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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 1 TRACCIA PER LE LEZIONI 9-10 marted 11maggio, ore 16 30 -18 15, aula 5 ARGOMENTI DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO MEMERIA A NUCLEI E PROGETTO WHIRLWIND

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 2 ARGOMENTI DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO MEMERIA A NUCLEI E PROGETTO WHIRLWIND

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 3 Agli esordi del computer, i sistemi di memoria costituivano il principale problema tecnologico, molto pi arduo rispetto a quello dei circuiti logici e aritmetici (le cosiddette reti combinatorie) per i quali i concetti e i componenti di base erano gi disponibili. Si tentarono perci le vie pi disparate. Ricordiamo p.e. la memoria a condensatori dellABC di Atanasoff, oppure il sistema Selectron sviluppato dalla RCA intorno al 1950 che sembrava un buon candidato per il computer di von Neumann allo IAS, oppure ancora il Decatron, dispositivo che, potendo commutare entro un insieme di dieci stati stabili, avrebbe potuto registrare una cifra decimale senza comportare una codifica binaria. Per quanto riguarda le memorie centrali veloci, le linee di ritardo e le memorie elettrostatiche a tubi a raggi catodici furono i primi sistemi a fornire prestazioni soddisfacenti. Da notare che questi sistemi di memoria traevano origine dalla tecnologia del radar, sui cui segretissimi sviluppi subito prima e durante la seconda guerra mondiale, e specialmente negli Stati Uniti e in Inghilterra, si erano fatti investimenti enormi, impegnandovi un gran numero di scienziati e tecnologi. Non un caso che, tra quanti contribuirono allo sviluppo dei computer pionieristici, siano stati in gran numero quelli che, durante il conflitto, avevano partecipato alle ricerche sul radar e allo sviluppo delle sue varie tipologie (radar di avvistamento da terra, radar navali, radar di bordo su aerei). Entrambi questi sistemi tennero banco fino allavvento della memoria a nuclei magnetici, adottata per la prima volta nel computer Whirlwind (1950) e rimasta come soluzione standard, pur con alcune varianti, fino a circa il 1970, allorch le memorie. Le tecnologie della registrazione su strato magnetico (tuttora in uso negli Hard Disk dei PC) hanno invece condotto allo sviluppo delle memorie di massa (tamburi, nastri e dischi magnetici) caratterizzate da grande capacit ma da velocit di accesso relativamente bassa. Solo il tamburo magnetico fu adottato come organo di memoria principale in alcuni computer di basso costo. Dal punto di vista storico, la registrazione su strato magnetico (nastro, tamburo o disco che fosse), traeva origine dalle ricerche e dai brevetti del fisico danese Valdemar Poulsen che risalivano allanno 1900. Ne derivarono diverse applicazioni pratiche, quali i dittafoni da ufficio, inizialmente basate sulla registrazione su filo metallico. Per tappe successive, i progressi della registrazione magnetica di segnali analogici (voce, musica, immagini) hanno condotto alle moderne cassette audio e video (peraltro anchesse superate dagli odierni CD e DVD digitali a laser). Limpiego di questa tecnologia per la registrazione digitale necessaria ai computer, ha per comportato soluzioni specifiche, molto pi sofisticate di quelle adatte alla registrazione analogica. A titolo di esempio, si consideri che una piccola imperfezione nello strato magnetico pu essere irrilevante ai fini della registrazione analogica mentre ha effetti disastrosi in una registrazione digitale da utilizzare su computer, anche quando sia circoscritta a un singolo bit. INTRODUZIONE

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 4 Linee di ritardo Tubi a raggi catodici (Williams) Tamburi magnetici Nuclei magnetici Tamburi magnetici MEMORIA DI MASSANastri magnetici Dischi magnetici sistemi misti a due livelli (il tamburo il componente lento) MEMORIA CENTRALE TIPOLOGIE DEI PRIMI SISTEMI DI MEMORIA

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 5 Linee di ritardo Tubi a raggi catodici (Williams) Tamburi magnetici Nuclei magnetici Tamburi magnetici MEMORIA DI MASSANastri magnetici Dischi magnetici MEMORIA CENTRALE

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 6 Slow mechanical (sound) pulses 1010 Electrical pulses amplified and reshaped Electrical pulses attenuated and distorted 1010 MEMORIA A LINEA DI RITARDO

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 7 Un cristallo piezoelettrico in quarzo (cristallo trasmettitore) al quale siano applicati impulsi elettrici, li trasforma in vibrazioni meccaniche; il cristallo ricevitore, reciprocamente, assorbe senza rifletterle le vibrazioni meccaniche e le trasforma in impulsi elettrici. Gli impulsi (o i non-impulsi; ovvero i bit) si susseguono a cadenza regolare [1] e viaggiano lentamente (onde ritardo) entro la colonna di mercurio rimanendovi memorizzati per la durata del tragitto. Gli apparati elettronici veloci correggono lattenuazione (amplifier) e la distorsione (reshaper) subita dagli impulsi durante il tragitto e li inviano di nuovo in ciclo. Le funzioni critiche sono quelle di lettura e di scrittura. La posizione del bit da leggere o da scrivere rilevata come distanza temporale da un segnale speciale che marca linizio del treno dimpulsi circolante. La lettura di un bit consiste quindi nella rilevazione della presenza o assenza di impulso in una determinata posizione della sequenza; la scrittura consiste invece nellinserimento o nella soppressione di un impulso. Capacit tipiche sono dellordine di 1 kbit per una colonna di mercurio lunga 1 m. MEMORIA A LINEA DI RITARDO

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 8 M.Wilkes (a sinistra) e J.P.Eckert con le linee di ritardo a mercurio dellEDSAC e del BINAC rispettivamente. Le prime linee di ritardo furono messe a punto nei Bell Labs da W.B. Shockley (co- inventore del transistor) e poi perfezionate dallo stesso Eckert mentre lavorava ai sistemi Radar militari. A.M.Turing, esaminate le caratteristiche di vari materiali, indic una miscela di acqua e alcool come possibile sostituto del mercurio; secondo vari testimoni, concluse che il London Gin sarebbe stata una valida scelta. SISTEMI DI MEMORIA - Linee di ritardo MEMORIA A LINEA DI RITARDO

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 9 Il computer inglese NICHOLAS stato probabilmente lunica grande macchina a utilizzare come memoria principale questa variante delle linee di ritardo. Memorie di piccole dimensioni a filo magnetostrittivo avvolto a spirale, furono utilizzate p.e. nel computer da tavolo Olivetti P101, nei primi PC IBM (con funzioni ausiliarie) e in molte apparecchiature terminali. Una variante basata sulleffetto di magnetostrizione per il quale le vibrazioni meccaniche longitudinali di un filo molto rigido (nichel o acciaio armonico) sono indotte (e rivelate) dalle variazioni del campo magnetico applicate alle estremit. coil magnetostrictive wire mechanical pulses electrical pulses to electronics MEMORIA A LINEA DI RITARDO

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 10 32 parole di 40 bit visualizzate sullo schermo di un tubo di Williams. MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 11 Il pennello elettronico scandisce riga per riga un reticolo di macchioline sullo strato fosforico nelle quali provoca (se attivo, o non-provoca se inibito) un accumulo di carica elettrica che, per effetto elettrostatico, viene rilevato dalla piastra metallica collettrice esterna al tubo. Questo semplice principio probabilmente gi intuito da J.P.Eckert e ripreso nella famosa First draft, etc. di von Neumann (1945), nella quale, oltre che di memoria a linea di ritardo, si parla anche di memoria a iconoscopio, derivata dalla tecnologia TV richiedeva peraltro unelettronica assai elaborata. F.C.Williams e il suo collaboratore T.Kilburn, allUniversit di Manchester, costruirono nel 1947 un prototipo funzionante, con una capacit di 1 kbit, e ne fecero uno dei brevetti inglesi pi fruttuosi di quel periodo. MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 12 Frederik Williams, sulla destra, e Tom Kilburn davanti alla memoria elettrostatica del Mark I, prototipo degli omonimi computer costruiti su scala industriale dalla Ferranti Ltd. Williams, Crawley (NRDC) [1] e McPherson (IBM) al cospetto della batteria di tubi a raggi catodici che costituivano la memoria dellIBM 701 (1952). [1] NRDC, National Research Development Corporation: ente governativo che finanzi largamente la ricerca e la produzione inglese nel settore dei computer. MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 13 Von Neumann accanto al computer dello IAS - Institute of Advanced Study - di Princeton (1952). Alcuni dei tubi di Williams appaiono nella parte bassa e sono protetti da cilindri metallici di schermatura. MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 14 1948 1949 1950 1952 1953 1953 Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980 SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 15 (*) (*) La memoria CRT, realizzata con tubi catodici speciali, si riferisce a una fase intermedia del progetto Whirlwind; nella sua versione finale, fu infatti il primo computer ad adottare la tecnologia di memoria a nuclei (core) magnetici. Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980 SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 16 Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980 SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI

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storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 17 ARGOMENTI DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO MEMERIA A NUCLEI E PROGETTO WHIRLWIND