10. L'età eroica del calcolatore elettronico

Il sogno di Babbage, il calcolatore programmabile, divenne realtà tra la fine degli anni '30 e l'inizio degli anni '40 grazie al lavoro condotto indipendentemente da alcuni ricercatori e sotto la spinta delle esigenze belliche del momento.

Dal punto di vista progettuale, lo sviluppo dei calcolatori elettronici programmabili può essere diviso in due periodi: dal 1938 al 1948: il calcolatore è controllato da programmi, non modificabili, registrati su nastro perforato o cablati in una configurazione di cavetti ed interruttori; manca inoltre un'architettura di riferimento precisa per i calcolatori; dopo il 1948: i calcolatori cominciano ad essere realizzati secondo l'architettura di von Neumann; in particolare, i programmi che controllano le operazioni da svolgere risiedono nella memoria del calcolatore insieme ai dati e possono quindi essere modificati dinamicamente nel corso dell'elaborazione.

Fig. 69. Konrad Zuse. Nel 1938, il tedesco K. Zuse (1910-1995) realizzò il primo calcolatore programmabile in senso moderno, denominato Z1. Questa macchina prototipale e solo parzialmente funzionante era costruita interamente con parti meccaniche. Successivamente, le difficoltà tecniche derivanti dall'uso della tecnologia meccanica fecero cambiare rotta a Zuse, che decise di riprogettare il calcolatore con un mezzo tecnico già ampiamente collaudato in telefonia: il relè. Nell’aprile del 1939 completò il modello Z2 con cui suscitò l'interesse della Luftwaffe. La Z2 fu progettata in modo da utilizzare la memoria meccanica della Z1 mentre il resto della macchina fu ricostruito utilizzando circa 200 relè. Nella Z3, completata nel dicembre del 1941, anche la memoria meccanica fu sostituita con dispositivi a relè.

Fig. 70. Il calcolatore ENIAC. Sotto la spinta di esigenze belliche gli Stati Uniti si impegnarono a incrementare le ricerche per la realizzazione di calcolatori più veloci e a partire dal 1943 finanziarono con ingenti somme la progettazione e realizzazione di un grosso calcolatore elettronico. Il risultato fu il calcolatore ENIAC, completato nel 1946, che rappresentò il primo grande calcolatore elettronico programmabile basato sull'uso di valvole termoioniche. Sebbene dal punto di vista dell’architettura molte scelte fossero discutibili e non ottimali, questo calcolatore ebbe indubbiamente il grande merito di attirare l’interesse e l’atttenzione dei ricercatori e successivamente dell’industria verso questo nuovo settore. Esso ebbe un forte impatto anche sull'opinione pubblica e contribuì a far sorgere il mito del "cervello elettronico".

Fig. 71. John von Neumann. Nel 1944, von Neumann cominciò a collaborare con il gruppo di scienziati impegnati nella costruzione dell'ENIAC, tra cui J.P. Eckert, J.W. Mauchly e H.H. Goldstein, e ben presto si rese conto che l'architettura di questo calcolatore era ridondante e poco razionale. Inoltre, von Neumann capì che la programmazione del computer mediante la riconfigurazione di un numero enorme di interruttori e di cavi era lenta, faticosa e poco flessibile. Per costruire un vero calcolatore elettronico programmabile occorreva che il programma non fosse rigidamente predisposto nell'hardware (tramite interruttori e cavi), e neppure letto sequenzialmente da nastri perforati (troppo lenti), ma risiedesse in una memoria scrivibile ad accesso veloce, assieme ai dati da elaborare e alle costanti numeriche. Von Neumann fu il primo a descrivere l'architettura dei calcolatori in termini logico-funzionali, secondo uno schema astratto slegato dai dispositivi fisici utilizzati per realizzare le varie operazioni.

Fig. 72. Il calcolatore Manchester Mark I. Nell'estate del 1946, von Neumann insieme ad A. Burks ed H. Goldstine organizzò alla Moore School dell'Università di Pennsylvania (USA) un corso internazionale sui calcolatori frutto delle idee sorte intorno al lavoro sull’ENIAC e delle proposte innovative di von Neumann stesso. La storia dei moderni calcolatori ebbe inizio con queste lezioni. Alla fine del corso, alcuni partecipanti, tornati alle loro sedi, si ingegnarono a costruire nuovi calcolatori secondo le concezioni di von Neumann. In questa gara, il gruppo di ricercatori guidato da F.C. Williams e T. Kilburn, fu il primo a terminare la costruzione di un tale calcolatore. Nel giugno del '48 all'Università di Manchester (Gran Bretagna) entrò così in funzione il primo calcolatore moderno della storia, chiamato Manchester Mark I.

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