterra, che, data la precisione della preparazione del terreno, del posizionamento delle pietre e dell'orientamento dell'intera costruzione, a ragione si suppone sia stato un vero strumento astronomico oltre che luogo di culto, una specie di enorme "calcolatore di pietra" eretto in più fasi per quasi un millennio, tra il 3100 e il 2200 aC, ma anche strumenti di calcolo molto più piccoli, come quelli usati dai babilonesi e risalenti al IV-III sec aC, le cosiddette "Tavolette di Salamina".
Famoso è il "meccanismo di Antikythera" o Anticitera, dall'isola greca nel Mar Egeo al cui largo viene ritrovato a quasi 50 metri di profondità nel 1900, il più antico calcolatore meccanico e planetario finora conosciuto, databile al 100-150 aC.
Un vero capolavoro meccanico dell'epoca, capace di calcolare traiettoria del sole, il suo sorgere e gli equinozi, fasi lunari, mesi e giorni della settimana, moto delle principali stelle e posizione di tutti e cinque i pianeti noti fino a quel momento...
Tutto attraverso il movimento sinergico di una ventina di ruote dentate posizionate eccentricamente su un pannello girevole...
Sopra e sotto, la macchina bronzea di Anticitera: sopra con il disegno sovrapposto del principio del meccanismo, sotto, a sinistra nel suo stato attuale, come conservata presso il Museo Archeologico Nazionale di Atene, e a destra in una splendida ed accurata, interamente funzionante ricostruzione.
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Ancora gli antichi esempi di "abaco", quello cinese, egizio e romano solo per citarne alcuni: in pratica una specie di "pallottoliere", come quello con cui quasi tutti noi abbiamo giocato da bambini, solamente molto più avanzato.
Sotto, a sinistra, un antico abaco romano e, a destra, un moderno abaco cinese.
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Un altro calcolatore astronomico, il cosiddetto astrolabio, dal greco astron e lambano, alla lettera "prendo gli astri", il quale già da due secoli prima di Cristo permette di localizzare o prevedere la posizione dei corpi celesti e calcolare sia l'ora locale che longitudine partendo o dall'una o dall'altra: rimarrà il principale strumento di navigazione fino all'invenzione del sestante a metà del XVIII secolo.
A fianco, un raffinatissimo quanto preciso astrolabio persiano in oro cesellato del 1700: uno strumento sì, ma anche una vera opera d'arte. |
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L'evoluzione dei "calcolatori" è legata ai progressi tecnologici |
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Lo sviluppo di questi calcolatori o "elaboratori" applica tutto il continuo susseguirsi delle nuove tecnologie:
- le macchine calcolatrici meccaniche vanno dall'antichità fino al XVII-XVIII sec;
- le macchine elettromeccaniche negli anni '30;
- la 1ª generazione di calcolatori 1930-1940, con tubi elettronici e capaci di 10.000 operazioni al secondo;
- la 2ª generazione 1955-1965, con l'utilizzo del transistor ed il raggiungimento di 100.000 operazioni al secondo;
- la 3ª generazione 1965-1980, con i primi cosiddetti circuiti integrati che li rendono estremamente veloci, fino a milioni di operazioni al secondo;
- infine la 4ª ed attuale generazione dal 1980 in poi, con tecnologie LSI e VLSI (Large e Very Large Scale Integration), ormai a miliardi di operazioni al secondo! |
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L'informazione "digitale" |
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Il sistema di numerazione binario |
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Il giurista, filosofo e matematico
tedesco del '600 Wilhelm Leibniz,
poi direttore dell'Accademia Prussiana delle Scienze, contribuisce alla
storia del calcolo con la fondamentale scoperta del sistema di
numerazione cosiddetto "binario",
su cui si basano tutti i moderni calcolatori
o computer:
Basandosi sul sistema numerico binario, Leibniz sviluppa anche il disegno concettuale di una macchina moltiplicatrice: il suo funzionamento consiste semplicemente nell'addizione del moltiplicando tante volte quante sono le cifre del moltiplicatore, con scatti di un carrello verso sinistra ad ogni sua cifra.
Il sistema numerico binario è tra le più grandi invenzioni del matematico tedesco, purtroppo non considerata fino al 1847, riscoperta allora dal matematico inglese George Boole, poi alla base sia delle scuole di logica matematica del XX secolo che della creazione del calcolatore elettronico.
Per quanto riguarda la sua macchina per moltiplicare verrà realizzata solo nel 1920 (!).
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Decimale
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 |
Binario
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111 |
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Esadecimale
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F |
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Il sistema numerico binario è un sistema cosiddetto "posizionale", come del resto quello decimale tradizionale che noi tutti normalmente usiamo, soltanto in base 2 invece che base 10: in pratica, invece di usare dieci simboli, ne utilizza solo due - normalmente "0" e "1" - con di conseguenza ogni cifra da destra considerata come moltiplicata per la potenza di 2 pari al numero di posizioni, invece che per la potenza di 10.
Un esempio:
- nel sistema con valori posizionali a base 10, cioè il nostro sistema decimale, scriviamo il numero 561 intendendo 5 "centinaia" (10 potenza 2) + 6 "decine" (10 potenza 1) + 1 "unità";
- nel sistema con valori posizionali a base 2, cioè il sistema binario, scriviamo invece il numero 1101 intendendo 1 "ottetto" (2 potenza 3) + 1 "quartina" (2 potenza 2) + 0 "doppietti" (2 potenza 1) + 1 "unità", quindi 8+4+0+1=13.
A fianco, una tabella di facile confronto tra le rappresentazioni numeriche decimali, binarie e cosiddette "esadecimali": introdotto prima dalla Bendix Aviation e poi dalla IBM, il sistema numerico esadecimale è ugualmente posizionale ma in base 16, cioè utilizza 16 simboli, e viene usato in informatica perché ogni numero esadecimale è la facile e sintetica rappresentazione di quattro cifre binarie o digits, permettendo quindi di esprimere un byte (8 bit) con due sole cifre - ad esempio il colore nelle immagini digitali viene per praticità volentieri espresso in numeri esadecimali. |
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Le prime codificazioni meccaniche di un linguaggio |
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Nel 1702 l'italiano Giovanni Barbieri costruisce un organo a rullo o cartone, il cosiddetto "Organetto di Barberia", con una serie di canne, un mantice a soffietto ed un meccanismo azionato a manovella: suona meccanicamente alla rotazione di un cilindro o "barile", il quale, attraverso leve, pistoncini e valvole, fa soffiare l'aria nelle canne.
La prima importantissima idea di un sistema meccanico per codificare un linguaggio possiamo trovarla dove meno ci aspetteremmo: è infatti racchiusa nei semplicissimi dispositivi a rullo ideati nell''800, come le scatoline musicali, comunemente dette carillon, ma più correttamente boite-a-musique o appunto scatole musicali, e nelle schede perforate di un telaio, ma sono proprio queste originali innovazioni che ci porteranno fino alla macchina tabulatrice di Hollerith e alla moderna elaborazione dei dati.
A sinistra, sopra il classico carillon a tamburo e, sotto, quello a rullo di carta, a destra i rispettivi disegni dei meccanismi a tamburo metallico e a rullo perforato, entrambi ancora "moderni", attuali ed in commercio. |
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Il minuto congegno musicale viene inventato e costruito dall’orologiaio svizzero Antoine Favre nel 1769: un cilindretto metallico ruotante a carica meccanica munito di corti aghi di acciaio, i quali, sporgenti, vanno a mettere prima sotto tensione e subito dopo, rilasciandole, in vibrazione una serie di lamelle intonate secondo la scala musicale, con il risultato di semplici melodie suonate in un continuo fino ad esaurimento della carica, di solito dal suono dolce e rilassante.
Queste scatoline musicali hanno un enorme successo popolare dalla fine del 1700 e fino a tutto il 1800, soprattutto montate in oggetti di uso comune, come la tabatière à musique o tabacchiera musicale: più tardi le scatoline verranno dotate di cartoncini perforati con ognuno una melodia le cui note sono riportate sotto forma di piccoli fori, ciascuno a corrispondere la nota da suonare. |
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Una versione ancora più sofisticata di questa tecnica sono prima i pianini a cilindo, trainati sul carretto dei suonatori ambulanti, poi le cosiddette "pianole" o autopiani, estremamente popolari nei salotti della borghesia, dove il meccanismo del rullo viene in seguito sostituito da un cartoncino forato interrotto o senza fine, cioè a ciclo continuo, il quale trasmette la sequenza dei "pieni" e dei "vuoti" agli elementi meccanici propri dello strumento, i martelletti: pieno equivale a nulla di fatto - vuoto da inizio alla procedura necessaria all'emissione di una data nota.
Gli autopiani avranno una larghissima diffusione fino agli anni '30 del secolo scorso, sostituiti dal più pratico, economicamente più accessibile e meno voluminoso grammofono.
Sopra, un frammento del rullo con la Fuga in Sol Minore di Johann Sebastian Bach per l'"Aeolian" - Londra 1912. |
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Passivo = "0"
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Attivo = "1"
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Per quanto riguarda il nostro argomento, la musica meccanicamente riproducibile interessa in quanto "linguaggio" meccanicamente riproducibile e la cosa davvero rivoluzionaria è che in tutti questi dispositivi l'informazione viene tradotta in sequenze di "0" e "1", attraverso cioè un sistema binario.
L'idea originale del rotolo di cartoncino forato è fondamentale l'invenzione di quelle schede perforate che Joseph-Marie Jacquard nel 1801 applica appunto all'automatizzazione della tessitura di stoffe a disegno molto complesso: il funzionamento della macchina attraverso istruzioni ad essa date automaticamente, senza cioè l'intervento dell'uomo, con un sistema di pieni e vuoti ovvero il cosiddetto "codice binario", composto puramente di due segnali "chiuso-aperto", "Off-On", "spento-acceso", "passivo-attivo" o "0-1" che si voglia, permette in pratica di regolare un sistema di aghi che si mantiene passivo laddove c'è il cartone pieno, cioè lo "0", ed attraversa la stoffa soltanto in corrispondenza dei fori, quindi dove c'è l'"1".
Il principio elementare alla base di tutte le applicazioni in codice binario, informatica compresa: due soli stati, o l'uno o l'altro! |
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Le rivoluzionarie applicazioni |
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I nostri moderni "elaboratori di dati" esistono concettualmente da metà anni '40, negli anni '50-'60 vengono sviluppati prototipi funzionanti di tutti gli hardware e software, i componenti "duri", le macchine a elettronica miniaturizzata subprodotto delle ricerche di avanguardia che portano alla realizzazione delle spedizioni spaziali e lunari, e i componenti "morbidi", i programmi o applicazioni informatiche per comunicare e lavorare su tali macchine: tutto quello cioè che in pratica verrà successivamente commercializzato a metà anni '80 con l'introduzione sul mercato civile del cosiddetto PC o personal computer, cioè l'elaboratore di dati o calcolatore personale.
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1001 0111 0010 0010 0011 1010 1011 0000 0101 0010 1010 0010 1000 1010 0100 1010 1010 1010 0100 1001 0100 1010 1001 0111 0101 0010 0100 1001 0010 0100 1001 0010 0101 0100 1010 0101 1101 0100 0101 1010 0101 0101 0110 0101 0100 1010 1010 1101 0010 0100 1001 0001 0101 0101 0000 1010 1010 0010 1110 0010 0101 0010 0100 1001 0010 0100 1001 0010 0101 0100 1010 0101 1101 0100 0101 1010 0101 0101 0110 0101 0100 1010 1010 1101 0010 0100 1001 0001 1000 1010 0100 1010 1010 1010 0100 1001 0100 1010 1001 0111 0101 0010 0100 1001 0010 0100 1001 0010 |
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Un elaboratore di dati lavora quindi con informazione cosiddetta "digitale" - pieno o vuoto, spento o acceso, buio o luce, passivo o attivo, no o sì, 0 o 1 - metodo già tentato addirittura dallo stesso Leonardo da Vinci.
I primi computer sono enormi e centralizzati: occupano addirittura stanze o edifici interi: è lo sviluppo rapidissimo della moderna elettronica miniaturizzata che ne riduce drasticamente le dimensioni aumentandone allo stesso tempo esponenzialmente sia la velocità di calcolo che la capacità di immagazzinaggio dei dati. |
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La comunicazione con i computer cosiddetti di prima generazione (quelli che usiamo oggi appartengono alla quarta), cioè i comandi o istruzioni, si evolvono comunque poi ad essere impartiti attraverso schede cartacee perforate, come già il telegrafo, nel 1837 ad opera di Sir Charles Wheatstone in Inghilterra e Samuel Finley Breese Morse in America, con la sua strisciolina di carta a 2 fori alternati, codificazione dei "punti" e delle "linee", o il telex, in italiano più conosciuto come "telescrivente", precursore del moderno fax, gioiello tecnologico e simbolo dell'efficienza dell'apparato burocratico della Germania Nazista degli anni '30, la cui codificazione su rullo raggiunge i 5 fori in linea secondo il sistema del 1880 inventato dal francese Jean Maurice Émile Baudot, poi il nastro perforato dei computer a 7 fori in linea, fino alla scheda perforata della IBM, l'americana International Business Machines, con fino a 12 fori in linea.
L'evoluzione dei comandi con codici a pieno-vuoto, una tecnica introdotta nel lontanissimo 1725 da tale Basile Bouchon su telai per regolarne automaticamente il motivo ornamentale da riprodurre sulla stoffa: da sopra a sotto, la strisciolina del telegrafo (in mezzo i fori di trazione della carta, sopra di essi i "punti" e sotto le "linee" dell'alfabeto Morse), il nastro di carta della telescrivente con fino a 5 fori in linea (informazione "a 5 bit"), la storica scheda perforata della IBM. |
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Una curiosità del sistema di comunicazione digitale Morse - punto-linea: la lettera "V" è codificata "punto-punto-punto-linea" o "ta-ta-ta-taaa" (la linea è 3 volte più lunga del punto), bene questo segnale rimane uno dei più famosi nella storia, usato dagli Inglesi nelle loro trasmissioni radio criptate ai vari gruppi di resistenza nazionali in Europa durante la Seconda Guerra Mondiale, una "V" come in Victory o vittoria ed anche l'apertura della "5.a" Sinfonia di Beethoven (la V può essere anche letta come il numero romano 5!). |
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Creare, leggere, e salvare un documento digitale è tutta una questione di 0 e 1 |
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La cosiddetta "memoria" di un computer è dove dove tutte le informazioni, sia dei programmi da usare, sia dei documenti con essi creati o letti, vengono immagazzinate o "salvate": quando si lavora l'elaborazione veloce dei dati viene eseguita in una memoria elettronica cosiddetta RAM o Random Access Memory ovvero "memoria di accesso casuale", mentre l'archiviazione di grandi quantità di dati viene fatta in una cosiddetta "memoria di massa".
Mentre la memoria RAM è a "circuito integrato" e permette tempi di "elaborazione" - cioè di calcolo, tempi di "accesso" - cioè di scrittura e lettura di dati, tempi di "reperimento" - cioè di successivo rintracciamento di dati su richiesta una volta immagazzinati, molto brevi, un CD o Compact Disk, "disco compatto" ottico, un HD o Hard Disk, "disco rigido" magnetico, e qualsiasi altra memoria di massa, magnetica o ottica che sia, "memorizza" o trattiene i dati in strutture cosiddette file o "documento" e ha bisogno di tempi molto più lunghi, relativamente parlando.
Ma "cosa" creiamo, salviamo o leggiamo con l'aiuto della macchina calcolatrice elettronica? In pratica lunghissime serie di 0 e di 1 organizzati quattro a quattro in numeri binari e su tanti tipi di memorie diverse, spesso più o meno "specializzate" per quello specifico tipo di dati o di eleborazione o di lettura!
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Ecco alcuni tipi di memoria: |
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- la memoria elettronica di un computer può essere ROM o Read Only Memory o "memoria di sola lettura"per i dati dati non modificabili o RAM o, come già visto, Random Access Memory ovvero memoria per lettura e scrittura casuali di singoli indirizzi; |
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Una memoria RAM da 512 Mb.
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- la cosiddetta EPROM o Erasable Programmable Read Only Memory, o "memoria di sola lettura cancellabile e riprogrammabile", è un tipo di memoria di sola lettura in cui i dati possono essere cancellati tramite raggi ultravioletti e poi reimmessi;
A fianco, sopra una memoria EPROM con la piccola finestra al centro, per rendere possibile l'esposizione ai raggi ultravioletti della memoria vera e propria, e, sotto, una EPROM ben visibile nei suoi dettagli grazie ad un estremo ingrandimento: come in tutta la oggi "micro"- e "nano"-elettronica i fili di collegamento ed il sistema di contatti elettrici è di dimensioni molte volte superiore al componente in se stesso. |
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- la cosiddetta VRAM o Video RAM, è la memoria di lettura e scrittura riservata esclusivamente a funzioni che hanno a che vedere con file video;
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- le memorie più diffuse sono le cosiddette SIMM e DIMM , piccole schede su cui vengono montati microcircuiti integrati, la prima Single In-Line Memory Module o "memoria statica", la seconda Dual In-line Memory Module o "memoria dinamica";
A fianco, una memoria DIMM. |
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- le memorie "esterne" al computer oggi più comuni sono, oltre alle famose "penne", piccoli circuiti integrati, comodi ma ancora di bassa capacità, senz'altro i CD o Compact Disc o "disco compatto" e i DVD o all'inizio Digital Video Disc e oggi Digital Versatile Disc o rispettivamente "disco video digitale" e "disco digitale versatile" (tutta questione di commercializzare il disco nel modo migliore!). |
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La rete informatica |
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Di prossima pubblicazione |
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