TRACCIA PER LE LEZIONI 9-10
martedì 11maggio, ore 1630-1815, aula 5
ARGOMENTI
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DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER
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MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO
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MEMERIA A NUCLEI E PROGETTO WHIRLWIND
storia dell'informatica - uniud 200910 - corrado bonfanti - traccia lez. 9-
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ARGOMENTI
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DAL RADAR MILITARE ALLE MEMORIE DEI COMPUTER
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MEMORIE DI MASSA A STRATO MAGNETICO
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MEMERIA A NUCLEI E PROGETTO WHIRLWIND
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INTRODUZIONE
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.
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TIPOLOGIE DEI PRIMI SISTEMI DI MEMORIA
Linee di ritardo
MEMORIA CENTRALE
Tubi a raggi catodici (Williams)
Tamburi magnetici
sistemi misti a due
livelli (il tamburo è il
componente “lento”)
Nuclei magnetici
Tamburi magnetici
MEMORIA DI MASSA
Nastri magnetici
Dischi magnetici
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Linee di ritardo
MEMORIA CENTRALE
Tubi a raggi catodici (Williams)
Tamburi magnetici
Nuclei magnetici
Tamburi magnetici
MEMORIA DI MASSA
Nastri magnetici
Dischi magnetici
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0
1
1
0
Slow mechanical (sound) pulses
Electrical pulses
attenuated and distorted
Electrical pulses
amplified and reshaped
MEMORIA A LINEA DI RITARDO
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MEMORIA A LINEA DI RITARDO
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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SISTEMI
DI MEMORIA
di ritardo
MEMORIA
A LINEA- Linee
DI RITARDO
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 (coinventore 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.
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MEMORIA A LINEA DI RITARDO
coil
electrical pulses
magnetostrictive wire
mechanical pulses
coil
electrical pulses
to electronics
to electronics
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.
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.
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MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)
32 parole di 40 bit visualizzate sullo
schermo di un tubo di Williams.
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MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)
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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MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)
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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MEMORIA ELETTROSTATICA A RAGGI CATODICI (Tubo di Williams)
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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SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI
1948
1949
1950
Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980
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1952
1953
1953
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SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI
(*)
Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980
(*) 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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SISTEMI DI MEMORIA IN ALCUNI COMPUTER PIONIERISTICI
Fonte: S. Lavington Early Brotish Computers; Digital Press, 1980
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