2012
HISTORIA Y EVOLUCION DE LOS COMPUTADORES
Contenido Historia de los Computadores Generaciones El ENIAC El EDVAC EL IAS
DAYNER FELIPE ORDOÑEZ
INTRODUCCION A LA HISTORIA DE LOS COMPUTADORES EVOLUCION DE LOS COMPUTADORES
En los sólo 50 años de vida de los computadores, los avances en su Arquitectura y en la tecnología usada para implementarlos han permitido conseguir una evolución en su rendimiento sin precedentes en ningún otro campo de la ingeniería. Dentro de este progreso la tecnología ha mantenido un ritmo de crecimiento constante, mientras que la contribución de la arquitectura ha sido más variable.
En los primeros años de los computadores (desde el 1945 hasta 1970) la mejora provenía tanto de los avances tecnológicos como de innovaciones en el diseño. En una segunda etapa (aproximadamente de los 70 a mediados de los 80) el desarrollo de los computadores se debió principalmente al progreso en la tecnología de semiconductores, que obtuvo mejoras impresionantes en densidad, velocidad y disipación de potencia. Gracias a estos avances el número de transistores y la frecuencia de reloj se incrementaron en un orden de magnitud en la década de los 70 y en otro en la de los 80.
Posteriormente tanto la tecnología como la arquitectura tuvieron una influencia Fundamental en dicha evolución, cuyo ritmo se ha acelerado actualmente. En la década de los 90 el número de transistores y la frecuencia de reloj se han multiplicado por 20.
Muchos anuncian que este proceso comenzará a hacerse más lento a medida que nos aproximemos a los límites físicos de la tecnología de semiconductores. Según Faggin, a partir de entonces las innovaciones en la arquitectura de los procesadores serán el motor fundamental de su progreso.
Para estudiar este proceso con mayor detalle usaremos una clasificación de los computadores en generaciones. Estas se dividen habitualmente basándose en
la tecnología empleada, aunque los límites entre una y otra son más bien difusos. Cada nueva generación se caracteriza por una mayor velocidad, mayor capacidad de memoria, menor consumo y menor tamaño que la generación anterior.
PRIMERA GENERACIÓN: LAS VÁLVULAS DE VACÍO (1946-1957)
En 1904, Fleming patenta la válvula de
vacío
utilizarla
diodo, para
con
idea
mejorar
de las
comunicaciones de radio. En 1906, Forest añade un tercer electrodo al flujo de corriente de control del diodo de Fleming, para crear la válvula de vacío de tres electrodos.
Habitualmente se considera que los computadores comenzaron con el ENIAC en 1946 y, de acuerdo con esto, la IEEE Computer Society celebró en 1996 los primeros 50 años de los computadores modernos. Sin embargo, J. V. Atanasoff había construido en 1939 un prototipo de computador digital electrónico que usaba aritmética binaria. Por eso desde 1973 se le reconoce como creador del computador moderno. SEGUNDA GENERACIÓN: LOS TRANSISTORES (1958-1963)
La invención del transistor tuvo lugar en 1948 en los laboratorios Bell por W.B. Shockley, J. Bardeen y W.H.
Brattain.
semiconductores
Poco fue
a
poco
creciendo
la y
industria los
de
productos
industriales y comerciales sustituían los dispositivos de válvulas de vacío por implementaciones basadas en semiconductores.
TERCERA GENERACIÓN: LOS CIRCUITOS 2 INTEGRADOS (1964-1971)
Durante la generación anterior los equipos compuestos
electrónicos en
su
estaban
mayoría
por
componentes discretos -transistores, resistencias,
condensadores,
etc.-
cada uno de los cuales se fabricaba separadamente cableaban
y
se
soldaban
o
juntos
en
tarjetas
de
circuitos. Todo el proceso de fabricación resultaba caro y difícil, especialmente para la industria de computadores, que necesitaba colocar juntos cientos de miles de transistores que había que soldar, lo cual dificultaba enormemente la fabricación de máquinas nuevas y potentes.
CUARTA GENERACIÓN: LOS MICROPROCESADORES (1971-1980)
En
1970
tanto
computadores
la como
semiconductores habían
industria la madurado
de de y
prosperado y su unión permitió el desarrollo
de
la denominada Cuarta
Generación de computadores: basados en microprocesador. Esta etapa viene caracterizada nuevamente por un avance tecnológico, como es el desarrollo de la técnica de integración LSI, que permite incluir hasta 100.000 transistores en un único chip. En
1973 se consiguen
integrar10.000 componentes en un chip de 1cm2.
El primer microprocesador, el 4004 de Intel [Fagg96b], surge en 1971 ideado por T. Hoff y construido por F. Faggin. Era un procesador de 4 bits con 2300 transistores en tecnología de 8 micras. Fue fabricado en obleas de 2
pulgadas y empaquetado con 16 pines. Podía direccionar 8 Kbytes de ROM y 640 bytes de RAM. Un año después apareció el 8008, un procesador de 8 bits con 3500 transistores, que podía direccionar 16 Kbytes de memoria y trabajar a 0.5 MHz. QUINTA GENERACIÓN: DISEÑO VLSI 1981-?
Año tras año el precio de los computadores disminuye forma drástica, mientras las prestaciones y la capacidad de estos sistemas siguen creciendo. El incremento de la densidad de integración ha permitido pasar de circuitos con unos pocos miles de transistores a principios de los años 70 a varios millones en la actualidad. Por ello podemos afirmar que la aparición de la tecnología VLSI a principios de los 80 puede considerarse como el origen de la Quinta Generación, que se caracteriza fundamentalmente por la proliferación de sistemas basados en microprocesadores.
Con base en toda esta historia se determina que es en el año de 1946 cuando se considera que comienza la historia de los computadores, con las siguientes invenciones: •
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).
•
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer).
•
IAS (Institute for Advanced Study).
ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator 1946) fue la primera gran computadora de propósito general, a ella le debemos mucho más de lo que podemos imaginar, no por su velocidad de cálculo, sino por su capacidad de cálculo. Hasta entonces todas las maquinas construidas por el ser humano tenían un propósito especifico, estaban designadas para realizar una labor especifica, podían realizar operaciones aritméticas, cálculos astronómicos, pero nunca se había fabricado una maquina con tal potencia, y aun no se ha construido una sola computadora que supere lo que fabricaron en 1946, John P. Eckert, John W. Mauchly y John Von Neumman.
El ENIAC fue el primer computador que se realizo con arquitectura de Von Neumman,
arquitectura
que continua usándose hoy en día, ningún ordenador actual más
puede problemas
solucionar que
el
ENIAC, y el número de problemas que el ENIAC no puede solucionar es exactamente igual al de cualquier ordenador actual. Desde 1946 el ser humano ha conseguido solucionar estos problemas de una manera más rápida, incrementando la velocidad de cálculo de las computadoras, pero nunca ha conseguido incrementar su capacidad de cálculo. En los tiempos que corren, se anuncian nuevas innovaciones, nanotecnología que multiplicara por 1000 la velocidad de los procesadores actuales basados en silicio, esto hará que ciertos problemas especialmente complicados tengan una solución viable en tiempos relativamente cortos, pero me entristece decir aun no se conoce un ordenador capaz de solucionar algo que el ENIAC no pudiera.
Características: •
Era una maquina decimal
•
Tenía 20 acumuladores que hacían a la vez de “Memoria”
•
No podía almacenar gran parte de información
EDVAC (Electronic Discrete Variable and Computer)
Su diseño se denomina hoy “modelo Von Neumman”, y se sigue manteniendo en la mayoría de computadores actuales, con unidad aritmético-lógica, unidad de control, unidades de entrada/salida, y memoria.
Por sus siglas en inglés, fue una de las primeras computadoras electrónicas. A diferencia de la ENIAC, no era decimal, sino binaria y tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado. Este diseño se convirtió en el estándar de arquitectura para la mayoría de las computadoras modernas.
La computadora fue diseñada binaria
para
con
sustracción
ser
adición, y
multiplicación automática y división programada. También poseería
un
verificador automático con capacidad para mil palabras (luego se estableció en 1,024). Físicamente la computadora fue construida de los siguientes componentes: Un lector-grabador de cinta magnética, una unidad de control con osciloscopio, una unidad para recibir instrucciones del control y la memoria y para dirigirlas a otras unidades, una unidad computacional para realizar operaciones aritméticas en un par de números a la vez y mandarlos a la memoria después de corroborarlo con otra unidad idéntica, un cronómetro, y una unidad de memoria dual.
EL EDVAC estaba organizado en seis partes principalmente:
1. Unidad de lectura-grabadora, que era la encargada de la lectura, grabación y borrado de las cintas magnéticas.
2. Unidad de control, que contenía los botones de operación, las lámparas indicadoras, los interruptores de control y un osciloscopio para el mantenimiento de la computadora.
3. Unidad de "reparto", que se encargaba de decodificar las instrucciones, emitía señales de control hacia el resto de unidades y almacenaba la instrucción que se debía ejecutar en cada momento.
4. Memoria de alta velocidad, que consistía en dos unidades iguales, cada una contenía 64 líneas de 8 palabras cada una.
5. Computadora, la unidad que realizaba las operaciones básicas aritméticas. La unidad aritmética estaba por duplicado, las operaciones se hacían en ambas unidades y se comparaban los resultados, interrumpiéndose la ejecución si no eran idénticos. 6. Reloj, que emitía pulsos de reloj a intervalos de 1 µsegundo.
El tiempo medio de ejecución por instrucción era:
1. Suma en 864 µsegundos. 2. Resta en 864 µsegundos. 3. Comparación en 696 µsegundos. 4. Multiplicación y redondeo 2880 µsegundos. 5. División y redondeo 2928 µsegundos. 6. Multiplicación exacta en 2928 µsegundos. 7. División exacta en 2928 µsegundos. 8. Suma en coma flotante 960 µsegundos. 9. Resta en coma flotante 960 µsegundos.
Características:
1. Primer computador propuesto por Von Neumman 2. Introducía el concepto de memoria 3. Se introduce la conformación de 4 módulos para organizar el compilador
Unidad aritmética lógica Memoria
Dispositi vos
Principal
E/S Circuitos de Control
Funciones (según Von Neumman) :
1. Los 4 componentes están en capacidad de realizar las operaciones básicas (+, -, *, /, not, comparación) 2. Están en capacidad de almacenar utilizando su memoria principal 3. Trabajaba en sistema binario 4. Los circuitos de control se encargan de definir la señalización entre los diferentes módulos.
El IAS
IAS (Institute for Advanced Study) la solución de Von Neumman para la implementación de los módulos propuestos en el EDVAC.
EL IAS constaba de una memoria principal para almacenar datos e instrucciones, una unidad aritmético-lógica, una unidad de control que interpreta las instrucciones y provoca su ejecución, y una unidad de entrada/salida dirigida por la unidad de control.
Características
Tenían 100 posiciones de memoria, que conformaba la tabla de memoria IAS
En la memoria se definía el CODOP, Código de Operación que le permitía a la máquina determinar si lo que había en determinada posición era un Operando o una Instrucción, ya que la memoria era de propósito general.
Tenía la siguiente estructura:
(Memory
MBR:
Boken
Register) registro temporal de memoria y se encarga de almacenar
una
palabra
proveniente de la memoria. AC:
registro
utilizado
para
almacenar los resultados de las operaciones. MQ: registro utilizado para almacenar
resultados
reoperaciones cuando el AC se llena. PC: (progam Counter) apunta a la siguiente posición de memoria. IBR: (Instruction Boken Register) registro temporal de instrucción, almacena temporalmente la instrucción leída desde la memoria. IR: (Instruction Register) es el registro que almacena y decodifica la instrucción proveniente del IBR.