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NOTAS SOBRE LA HISTORIA DE LA COMPUTADORA
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Juan Arturo Grompone
NOTAS SOBRE LA HISTORIA DE LA COMPUTADORA
JUAN A. GROMPONE. Es Ingeniero Industrial de las empresas 1515 e INTERFASE LTOA. Cursó sus estudios en la Facultad de Ingeniería de Montevideo. Fue profesor de electrónica en dicha Facultad desde 1963 a 1973.
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UNNERSIDAD DE LA REPU8L1CA FACULTAD DE INGENIERIA DPTO. DE DOCUMENTAC!ON y BiB~~0TECA BIBLIOTECA CENT?Al Ing. Edo. García de Zuñiga MONTEVIDEO - URUGUAY N° de Entrada 'C3r¡ ~? 7-\?.~
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UNIVERSIDAD DE LA REPIJBUCA FACULTAD DE ING::NIERIA DEPAflTAMENTO DE DOCU'MENTACiON y BIBLIOTECA
MONTEVIOEO
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Es una publicación de la Escuela de Informática de Arnaldo C. Castro S.A. - Montevideo, 1982
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1 - INTRODUCCION
En este trabajo se estudian algunos aspectos de la historia de las computadoras. Se ha dado énfasis a toda la evoiución previa a la fabricación de las primeras máquinas y a las razones económicas y comerciales que impulsaron muchos de los pasos dados en esta historia. A efectos de visual izar los distintos aportes de la ciencia y la tecnoloqra que convergen en la fabricación de la primera computadora, en la figura 1 se presenta un diagrama del desarrollo histórico. Al final del trabajo, se incluye una bibl iografía que perm ite ampl iar los puntos mencionados. Como la historia de la computadora es muy reciente y la mayorla de las empresas que intervinieron en esa historia se encuentran presentes en el mercado, es necesario aclarar que este trabajo refleja opiniones personales del autor y, en ningún momento, se intenta juzgar, ni afirmativa ni negativamente, los pasos dados por las empresas en cada momento de este desarrollo histórico. Montevideo,
julio de 1981
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LOGICA
~ TELAR DE JACQUARD
LOGICA DE BOOLE
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ALGEBRA
~ ARITMETICA
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CALCULO CON ABACOS y TABLAS
ASTRONOMIA NAVEGACION
y
CON
MAQUINA DE DIFERENCIAS
TELEFONO y TELEGRAFO
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MAQUINA DE TURING UNIVERSAL
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COMPUTADORA
I ELECTRONICA DIGITAL
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TABULADORA
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GRABACION AUDIO
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VALVULA VACIO
DE
MAQUINA ESCRIBIR
DE
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LUZ ELECTRICA
Figura 1 - Aportes científicos
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y tecnológicos qué convergen en la fabricación
de las primeras computadoras.
2 - LA NECESIDAD
DE CALCULAR
El incentivo principal que llevó a la fabricación de las computadoras en la década del 40 fue el cálculo. Este motivo no era nuevo porque el interés en calcular se remonta a las primeras civilizaciones humanas. Todas las sociedades agrlcolas tuvieron que desarrollar herramientas de cálculo para satisfacer dos necesidades principales. la elaboración de los calendarios solares y la recolección del tributo. La elaboración de un calendario solar exigió desarrollar herramientas de cálculo que permitieran conciliar los 365 dias del año con los 28 dras del ciclo lunar, y esta tarea fue uno de los motivos principales que impulsaron el desarrollo de compl icadas maquinas que permitieran conservar la fecha. En algunos casos los cálculos son de tal complejidad que aun para un hombre del siglo XX resulta dihcil manejar la fecha. Tomemos como ejemplo las fiestas móviles del calendario cristiano o judlo relacionadas con la lunay el sol a la vez, el calendario lunar de los árabes o el complicado calendario de 260 d las de los mayas y aztecas. El cobro del tributo planteaba también problemas muy complejos de naturaleza práctica. Casi todas las civil izaciones debieron inventar métodos de cálculo a efectos de que los funcionarios recolectores del tributo pudieran cumplir con las exigencias de los impuestos de los imperios. Desarrollaron para el cobro de los impuestos aparatos que operaban con cuentas que dieron origen, por un lado, a la escritura y por otro, a los diferentes ábac.os o máquinas de calcular. Todavla en castellano la palabra "cuenta" designa, al mismo tiempo, una operación comercial y un objeto material que sirve para contar o para adornar. En la Mesopotamia se encontraron cuentas de por lo menos el milenio 10 antes de nuestra era. En el Perú, a la llegada de los españoles, se empleaban regularmente los sistemas de cuentas =los Ouipus- como registros y ábacos para recoger el tributo. La palabra "celculo" viene del latin ydesigna a un guijarro. También en castellano posee doble significado.
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Con la aparición de las civil izaciones comerciantes los problemas de manejo de cuentas alcanzaron nuevas dimensiones. Los comerciantes fenicios y posteriormente los jonios desarrollaron escrituras alfabéticas para las transacciones comerciales y una gran variedad de sistemas de ábacos bastante elaborados que continúan en uso hasta el presente siglo. Pero sin duda el punto más significativo en el desarrollo del cálculo fue la introducción de la numeración decimal india. Este descubrimiento, que fue llevado a Europa por los árabes, fue consecuencia del enorme desarrollo comercial del Islam que extendía su zona de influencia desde España hasta el Golfo de Bengala. También el comercio motivó de otra manera el desarrollo del cálculo, a través de las exigencias planteadas por la navegación y las comunicaciones. La necesidad de conocer la posición sobre la tierra llevó a los astrónomos alejandrinos a construir tablas astronómicas de uso práctico. A partir de las primeras tablas del siglo II antes de nuestra era sigue una historia del cálculo asociada a la navegación, que exigió cada vez mayor precisión. La historia moderna del cálculo comienza con el desarrollo de la sociedad capitalista en Europa. También aquí la necesidad de los comerciantes europeos se dirigió hacia mejores métodos de contabil idad, mejores tablas de navegación y mayor sencillez para el cálculo. Vale la pena pensar que cualquier banquero del siglo XV manejaba cifras de varios millones en su contabilidad y que todo esto estaba muy por encima de lo que le ofrecían los sistemas de numeración de la antigüedad (piénsese lo que sería calcular con millones en numeración romana, por ejemplo). La navegación oceánica exigió precisiones desconocidas hasta entonces: un grado de error en una estimación astronómica supone una desviación de 111 kilómetros sobre la superficie de la tierra y este error puede ser la diferencia entre un viaje exitoso y un fracaso. La navegación oceánica desarrolló entonces una gran cantidad de instrumentos astronómicos e instrumentos de cálculo asociados. Casi todos tenían la forma de compases de cálculo. También la artillería, a medida que se fue tecnificando, exigió métodos de cálculo que permitieran aprovechar los conocimientos de la bal ística y herramientas de uso práctico adaptadas para ser usadas en una batalla. El siglo XVII trae un cambio importante en las técnicas de cálculo. Tres grandes aportes tecnológicos ocurrieron en forma muy próxima. Los dos primeros surgieron en Inglaterra y son debidos a Napier. La obra fundamental de Napier fue la elaboración de la primera tabla de logaritmos y es este el primer hecho revolucionario en la técnica del cálculo. A partir de ese momento las multiplicaciones, las divisiones y el cálculo de potencias se simplificaron notablemente. Pero el propio Napier, para fabricar sus tablas, debió desarrollar métodos de cálculos especiales: el uso de reglillas -los Napier Bones- que fueron el primer antecedente de las reglas de cálculo. El tercer aporte lo realizó Pascal en Francia con el desarrollo de la rueda decimal que posteriormente se convirtió en el elemento principal de la calculadora mecánica. En el siglo XVIII los dos aportes de Napier, logaritmos y reglillas, se combinaron para formar la regla de cálculo. En este caso un juego de escalas logarítmicas permitía realizar productos, cocientes y potencias en forma más rápida. Desde el siglo XVIII hasta 1950 las razones principales para aumentar la eficiencia de los métodos de cálculo continúan siendo esencialmente las mismas: el cálculo comercial, la navegación y la artillería.
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3 - EL DESARROLLO DE LA LOGICA
La computadora no sólo es el resultado de crear un equipo para satisfacer una necesidad de cálculo, sino que también es el resultado de una larga evolución teórica. Antes de que existiera la computadora como objeto material existía, en forma completa, toda la teoría de la computadora, su descripción general, las l imitaciones y las posibil idades de trabajo que tenia. Posiblemente pocas veces se haya dado un caso tan claro de un objeto teórico tan adelantado a su existencia como objeto real. La computadora es una máquina lógica y su desarrollo se encuentra estrechamente vinculado con el desarrollo de la lógica. Es precisamente la evolución de esta ciencia la que nos suministra otro de los caminos que conducen al diseño de las primeras computadoras. La lógica en occidente es estudiada en forma sistemática por Aristóteles en el siglo IV antes de nuestra era, pero este estudio no pasó de una introducción al tema. La evolución de la lógica desde Aristóteles hasta el siglo XI X no tiene cambios significativos para la teoría de la computadora. La única excepción la constituye el intento aislado de Leibniz que procura formalizar o modernizar los resultados lógicos tradicionales. Su intento permanece sin publicar. La lógica como disciplina científica y separada de la matemática nace en Inglaterra, con la obra de George Boole, a mediados del siglo XI X. Los puntos de partida de Boole eran los mecanismos del pensamiento intel igente y su descripción matemát ica. Si bien su aspiración coincid la con la de Leibniz, su obra se desarrolla en un momento histórico diferente, En el momento en que Boole realiza sus estudios, el álgebra ha logrado independizarse de los temas clásicos y han introducido nociones tan novedosas como productos no conmutativos, estructuras de grupo o de cuerpo y otros elementos que hoy se designan con el nombre de Algebra Moderna. Pero además de todo esto, en la Inglaterra de Boole era filosóficamente aceptable que el pensamiento humano pudiera ser estudiado en términos matemáticos. El resultado de su obra es lo que hoy se conoce con el nombre de Algebra de Boole o Lógica de Boole. Es, al mismo tiempo, una rama del álgebra, de la lógica y de la teor ra de la computadora. Este aporte científico influye en forma grande sobre el desarrollo posterior de la lógica y de la matemática.
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La consecuencia tal vez más importante de las investigaciones de 800le tiene lugar a principios del siglo XX, con la publicación de "Principia Mathematica" de Russell y Whitehead. Esta compleja obra cerraba el camino comenzado por 8001e. A partir de un conjunto de axiomas muy reducido, propios de la lógica, se construía pacientemente la noción de número y se demostraban las propiedades elementales de los números naturales. De esta manera los "Principia" mostraban que la matemática era una rama compleja de la Lógica de 800le o de la lógica formal. Las consecuencias de los descubrimientos de Russell y Whitehead fueron de una enorme importancia teórica. Por un lado se lograba establecer los fundamentos del número y de all í que se pudiera emprender el estudio de los fundamentos de otras ramas de la matemática. Pero por otro lado, esa ciencia se presentaba como una teoría rigurosamente formal para la cual solamente se necesitaba trabajar con prol ijidad, con srrnbolos. Es en este segundo aspecto en que se abre un camino que va a conducir a la noción de computadora. Los "Principia" mostraban que la matemática lejos de tener el esplendor intelectual que se imaginaban los griegos, era una actividad estrechamente vinculada con el manejo ordenado de símbolos de acuerdo con reglas muy precisas. Los sirnbolos reemplazaban los distintos conceptos y las reglas eran, en definitiva, las regias de la lógica de 8001e. Esta idea sugirió, hacia 1930, que la actividad de demostrar teoremas matemáticos era una actividad mecánica. De all í que hayan surgido nuevas investigaciones que analizaron estos aspectos. Dentro de esta rama es importante señalar dos resultados: el resultado de Gódel y el resultado de Turing. El trabajo de Godel no se relaciona directamente con las computadoras pero mostraba que con una adecuada codificación de los símbolos que se emplean para enunciar y demostrar teoremas matemáticos, era posible interpretar cada demostración de un teorema matemático como un cálculo aritmético. De alli que se diera otro paso decisivo hacia la interpretación de la matemática como una actividad mecán iea. EI trabajo de Gódel conten ía muchas otras conclusiones de gran importancia para la matemática, pero sin mayor interés para la historia del computador. Los trabajos de Turing, por el contrario, son decisivos en el desarrollo de la computación. El punto de partida de Turing consiste en observar que todo cuanto es necesario para poder demostrar un teorema matemático, tal como lo hacen los "Principia", se reduce a operaciones muy simples con súnbolos. Turing muestra que una máquina dotada de una cinta indefinida en ambas direcciones que actúa como registro de srmbolos, que sea capaz de reconocer sírnbolos escritos y escribir nuevos sirnbolos en la cinta, desplazarse en uno y otro sentido y tomar decisiones según el súnbolo que encuentre, es capaz de realizar la más compleja de las actividades matemáticas. Esta máquina, que fue concebida como un elemento teórico y que hoy llamamos máquina de Turing, fue la primera computadora que existió en el sentido moderno que hoy le damos. El trabajo de Turing mostraba además que todas las máquinas que se podían imaginar eran equivalentes -en el sentido de que hacen lo mismo- a una única máquina de uso universal, que ten la su cinta dividida a la mitad. Con una mitad se simulaba la cinta de la otra máquina y en la otra mitad tenía una descripción de ésta. Tal máquina universal operaba de la siguiente manera: se dirigla a la zona de la cinta que simulaba la cinta verdadera, a la búsqueda de un símbolo; y luego se dirigia a la otra zona de la cinta a los efectos de ver que debía hacer con ese símbolo. De esa manera Turing demostraba que existía una única máquina capaz de imitar el comportamiento de cualquier otra e introducía lo que hoy conocemos como memoria, zona de datos y zona de programa de la máquina. La cinta de Turing es la actual memoria del computador, la zona de datos es la mitad de la cinta donde se guardaban los datos de la máquina y la zona de descripción es lo que hoy llamamos el programa. Los resultados de Turing fueron obtenidos mucho antes de que se pensara realmente en construir una máquina. Estos resultados teóricos fueron la primera teoría de un computador. "'"
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4 - EVOLUCION DE LA MAQUINA DE CALCULAR
La primera máquina de calcular se atribuye a Pasea!. Consistía en un simple sistema mecánico, manejado a mano, que era capaz de sumar y restar números enteros. Esta primera máquina no tuvo mayor difusión desde el punto de vista de sus aplicaciones. Leibniz mejoró la máquina de Paseal al agregarle dispositivos capaces de multiplicar y dividir. Pero tampoco esta máquina alcanzó una mayor difusión. En realidad, las primeras máquinas de calcular mecánicas que tuvieron aplicación fueron construídas en el siglo XIX. Las razones son varias. En primer lugar, porque recién errn ado el siglo XIX existía un volumen de empresas suficiente que necesitaban mantener una contabil idad más o menos compleja. Pero, en segundo lugar, porque recién en el siglo X I X se logra que la fabricación de partes mecán icas tenga un nivel de estandarización capaz de armar máquinas con piezas intercambiables. La máquina de Pascal o de Leibniz era fabricada a mano, ajustando sus piezas entre sí. Era sumamente costosa. Es con la estandarización de las unidades de medida y la adaptación de la industria a las máquinas de piezas intercambiables (que ocurre con la fabricación de las máquinas a vapor y de los arados mecánicos), que puede fabricarse una calcul adora mecán ica. A pesar de que la calculadora mecánica tuvo influencia sobre el posterior desarrollo del cálculo, no es el elemento más importante. Aunque parezca raro, el hecho más importante en la historia de la computadora es la aparición del Telar de Jacquard. Esta era una máquina destinada a fabricar telas de diseño complicado, en forma automática. Para ello disponía de una plancha de cartón con perforaciones, capaz de organizar el movimiento de los hilos del telar. De esta manera, cada plancha de "programa" que se introducía al telar generaba, en forma automática, un dibujo complejo. En los hechos, el Telar de Jacquard fue la primera máquina programable que construyó el hombre. Es sumamente importante que haya sido la industria textil quien lo haya realizado. Debemos recordar que la industria textil fue pionera en el empleo de la máquina a vapor y en todo el proceso que se conoce con el nombre de Revolución Industrial. No resulta extraño, por lo tanto, que haya sido también pionera del proceso de automatización que algunas veces se ha llamado Segunda Revolución Industrial. La influencia del Telar de Jacquard no es una fantasla de los historiadores de la computación. Todos los descubrimientos claves en el desarrollo eje la computadora aluden en forma directa al Telar de Jacquard y sus planchas perforadas, de modo que es verdaderamente el antecedente teórico y práctico de las computadoras modernas. Estas dos corrientes diferentes, la máquina de calcular y el Telar de Jacquard, se combinan a principios del siglo X IX para dar origen a la concepción de Ias primeras computadoras. Es el inglés Babbage el pionero en esta tarea, si bien
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es necesario aclarar que prácticamente ninguno de sus proyectos fue terminado. Las primeras ideas de Babbage son de 1822, cuando concibe su Máquina de Diferencias. La Idea de esta máquina era la siguiente: prácticamente cualquier función matemática puede aproximarse por poi inornios, de modo que una máquina capaz de evaluar poi inomios tendría una gran aplicación para el cálculo científico y astronómico. La Máquina de Diferencias está diseñada para evaluar polinom ios de grado no superior a seis y de variable entera. La idea que maneja Babbage es calcular por el CUADRO 1 - Método de las diferencias Método de las diferencias, tal como se ilustra en el 01 02 N2 + N +' 41 N Cuadro 1.En este cuadro, en la primera columna apaO rece el número t'tyen la segunda un polinomio degra41~-1 do dos que Babbage deseaba evaluar. Cada columna si43~2 47~4~2 2 guiente está formada por la diferencia de dos valores 53 6 2 3 consecutivos de la columna anterior. Como puede apre61 8 2 4 ciarse, la cuarta columna es constante. En general, si el 10 71 2 polinomio fuera de mayor grado se tomarían los cál5 12 2 culos de diferencias hasta llegar a una columna cons83 6 14 97 2 tante. El número de columnas coincide con el grado 7 del polinomio. La idea que manejaba era calcular los 113 16 2 8 18 polinomios con las columnas de diferencias. Disponía 131 2 9 de 6 elementos que hoy llamaríamos registros (de 32 dígitos) que permiten implementar seis columnas de diferencias. Para evaluar un polinomio se parte de la columna constante y de los valores iniciales de todas las demás columnas, para proceder luego ordenadamente a sumar. De esta forma se reconstruyen todos los valores del poi inomio con sólo disponer de varios registros y de la posibilídad de sumar. La máquina de Babbage era capaz de evaluar un nuevo valor de polinomio cada dos segundos, aproximadamente. La máquina de diferencias era una máquina de programa fijo, pero capaz de evaluar funciones. Trascendía ampliamente los límites de todas las calculadoras conocidas hasta ese momento. Si bien el propio Babbage la implementa en forma muy rudimentaria, es conocido que el sueco Scheutz fabricó máquinas según las líneas de Babbage que se usaron en Europa y Estados Unidos. Una de las razones por la cual Babbage no completó su máquina de Diferencias fue porque concibió una máquina más poderosa que superaba ampliamente las posibilidades de aquella. Esta máquina reunió las ideas de registros de la máquina de diferencias con la idea de la tarjeta perforada de órdenes del Telar de Jacquard. Vale la pena transcribir un pasaje del propio Babbage en el cual describe su Máquina Analítica.
"De sobra se sabe que el Telar de Jacquard es capaz de tejer cualquier dibujo que pueda concebir la imaginación del hombre. La analogfa de la Máquina Analftica con este proceso tan conocido es casi pertects. La Máquina Analítica consta de dos partes: PRIMERA: La memoria en la que se almacenan todas las variables que han de ser procesadas, asf como aquellas cantidades que proceden del resultado de otras operaciones. SEGUNDA: La unidad operativa donde siempre van a parar las cantidades sobre las que se han de hacer operaciones. Todas las fórmulas que la Máquina Analftica pueda necesitar para realizar los cómputos constan de ciertas operaciones algebraicas que se ejecutan ante determinadas letras y de ciertas modificaciones que dependen del valor numérico asignado a esas letras. Hay, por lo tsnto, dos juegos de tarjetas, el primero para dirigir el tipo de las operaciones que se han de reálizar se llaman tarjetas de operación-; el otro, para dirigir las variables sobre las que han de operar las primeras- éstas últimas se llaman tarjetas de variables. El simbolo de cada variable o constante se coloca en la parte superior de una columna que puede contener cualquier número de dfgitos. As/ pues, cuando se necesite calcular cualquier fórmula se debe introducir un juego de tarjetas de operación que contenga la serie de operaciones, en el orden en que se proceda". La Máquina Analítica de Babbage, que nunca se llegó a construir, era una computadora en el sentido moderno. Esta máquina tenía proyectada una memoria de 1000 números de 50 dígitos. El autor estimaba que podía realizar 60 sumas o un producto por minuto. Pero al margen de estas cifras, lo fundamental era que Babbage había concebido la máquina de calcular programable. Las razones por las que no se pudo construir esta máquina fueron tecnológicas. Está muy claro que una máquina de esta complejidad no puede ser mecánica. La historia posterior mostró que, por la cantidad de piezas que tendría que tener, los problemas de rozamiento y desajuste la convertirían en algo impracticable. Al margen de esta experiencia de Babbage, a lo largo de todo el siglo XI X y el siglo XX,la máquina de calcular mecánica evoluciona en forma constante, pero siempre como máquina capaz de realizar las cuatro operaciones. El uso principal de estas máquinas fue la contabilidad, que le aseguró un mercado razonable. Además fueron empleadas por el cálculo técnico y científico, pero este no fue su interés principal.
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5 - LA TABULADORA
Si bien Babbage habra concebido una máquina de cálculo de uso general, esta máquina no fue fabricada hasta un siglo después. Ya hemos señalado que una de las razones era tecnológica: la imposibilidad de construirla con medios mecánicos. Pero tal vez había otra razón más importante: una calculadora de uso general solamente tendrra interés para uso cient ífico y no comercial. Prácticamente toda la historia de las máquinas que conducen a la computadora proviene de las máquinas dedicadas a problemas de administración de empresas. El origen de las máquinas de uso comercial se encuentra en Estados Unidos y fue motivado por el problema del censo de la población, que la Constitución norteamericana obligaba a realizar cada diez años. Ya el censo de 1890 mostró que la-tarea escapaba a las posibilidades de una oficina con recursos convencionales. En estos tiempos, el crecimiento de la población de los Estados Unidos era tal, que cada censo inclu ¡'a un tercio más de personas que el anterior. Las perspectivas para el censo de 1890 indicaban que habra que manejar una población de 63 millones de habitantes. Es en este momento en que J. S. Billings concibe la idea de que el nuevo censo (1890) sea realizado en forma mecánica. En sus palabras informaba que: "debie haber alguna manera mecánica de realizar este trabajo, algo parecido al Telar de Jac-
quard, en el cual las perforaciones en una tarjeta regulan el dibujo que se está tejiendo". Como vemos, nuevamente la idea del Telar de Jacquard aparece explícitamente, Se pretendía ahora simplificar la tarea de cientos de oficinistas, que hab ían trabajado durante un par de años en el censo de 1880. La idea de Billings fue llevada a la práctica por Hollerith. El cartón perforado de Jacquard se redujo a las dimensiones del billete de un dólar naciendo as¡' la primera tarjeta perforada de Hollerith. Esta tarjeta, capaz de aceptar hasta 288 perforaciones, se ernplear ra para colocar los datos de cada habitante. Cada tarjeta era perforada con. una máqui na muy simple. Una segunda máquina contaba el número de tarjetas que teman ciertas perforaciones. Esta máquina fue empleada con gran éxito para el censo de 1890 y nació as¡' la idea de las tabuladoras.
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Hollerith patentó su máquina en 1889 y en 189E crea la Tabulating Machine Cornpanv. Encontramos en Hollerith al clásico inventor empresario norteamericano, capaz de convertir una idea en un coloso económico. Esta empresa de Hollerith, en 1911 se convirtió en la CTR Cornputer Tabulating - Recording Company-, pero ya en 1924 era conocída con el nombre de I BM. Las ideas fundamentales de la tabuladora Hollerith son, entonces, el empleo de la tarjeta perforada, tomada del Telar de Jacquard, unida al empleo de un contacto eléctrico que detecta las perforaciones .. El paso fundamental que se daba frente a todos los elementos predecesores era el uso del contacto eléctrico como elemento de trabajo. Sin duda el desarrollo de la telegrafla jugó un papel decisivo para la realización de la tabuladora y aportó los elementos tecnológicos que permitian sobrepasar las posibilidades de una máquina mecánica. En el telar de Jacquard una perforación en la tarjeta de control determina el movimiento de una pieza mecánica. Esta pieza, a su vez, desencadena el movimiento de otras piezas que realizan la acción que se desea. En definitiva tenemos un proceso de detección mecánica del agujero, trasmisión del movimiento y acción sobre otro elemento. La idea nueva de la tabuladora consiste en reemplazar la trasmisión mecánica por la trasmisión de una corriente eléctrica. El agujero determina el cierre del contacto, el cual trasmite una corriente eléctrica a todos los lugares en donde un electroimán debe real izar un movimiento mecánico. De esta manera se obtienen tres ventajas decisivas frente a la implementación mecán ica del dispositivo: 1.- Como la trasmisión es eléctrica, no hay ninguna relación entre el lugar donde se detecta el agujero y los lugares donde se produce Ia acción. 2.- Nada impide que un cierre de contacto realice la cantidad de acciones que se desee, puesto que la energía para las acciones proviene de la corriente eléctrica y no del desplazamiento de las piezas mecánicas. 3.- En los casos en que haya varias acciones, una a continuación de otra, los errores y las imprecisiones mecánicas se acumulan. En el caso eléctrico no ocurre así. Un cierre de contacto determina otro cierre de contacto y no hay situaciones intermedias. Todo esto se puede ilustrar con un ejemplo muy simple. Supongamos que una tabuladora ha contado 999 tarjetas y se encuentra con la siguiente tarjeta a contar; si la acción fuera mecánica, el movimiento de la pieza que encuentra el agujero tiene que desplazar la rueda de las unidades de nueve a cero. A su vez, la rueda de las unidades tiene que desplazar a las decenas de nueve a cero, la cual a su vez desplaza la rueda de las centenas de nueve a cero, la que a su vez desplaza la rueda de los miles de cero a uno. De esta manera, el movimiento original tiene que provocar una cadena de acciones cada vez mas diflciles de realizar. Si el mismo proceso se realizara con contactos que se cierran y corrientes eléctricas, no hay ningún problema en que la cadena tenga cuatro, cinco o veinte pasos. Aquí se encuentra la principal irnposibilidad de construir calculadoras mecánicas complejas y la explicación de por qué la tabuladora es electromecánica. Las tabuladoras Hollerith en 1906 ya son capaces de escribir listados. En 1909 se dispone de perforadoras de tarjetas con teclado. Esta situación de privilegio de Hollerith continúa hasta 1911 cuando aparece su primer competidor: la Powers Tabulating Machines Company. Esta nueva compañra fabricó máquinas tabuladoras mejores y más baratas que CTR en todos sus aspectos. La competencia de la Powers llevó casi a la quiebra a la CTR. Solamente consiguió recuperarse en 1914, cuando logró una impresora de mucha mejor calidad que su competencia. Powers continuó siempre siendo un adversario de la empresa de Hollerith. En 1927 se fusiona con Remington Rand, la compañía de máquinas de escribir, y en 1955 con la Sperry Gyroscope para formar la Sperry Rand, que construirá la computadora UNIVAC. Con este nombre continúa todavía. Si bien las tabuladoras nacieron para resolver problemas del censo, se adoptaron desde el principio para tareas de administración de empresas y en este uso continuaron hasta la década del 50. Esto no quiere decir que no se haya empleado tabuladoras también en usos científicos. Hacia 1928 se encuentran tabuladoras procesando tablas astronómicas. Pero la actividad cient ífica de la tabuladora nunca pasó de ser una actividad lateral. La tabuladora fue la máquina por excelencia del procesamiento de datos durante la primera mitad del siglo XX y su influencia contribuyó en muchos aspectos al desarrollo de la computadora en la segunda mitad de este siglo.
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6 - LA ELECTRONICA
DIGITAL
La electrónica es un subproducto de la iluminación eléctrica. Sus orígenes coinciden con el de la lámpara eléctrica de Edison. Este primer dispositivo ya tenía todos los elementos básicos de lo que serían las válvulas electrónicas durante casi un siglo: una ampolla al vaclo, un filamento recorrido por una corriente eléctrica y algunos electrodos adicionales. A principios del siglo XX, en parte para corregir defectos de la lámpara eléctrica y en parte como nuevo producto, surge el diodo de vacro y, posteriormente, el triodo de vacío. Durante todo el per iodo del siglo XX anterior a la Segunda Guerra Mundial. la electrónica se desarrolla alrededor de las comunicaciones. La radio y la televisión son los únicos usos de importancia de la electrónica y prácticamente todos los avances realizados se hicieron en función de esta finalidad. Sin embargo esto no quita que en este período se hayan desarroll;ao los circuitos electrónicos que fueron fundamentales para el desarrollo de la computadora. Si consideramos que la electrónica en el sentido moderno comienza en 1912, con el desarrollo del oscilador de válvula de vacío, no deja de sorprender que el elemento básico para toda la electrónica digital de la computadora ya esté desarrollado en 1919: Eccles y Jordan en Inglaterra inventan lo que en su momento se llamó multivibrador y que contiene la idea básica del moderno flip-flop. Entre 1919 y 1940 se desarrolla una cantidad de circuitos que preparan la aparición de la electrónica digital, pero será recién durante el período de guerra cuando las técnicas digitales adquieran verdadera importancia. El Radar es el principal responsable del desarrollo de técnicas digitales y de todos los nuevos campos de la electrónica que aparecen luego de la Segunda Guerra Mundial. El desarrollo del radar fue un esfuerzo conjunto de ingleses y norteamericanos, realizado por un laboratorio especializado -Radiation Laboratoryque actuaba en estrecha vinculación con el Instituto Técnico de Massachussetts. Tal vez el hecho más importante vinculado al Radiation Laboratory no fue el desarrollo del Radar, sino la decisión real izada por el Gobierno norteamericano de publ icar los resultados obtenidos durante la guerra, en forma inmediata. Esta colección, publicada a partir de 1945, constituyó la transferencia de tecnología más grande hacia la industria que se conoce en toda la historia de la humanidad. Cada uno de los tomos se convirtió en una fuente de desarrollo de nuevos productos y debe encontrarse aquí el desarrollo explosivo de la electrónica una vez finalizada la Segunda Guerra Mundial. Para citar algunos de los campos a que dió origen indirectamente el radar y directamente el Radiatron Laboratory, tenemos que mencionar: el diodo de estado sólido, el transistor, la electrónica digital, los instrumentos electrónicos de medida, los controles electrónicos industriales, el radar y equipos auxiliares para la navegación marítima y aérea y las microondas. La electrónica digital implica el empleo de los dispositivos electrónicos en una forma sumamente simple, como una llave que permite o impide el pasaje de la corriente. De esta manera, cada uno de los elementos electrónicos posee solamente dos estados, en conducción o cortado, y esto hace que el dispositivo pueda trabajar con gran confiabilidad y sin deterioro importante de su funcionamiento. Se conoce con el nombre de electrónica digital a todo el conjunto de circuitos diseñados con dispositivos electrónicos que actúan como una llave. El elemento básico de la electrónica digital es lo que hoy conocemos con el nombre de puerta (gate). La puerta es un dispositivo electrónico en que una señal eléctrica, en estado cero o uno, puede controlar otra señal eléctrica también en estado cero o uno. En definitiva, todo dispositivo, por complejo que sea, no es otra cosa que una combinación de puertas que se agrupan para realizar una función más compleja. Si consideramos que cada uno de los elementos de un sistema digital sólo puede tener los estados cero o uno, (es decir conducción o corte) todo dispositivo lógico realiza una función en un álgebra de Boole. Como es bien conocido, basta con construir la función NANO para que, a partir de esta función elemental, se pueda construir la función Booleana que se desee. Conviene aclarar cual es la función NANO, porque la terminología utilizada en electrónica puede no coincidir con la del álgebra de Boole. Escrita en palabras -estilo Fortran- la función NANO sobre las variables x e y es: NOT.
(x.
ANO
. y)
es decir, es la negación de la función ANO. Esta función elemental, que en electrónica se llama NANO de dos entradas, permite construir toda la electrónica digital. Por esta razón, al encontrar una manera de implementar esta función se puede implementar toda la electrónica digital. De más está decir que en la práctica no se fabrican solamente funciones NANO, sino que es ventajoso fabricar combinaciones convenientes de funciones más complejas. Simplemente se menciona la función NANO como un criterio para definir la implementación de la electrónica digital. . Como conclusión de todo esto, cada vez que se logra una implementación nueva se logra toda una familia de circuitos electrónicos lógicos que permiten construir cualquier función Booleana. Por esta razón en el momento actual no se puede hablar sino de familias lógicas y de diferentes maneras de implementar funciones diqitales. Estos nuevos conceptos, introducidos luego de la Segunda Guerra Mundial, constituyen la revolución de la electrónica digital.
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7 - LOS EQUIPOS PERIFERICOS
No cabe la menor duda de que una buena cantidad de equipos diseñados para el consumo o para apl icaciones industriales masivas aportaron elementos fundamentales al computador. Un primer grupo de equipos que influye profundamente en el diseño de las computadoras es el formado por todas las máquinas que, de alguna manera, escribieron; en particular, el telégrafo y la máquina de escribir. Ambos equipos son realizados durante el siglo XIX y tienen una larga evolución hasta la década del 50. Sin duda los mecanismos de los telégrafos primitivos y de las máquinas de escribir manuales contribuyeron, él principios del siglo XX, a la fabricación de las primeras teletipos que combinaron la trasmisión remota de caracteres con la impresión y el teclado de la máquina de escribir. El desarrollo de la teletipo en el siglo XX influyó en el desarrollo de las tabuladoras y, finalmente, en la computadora. En particular, la banda de papel perforada, que constituyó uno de los primeros elementos de la computadora, fue originada en el telégrafo. Un segundo elemento influyó en forma importante en la computadora: la posibilidad de la grabación de sonido. Si bien la grabación de sonido aparece en el siglo XI X, las técnicas de grabación magnética fueron desarrolladas desde la década del 30. Todo el desarrollo de esa tecnología estaba orientado hacia la radiodifusión, y puso a punto las técnicas que posteriormente utilizarían las unidades de disco, de tambor o de cinta de la computadora. Por último, un elemento decisivo para la computadora moderna (no tanto para la computadora de la década del 50) es el televisor. La producción masiva de televisores a partir de la Segunda Guerra Mundial, permitió disponer en la década del 70 de terminales de pantalla, altamente evolucionados ya un costo muy bajo. Sin las líneas de montaje desarrolladas para los televisores, seguramente la difusión de las nuevas terminales se hubiera retrasado varias décadas. En este caso, la tecnologia de equipos de consumo influyó en el diseño de las nuevas arquitecturas de máquinas y en el desarrollo de las técnicas convencionales.
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8 - EL NACIMIENTO DEL COMPUTADOR
La computadora es un producto de la década del 40. Los primeros proyectos dignos de ser considerados son los de Aiken, que datan de 1937. La forma final del computador es presentada en la "DISCUSION PRELIMINAR DEL PROYECTO LOGICO DE UN INSTRUMENTO DE CALCULO ELECTRONICO" de Von Neuman, Arthur W. Burks y Herman H. Goldstine, en 1946. El primer computador en el sentido moderno entra en funcionamiento en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en 1952. Entre estas fechas límites, del trabajo de Aiken a la puesta en marcha de la máqu ina de Pri nceton, ocurre todo el desarrollo del computador moderno y este es el tema que trataremos en esta sección. El nacimiento del computador proviene, como ya hemos visto, de múltiples antecedentes. Pero el motivo desencadenante en la década del 40 es la Segunda Guerra Mundial. La influencia directa de elementos bélicos se hace notar en los siguientes puntos: a) Desarrollo de válvulas de vacío de menor consumo. b) Necesidades de cálculo de volúmenes desconocidos hasta el momento, para trayectorias de cañones y otros elementos estratégicos. c) Necesidades de cálculo cient ifico desconocidas hasta el momento, planteadas por el Laboratorio de los Alamos en el desarrollo de la primera bomba atómica. Son estos motivos bél icos los que expl ican que sea en la década del 40, y no en otro momento, que la tecnología de la electrónica digital, las tabuladoras y la teoría de la lógica converjan en un equipo real. Podemos identificar al principio de la década tres líneas principales de desarrollo que tienen desigual importancia para el advenimiento de la computadora. Fn primer lugar, esfuerzos de colosos industriales, esencialmente fracasados. Los Laboratorios Bell (A.T.T.) entre 1937 y 1944 construyeron varios modelos de computadoras con relés telefónicos. Llegaron a fabricar máquinas con 9.000 relés. que trabajaban con números de siete digitos y calculaban raíces cuadradas. Este intento era tecnológica-
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mente equivocado y no dio ningún fruto importante. Algo similar sucedió en I BM, con los diferentes intentos de convertir,las tabuladoras en calculadoras de uso general. A pesar de lograr máquinas con una capacidad de cálculo importante, la tecnoloqra estaba equivocada. Una segunda I mea de desarrollo la encontramos en los esfuerzos del Balistic Research Laboratorv. En este laboratorio se construyó una de las máquinas clásicas, conocida con el nombre de ENIAC. Era un gigante electrónico que tenía 18.000 válvulas de vado, ocupaba un salón enorme y estaba destinado al cálculo de trayectorias balísticas. Entró en funcionamiento en diciembre de 1945, de modo que no contribuyó en forma significativa al esfuerzo bélico. Desde cierto punto de vista, ENIAC.significó una revolución de suma importancia. Por primera vez se usaba la tecnoloqi'a de la válvula de vacíq par a construir un elemento de cálculo. Sin embargo, poseía el inconveniente de ser un instrumento dedicado a problemas de cálculo especiales y que usaba las válvulas de vado como un reemplazo de los sistemas mecánicos de las calculadoras. A pesar de que EN IAC era capaz de multipl icar por mil la capacidad de proceso de las máquinas electromecánicas, no significó ningún avance importante desde el punto de vista de la lógica de la computadora. No obstante, la máquina funcionó en la práctica durante diez años en el Balistic Research Laboratory, demostrando dos puntos importantes: 1.- La tecnoloqra eléctrica era viable, es decir: se podía llegar a la misma confiabilidad que con los relés. 2.- Los circuitos lógicos electrónicos eran viables. La tercera I ínea de desarrollo es universitaria. Son tres centros los que deben ser considerados como significativos en el nacimiento C3 la computadora. Por un lado, el grupo de la Universidad de Harvard dirigido por Aiken y que contaba con el apoyo de IBM. Este grupo logra construir en 1946 su primera máquina, denominada MARK 1 (fue el comienzo de una serie de máquinas que continúa hasta MARK 4) UII segundo centro de desarrollo fue la Universidad de Manchester en Inglaterra. EI grupo de Manchester tenía corno colaborador principal a Turing y logró fabricar su primera máquina, que también se llamó MAR K 1, en 1948. Esta máquina empleaba tecnología de válvulas de vado. Finalmente, el tercer grupo universitario, el que tuvo la influencia decisiva, fue el grupo del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. De la decisión preliminar a la puesta en funcionamiento, el ideólogo de esta máquina fue Von Neumann. Esta máquina debe ser considerada como la primera computadora de uso general y la iniciadora de la revolución de la computación. Si bien el Instituto de Princeton era un medio universitario, vale la pena destacar que está separado de la Universidad de Princeton y que era un estrecho colaborador del esfuerzo realizado para fabricar la bomba de hidrógeno, de modo que no debe ser considerado como grupo universitario puro. La máquina de Princeton empleaba válvulas de vado, pero tenía modificaciones revolucionarias en la concepción lógica. Es precisamente este conjunto de innovaciones lo que hoy se conoce como Máquina de Van Neumann: Las Innovaciones principales son las siguientes: a) Empleaba numeración binaria en lugar de numeración decimal. b) Defin (a instrucciones si mples de máquina con la técnica de direccionar memoria. c) Al completar la ejecución de cada instrucción se proced ía a ejecutar la siguiente de la secuencia (excepto en las instrucciones dedicadas a "seltsr"), Esto es, introducía la noción de contador de programa y las instrucciones de salto, con y sin condiciones. d) Finalmente, (tal vez es el punto más importante) introducía el concepto del programa almacenado. El programa a ejecutar se cargaba en la misma memoria que se usaba para los datos. El hecho de que un programa coexistiera con los datos (diseño especifico que hoy se conoce como máquina de Van Neumann) no sólo diferja de todos los esfuerzos realizados hasta el momento en materia de máquinas, sino que permitía, por primera vez, disponer de una máquina de uso general. La máquina de Von Neumann, construida en Princeton, fue entonces la primera realización de la máquina de Turing. Por esta razón es que el nombre de Van Neumann tiene tanto peso en el desarrollo de la computadora moderna. . '""
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9 - LAS SIGUENTES GENERACIONES '-.
,- .
Es frecuente hablar en computación de diferentes "generaciones" de computadoras. Esta terrninoloqra que no es demasiado precisa, hace referencia a la evolución de la computadora, a partir de la máquina de Princeton hasta nuestros días. aproximadamente. El concepto de "generación" es muy difícil de precisar y seqún el aspecto de la computadora a que hagamos referencia tendremos clasificaciones diferentes. Los cuatro aspectos más salientes que se pueden clasificar son: la tecnología de fabricación, la performance de cálculo, la arquitectura del sistema y el software que posee. Según cuáles sean los saltos que se considere han ocurrido desde la máquina de Princeton, se tendrá una posible nueva "generación" de cornputadoras. De los cuatro aspectos, tanto arquitectura como software son sumamente discutidos, de modo que dejaremos de lado la consideración de generaciones de sistemas operativos o generaciones de arquitectura. A los efectos de aclarar la evolución del computador, solamente nos manejaremos con los conceptos simples de tecnología y de performance. EI cuadro 2 muestra algunas de las computadoras más sobresal ientes que se han fabricado. El criterio para esta
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Cuadro 2 - Evolución de las computadoras VELOCIDAD
TECNOLOGIA
AÑO
MEMORIA
1864
1000 50d
60 SUMA/Min 1 PROD/Min
MECANICA
1937
8d
750 PROD/H
ELECTRO MECANICA
ENIAC BALlSTIC RESEARCH LABORATORY
1946
200 d
SUMAO,2 MS PROD 2 MS
VALVULA VACIO
MARKI MANCHESTER INGLATERRA
1948
32 32 b
1,2 MS p. instruc.
VALVULA VACIO
DE
1951
1000 42 d
SUMA 0,5 PROD 2,5
VALVULA VACIO
DE
SUMA 62,5 s PROD 0,5 MS
VALVULA VACIO
DE
MAQUINA
MAQUINA BABBAGE
ANALlTICA
TABULADORA IBM
UNIVAC I REMINGTON
-
UNIV.
RANO
702 IBM
1952
2 K 36 b
1401 IBM
1959
4 K 8b
MS MS
u.
DE
\
1963
6600 CONTROL
3 MOPS
TRANSISTOR
DATA
/360 IBM
PDP-8 DIGITAL
TRANSISTOR
1964
16 K 1B TIPICO
0,3 MOPS
TRANSISTOR ENCAPSULADO
1965
2K 12 b
0,3 MOPS
INTEGRADOS TTL
10 - 25 MOPS
INTEGRADOS TTL
CORP.
7600 CONTROL
1968 DATA
INTEGRADOS TTL
/370 IBM
1970
0,5M 1B TIPICO
4004 INTEL CORP.
1971
4K 8b 5120 b
0,1 MOPS
INTEGRADOS MOS LSI
ILLlAC IV ILLlNOIS UNIV.
1972
2K 64b x64
100 MOPS
INTEGRADOS ECL PARALELISMO
CRAY - 1 CRAY
1976
0,564b
250 MOPS
INTEGRADOS ECL
1M
Abreviaturas: b B -
20
bit byte
d digitos MOPS - Millones de operaciones por segundo
selección está fuertemente ligado a la opinión del autor y pueden existir discrepancias. De todo este cuadro interesa destacar algunos de los momentos en que se produce 'un cambio importante en la historia de la computadora. Como puede verse, en 1951 aparece el primer computador de uso comercial,la UNIVAC 1, de Remington Rand. Este hecho es caracterlstico de la década del 50, en donde I BM estaba ligeramente atrás de Remington. En 1952, IBM introduce el modelo 702, que es su primera computadora. Vale la pena señalar que parte de la recuperación de I BM se debe a su amplio dominio del mercado de las tabuladoras, a las ventajas que esto trajo para adoptar la tecnología electrónica de las válvulas de vacío y al contrato de Van Neumann como asesor, quien continuó en esta función hasta su muerte. En 1959 IBM introduce el modelo 1401, que inicia la era de las computadoras transistor izadas. A esta máquina si· guen después, en 1964, la serie /360 y en 1970 la serie /370. Desde el punto de vista de las máquinas de alta performance, en 1963 Control Data introduce su modelo 6600, y en 1968 su modelo 7600. En 1972 se fabrica ILLlAC IV y en 1976 CRAY - 1. Esta sucesión de máquinas logra los puntos más altos en materia de performance hasta nuestros d las. En la figura 2, se presenta un diagrama de evolución de performance de las distintas cornpu102+------+------r_----~-----i tadoras a lo largo del tiempo. El criterio fundamental para la performance es el número de operaciones por segundo que la máquina puede realizar. La fabr ica! 10+-----1------+-----+--~~~----~----; ción de estas máquinas, de tamaños enormes y con un o ;;: reducido número de ejemplares en funcionamiento, obedece a problemas de alta capacidad de cálculo vino culadas a la guerra o a la rneteoroloqi'a. Por último, el cuadro muestra que en 1965, 10-1+------+--~~r_---~--_+---t_--; Digital introduce el modelo PDP-8, considerada la primera minicomputadora que se fabricó. Este cambio provoca, una década después, una revolución 1950 1960 1970 1980 completa en la arquitectura de las máquinas de uso general. Es necesario aclarar que el enorme desarrollo Figura 2Evolución de la velocidad de las computade la minicomputadora en la década del 70, es posible doras. Unidad empleada: M flop - millogracias a la revolución de la microelectrónica ocurrida nes de operaciones de puntos flotantes durante esos años. por segundo. Tomado de Spectrum, April Del cuadro podemos extraer como consecuen80, pág. 30. cia que, según sean los aspectos que interese destacar, son diferentes las líneas, los fabricantes o los cambios revolucionarios a considerar. Por esta razón, a los efectos de considerar un poco más en detalle la evolución de la computadora, analizaremos el aspecto más importante de evolución: la tecnoloqía de fabricación de las máquinas. Es precisamente el estudio comparativo de las diferentes tecnologías el que permite mostrar "generaciones" relativamente precisas y la explicación de la revolución de la automática que ocurre a lo largo de la década del 70. También se puede mirar la evolución de las máquinas desde el punto de vista de las empresas. Es interesante observar el origen de compañlas tradicionales de computadoras, para comprobar así los aspectos de su evolución. De I BM y Remington Rand, ya conocemos su historia. Burroughs es una empresa creada a fines del siglo X IX, fabricante de máquinas de calcular. Honeywell, es una empresa fundada en 1927 y dedicada a fabricar elementos de control y de medida industrial. Hewlett-Packard, es una empresa creada en 1939 y, en su origen, su finalidad es los instrumentos de medida. NCR es una empresa de fines del siglo XIX que fabrica cajas registradoras. Olivetti es una empresa de comienzos del siglo XX, de máquinas de escribir. Singer proviene del siglo XI X, con máquinas de coser. A todos estos nombres es necesario agregar tres empresas que son posteriores a la aparición de la computadora. Estas empresas son Digital, que comienza a fabricar tarjetas lógicas; Texas Instruments que nace como fabricante de instrumentos, pasa a principal proveedar de semiconductores y luego a proveedor de computadoras; e I NTE L, que nace directamente de la era de la rnicroelectrónica.
10-2~----~~----~-----r------~----_+----~
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1O-EVOLUCION TECNOLOGICA DE LA COMPUTADORA
Como hemos visto antes, la tecnoloqi'a empleada en una computadora es uno de los elementos más decisivos de su performance. En esta sección intentaremos seguir la evolución de la tecnología y analizar el significado que tuvo en cada momento de la historia de la computadora. La primera pregunta que el anál isis de la tecnolog ía nos permite contestar, tiene que ver con el nacimiento de la computadora. Desde el momento en que casi todos los elementos para la fabricación de la ENIAC existían al finalizar la Primera Guerra Mundial. se impone la pregunta: épor qué se demoró su fabricación tanto tiempo? La respuesta es tecnológica. . El punto que aclara la razón de esta demora se vincula a la comparación de la tecnología electromecánica con la tecnología electrónica. Como ya hemos visto, en la primera mitad del siglo XX la tabuladora electromecánica no tuvo ningún rival en el campo de procesamiento de datos. De alguna manera, la lógica constru ída con relés era superior a la lógica de válvulas de vacío. Una comparación directa nos lo muestra. Un relé de tabuladora tiene, frente a un circuito electrónico de válvula de vado con la misma función, las siguientes ventajas: a) El relé ocupa unas diez veces menos volumen. b) Cada relé consume aproximadamente 0,4 Watts contra 3,5 Watts de una válvula de vacío anterior a 1940, con el agravante de que esta última no siempre reemplaza a un relé. c) Los relés fallaban mucho menos que las válvulas de vacío anteriores a 1940. d) Un circuito lógico armado con relés exig(a realizar diez veces menos uniones eléctricas que un circuito con válvulas de vacío. Todas estas razones apuntan a la superioridad tecnológica del relé. A su vez, la válvula de vacío se mostraba superior al relé en una única característica: la velocidad. En tanto que un relé puede hacer operaciones lógicas (un cierre o apertura de contacto) en cinco milisegundos aproximadamente, una válvula de vacío empleaba cinco microsegundos para la misma operación; es decir, era mil veces más rápida. La ventaja de la velocidad de la válvula de vacío no se aprovechaba en las tabuladoras, puesto que la velocidad de todo el proceso de trabajo estaba determinada por la lectura de las tarjetas perforadas y la escritura de los listados. Esto hacía que el tiempo de procesamiento no fuera significativo. La fabricación de ENIAC se hizo viable por una doble circunstancia: la aparición de nuevas válvulas de vacío que reducían el consumo de potencia a la mitad, eran de un tamaño cuatro veces menor y mucho más confiables que las anteriores; y la necesidad de construir un aparato con una gran capacidad de cálculo. Como podemos apreciar, tanto la aparición de las válvulas miniatura como las necesidades de tablas balísticas, son resultados directos de la guerra. Esto hace que recién como consecuencia de ésta pueda pensarse en una tecnología capaz de competir con los relés electromecánicos. Pero la década del 40 tiene otro hecho decisivo que no hemos mencionado. En 1948 los Laboratorios Bell fabrican el primer transistor. Este elemento tuvo, desde sus comienzos, un tamaño cientos de veces menor que un relé, un consumo cientos de veces más bajo y una velocidad de trabajo algo mayor. De modo que a principios de la década del
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50, no sólo se habra mostrado que la tecnoloqia electrónica era viable, sino que existía un dispositivo capaz de desplazar a la vez, a los relés ya las válvulas. Este es el hecho tecnológico que permite que la computadora diseñada en Princeton se convierta, en la década del 50, en un equipo comercial. Es posible aventurar la conclusión de que, sin el transistor, la computadora no hubiera podido salir nunca del ámbito del laboratorio de investigaciones, tal como ocurriera con tantos otros instrumentos que no superaron nunca la faz experimental. La primera computadora transistorizada se fabrica a fines de la década del 50 y marca un paso decisivo en la difusión de la computadora como instrumento de uso corriente. Es interesante observar que la década del 50 se caracteriza por la producción industrial de los transistores. En 1953 aparece la primera radio transistorizada; en 1954 Texas Instruments fabrica el primer transistor de silicio y en ese mismo año, Shock ley (uno de los creadores del transistor) instala un laboratorio de aplicaciones que en 1957 se incorpora a Fairchild. Finalmente, en 1959, simultáneamente en Fairchild y en Texas Instruments, nace la idea de circuito integrado. Todos estos pasos muestran que la revolución que introduce el transistor y que se vuelca de inmediato a los art ículos de consumo, es la condición que posibilita la aparición de la computadora transistorizada. Un aspecto muy importante en el desarrollo de la primera computadora fue la tecnología de fabricación de la memoria. Ya en el proyecto preliminar de Von Neumann y asociados, se hablaba de una memoria de 4000 números de 40 dígitos como indicada para resolver los problemas de cálculo. Si estimamos que 40 dígitos necesitan por lo menos 16 bytes, la máquina que proyectaban tendría el equivalente actual a unos 64 k Bytes. De más está decir que semejante tamaño de memoria estaba fuera de las posibilidades tecnológicas del momento. Desde su nacimiento, hasta 1970, las computadoras se desarrollaron manteniendo siempre un problema latente: la construcción de su memoria. Este fue, durante todo ese período, el elemento más costoso y más difícil de implementar. Por esta razón, las computadoras trabajaban con memorias tan pequeñas como 2K Bvtes y se consideraba enorme toda memoria superior a los 64K Bytes. Es interesante seguir la evolución de la tecnología de la memoria y los cambios que trajo. ENIAC empleaba una memoria de tecnología electrónica. con una particularidad de diseño: para almacenar un d(gito decimal necesitaba diez válvulas de vacío. Por esta razón su memoria era solamente de 200 dígitos. La introducción de la numeración binaria en la computadora trajo una evolución importante, puesto que para representar un dígito decimal se necesita algo más de 3 bit y para cada bit. solamente dos válvulas de vacío. De todos modos, una memoria de 2 K Bytes exigía más de 30.000 válvulas de vacío y esta era una cifra que tornaba absolutamente impracticable la construcción. Por esta razón, la década del 50 busca con gran energía una memoria eficiente, intentando diversas técnologías que resultan efímeras. Recién en 1953, Wang fabricará la primera memoria de núcleos magnéticos y sobre esta base nacerán los Laboratorios Wang. La tecnoloqia de núcleos magnéticos permitirá construir memorias de varios K bytes, lo que antes era imposible. Pero, de todos modos, la memoria será un recurso caro y escaso en la computadora. Hubo que esperar a 1970 para que el desarrollo de la microelectrónica pusiera fin a la tecnología de núcleos magnéticos y permitiera regresar a la vieja tecnoloqia electrónica. Con esta base, la memoria dejó de ser significativa en el costo de una computadora y su tamaño aumentó verticalmente a partir de ese momento.
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11 - MICROELECTRONICA
En la década del 60, la computadora se construye con una tecnologla relativamente estable: lógica de transistores y memoria de núcleos. Esto hace que los avances principales de las máquinas durante ese período provengan de la optimización de la arquitectura (es decir, del diseño lógico) y del software. Paralelamente a este desarrollo, ocurre en la electrónica una revolución que modificará completamente el panorama de la década del 70. El transistor habla llegado en los años 50 a su punto de viabilidad comercial y tecnológica. En la década del 60 se introduce un nuevo elemento: el circuito integrado. La idea del circuito integrado es muy simple: se trata de fabricar simultáneamente, en un mismo crista I de sil icio, varios transistores junto con todos los circuitos necesarios asociados. De esta manera, el resultado no es un componente elemental sino un componente complejo que posee una unidad funcional. Esta idea, que como ya conocemos proviene simultáneamente de Fairchild y Texas Instruments, se desarrolló a lo largo de la década del 60. Uno de los principales motivos para ese desarrollo fue la fabricación de los proyectiles balrsticos Minuteman,que deblan estar las 2'1 horas del dla listos para un bombardeo nuclear. Este proyecto exigió, en su momento de desarrollo, cerca de 4.000 circuitos integrados por mes y su principal contratista fue Texas Instruments. Fue este hecho el que convirtió a Texas, en la década del 60, en el principal fabricante de semiconductores del mundo. A su vez, Fairchild desarrolló en la década del 60 una I ínea de circuitos integrados de tal calidad que continúa fabricándose todavía y,en muchos aspectos, no ha sido superada. El trabajo de diseño de Fairchild se caracterizó por aumentar cada vez más la complejidad de las funciones que lograba implementar en un circuito. En 1961, el primer integrado de Fairchild tenia sólo cuatro transistores e implementaba un bit de memoria. A partir de este modesto comienzo, los hechos mostraron que la incorporación de los elementos de un circuito integrado, sigue una ley exponencial que hoy se conoce con el nombre de Ley de Gordon Moore. La figura 3 muestra la evol ución, durante el per odo 1960-1979, del número de elementos que forman parte de un circu ito integrado. En la mitad de la década del 60, era posible construir una función lógica simple, por ejemplo un ANO de varias variables, con un circuito integrado. La curva de evolución hace que en 1969 se llegue a mil componentes en un circuito integrado. En este momento, se estaba abriendo una nueva perspectiva. Si nuevamente recordamos que una celda de memoria exige dos elementos, esta capacidad de fabricación permitía diseñar un circuito integrado con 64 Bytes de memoria, con un costo del orden de un dolar. Estas cifras mostraron, sobre 1969, que una memoria fabricada con circuitos integrados era competitiva en precio con una memoria de núcleos; presentaba, además, serias ventajas: menor tamaño, menor consumo y, sobre todas las cosas, más futuro. . Este estado de cosas constituyó lo que hoy se llama la Revolución de la Microelectrónica; ésta se origina al lograrse fabricar, en un circuito integrado de unos pocos dólares de costo, una función compleja que exigía miles de componentes elementales. El equipo básico de Fairchild, que dominó la tecnoíogla durante toda la década y que descubrió esta ley de crecimiento, formó su compañia independiente. En 1968 se crea INTEL que en la década del 70 dirige la Revolución de la Microelectrónica. Con un número de componentes elevados no sólo se puede fabricar una memoria, sino que también pueden fabricarse todas las funciones lógicas de un computador. De esta manera I NTE L, en 1971, fabrica el primer procesador completo de cuatro bits de largo de palabra en un circuito integrado. En 1972 fabrica su primer procesador de 8 bits que ha pasado a ser modelo de todos los dispositivos en los últimos años. Estos procesado res fabricados en un circuito integrado se conocen con el nombre de rnicroprocesadores. El crecimiento sostenido de los circuitos integrados en la decada del 70, permite alcanzar logros cada vez más espectaculares. Para citar solamente algunos: la calculadora de mano, el implementar una computadora completa o un megabyte de memoria en una tarjeta, el implementar controles de periférico (diskettes, pantallas, impresores. etc.) en un único circuito integrado, la fabricación de relojes digitales, juegos electrónicos, etc. La Revolución de la Microelectrónica da a la tecnologla de la computadora una formidable arma. Las dos consecuencias más visibles de este cambio son: la desaparición de la memoria como factor limitante en el funcionamiento de una computadora y la disminución sostenida de precios y tamaños de los equipos. í
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ESCALA MEDIA DE INTEGRACION (MSIl
PEQUEÑA ESCALA DE INTEGRACION 262.144 (256 K)
INTEGRACION EN GRAN ESCALA (LSIl
M."".';:?'
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DE 64 K
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65.536 (64 K)
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