DE LA ROCA AL CHIP – UNA HISTORIA DIGITAL Cuando los primeros hombres vivían en cavernas, grababan en los muros de las cuevas los animales que querían cazar para alimentarse; los egipcios escribían jeroglíficos sobre una piedra; según cuenta la Biblia, Moisés recibió de parte de Dios los diez mandamientos que regirían el pueblo de Israel y los grabó sobre una piedra; los egipcios empezaron a utilizar la hoja de una planta acuática que crecía a orillas del río Nilo llamada papiro, unos 3000 años antes de Cristo, lo que se consideró como la invención de la escritura y el primer papel creado por el hombre, que se constituyó en el vehículo más importante para la transmisión y conservación del conocimiento humano a través de la historia. Aproximadamente durante el siglo III D.C. el secreto para la preparación del papel salió de la China y se extendió a Corea, Japón, Vietnam, África y posteriormente, en el siglo VIII con la invasión de los árabes a España, llegó la técnica a Europa. En el año 1453 con la invención de la imprenta por parte de Gutenberg, se inició la impresión de textos ya en volumen, llevando el conocimiento de los sabios europeos por todo el continente1 Ellos y sus civilizaciones han desaparecido, pero sus escritos, sus imágenes y sus conocimientos han sobrevivido y han sido conservados durante siglos para revelarnos parte de la vida de nuestros ancestros. Este método de conservación de la información y el conocimiento en el papel ha funcionado durante varios siglos, hasta hace unos treinta o cuarenta años, cuando se inicia la era digital y con ello la consigna es más, más rápido y más cantidad en menor espacio. Lo que antes se grababa en piedras, ahora se guarda en pequeños discos de plástico.
Imagen 1. CD-ROM Fuente: http://images.google.com.co
¿Pero cómo es que eso funciona? La historia de la era digital se inicia con la creación de la electrónica digital, una rama de la electrónica que maneja toda una ciencia basada en tan solo dos estados: VERDADERO o FALSO, más comúnmente conocidos 1 y 0. Electrónicamente son dos estados que representan la presencia o carencia de un voltaje. El 1 ó VERDADERO, representa la existencia de un rango de voltaje; el 0 o FALSO representa por su parte la carencia de voltaje. Dependiendo la aplicación, se pueden utilizar 1.5, 3, 5 voltios. A manera de ejemplo, si utilizamos circuitos de 5 voltios, el estado lógico 1 ó VERDADERO 1
http://www.textoscientificos.com/papel/historia
Ricardo Montero Avellaneda
representa la presencia de 5 voltios, en tanto que el estado lógico 0 ó FALSO, representa la ausencia de voltaje, es decir, 0 voltios. A diferencia de esto, la electrónica analógica, contempla una infinidad de estados que se pueden codificar según el valor del voltaje. Esta particularidad de la electrónica digital, el basarse en sólo dos estados lógicos VERDADERO ó FALSO, 1 ó 0, hace posible la asimilación con el sistema de numeración binario, alrededor del cual existe toda una matemática, el álgebra de Bool (o algebra Booleana, en honor a George Bool, su creador), matemática con la cual es posible tratar muy fácilmente las más complejas operaciones lógicas y que se utiliza para realizar los más modernos diseños electrónicos. En electrónica digital, el estado lógico 0 ó 1 equivalentes a FALSO ó VERDADERO se conocen como un BIT, acrónimo de Binary Digit, (digito binario). Podemos imaginarnos los estados lógicos como un bombillo encendido o apagado. El 1 es equivalente a un bombillo encendido, es decir un estado VERDADERO; en forma similar, el 0 o FALSO se representa con un bombillo apagado. El sistema binario utiliza dos dígitos, el 1 y el 0, en tanto que el sistema digital utiliza diez dígitos, a saber, los números 0, 1, 2 ,3…9 A manera de ejemplo, tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Álgebra_Booleana, podemos ver la forma como esto funciona. Hagamos una suma sencilla con su respectiva representación lógica: Operación suma La operación suma (+) asigna a cada par de valores a, b de A un valor c de A: Su equivalencia en lógica de interruptores es un circuito de dos interruptores en paralelo.
a
b
a+b
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Si uno de los valores de a o b es 1, el resultado será 1, es necesario que los dos sumandos sean 0, para que el resultado sea 0.
Cada uno de estos estados dos lógicos o BITS puede ser representado en electrónica a través de interruptores o con circuitos electrónicos básicos como resistencias y transistores, que a su vez, combinados de manera adecuada con ayuda del algebra booleana, pueden generar circuitos lógicos capaces de tomar decisiones lógicas.
Ricardo Montero Avellaneda
Resistencia de cerámica Imagen de un Transistor Fuente (http://www.opampelectronics.com/~opamp/catalog/images/MPS3904_40V_100mA_NPN_Switching_Transistor_007204.jpg)
Podemos citar como ejemplo las compuertas lógicas digitales AND, OR, INVERSOR, NAND circuitos que representan respectivamente las operaciones lógicas Y, O, NO, (NO Y) del álgebra de Bool.
Compuerta AND
Compuerta NOR Circuito Triestable o FLIP FLP
Compuerta OR
Inversor
Compuerta NOR
Hacia el año de 1963 la compañía norteamericana FAIRCHILD logró introducir en un trozo de silicón de apenas unos cuantos milímetros, dos compuertas lógicas que contenían cuatro transistores y cuatro resistencias. Fue llamado el CI 907, con lo que comienza la carrera vertiginosa de los circuitos integrados. Un circuito Integrado C.I. es una pastilla de silicio con algunos milímetros cuadrados de área. El proceso de fabricación se lleva a cabo mediante procesos químicos de dopado. Se van conformando así circuitos electrónicos diminutos conectados con el exterior a través de unos conectores metálicos a manera de patitas. (Imagen 2)
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Imagen 2. Circuito Integrado (de http://www.orbitcast.com/archives/xm-connect-and-play-chip.jpg)
El paso siguiente en 1967, fue encapsular en una pastilla de silicón de un tamaño similar, algunos cientos de transistores, en 1970 se creó la primera memoria RAM (Random Access Memory) con una capacidad de almacenamiento de 256 bits; de manera simultánea, la empresa INTEL CORPORATION2 lanzaba al mercado su primera memoria de 1024 bits. Posterior a esto, empiezan a aparecer circuitos integrados que contenían en su interior hasta cien compuertas lógicas o transistores, después integrados de entre 100 y 1000 transistores o compuertas y en seguida los Circuitos Integrados de 1000 y más compuertas y/o transistores en su interior, dando origen a la miniaturización de los equipos electrónicos. Entre los circuitos integrados utilizados hoy, podemos incluir los microprocesadores, comúnmente conocidos como CPU, sigla para Central Processing Unit o Unidad de procesamiento Central, que en realidad son los cerebros de los actuales computadores, con dimensiones de aproximadamente 5x5 cms y unos 3 mm de espesor. (Véase Imagen 3)
2
INTEL CORPORATION, multinacional pionera en la fabricación de microprocesadores y circuitos integrados especializados. Entre sus productos más conocidos están los procesadores 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium IV, CORE 2 DUO.
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Microprocesador INTEL CORE 2 DUO (Parte Superior)
Microprocesador Parte anterior
Imagen 3. Microprocesador Intel Imagen tomada de (http://images.google.com.co/images?um=1&hl=es&q=microprocesadores&btnG=Buscar+imágenes)
Entre las últimas innovaciones tecnológicas lanzadas por INTEL, se ofrece un chip integrado en cuyo interior tiene unos 820 millones de transistores
Imagen 4. Microprocesadores de última generación www.intel.com
Y en su interior, cada uno de los circuitos opera con base en los dos estados lógicos: UNO ó CERO, VERDADERO o FALSO, ENCENDIDO ó APAGADO, estado digital, estado binario. Esto es lo que ahora se almacena como información para ser preservada, pulsos eléctricos, valores lógicos, estados binarios, tecnología digital. Ya está un poquito pasado de moda el grabado en las paredes de las cavernas o en las piedras, cada vez se utiliza menos el papel para guardar el conocimiento, ahora se utilizan dispositivos de almacenamiento digital como los discos duros de los computadores, controlados por un pequeño circuito integrado, pero con la capacidad de almacenar montañas y montañas de código binario que para ser interpretada y decodificada necesita de programas especiales de computador. (Imagen 5)
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Imagen 5. Ejemplos de Discos Duros Tomado de http://images.google.com
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Y ¿cuánto es un Gigabyte? Hemos dicho que los estados lógicos son VERDADERO ó FALSO, que puede representarse en forma binaria por los números 1 ó 0. Además, que cada unos de estos estados, en forma electrónica se representan como la PRESENCIA o NO PRESENCIA de un voltaje, es decir BOMBILLO ENCENDIDO ó BOMBILLO APAGADO. A este estado lógico se le conoce como un BIT de información. Un BOMBILLO ENCENDIDO es un BIT, un BOMBILLO APAGADO es un BIT. Una combinación de 8 bits conforma una palabra para el lenguaje de los computadores y se denomina un BYTE. Un ejemplo de BYTE podría ser: 00101010 que equivale al número 42 en el sistema decimal. Como estamos hablando de un sistema de medida, al igual que con las medidas de longitud, existen múltiplos que nos permiten denominar valores muy grandes de una manera muy fácil. Existen además algunas palabras de origen griego que tienen asociado un valor como significado y que crece en forma paralela con los múltiplos de diez, por ser el sistema de numeración decimal; en forma similar y simultánea, el sistema binario crece paralelamente con los múltiplos de dos haciendo las correspondientes equivalencias. En la tabla siguiente se pueden observar algunos valores con sus respectivas representaciones numéricas.
PREFIJO
10n
UNIDAD
100
1
20
1
DECA
101
10
21
2
HECTO
10
100
2
128
KILO
103
1.000
210
1024
MEGA
106
1.000.000
220
1.048.576
GIGA
10
9
1.000.000.000
2
TERA
10
12
1.000.000.000.000
PETA
1015
EXA
1018
2
2n
EQUIVALENCIA
7
BYTES
30
1.073.741.824
2
40
1.099.511.627.776
1.000.000.000.000.000
250
1 125 899 906 842 624
1.000.000.000.000.000.000
260
1 152 921 504 606 846 976
Veamos algunos ejemplos CANTIDAD
SÍMBOLO
EQUIVALENCIA EN BYTES
1 byte 1 Kilobyte 2 Megabytes 256 Megabytes 4 Gigabytes
8 bits 1 KB 2 MB 256 MB 4GB
1 2 256 4
x x x x
1024 1.048.576 1.048.576 1.073.741.824
= 1024 = 2.097.152 = 268.435.456 = 429.4967.296
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Ahora, en nuestro mundo moderno, todo es digital, TV digital, telefonía digital, electrodomésticos de toda índole, cajeros electrónicos, radios, lavadoras, libros digitales, fotografía digital, amigos digitales, y hasta novios y novias digitales………. Continuará………..
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