Computer, l’evoluzione nella storia

Computer, l’evoluzione nella storia (2.29/5) su 7 voti

all'interno del pcComputer, tablets, cellulari, smart tv ed altri dispositivi che ormai diamo per scontato e che consideriamo nella loro semplicità parte della nostra vita, sono in realtà oggetti di una complessità disarmante. La loro struttura interna non ha niente da invidiare ad una enorme città che funziona in modo estremamente efficiente. Quando ho tra le mani un computer oppure un dispositivo elettronico che supporta applicazioni, non vedo l’oggetto in se ma – è più forte di me – i miei occhi come avessi la vista a raggi x ne immaginano la struttura ed i componenti interni. Mi sfugge poi un sorriso ed un pensiero di ammirazione nei confronti di chi ha progettato l’oggetto in questione! Questo non perché ho qualche problema mentale, ma perché conosco la storia di come questi sistemi si sono evoluti ed in parte il loro funzionamento. Con questo articolo vorrei portarvi attraverso un viaggio che dalle rocce ha visto l’evoluzione della tecnica  fino all’odierno smartphone, molto più potente dei computer a disposizione nel 2000.

Prima di tutto facciamo una distinzione importante. Se come computer intendiamo generalmente un “calcolatore” come primo computer risaliamo a migliaia di anni fa dove meccanismi vari calcolavano posizioni degli astri o semplicemente il passare del tempo (vedi Meccanismo di Anticitera). Noi invece vogliamo considerare i computer come prodotto dell’elettronica e quindi un sistema in grado di produrre risultati elaborando segnali elettrici e non meccanici. Anche in una normale calcolatrice il numero che vedete sullo schermo è il risultato di una combinazione di movimenti di corrente elettrica all’interno della sua piccolissima scheda elettronica. Se prendiamo questa strada, forse il primo “computer” può essere la ricetrasmittente di Guglielmo Marconi! In realtà i componenti non erano ancora elettronici, ma da questo punto in poi è cominciata la vera e propria rivoluzione.

Vcristallo di galenaista la scarsità e la difficile reperibilità dei componenti all’epoca, per costruire la prima radio Marconi sfruttò un minerale, un cristallo di Galena. Questo minerale ha la proprietà di lasciarsi attraversare dalla corrente solo in una direzione se sfruttato nel modo corretto. Quindi, utilizzando un pezzo di “roccia” , per la prima volta viene condizionato il passaggio della corrente elettrica. Voi direte, che importanza avrà mai lasciar passare la corrente elettrica solo in una direzione? Questo permetteva di filtrare la ricezione dei segnali radio pulendoli per estrarne la parte audio, altrimenti non sarebbe mai stato possibile effettuare la prima trasmissione. In elettronica odierna il componente che assolve a questo compito viene definito “diodo” (vedi Come funziona il Diodo) ed è presente in qualsiasi cosa abbia anche solo un minimo di tecnologia. Ma un passo alla volta.

I computer all’epoca della prima trasmissione di Marconi ad inizio 1900 non erano necessari e non erano nemmeno stati ipotizzati. La spinta la si ebbe sopratutto dopo il 1930, con l’avvento della prima e della seconda guerra mondiale. Sfidandosi sul piano tecnologico, fu necessario lo sviluppo di sistemi in grado di decodificare i messaggi in codice del nemico. In questo periodo nacque il primo computer in grado di effettuare calcoli complessi in modo meccanico. Ma come fa un sistema meccanico a calcolare? Usando ciò che ha a disposizione. L’uomo ha a disposizione 10 dita ed infatti noi contiamo a cicli di 10: non è affatto un caso… Arrivati a 9 si incrementa di uno la seconda cifra, quindi si riparte dallo zero, mantenendo l’incremento sulla seconda cifra: 10,11,12 … etc come tutti sappiamo benissimo. Un computer meccanico come potrebbe contare? Konrad Zuse, progettando lo Z1 nel 1939 ebbe una brillante idea: immaginò di prendere una scheda e di forarla in alcuni punti. Dove la scheda presenta un foro, considerò come valore 1 (uno), mentre dove la scheda non è forata 0 (zero). Quindi questo computer non può contare fino a 10 come noi, ma può comunque contare da 0 ad 1. Ecco perché in informatica viene utilizzato il famoso codice binario. Confrontiamo il nostro modo di contare con quello dello Z1:

codice binario

In poche parole, mentre noi facciamo il riporto di 1 quando arriviamo a 10, il codice binario fa il riporto di 1 quando arriva a 2, quindi tutti i numeri dal 2 in su per lo Z1 non esistono. Ma a noi non interessa cosa ne pensa il computer, decidiamo di dare ad ogni numero binario un corrispondente numero decimale, quindi l’uno sarà lo 0001, il due sarà lo 0010 il tre lo 0011 e via dicendo all’infinito. Con questo sistema è stato stabilito come permettere al computer di contare a “modo nostro”.

Immaginiamo ora di avere una scheda con dei fori, per esempio:
(11111111) 8 fori di seguito ( COMANDO “SOMMA”)
(00000001) che per il computer significa il numero 1
(00000010) che per il computer significa il numero 2

Il comando 11111111 attiva un meccanismo di ingranaggi grazie al quale il computer per ogni 1 (foro) che trova nel primo o nel secondo numero inserito, mi crea un foro su una scheda dato in uscita. Quindi come risultato mi darà effettivamente una scheda con (00000011), che per me equivale esattamente al numero tre! Ecco che il computer ha effettuato un calcolo. Allo stesso modo fu possibile effettuare calcoli anche con numeri elevati ed operazioni pi complesse.

scheda forata
Esempio di scheda forata

Effettivamente come computer era molto lento, l’ingranaggio poteva leggere un comando al secondo, contando i vari “scatti” necessari per leggere i fori sulle schede di entrata ed eseguire le forature sulle schede di uscita la cosa si faceva molto lenta. Per velocizzare il sistema era necessario sostituire agli ingranaggi dei sistemi elettronici, in grado di gestire i “bit” non con fori sulle schede ma con metodi più veloci. Un metodo interessante è quello di sfruttare la corrente elettrica: se abbiamo corrente elettrica consideriamo 1, se non l’abbiamo consideriamo zero. Ecco che la cosa diventa molto più interessante, essendo disponibili minerali come la galena in grado di condizionare il flusso della corrente elettrica. Ma proprio in quel periodo venne inventata la valvola termoionica. La prima versione era l’equivalente della Galena per la radio di Marconi, un diodo vero e proprio. valvola termoionicaSenza entrare nel dettaglio, la reazione che avviene all’interno del tubo sottovuoto permette il passaggio della corrente solo in una direzione. Successivamente venne introdotto anche il “triodo” ovvero una valvola che oltre all’entrata ed all’uscita, aveva anche la possibilità con una terza connessione di “accendersi o spegnersi” lasciandosi attraversare dalla corrente oppure no. Questa fu una vera e propria rivoluzione che soppiantò gli azionamenti meccanici definitivamente, ed infatti nacque nel 1943 l’ENIAC, un computer composto da più di 18.000 valvole e largo 9×30 metri. Consumava l’equivalente in corrente di un quartiere moderno. Le valvole leggevano i dati in entrata ed effettuavano calcoli velocissimi ed estremamente complessi (per l’epoca) a scopi militari. Il forte calore sprigionato dalle valvole e lo stress generale del sistema causava frequentissimi guasti.

eniac computerQuesto non impedì al computer di avere un enorme successo e spinse la ricerca verso il miglioramento di questo tipo di strumentazione. Le grandi dimensioni erano dovute alle valvole termoioniche, ognuna della dimensioni almeno di un pacchetto di sigarette.

La successiva rivoluzione fu la scoperta del silicio come “semiconduttore”. Inizialmente la Galena come minerale, poi le valvole termoioniche grazie agli ioni rilasciati sottovuoto ed infine il silicio… Si scoprì che il silicio appositamente trattato può condurre la corrente elettrica solo in una direzione (diodo) oppure può condurla solo in una direzione e solo se tramite una terza entrata lo alimentiamo (triodo – il moderno transistor) e con l’utilizzo di certi minerali può emettere luce (diodo LED).

Piccolacarborundum diodo led curiosità sul diodo LED: fu scoperta per caso la capacità del “carborundum” (ovvero il residuo dopo la preparazione dei diamanti sintetici) di illuminarsi quando attraversato dalla corrente elettrica. Me ne sono procurato un pezzetto ed ecco il risultato. Grazie a questa scoperta dai diodi sono nati i diodi led, presenti in ogni spia o segnale che si attiva nei dispositivi elettronici di tutti i giorni.

La scoperta del transistor ha permesso di creare microscopici interruttori i quali deviano velocemente la corrente elettrica in varie direzioni, spostando quindi i nostri bit “0″ ed “1″ con precisione ed efficienza in spazi ridottissimi.

dissipatoreSe aprite il vostro computer di casa, all’interno noterete un oggetto simile a questo, che ha l’aria di essere il processore, quel componente che contiene milioni di transistor e permette ai computer moderni di effettuare una cifra spropositata di calcoli al secondo.

Ma non illudetevi, questo non è il processore pentium iiiprocessore ma solo la parte di raffreddamento. Immaginate di toglierla, sotto troverete qualcosa come l’immagine qui a destra. Il rettangolo blu che vedete è il cuore del processore di circa 5x5mm, mentre la parte verde è semplicemente un supporto per le centinaia di connessioni presenti sulla parte inferiore. Negli smartphone e nei tablet si è riusciti nell’ardua impresa di ridurre le dimensioni di questo componente a pochi millimetri, evitando comunque surriscaldamenti o perdite di velocità. Il funzionamento di base è lo stesso dei computer che abbiamo incontrato all’inizio del nostro viaggio, quello che è cambiato è il modo con il quale l’utente interagisce con il sistema. Non servono più schede forate, ma utilizziamo la tastiera ed il mouse. Anzi, ormai utilizziamo più frequentemente lo schermo Touch! Vedete come velocemente si evolve la tecnologia? I software che un tempo si occupavano della gestione di una scheda forata, ora si assicura che la nostra battitura sulla tastiera virtuale sia corretta altrimenti corregge automaticamente il testo. C’è un applicazione che automaticamente riconosce la nostra voce e la trasforma in parole… e magari esegue qualche comando!

Quale sarà il futuro prossimo di questa tecnologia? Come la rivoluzione del transistor soppiantò le valvole termoioniche un altra rivoluzione è alle porte. Si sta lavorando a computer che invece dell’elettricità sfruttano segnali luminosi trasmessi attraverso fibre ottiche. La luce è più veloce, non surriscalda, e non subisce interferenze dall’ambiente! Come alternativa, in caso questa non sia soddisfacente, l’ipotesi è quella di sviluppare “computer  quantistici” che sfruttano cioè transistor delle dimensioni di un atomo, riducendo di centinaia di volte consumi ed ingombri!

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