Libri di Alberto Borghese

Oggi ai professionisti di ogni settore dell’informatica è richiesto di conoscere sia il software sia l’hardware, la cui interazione offre la chiave per capire i principi dell’elaborazione. Ogni programma infatti, per essere eseguito più velocemente e raggiungere una maggiore efficienza energetica, deve diventare un programma parallelo. Proprio su questo aspetto Patterson e Hennessy hanno posto l’enfasi fin dalla prima edizione di Struttura e progetto dei calcolatori, e il passaggio tecnologico dalle architetture uniprocessore ai multiprocessori multicore ha confermato quanto la prospettiva del parallelismo fosse giusta. A questo si aggiunge la scelta di dedicare una versione dell’opera all’architettura RISC-V, un insieme di istruzioni progettato per funzionare con cloud computing, dispositivi mobili e altri sistemi embedded, più semplice ed elegante dell’insieme di istruzioni MIPS, con anche il vantaggio di non essere un’architettura proprietaria: esistono infatti simulatori, compilatori e debugger RISC-V open-source, oltre che implementazioni RISC-V open-source scritte nei linguaggi di descrizione dell’hardware. Questa seconda edizione presenta: i formati più complessi in modo graduale e nella versione a 32 bit, che riduce le istruzioni core a 10; la revisione della parte sul calcolo parallelo, con l’inserimento di 4 ottimizzazioni che consentono un risparmio di tempo a fronte di sole 21 linee di codice; la trattazione delle Architetture Specifiche di Dominio (DSA), che attraversano una fase di crescita; il reinserimento delle architetture multi-ciclo dei MIPS; più attenzione all’impatto dei software open-source sulle architetture; un confronto approfondito tra le architetture RISC-V e quelle MIPS, ARMv7, ARMv8 e x86. Le rubriche Capire le prestazioni dei programmi, Come andare più veloce e Interfaccia software/hardware sottolineano i criteri fondamentali per chi progetta. I paragrafi Aiuto allo studio e Autovalutazione, con risposte a fine capitolo, accompagnano chi studia. Tutti gli esercizi sono stati rinnovati.

Nel mondo della tecnologia e dell’industria dei calcolatori ci sono stati negli ultimi anni enormi cambiamenti, che vanno dal rallentamento nello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori alla crescita delle Architetture Specifiche di Dominio (DSA); dal ruolo delle microarchitetture come superfici sicure contro gli attacchi informatici alla ri-verticalizzazione dell’industria della tecnologia informatica, con poche aziende che forniscono infrastrutture di calcolo. In particolare, la crescente importanza dell’insieme di istruzioni open-source, che consentono alle organizzazioni di costruire processori senza dover prima negoziare una licenza e di sviluppare implementazioni che vengono condivise liberamente, costituisce una risorsa preziosa per la ricerca accademica e la didattica. Lo studio dell’informatica non può riguardare solo i principi su cui è fondata l’elaborazione, ma deve anche riflettere lo stato delle conoscenze attuali, e la quinta edizione italiana di Struttura e progetto dei calcolatori riflette proprio questi vertiginosi cambiamenti. Oltre all’aggiornamento dei dispositivi descritti, è stata aggiunta la trattazione delle Architetture Specifiche di Dominio e sono state reinserite le parti dedicate alle architetture multi-ciclo. Viene dato più spazio all’impatto dei software open-source sulle architetture e il confronto tra le architetture MIPS e quelle ARM e RISC-V è portato avanti in modo ancora più approfondito. Dal punto di vista didattico sono stati aggiunti in ciascun capitolo i paragrafi Come andare più veloce e Aiuto allo studio, con quesiti sfidanti (e risposte), mentre si mantengono le rubriche delle edizioni precedenti Interfaccia hardware/software, Capire le prestazioni dei programmi, Quadro d’insieme e Autovalutazione (con le risposte alla fine di ogni capitolo). Tutti gli esercizi sono stati aggiornati.

Fino a poco tempo fa i programmatori potevano fare affidamento sul lavoro dei progettisti di architetture e di compilatori e su quello dei produttori di chip per rendere più veloci e più efficienti a livello energetico i propri programmi senza il bisogno di apportare alcuna modifica. Questa epoca è finita: affinché un programma possa essere eseguito più velocemente deve diventare un programma parallelo. La tecnologia moderna richiede che i professionisti di ogni settore dell’informatica conoscano sia il software sia l’hardware, la cui interazione ai vari livelli offre la chiave per capire i princìpi fondamentali dell’elaborazione. Per questo motivo gli autori di Struttura e progetto dei calcolatori hanno posto l’enfasi sulla relazione tra hardware e software, e il recente passaggio dalle architetture uniprocessore ai multiprocessori multicore ha confermato quanto la prospettiva del parallelismo sia giusta. La novità di questa edizione è la scelta di trattare l’architettura RISC-V. Sviluppato inizialmente a Berkeley e progettato per funzionare con cloud computing, dispositivi mobili e altri sistemi embedded, questo insieme di istruzioni è più semplice ed elegante dell’insieme di istruzioni MIPS e presenta anche il vantaggio di non essere un’architettura proprietaria. Esistono quindi simulatori, compilatori e debugger RISC-V open source facilmente reperibili, e persino implementazioni RISC-V open source scritte nei linguaggi di descrizione dell’hardware. Gli obiettivi principali del corso sono: dimostrare con esempi concreti quanto sia importante comprendere il funzionamento dell’hardware, per ottenere buone prestazioni ed elevata efficienza energetica; evidenziare i temi principali di ogni argomento inserendo a margine del testo le icone associate alle «otto grandi idee» nella progettazione delle architetture; proporre nuovi esempi che riflettano il ricambio generazionale avvenuto nel passaggio dall’era dei PC all’era postPC (tablet, cloud, ARM, x86); distribuire il materiale relativo all’I/O in tutto il libro anziché racchiuderlo in un unico capitolo; aggiornare il contenuto tecnico per rispecchiare i cambiamenti avvenuti nell’industria, facendo riferimento, per esempio, ad architetture come il Cortex A-53 ARM e il Core i7 Intel.