I primi computer moderni sono tipicamente raggruppati in quattro “generazioni”. Ogni generazione è caratterizzata da miglioramenti nella tecnologia di base. Questi miglioramenti nella tecnologia sono stati straordinari e ogni progresso ha portato a computer di costo inferiore, maggiore velocità, maggiore capacità di memoria e dimensioni più piccole.
Questo raggruppamento in generazioni non è chiaro né è senza discussione. Molte delle invenzioni e delle scoperte che hanno contribuito all’era del computer moderno non rientrano perfettamente in queste rigide categorie. Il lettore non dovrebbe interpretare queste date come rigidi confini storici.
Prima generazione (1945-1959)
Il tubo a vuoto fu inventato nel 1906 da un ingegnere elettrico chiamato Lee De Forest (1873-1961). Durante la prima metà del ventesimo secolo, è stata la tecnologia fondamentale utilizzata per costruire radio, televisori, radar, macchine a raggi X e una grande varietà di altri dispositivi elettronici. È anche la tecnologia primaria associata alla prima generazione di macchine da calcolo.
Il primo computer elettronico operativo di uso generale, chiamato ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), fu costruito nel 1943 e utilizzava 18.000 tubi a vuoto. Fu costruito con finanziamenti governativi presso la Moore School of Engineering dell’Università della Pennsylvania, e i suoi progettisti principali furono J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) e John W. Mauchly (1907-1980). Era lungo quasi 30,5 metri (100 piedi) e aveva venti registri a 10 cifre per i calcoli temporanei. Utilizzava schede perforate per l’input e l’output ed era programmato con il cablaggio della scheda. L’ENIAC era in grado di calcolare al ritmo di 1.900 aggiunte al secondo. Fu usato principalmente per calcoli relativi alla guerra come la costruzione di tabelle di tiro balistico e calcoli per aiutare nella costruzione della bomba atomica.
Il Colossus fu un’altra macchina che fu costruita in questi anni per aiutare a combattere la seconda guerra mondiale. Una macchina britannica, fu usata per aiutare a decodificare i messaggi segreti del nemico. Utilizzando 1.500 tubi a vuoto, la macchina, come l’ENIAC, era programmata utilizzando il cablaggio della scheda.
Queste prime macchine erano tipicamente controllate dal cablaggio della scheda o da una serie di indicazioni codificate su nastro di carta. Alcuni calcoli richiedevano un cablaggio mentre altri ne richiedevano un altro. Così, mentre queste macchine erano chiaramente programmabili, i loro programmi non erano memorizzati internamente. Questo sarebbe cambiato con lo sviluppo del computer a programma memorizzato.
Il team che lavorava all’ENIAC fu probabilmente il primo a riconoscere l’importanza del concetto di programma memorizzato. Alcune delle persone coinvolte nei primi sviluppi di questo concetto furono J. Presper Eckert Jr. (1919-1955) e John W. Mauchly (1907-1980), e John von Neumann (1903-1957). Durante l’estate del 1946, alla Moore School si tenne un seminario che concentrò grande attenzione sulla progettazione di un computer a programma memorizzato. Una trentina di scienziati da entrambi i lati dell’Oceano Atlantico parteciparono a queste discussioni e furono presto costruite diverse macchine a programma memorizzato.
Uno dei partecipanti al seminario della Moore School, Maurice Wilkes (1913-), guidò una squadra inglese che costruì l’EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) a Cambridge nel 1949. Da parte americana, Richard Snyder guidò il team che completò l’EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) alla Moore School. Von Neumann aiutò a progettare la macchina IAS (Institute for Advanced Study) che fu costruita all’Università di Princeton nel 1952. Queste macchine, pur utilizzando ancora tubi a vuoto, erano tutte costruite in modo che i loro programmi potessero essere memorizzati internamente.
Un’altra importante macchina a programma memorizzato di questa generazione fu l’UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). Fu la prima macchina di successo disponibile in commercio. L’UNIVAC fu progettato da Eckert e Mauchly. Utilizzava più di 5.000 tubi a vuoto e impiegava nastro magnetico per l’archiviazione di massa. La macchina fu usata per compiti come la contabilità, il calcolo delle tabelle attuariali e la previsione delle elezioni. Alla fine furono installate quarantasei di queste macchine.
L’UNIVAC, che eseguì il suo primo programma nel 1949, era in grado di eseguire dieci volte più aggiunte al secondo dell’ENIAC. In dollari moderni, l’UNIVAC aveva un prezzo di 4.996.000 dollari. Inoltre, durante questo periodo, fu spedito il primo computer IBM. Si chiamava IBM 701 e furono vendute diciannove di queste macchine.
Seconda generazione (1960-1964)
Con l’intensificarsi dell’interesse commerciale nella tecnologia dei computer durante la fine degli anni ’50 e gli anni ’60, fu introdotta la seconda generazione della tecnologia dei computer basata non sui tubi a vuoto ma sui transistor.
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989) e Walter H. Brattain (1902-1987) inventarono il transistor ai Bell Telephone Laboratories a metà degli anni 40. Nel 1948 era ovvio a molti che il transistor avrebbe probabilmente sostituito il tubo a vuoto in dispositivi come radio, televisori e computer.
Una delle prime macchine da calcolo basate sul transistor fu il Transac S-2000 della Philco Corporation nel 1958. IBM seguì presto con l’IBM 7090 basato sul transistor. Queste macchine di seconda generazione erano programmate in linguaggi come COBOL (Common Business Oriented Language) e FORTRAN (Formula Translator) e furono usate per una vasta gamma di compiti commerciali e scientifici. Dischi magnetici e nastri erano spesso usati per l’immagazzinamento dei dati.
Terza generazione (1964-1970)
La terza generazione della tecnologia dei computer era basata sulla tecnologia dei circuiti integrati e si estendeva dal 1964 al 1970 circa. Jack Kilby (1923-) della Texas Instruments e Robert Noyce (1927-1990) della Fairchild Semiconductor furono i primi a sviluppare l’idea del circuito integrato nel 1959. Il circuito integrato è un singolo dispositivo che contiene molti transistor.
Forse la macchina più importante costruita in questo periodo fu l’IBM System/360. Alcuni dicono che questa macchina ha introdotto da sola la terza generazione. Non era semplicemente un nuovo computer ma un nuovo approccio alla progettazione dei computer. Introdusse una singola architettura di computer su una gamma o famiglia di dispositivi. In altre parole, un programma progettato per funzionare su una macchina della famiglia poteva funzionare anche su tutte le altre. IBM spese circa 5 miliardi di dollari per sviluppare il System/360.
Un membro della famiglia, l’IBM System/360 Model 50, era in grado di eseguire 500.000 aggiunte al secondo ad un prezzo in dollari odierni di 4.140.257 dollari. Questo computer era circa 263 volte più veloce dell’ENIAC.
Durante la terza generazione di computer, il processore centrale fu costruito utilizzando molti circuiti integrati. Non fu fino alla quarta generazione che un intero processore sarebbe stato posto su un singolo chip di silicio, più piccolo di un francobollo.
Quarta generazione (1970-?)
La quarta generazione di tecnologia dei computer è basata sul microprocessore. I microprocessori impiegano tecniche di Large Scale Integration (LSI) e Very Large Scale Integration (VLSI) per impacchettare migliaia o milioni di transistor su un singolo chip.
L’Intel 4004 fu il primo processore ad essere costruito su un singolo chip di silicio. Conteneva 2.300 transistor. Costruito nel 1971, segnò l’inizio di una generazione di computer il cui lignaggio sarebbe arrivato fino ai giorni nostri.
Nel 1981 IBM scelse la Intel Corporation come costruttore del microprocessore (l’Intel 8086) per la sua nuova macchina, l’IBM-PC. Questo nuovo computer era in grado di eseguire 240.000 aggiunte al secondo. Anche se molto più lento dei computer della famiglia IBM 360, questo computer costava solo 4.000 dollari in dollari di oggi! Questo rapporto prezzo/prestazioni causò un boom nel mercato dei personal computer.
Nel 1996, il PC Pentium Pro della Intel Corporation era in grado di eseguire 400.000.000 di aggiunte al secondo. Questo era circa 210.000 volte più veloce dell’ENIAC, il cavallo di battaglia della seconda guerra mondiale. La macchina costava solo 4.400 dollari al netto dell’inflazione.
La tecnologia dei microprocessori si trova ora in tutti i computer moderni. I chip stessi possono essere prodotti in modo economico e in grandi quantità. I chip processori sono usati come processori centrali e i chip di memoria sono usati per la memoria dinamica ad accesso casuale (RAM). Entrambi i tipi di chip fanno uso di milioni di transistor incisi sulla loro superficie di silicio. Il futuro potrebbe portare chip che combinano il processore e la memoria su un singolo die di silicio.
Durante la fine degli anni ’80 e negli anni ’90 i microprocessori con cache, pipeline e superscaler sono diventati comuni. Poiché molti transistor possono essere concentrati in uno spazio molto piccolo, gli scienziati sono stati in grado di progettare questi processori a chip singolo con memoria a bordo (chiamata cache) e sono stati in grado di sfruttare il parallelismo a livello di istruzioni utilizzando pipeline di istruzioni insieme a progetti che permettevano l’esecuzione di più di un’istruzione alla volta (chiamato superscaler). Il PC Intel Pentium Pro era un microprocessore con cache, superscaler e pipeline.
Inoltre, durante questo periodo, si è verificato un aumento nell’uso di processori paralleli. Queste macchine combinano molti processori, collegati in vari modi, per calcolare i risultati in parallelo. Sono state usate per calcoli scientifici e ora vengono usate anche per database e file server. Non sono onnipresenti come gli uniprocessori perché, dopo molti anni di ricerca, sono ancora molto difficili da programmare e molti problemi non si prestano a una soluzione parallela.
I primi sviluppi della tecnologia dei computer erano basati su progressi rivoluzionari nella tecnologia. Le invenzioni e le nuove tecnologie erano la forza trainante. Gli sviluppi più recenti sono probabilmente meglio visti come evolutivi piuttosto che rivoluzionari.
È stato suggerito che se l’industria aerea fosse migliorata allo stesso ritmo dell’industria dei computer, si potrebbe viaggiare da New York a San Francisco in 5 secondi per 50 centesimi. Alla fine degli anni ’90, i microprocessori stavano migliorando le loro prestazioni al ritmo del 55% all’anno. Se questa tendenza continua, e non è assolutamente certo che lo farà, entro il 2020 un singolo microprocessore potrebbe possedere tutta la potenza di calcolo di tutti i computer della Silicon Valley all’alba del ventunesimo secolo.
vedi anche Apple Computer, Inc.; Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. e Mauchly, John W.; Circuiti integrati; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliografia
Hennessy, John, e David Patterson. Organizzazione e progettazione di computer. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998.
Rockett, Frank H. “The Transistor.” Scientific American 179, no. 3 (1948): 52.
Williams, Michael R. A History of Computing Technology. Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1997.
.