Macchina di von Neumann

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Macchina di von Neumann

Architettura di von Neumann (o macchina di von Neumann)

Con l'espressione architettura di von Neumann (o macchina di von Neumann) ci si riferisce a uno schema di progettazione di calcolatori elettronici che prende nome dal matematico John von Neumann e che fu sviluppato per il sistema IAS machine e dell'Institute for Advanced Study.

Lo schema si basa su cinque componenti fondamentali:

CPU o unità di lavoro che si divide a sua volta in

Unità operativa, nella quale uno dei sottosistemi più rilevanti è l'ALU (Arithmetic Logic Unit)
Unità di controllo

Unità di memoria, intesa come memoria di lavoro o memoria principale (RAM, Random Access Memory)
Unità di input, tramite la quale i dati vengono inseriti nel calcolatore per essere elaborati
Unità di output, necessaria affinché i dati elaborati possano essere restituiti all'operatore
Bus, un canale che collega tutti i componenti fra loro

All'interno dell'ALU è presente un registro detto accumulatore, che fa da buffer tra input e output grazie a una speciale istruzione che carica una parola dalla memoria all'accumulatore e viceversa.

È importante sottolineare che tale architettura, a differenza di altre, si distingue per la caratteristica di immagazzinare all' interno dell' unità di memoria, sia i dati dei programmi in esecuzione che il codice di questi ultimi.

Bisogna comunque precisare che questa è una schematizzazione molto sintetica, sebbene molto potente: basti pensare che i computer di uso comune sono progettati secondo l'architettura Von Neumann (ciò non è necessariamente vero, ad esempio, per un mainframe aziendale).
Inoltre, quando si parla di unità di memoria si intende la memoria principale, mentre le memorie di massa sono considerate dispositivi di I/O.
Il motivo di ciò è innanzitutto storico, in quanto negli anni quaranta, epoca a cui risale questa architettura, la tecnologia non lasciava neanche presupporre dispositivi come hard disk, CD-ROM, DVD-ROM o anche solo nastri magnetici, ma anche tecnico, se si considera che in effetti i dati da elaborare devono comunque essere caricati in RAM, siano essi provenienti da tastiera o da hard-disk.

Biografia

János Neumann, conosciuto anche come John von Neumann (Budapest, 28 dicembre 1903 – Washington, 8 febbraio 1957), è stato un matematico e informatico ungherese naturalizzato statunitense.

Fu una delle personalità scientifiche preminenti del XX secolo cui si devono fondamentali contributi in campi come teoria degli insiemi, analisi funzionale, topologia, fisica quantistica, economia, informatica, teoria dei giochi, fluidodinamica e in molti altri settori della matematica.

Ha apportato,infatti, contributi significativi, e talora assolutamente nuovi, praticamene in ogni campo della ricerca, dalla matematica alla meccanica statistica, dalla meccanica quantistica alla cibernetica, dall'economia all'evoluzione biologica, dalla teoria dei giochi all'intelligenza artificiale e, naturalmente, alla bomba atomica.

Quello di von Neumann con i militari è stato un rapporto piuttosto stretto, alimentato dalle sue convinzioni anti-naziste prima e anti-comuniste poi, sfociate in un vero e proprio odio che lo porterà ai vertici delle istituzioni politico militari degli Stati Uniti come membro del potente Comitato per i missili balistici intercontinentali.

Nel 1944, von Neumann viene a conoscenza dei tentativi effettuati presso il laboratorio balistico di costruire una macchina capace di trecento operazioni al secondo. Von Neumann rimane profondamente colpito da questa cosa e dentro alla sua mente si aprono nuovi e affascinanti scenari.

Il primo incontro con un calcolatore risale a poco tempo dopo, con la macchina Harvard Mark I (ASCC) di Howard Aiken, costruita in collaborazione con l'IBM; poi conosce ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), un ammasso enorme di valvole, condensatori e interruttori da trenta tonnellate di peso, costruita da Prosper Eckert e John Mauchly.

Questo mastodonte è utile per eseguire calcoli balistici, meteorologici o sulle reazioni nucleari, ma è una macchina limitata, quasi del tutto priva di memoria e di elasticità; in altre parole, una macchina stupida. Per migliorare un simile marchingegno c'e bisogno di quell'intuizione che una decina d'anni prima aveva avuto Alan Turing nel suo articolo sui numeri computabili, e cioè permettere al computer di modificare il proprio comportamento, o, in altre parole, imparare un software. Nel 1945 esce, così, First Draft of a Report on the Edvac.

L'Edvac (Electronic Discrete Variables Automatic Computer) è la prima macchina digitale programmabile tramite un software: è nata "l'architettura di von Neumann". Naturalmente il merito dell'invenzione, come il nome dell'architettura fa pensare, va tutto allo scienziato ungherese, di gran lunga più importante dei vari Turing (per l'idea), Eckert o Mauchly (per la realizzazione).

Gli anni della guerra vedono von Neumann coinvolto nel progetto Manhattan per la costruzione della bomba atomica; è un coinvolgimento alimentato da un profondo odio verso i nazisti, i giapponesi e successivamente verso i sovietici. Già nel 1937, dopo aver ottenuto la cittadinanza statunitense, gli viene proposto di collaborare con le forze armate e da quel momento la sua escalation ai vertici delle istituzioni politico-militari non conoscerà più soste. È lui a suggerire come deve essere lanciata la bomba atomica per creare il maggior numero di danni e di morti, è lui che interviene nella costruzione della bomba al plutonio realizzando la cosiddetta "lente al plutonio", ed è ancora lui a incentivare la costruzione di ordigni nucleari sempre più potenti. Ma si spinge oltre, proponendo alle autorità militari di bombardare preventivamente l'Unione Sovietica per scongiurare il pericolo rosso. La sua teoria dei giochi viene utilizzata in questo contesto per studiare e ipotizzare tutti i possibili scenari bellici che si possono sviluppare in seguito a certe decisioni. Il fervore con cui appoggia lo sviluppo degli ordigni atomici lo spinge a seguire di persona alcuni test sulle armi nucleari nella seconda metà degli anni quaranta, che raggiungeranno l'apice con l'esplosione della bomba H nelle Isole Marshall nel 1952. Probabilmente saranno proprio le radiazioni sprigionate da questi test a condannarlo a morte, da lì a poco.

Nello stesso anno dell'esplosione della bomba H, viene nominato membro del General Advisory Committee della potente AEC (Atomic Energy Commission) e consigliere della CIA (Central Intelligence Agency, l'agenzia statunitense per lo spionaggio all'estero). Tre anni più tardi diventa membro effettivo dell'AEC.

Nel pieno della Guerra Fredda, a metà degli anni Cinquanta, si impegna al massimo per appoggiare la costruzione del missile balistico intercontinentale (ICBM) Atlas che, successivamente, servirà a scopi più nobili della guerra; un Atlas modificato, infatti, porterà John Glenn nello spazio nel 1962.

Ma il male incombe: un tumore alle ossa lo costringe sulla sedia a rotelle, ma questo non gli impedisce di seguire di persona le riunioni strategiche con i militari, mentre si dedica a nuovi studi che riguardano programmi capaci di autoriprodursi e che lui chiama automi cellulari.

Nel suo film-capolavoro Il dottor Stranamore, pare che Stanley Kubrick si sia ispirato a John Von Neumann per tratteggiare la figura dello scienziato pazzo e guerrafondaio di Stranamore; tuttavia quel suo scorrazzare con la sedia a rotelle in compagnia dei militari a decidere le sorti del mondo assomiglia innegabilmente alla figura di un alieno, mago dei numeri.

Fonte: http://www.colombaantonietti.com/public/allegati/tecnologico/informatica/vonneumann.doc

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