Scienza dei calcolatori

La moderna tecnologia dei calcolatori richiede che i professionisti che operano nel campo dell'informatica conoscano sia l'hardware sia il software con cui si trovano a lavorare. Hardware e software convivono infatti a diversi livelli e l'analisi della loro interazione offre uno schema per comprendere gli aspetti fondamentali dell'elaborazione automatica. Le novità principali di questa edizione di "Struttura e progetto dei calcolatori sono: L 'ampia e completa trattazione del recente passaggio dalle architetture uniprocessore ai multiprocessori multicore, l'attenzione a come massimizzare le prestazioni di programma sfruttando le potenzialità del parallelismo, una dettagliata appendice sulle unità di elaborazione grafica (GPU), un numero doppio di esercizi presenti a fine capitolo. Il CD-ROM allegato al volume contiene risorse supplementari in lingua inglese: schede storiche, numerosi approfondimenti teorici segnalati nel testo, letture su argomenti di attualità, modelli di calcolo, simulatori, software per la progettazione.

Questo libro ha l'obiettivo di studiare l'architettura degli elaboratori secondo un approccio integrato e strutturato. Ogni argomento viene trattato sviluppando metodologie formali e modelli di costo, facendo riferimento alle tecnologie disponibili e a quelle previste nel breve-medio termine. Il testo è suddiviso in quattro parti: "Fondamenti e Strutturazione Firmware" (unità di elaborazione, reti logiche, modelli di parte controllo, memorie, parallelismo, comunicazioni), "Macchina Assembler e Processi" (rappresentazione ed esecuzione di processi, uso e indirizzamento della memoria, spazi di indirizzamento, macchine Risc e Cisc, cooperazione tra processi e loro supporto), "Architettura Base di Elaboratori General-Purpose" (interpretazione delle istruzioni, prestazioni, gerarchie di memoria, ingresso-uscita), "Architetture Parallele" (strutturazione e valutazione delle computazioni parallele, architetture con parallelismo a livello di istruzioni, architetture multiprocessor a memoria condivisa e architetture multicomputer e cluster a memoria distribuita).

Questa nuova edizione di "Introduzione alla demotica" è stata notevolmente ampliata rispetto alla prima. Infatti, non solo le tecnologie si sono evolute ma, considerato il successo di mercato, molte case costruttrici hanno fatto il loro ingresso in campo con nuovi prodotti, nuove soluzioni e nuovi standard. L'opera illustra le nuove tecnologie e standard adottati, descrive i più significativi prodotti immessi ultimamente sul mercato dell'automazione domestica, approfondisce le preesistenti tecnologie e le loro applicazioni. La seconda parte del testo, inoltre, è dedicata specificatamente al livello applicativo e presenta dettagliatamente tutte le fasi della realizzazione di un impianto domotico.

Il volume tratta alcuni fra i temi più importanti della ricerca operativa, traendo spunti da alcuni problemi reali di carattere gestionale e cercando di dare al lettore un metodo di modellizzazione e di risoluzione, così da fornire quella professionalità che poi permetterà di risolvere casi reali abbastanza complessi. A questo riguardo la programmazione lineare e la programmazione lineare intera svolgono nel testo un ruolo centrale, come "utensili" principali del processo risolutivo. I problemi proposti, inizialmente presentati in forma semplice sono poi modellati in modo sempre più complesso. Gli strumenti analitici e informatici per progettare e risolvere i modelli vengono spiegati facendo riferimento ai problemi stessi.

In questo terzo volume del testo Architettura dei Calcolatori viene utilizzato il processore PC anzitutto per trattare tematiche avanzate, con riferimento a sistemi effettivamente esistenti e largamente diffusi. Sempre utilizzando il processore PC, viene descritto un nucleo di sistema operativo che consente di illustrare gli aspetti di interfaccia tra hardware e software, verificando sperimentalmente le funzionalità dei costrutti software basilari.

In questo primo volume del testo Architettura dei Calcolatori, dal titolo specifico Assembler e corrispondenza fra C++ e Assembler, viene anzitutto descritta la struttura software del cosiddetto Processore PC (schematizzazione software compatibile dei processori presenti nei Persona Computer) e viene illustrato il linguaggio Assembler con riferimento sia alle istruzioni della Arithmetic and Logic Unit per numeri naturali e interi, sia a quelle della Floating Point Unit per numeri reali.

Rivolto agli studenti dei corsi di laurea delle Facoltà di Ingegneria e di Scienze questo testo si offre in volume unico per rispondere meglio alle esigenze didattiche dei corsi sui calcolatori elettronici. L'impianto dell'opera propone un percorso che, partendo dalla rappresentazione dell'informazione, passando attraverso la logica dei sistemi digitali, arriva a definire i fondamentali concetti architetturali, mostrandone la pratica traduzione in termini di logica e di organizzazione di macchina, senza dimenticare la loro attuazione nelle moderne architetture. Il volume privilegia l'aspetto progettuale rispetto a quello descrittivo. Per questo motivo viene sviluppato il progetto completo di una CPU con repertorio di istruzioni stile RISC. Concetti e sviluppi teorici sono presentati in forma generale e indipendente da specifiche architetture. Per esigenze di concretezza talvolta si fa riferimento all'architettura x86.

Quest'opera accompagna il lettore alla scoperta della disciplina dell'interazione uomo-macchina grazie ai contributi di alcuni fra i più affermati docenti, ricercatori e professionisti del settore. Partendo dalle necessarie basi di ergonomia, psicologia, e scienza dell'informazione, attraverso le più attuali problematiche legate all'accessibilità universale, all'ingegneria dell'usabilità, alla valutazione analitica e empirica della qualità dell'interazione, arriva a esaminare concretamente le sfide e le opportunità delle nuove tecnologie nei campi del mobile computing, delle interfacce utente multi-dispositivi, della realtà virtuale e dell'interazione tangibile.

Caratteristica peculiare di questo testo, ormai un classico dell'editoria informatica, è quella di presentare la progettazione dei calcolatori da un punto di vista tecnicamente quantitativo. Hennessy e Patterson esplorano infatti una grande varietà di strategie che consentono di sfruttare al meglio il parallelismo, chiave per il potenziamento delle prestazioni in architetture multiprocessore. Proprio l'evoluzione strategica da processori single-core a processori multi-core è il filo conduttore di questa quarta edizione, anche se gli autori continuano a trattare in profondità tutti gli aspetti determinanti per la progettazione: prestazioni, consumo di potenza, affidabilità, disponibilità.

Caratteristica peculiare di quest'opera, considerata "il testo definitivo per l'architettura e la progettazione degli elaboratori", è quella di presentare la progettazione dei calcolatori da un punto di vista tecnicamente quantitativo. Hennessy e Patterson esplorano, infatti, una grande varietà di strategie che consentono di sfruttare al meglio il parallelismo, chiave per il potenziamento delle prestazioni in architetture multiprocessore. L'evoluzione strategica da processori single-core a processori multi-core è il filo conduttore del volume, anche se gli autori trattano in profondità tutti gli aspetti determinanti per la progettazione: prestazioni, consumo di potenza, affidabilità, disponibilità. Elemento qualificante del libro sono i casi di studio (affidati a esperti del mondo industriale e accademico) che chiudono ogni capitolo. Su tali casi sono basati i molti esercizi, graduati per difficoltà e impegno richiesto. Le numerose appendici (anch'esse affidate a singoli specialisti) sono dedicate ad argomenti avanzati o a sviluppi recenti della tecnologia; per non appesantire eccessivamente il volume, e in considerazione della loro natura specialistica, si è deciso, come già nell'edizione originale, di rendere disponibili queste appendici, in inglese, sul CD-ROM allegato al volume.