🎛️Evoluzione verso il Modello di Von Neumann

📖il Modello di von Neumann

Il modello di von Neumann è la struttura teorica alla base di quasi tutti i computer moderni.

Proposto nel 1945 dal matematico John von Neumann, il modello definisce l'architettura di un calcolatore elettronico basandosi sul concetto fondamentale di programma memorizzato: sia le istruzioni che i dati necessari all'elaborazione risiedono nella medesima memoria centrale.

Il modello (o architettura) di von Neumann nasce ufficialmente nel 1945, anno in cui il matematico John von Neumann descrisse per la prima volta l'architettura dei computer a programma memorizzato nel celebre documento First Draft of a Report on the EDVAC.

Quando è nato il modello di von Neumann?

• Anno di concettualizzazione: 1945.

• Primo documento ufficiale: Il report fu redatto da John von Neumann insieme al team di sviluppo del progetto EDVAC (tra cui J. Presper Eckert e John Mauchly) presso la Moore School of Electrical Engineering dell'Università della Pennsylvania.

• La grande innovazione: Prima del 1945, i dati ed i comandi (le istruzioni) per elaborare quei dati venivano trattati in modi del tutto separati. Von Neumann introdusse il concetto di programma memorizzato (stored-program concept), in cui sia i dati sia le istruzioni risiedono nella stessa memoria centrale.

Che architettura avevano i computer antecedenti?

Prima dell'avvento del modello di von Neumann, i calcolatori elettronici ed elettromeccanici (realizzati tra la fine degli anni '30 e la prima metà degli anni '40) utilizzavano architetture sostanzialmente diverse:

1. Macchine a cablaggio rigido (Program-controlled by wiring)

• Funzionamento: Il programma non risiedeva in una memoria software, ma era letteralmente costruito all'interno del circuito fisico. Per cambiare l'operazione o il calcolo che il computer doveva eseguire, era necessario ricablare fisicamente la macchina, spostando cavi, interruttori e commutatori.

• Esempio principale: L'ENIAC (nella sua versione originale del 1946).
  Per impostare un nuovo problema sull'ENIAC, gli operatori umani impiegavano giorni o addirittura settimane a collegare pannelli e cavi di connessione.

2. Controllo da supporto esterno (Architettura "Nastro/Scheda")

• Funzionamento: Le istruzioni non venivano salvate nella memoria interna del computer, ma lette in sequenza da un supporto esterno (come nastri di carta perforata o schede perforate).
  La macchina leggeva un'istruzione alla volta dal nastro ed eseguiva il comando.

• Limiti: L'esecuzione era molto lenta (limitata dalla velocità di scorrimento del nastro) e non era possibile effettuare facilmente "salti" condizionali (if/else) o cicli (loop) dinamici senza riavvolgere o spostare fisicamente il nastro.

• Esempi principali:

  • Il Z3 di Konrad Zuse (Germania, 1941), che leggeva le istruzioni da pellicole cinematografiche perforate.

  • Il Harvard Mark I (USA, 1944), guidato da nastri di carta perforata.

3. Architettura Harvard (Separazione netta)

• Funzionamento: In alcuni sistemi primi, come l'Harvard Mark I o il calcolatore di Atanasoff-Berry (ABC), la memoria destinata ai dati era nettamente separata dai canali o dai supporti destinati alle istruzioni.

• Differenza con von Neumann: Nell'architettura Harvard pura, dati e istruzioni utilizzano bus e memorie fisicamente distinti, mentre il modello di von Neumann unifica tutto in un'unica memoria ad accesso casuale.