Evolución de la computadora
- 1. EVOLUCIÓN DE LAS COMPUTADORAS En la historia de la humanidad se han construido distintos tipos de instrumentos de ayuda para que el hombre pudiera calcular, hasta llegar a la computadora digital moderna. Aquí mostraremos algunos hitos importantes en esta historia. Se muestra la evolución de las computadoras, así como de los dispositivos para entrada/salida y los medios de comunicación de datos. La primera persona en construir una máquina de calcular fue el francés Blaise Pascal (1642). Era una máquina mecánica que sólo servía para sumar. En 1666 Samuel Morbard crea una máquina para sumar y restar. Ya en 1674, el barón Gottfired Wilhelm von Leibniz construye en Alemania una calculadora mecánica que no solo suma y resta, sino que también puede efectuar operaciones de multiplicación y división. Todas estas calculadoras eran mecánicas, en base a movimientos de engranajes, y los datos se ingresaban por medio de husos giratorios. En el año 1801, Jacquard inventa una tarjeta de cartón a la que hace agujeros que se utiliza para "programar" una máquina de tejer. Más adelante (1822), Charles Babbage, un profesor de matemática de la Universidad de Cambridge diseña y construye la "máquina de diferencias". Este era un dispositivo mecánico que podía sumar y restar, y se usa para hacer cálculos por medio del método de diferencias finitas usando (en concreto fue usada para generar tablas de navegación). El resultado se registra en un plato de cobre (en forma de disco) en el que se perforan los resultados (de forma similar a la máquina de tejer de Jacquard). Esta calculadora funcionaba correctamente, pero sólo podía ejecutar un único algoritmo. Babbage dedicó tiempo y esfuerzos económicos en el diseño de una computadora de uso general, llamada la "Máquina Analítica" (1834). Esta máquina, que fue diseñada generalización de la máquina de diferencias, tenía cuatro componentes básicos: Un "almacenamiento" (memoria) con capacidad para guardar 50.000 dígitos decimales. Esta se usaba para guardar estados intermedios, variables y resultados. Una "unidad de cómputo": puede recibir órdenes para hacer las cuatro operaciones básicas, y puede almacenar resultados en la memoria.
- 2. Como esta computadora debía ser programada, Babbage contrató a Ada Augusta Lovelace (hija de Lord Byron), que se convirtió así en la primera programadora de la historia (1842). El proyecto de Babbage nunca pudo ser concluido debido a problemas con el hardware, que no pudieron ser solucionados hasta casi un siglo más tarde. Durante este tiempo, hubo diversos avances que permitieron el posterior desarrollo de la computación digital. En el año 1844, Samuel Morse envía un mensaje en telégrafo desde Washington a Baltimore (EE.UU.). En 1854, George Boole publica "Una investigación sobre las leyes del pensamiento", describiendo un sistema de lógica simbólica y razonamiento (que sería la base del diseño de computadoras digitales). En 1889, Herman Hollerith gana, con su compañía, llamada the Electric Tabulating System, una licitación para el censo de los EE.UU. de 1890. En el año 1893 se comienza a vender la primera calculadora mecánica de cuatro funciones. En el año 1911, la Tabulating Machine Company de Hollerith se une con otras dos compañías, y forman la Calculating, Tabulating and Recording Company (CTR & Co.). En el año 1919, dos físicos de los EE.UU., Eccles y Jordan, inventan el circuito de conmutación electrónica llamado flip- flop, que sería crítico para los sistemas de cómputo electrónico. En 1930, en el MIT (EE.UU.), Vannevar Bush construye otro analizador diferencial. Este era un dispositivo electromecánico que podía usarse para integrar ecuaciones diferenciales. La precisión de esta máquina no era alta (5 en 10.000), y tomaba entre 10 y 20 minutos integrar una ecuación promedio. A pesar de esto, al comparar con la velocidad humana para realizar las mismas tareas, una ecuación promedio puede constar de aproximadamente unas 750 multiplicaciones, lo que hubiera tomado a un hombre unas 7 horas. Los siguientes avances significativos fueron en la década del 30, en Alemania. En 1934, Konrad Zuse, un estudiante de ingeniería, comienza a construir una máquina de calcular electromecánica. Esta es construida en base a relés, con el objetivo de lograr mayor precisión que en las calculadoras existentes hasta ese momento. En 1935, IBM empieza a vender una máquina de escribir eléctrica (la
- 3. 601) que también servía como calculadora en base a tarjetas perforadas. En 1936 Konrad Zuse termina de construir (a los 26 años) la computadora Z1 en la sala de la casa de sus padres. Su representación numérica usaba punto flotante binario. Nunca estuvo operativa debido a la precisión limitada de las partes mecánicas, lo que provocó trabajo posterior de Zuse para mejorarla. La computadora de Atanasoff era muy avanzada para la época: usaba aritmética binaria, y tenía una memoria de capacitores (que precisa refrescos cada determinado tiempo para mantener sus valores, exactamente de la misma forma que lo hacen los chips actuales de memoria dinámica). Esta computadora nunca llegó a estar operativa, al igual que la de Babbage, por problemas de tecnología. La computadora de Stibbitz era más primitiva, pero llegó a estar operativa. La primer computadora construida por Aiken fue la Harvard Mark I (también llamada IBM ASSC) fue terminada recién en 1944. Esta computadora tenía dispositivos para almacenar y operar números que eran cargados durante un cálculo o que eran resultados de operaciones previas. Tenía 60 registros constantes, cada uno consistente de 24 conmutadores que podían inicializarse manualmente a una posición decimal (de cero a 9). Había 23 dígitos significativos, y la posición 24 valía 0 o 9, indicando números positivos o negativos. Había, además, 72 registros de almacenamiento donde se hacían las operaciones aritméticas. La entrada y la salida consistían de cintas de papel perforado, que podían montarse en teletipos para obtener resultados impresos. El tiempo requerido para ejecutar una instrucción era de 6 segundos. Originalmente la computadora no tenía circuitos de bifurcación (condicional o incondicional), los que fueron agregados más adelante. También se agregaron una unidad de multiplicación/división, más almacenamiento, registros y una unidad de cinta. Los datos estaban completamente separados de las instrucciones. Esta computadora estuvo activa desde 1944 hasta 15 años más tarde, en que fue desmantelada.
- 4. Los programadores solían ser matemáticos que trabajaban con una cartilla de operaciones. Al tiempo era común que las partes de los programas que eran necesarias una y otra vez hubieran sido escritas en libros de apuntes, dando origen a las bibliotecas de programas. Años más tarde, estas prácticas se extendieron a conjuntos de programas o rutinas (llamados bibliotecas de subrutinas), pero sus orígenes se remontan a estas épocas. Simultáneamente, Zuse continuaba trabajando en Alemania. En 1938 comenzó a trabajar en la computadora Z2, que estuvo operativa en 1940. Esta era una máquina puramente de relés. Reemplazó las partes mecánicas no funcionales de la Z1 por relés. En 1941, terminó la Z3, que era una computadora programable electromecánica. Contenía 2600 relés, y algunos expertos la consideran como la primera computadora programable de la historia. Primera Generación: Válvulas de vacío (1945-1955). Para el momento en que Howard Aiken había terminado la Mark II, las computadoras basadas en relés ya eran obsoletas. El principal estímulo para desarrollar computadoras electrónicas estuvo en la segunda guerra mundial. Los submarinos alemanes, que destruían a la flota inglesa, se comunicaban por radio con sus almirantes en Berlín. Los británicos podían captar las señales de radio, pero los mensajes estaban encriptados usando un dispositivo llamado ENIGMA. La inteligencia británica había podido obtener una máquina ENIGMA robada a los alemanes, pero para quebrar los códigos era necesaria una gran cantidad de cálculo, que debía hacerse a alta velocidad. Para decodificar estos mensajes, el gobierno británico construyó un laboratorio para construir una computadora, llamada COLOSSUS. Alan Turing, T. Flowers y M. Newman construyeron esta computadora (1943), que fue la primer computadora electrónica de la historia. Estaba construida de válvulas de vacío y no tenía dispositivos electromecánicos. A pesar de ello, al ser un secreto militar, su construcción no tuvo ninguna influencia posterior.
- 5. Segunda Generación: Transistores (1955-1965). La primer computadora puramente basada en transistores fue la TX-0 (Transitorized eXperimental computer 0), en el MIT. Esta fue un dispositivo usado para probar la TX-2. Uno de los ingenieros trabajando en este laboratorio, Kenneth Olsen, abandonó el laboratorio para formar la compañía DEC (Digital Equipment Company). En 1956, IBM introduce el primer disco duro. En el mismo año, se diseña la primer computadora comercial UNIVAC puramente basada en transistores. Tercera Generación: Circuitos Integrados (1965-1980) A fines de los años '50, ingenieros en Fairchild Semiconductor Co. y en Texas Instrument desarrollaron el primer transistor plano, y más adelante el primer circuito integrado plano. La invención del circuito integrado reveló el potencial para extender el costo y los beneficios de operación de los transistores a todos los circuitos producidos en masa. La invención del circuito integrado permitió que docenas de transistores se pusieran en el mismo chip. Este empaquetamiento permitió construir computadoras más pequeñas, rápidas y baratas que sus predecesores con transistores. Las primeras versiones de la IBM 360 eran transistorizadas, pero las versiones posteriores no solo eran más rápidas y poderosas, sino que fueron construidas en base a circuitos integrados. En 1965, Gordon E. Moore (fundador de Fairchild, y patentador del primer circuito integrado) cuantificó el crecimiento sorprendente de las nuevas tecnologías de semiconductores. Dijo que los fabricantes habían duplicado la densidad de los componentes por circuito integrado a intervalos regulares (un año), y que seguirían haciéndolo mientras el ojo humano pudiera ver. En 1967, Fairchild introduce un chip que contenía una ALU de 8 bits: el 3800. En 1968, Gordon Moore, Robert Noyce y Andy Grove establecen la compañía Intel, que en un principio se dedica a fabricar chips de memoria. En este mismo año, la computadora CDC 7600 logra la velocidad de 40 Mflops.