Storia dell'informatica - uniud 2009- 10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9- 10 1 TRACCIA PER LE LEZIONI 9-10 martedì 11maggio, ore 16 30 -18 15, aula

storia dell'informatica - uniud 2009-10 - corrado bonfanti - traccia lez. 9-10

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TRACCIA PER LE LEZIONI 9-10martedì 11maggio, ore 1630-1815, 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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ARGOMENTI

DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTERDAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER

MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO



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Agli esordi del computer, i sistemi di memoria costituivano il principale problema tecnologico, molto più arduo rispetto a quello dei circuiti logici e aritmetici (le cosiddette “reti combinatorie”) per i quali i concetti e i componenti di base erano già disponibili. Si tentarono perciò le vie più disparate. Ricordiamo p.e. la memoria a condensatori dell’ABC 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 è 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 all’avvento 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, allorché 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 capacità ma da velocità 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 all’anno 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 anch’esse superate dagli odierni CD e DVD digitali a laser). L’impiego di questa tecnologia per la registrazione digitale necessaria ai computer, ha però comportato soluzioni specifiche, molto più sofisticate di quelle adatte alla registrazione analogica. A titolo di esempio, si consideri che una piccola imperfezione nello strato magnetico può 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.

INTRODUZIONEINTRODUZIONE


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Linee di ritardo

Tubi a raggi catodici (Williams)

Tamburi magnetici

Nuclei magnetici

Tamburi magnetici

MEMORIA DI MASSA Nastri magnetici

Dischi magnetici

sistemi misti a due livelli (il tamburo è il componente “lento”)

MEMORIA CENTRALE

TIPOLOGIE DEI PRIMI SISTEMI DI MEMORIATIPOLOGIE DEI PRIMI SISTEMI DI MEMORIA


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Linee di ritardoLinee di ritardo

Tubi a raggi catodici (Williams)Tubi a raggi catodici (Williams)

Tamburi magnetici

Nuclei magnetici

Tamburi magnetici

MEMORIA DI MASSA Nastri magnetici

Dischi magnetici

MEMORIA CENTRALEMEMORIA CENTRALE


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Slow mechanical (sound) pulses

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MEMORIA A LINEA DI RITARDOMEMORIA A LINEA DI RITARDO


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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 l’attenuazione (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 è rilevata come distanza temporale da un segnale speciale che marca l’inizio del treno d’impulsi 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 nell’inserimento o nella soppressione di un impulso.

Capacità tipiche sono dell’ordine di 1 kbit per una colonna di mercurio lunga 1 m.



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M.Wilkes (a sinistra) e J.P.Eckert con le linee di ritardo a mercurio dell’EDSAC 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, indicò 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 SISTEMI DI MEMORIA - Linee di ritardo



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Il computer inglese NICHOLAS è stato probabilmente l’unica 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 è basata sull’effetto 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 estremità.

coilcoilmagnetostrictive wire

mechanical pulseselectrical pulses electrical pulses

to electronics to electronics



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32 parole di 40 bit visualizzate sullo schermo di un tubo di Williams.

MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)


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Il pennello elettronico scandisce riga per riga un reticolo di “macchioline” sullo strato fosforico nelle quali provoca (se è attivo, o non-provoca se è inibito) un accumulo di carica elettrica che, per effetto elettrostatico, viene rilevato dalla piastra metallica collettrice esterna al tubo.

Questo semplice principio probabilmente già 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 un’elettronica assai elaborata. F.C.Williams e il suo collaboratore T.Kilburn, all’Università di Manchester, costruirono nel 1947 un prototipo funzionante, con una capacità di 1 kbit, e ne fecero uno dei brevetti inglesi più fruttuosi di quel periodo.



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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 dell’IBM 701 (1952).

[1] NRDC, National Research Development Corporation: ente governativo che finanziò largamente la ricerca e la

produzione inglese nel settore dei computer.



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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.



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1948 1949 1950 1952 1953 1953

Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980

SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICISISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI


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(*) 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.




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MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICOMEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO


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