ANÁLISIS Y PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN
MODULO DE INFORMÁTICA
HISTORIA DE LA COMPUTACIÓN Evolución de los Computadores y Dispositivos de Cálculo
Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
(Material elaborado con fines instruccionales)
ELYON YIREH
Historia de la Computación
Historia de la Computación Evolución de los Computadores El avance de la civilización ha ido acompañado siempre de una necesidad creciente de cálculos numéricos. Aunque la investigación de las teorías del cálculo y sus métodos es una de las mayores empresas intelectuales de la humanidad, parece que se presenta un conflicto entre los cálculos y otros trabajos más creativos. La labor de cálculo, aunque es de vital importancia para el progreso del conocimiento y de la tecnología, consume tanto tiempo que la productividad de las mentes creadoras llega a interrumpirse por completo mientras estén dedicadas a efectuar engorrosos y rutinarios cálculos aritméticos. Toda esta situación, movió la búsqueda de instrumentos que permitiesen reducir el tiempo empleado en el proceso de cálculo y así dedicar suficiente tiempo a actividades más creadoras. Por esta razón, un gran número de inventores en la historia trabajaron sin cesar en la búsqueda de dispositivos de cálculo cada vez más rápidos, baratos y exactos. Se hicieron muchos intentos para su fabricación, algunos de estos inventores conocieron el fracaso y otros alcanzaron el éxito. Éxito que en la actualidad le permite al hombre manipular un mayor volumen de información a una rapidez y exactitud cada vez más sorprendentes.
Dispositivos de Cálculo A medida que la humanidad evolucionaba surgían muchas inquietudes en el ser humano, entre estas, la necesidad de CONTAR. Sin duda, el dispositivo más antiguo y uno de los primeros que usó el hombre para contar fueron los cinco dedos de cada mano. Sin embargo, a través del tiempo, las necesidades de cálculo crecieron y las operaciones de conteo se hicieron cada vez más complejas. Esta situación dio inicio a la búsqueda de instrumentos que permitiesen realizar cuentas de diez en alguna forma que resultara más ágil y confiable. Así pues, se guardaban diez piedrecillas o diez piezas de cualquier cosa para representar los números del 1 al 10 en sustitución de los dedos de las manos. Este nuevo instrumento mantuvo ocupadas a las mentes creadoras de la edad de piedra a lo largo de cientos de años. Transcurridos aproximadamente 5.000 años, en el valle del Trigris-Eufrates surgió un dispositivo que consistía en una placa de arcilla con numerosas ranuras en las cuales se colocaban las piedrecillas. Posteriormente, en el año 460 a.C. en Egipto se lograba el mismo dispositivo. Puesto que la operación de contar consistía en deslizar las piedrecillas de un lado de la placa a otro a lo largo de las ranuras, podía decirse que la operación de contar se hizo semiautomática. Estos dispositivos a través de diferentes medios de difusión cultural llegan a China, Japón y Roma en donde el ingenio de estas civilizaciones elevó el tablero de piedrecillas a niveles más altos de desarrollo. Entre los dispositivos de cálculo más significativos desarrollados en la antigüedad, tenemos: Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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El ábaco Utilizado varios miles de años atrás, se puede precisar como él más elemental de los utensilios destinados a facilitar las operaciones de conteo. A pesar de su antigüedad sigue siendo empleado actualmente. Consiste en un tablero o cuadro con alambres o surcos paralelos entre sí en los que se mueven bolas o cuentas. El ábaco moderno está compuesto de un marco de madera o bastidor con cuentas en alambres paralelos y de un travesaño perpendicular a los alambres que divide las cuentas en dos grupos. Cada columna o barra representa un lugar en el sistema decimal. La columna más a la derecha son las unidades, la que está a su izquierda son las decenas y así sucesivamente. En cada columna hay cinco cuentas por debajo del travesaño, cada una de las cuales representa una unidad; y dos por encima del travesaño, que representan cinco unidades cada una. Por ejemplo, en la columna de las decenas cada una de las cinco representa diez y cada una de las dos representa 50. Estas esferas se movían con cierta agilidad y rapidez lo que significaba una notable aceleración en las operaciones fundamentales de cálculo. Posteriormente, las nuevas condiciones de vida impulsadas por la sociedad burguesa y el desarrollo del capitalismo catapultaron la vida económica de las naciones. Las relaciones comerciales se hicieron más complejas apareciendo nuevas necesidades en los dominios de la ciencia. Esto elevó la necesidad de disponer de instrumentos cómodos y rápidos, capaces de realizar los ya complicados cálculos aritméticos de la época. Fue así como surgieron instrumentos, tales como:
La Máquina de Pascal (1623-1662) Uno de los aspectos relevantes en el siglo XVII fue la sistemática implantación de la recaudación de impuestos. En este contexto en 1642 apareció la primera calculadora mecánica, inventada por Blaise Pascal con la finalidad de ayudar a su padre que era un recaudador de contribuciones. Este dispositivo permitía SUMAR cantidades utilizando una caja rectangular en la cual estaban montados ocho pares de ruedas, cada uno con los números del 0 al 9 grabados. Un par correspondía a las unidades, uno a las decenas, uno a las centenas y así sucesivamente, la única dificultad que ofrecía era la de arrastrar en una unidad la posición de un engranaje cuando el que le precedía acumulaba diez pases de dientes. Se le dio por nombre la Pascalina. Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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La Máquina Calculadora de Leibnitz (1646-1716) Años más tarde en ese mismo siglo aparece la máquina de Leibnitz. Gottfried Wilhelm von Leibniz, matemático alemán, desarrolló las ideas de Pascal y, en 1671, introdujo el Paso Reckoner (mecanismo de rueda escalonada), un artefacto que así como sumaba y restaba, podía multiplicar, dividir, y sacar raíces cuadradas a través de una serie de pasos adicionales. Se trató de un dispositivo que puede ser considerado como el antepasado de los actuales computadores de escritorio. Sus derivaciones siguieron siendo producidas hasta que sus equivalentes electrónicos se hicieron de fácil acceso en los inicios de 1970.
El Telar de Jacquard y la Tarjeta Perforada (1752-1834) Joseph Marie Jacquard es considerado el precursor de las tarjetas perforadas. Fue un inventor francés conocido por automatizar, mediante el uso de tarjetas perforadas, el llamado telar de Jacquard. Hijo de un obrero textil trabajó de niño en telares de seda, automatizó esta tarea diseñando un telar en 1804 basado en una prensa de alambres, los cuales entraban y salían por las perforaciones de una tarjeta de cartón, cada tarjeta estaba programada con un dibujo de tejido específico. Esta máquina permitía la fabricación de telas con solo seleccionar la tarjeta con el tejido para la tela que se deseaba elaborar. Su telar fue presentado en Lyon en 1805. Aunque su invento revolucionó la industria textil, inicialmente sufrió el rechazo de los tejedores, incluso quemaron públicamente uno de sus telares. Posteriormente el telar de Jacquard fue declarado patrimonio nacional y Jaquard recibió la medalla de la Legión de Honor y un pago de 50 francos por cada telar que se comercializara. Nunca imaginó las consecuencias de su invento. El método de su telar, pronto se convirtió en el paradigma de la primera máquina computacional, desarrollada por Charles Babbage, considerado el padre de la computación.
Charles Babbage y el Cálculo Automático (1791-1871) Este hábil catedrático matemático e inventor, preocupado por los numerosos errores que ofrecían las tablas de logaritmos de su época (el siglo XIX), concibió la idea de construir un instrumento que denominó la máquina de diferencias, capaz de calcular logaritmos con veinte decimales. Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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Sin embargo, este y todos los ingenios citados anteriormente no pueden considerarse como máquinas automáticas, ya que requerían de la continua intervención de un operador para introducir los datos, efectuar las maniobras que implicaban cada operación y anotar los resultados intermedios. Babbage, en 1833, con su proyecto de la máquina analítica de uso universal planeó evitar estas engorrosas y repetidas maniobras siempre expuestas al error; su máquina sería capaz de realizar cálculos automáticos sin intervención humana durante el proceso y, con la precisión y exactitud deseadas. La máquina analítica fue concebida como un calculador universal, capaz de almacenar distintos programas según un esquema totalmente análogo a las computadoras electrónicas actuales. En la concepción de Babbage su proyecto debía disponer de: a.- Dispositivos de entrada, para suministrar a la máquina las instrucciones de programa, así como los datos a procesar. b.- Memoria, para almacenar la información suministrada y los resultados de las operaciones intermedias. c.- Unidad de control, para vigilar la ejecución de las operaciones según la secuencia lógica introducida. d.- Unidad aritmético-lógica, encargada de efectuar las operaciones para las que ha sido programada la máquina. e.- Dispositivos de salida, para emitir los resultados del cálculo efectuado, al exterior. Lamentablemente Babbage no logró concluir su ambicioso proyecto. Las técnicas de precisión de la época no estaban preparadas para satisfacer las necesidades planteadas. La historia menciona que este hombre murió amargado, dejando muy pocos datos acerca de su trabajo. Para poder conocerlos se debió recurrir a los escritos de una alumna suya, una de los pocos contemporáneos que entendieron sus genialidades, Lady Lovelace, hija de Lord Byron. Entre las notas de esta mujer se encuentran referencias que se refieren principalmente a la elaboración de programas para la máquina analítica de Babbage, es decir, a los métodos de construir secuencias de instrucciones para el correcto funcionamiento de la máquina. Entre las genialidades de Babbage considerado como el padre de la computación hay que señalar también la adopción de las tarjetas perforadas del telar de Jacquard, usadas para introducir, en la máquina analítica, tanto las instrucciones de programa como los datos del problema a resolver. Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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Hollerith, las máquinas del censo y las tarjetas perforadas No muchos años después de la muerte de Babbage, se dio otro paso en la evolución de los computadores, este avance se transformó en una realidad práctica. En las últimas décadas del siglo XIX, la oficina de censo de los Estados Unidos se enfrentaba con un problema prácticamente insoluble: la constitución ordenaba efectuar un censo de la población cada diez años y en 1.886 todavía se trabajaba con los datos del censo de 1.880, era evidente que aún trabajando a un ritmo acelerado no se habría terminado la clasificación anterior al momento de realizar el censo de 1.890. La oficina contrató al Dr. Herman Hollerith, estadístico de 25 años, para que ayudara en la solución del problema. Hollerith diseñó un dispositivo de tabulación electrónica denominado la máquina del censo. El se dio cuenta de que en la mayor parte de las preguntas del censo se respondía con un “si” o un “no”, y conocedor del mecanismo de las tarjetas perforadas del telar de Jacquard, comprendió que en éstas se podía representar la respuesta “si” mediante una perforación en un lugar determinado de la tarjeta y la respuesta “no”, con la ausencia de dicha perforación. Además Hollerith ideó la posibilidad de detectar dichas respuestas mediante contactos eléctricos establecidos a través de las perforaciones, el paso de corriente representaba un “si” y la falta un “no”. Las máquinas ideadas por Hollerith para el tratamiento de tarjetas perforadas fueron empleadas para el censo de 1.890. Fue un gran avance en la tecnología del procesamiento de datos, pero aún así se necesitaba mucha intervención humana entre los diferentes pasos del procedimiento. En este aspecto, la máquina del censo era inferior a la máquina analítica de Babbage, pero existía y funcionaba, lo que no sucedió con la máquina analítica.
Colossus Es impresionante como la amenaza de la guerra siempre acelera la tecnología, y la tecnología de computación persistentemente ha seguido esta regla. En este escenario fueron creadas las máquinas Colossus, estos fueron primitivos dispositivos calculadores usados por los británicos para leer las comunicaciones cifradas alemanas durante la Segunda Guerra Mundial. Colossus fue uno de los primeros computadores digitales. La máquina Colossus fue diseñada originalmente por Tommy Flowers en la Estación de Investigación de la Oficina Postal (Post Office Research Station), Dollis Hill. El prototipo, Colossus Mark I, entró en funcionamiento en Bletchley Park desde febrero de 1944. Una versión mejorada, el Colossus Mark II Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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se instaló en junio de 1944, y se llegaron a construir unos diez Colossus hasta el final de la guerra. Las máquinas Colossus se usaron para descifrar los mensajes cifrados, que se interceptaban de las comunicaciones de la Alemania Nazi, usando la máquina Lorenz SZ40/42. Colossus comparaba dos flujos de datos, contando cada coincidencia basada en una función programable booleana. El mensaje cifrado se leía a gran velocidad a través de una cinta de papel. El otro flujo de datos era generado internamente, y era una simulación electrónica de la máquina de Lorenz en varias combinaciones. Si el número de coincidencias para una combinación era superior a una cierta cantidad, la salida era escrita en una máquina de escribir eléctrica.
El Mark I La primera computadora digital completamente automática la inventó en 1.937 el Dr. Howard H. Aiken, físico de la Universidad de Harvard, quien se interesó en los problemas del cálculo mecánico. Gracias a su colega Brown, Aiken tuvo la oportunidad de presentar sus ideas a la IBM. En 1.939, IBM dio a Harvard un crédito a la investigación para que empezase el trabajo de una calculadora secuencial mecánica. El trabajo físico de la construcción se realizó en las instalaciones de IBM bajo la asesoría del Dr. Airen; quién en 1.944, tras siete años de esfuerzo pudo ver la terminación de su proyecto, acompañado por el éxito. El MARK I, cuya denominación oficial fue: Automatic Sequence Controlled, (Calculador Automático de Secuencia Controlada), inmediatamente se empezó a utilizar en la preparación de tablas matemáticas necesarias para la solución de problemas de múltiples tipos que surgen en la utilización de equipos militares. Entre los méritos del MARK I estaba él poder realizar una operación matemática sencilla en 0.03 segundos, esta computadora pesaba aproximadamente 70 toneladas.
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En Harvard, el Dr. Aiken inició la construcción del MARK II, empleando un número mayor de relés, mientras que el MARK III y IV empleaban el tambor magnético.
La Computadora Atanasoff-Berry y el Eniac En 1.937, el Dr. John Vincent Atanasoff, profesor de matemáticas y física en la Universidad del Estado de Iowa empezó a construir una máquina calculadora con la ayuda de un estudiante graduado, Clifford Berry. El Dr. Atanasoff había sentido en su propio trabajo desde hacía mucho tiempo la necesidad de un dispositivo de cálculo superior a las lentas e inexactas máquinas entonces disponibles, y, en Iowa, también tenía que considerar las necesidades de cálculo de sus estudiantes de licenciatura. La máquina que él y Berry diseñaron y construyeron para cubrir estos requerimientos poseía varias características revoluciona-rias. Sus circuitos lógicos y cálculos en serie utilizaban aritmética binaria en vez del sistema decimal, y era electrónica. El prototipo de ésta máquina se completó en 1.939 y se fabricó el modelo funcional en 1.942. En 1.940, Atanasoff y Berry mostraron su trabajo a John W. Mauchly, de la Universidad de Pennsylvania. Después de esto Mauchly comenzó a reunir ideas propias acerca de la construcción de una computadora de aplicación general, que compartió con J. Presper Eckert, Jr., quien entonces era un estudiante graduado en ingeniería en la misma Universidad. Mauchly y Eckert se transformaron en un equipo cuyos esfuerzos conjuntos dieron como resultado la construcción del ENIAC a principios de la década de 1.940, con el apoyo financiero del Ejército de los Estados Unidos. Patentaron su computadora, pero en 1.973 después de un litigio de ocho años, un juez federal falló que debía dársele crédito a Atanasoff por las ideas que respaldan al ENIAC. Tanto la computadora Atanasoff-Berry como la ENIAC empleaban tubos de vacío (bulbos) para el almacenamiento y para las funciones básicas en aritmética y lógica. Atanasoff fue el primero en ver las ventajas de interpretar un encendido/apagado electrónico como un 0/1 aritmético, o un verdadero/falso lógico. ENIAC no siguió este lineamiento. Lo importante es que cumplió con éxito su objetivo original (y complejo) de diseño, que consistía en calcular tablas de disparo para artillería. También se empleó para predicción meteorológica, diseño de túneles de viento y Prof. Jeyson de Jesus Torres Torres
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estudios de rayos cósmicos. Aunque no era tan grande como el MARK I, ENIAC difícilmente podía calificarse de pequeña: pesaba 30 toneladas y medía 6 por 12 metros, usaba 18.000 tubos de vacío, junto con 6.000 interruptores flip-flop (encendido o apagado). Su característica más resaltante fue lograr que tantos sistemas electrónicos funcionaran de manera simultánea lo que significó un gran avance en ingeniería electrónica. Mientras que la MARK I podía sumar 2 números en un tercio de segundo, ENIAC podía sumar 5.000 números en un segundo.
El Edvac Para 1.945 el genio matemático John Von Newman obtiene el crédito por la siguiente gran innovación en la tecnología de las computadoras, quien en un artículo escrito con sus colaboradores, presentó las dos siguientes ideas básicas. 1.- Que el sistema numérico binario se integrara a las computadoras. Esto significaba reemplazar el sistema decimal 0 a 9 con los dos dígitos 0 y 1. El sistema binario corresponde a las posiciones de encendido y apagado de todos los componentes electrónicos y hace que el diseño de una computadora sea más eficiente. 2.- El concepto de programa almacenado. Las computadoras se habían diseñado para almacenar números en sus memorias, pero desde las primeras computadoras, hasta las electrónicas como el ENIAC, tenían que volverse a reconstruir por completo antes de que pudieran empezar el trabajo con un nuevo problema. Una computadora de programa almacenado en mucho más flexible. Esta idea se basaba en que para la resolución de un nuevo problema sólo se requiere un nuevo conjunto de instrucciones, denominadas programa, para llamar a las operaciones básicas en cualquier orden deseado y efectuar cualquier tarea para la cual esté capacitada. Por esta razón, una computadora de programas almacenado puede pasar de una tarea a otra diferente siempre que se alimente en una memoria un nuevo conjunto de instrucciones, es decir, un nuevo programa. La primera computadora que se diseñó de acuerdo con las nuevas ideas fue la EDVAC, construida por Mauchly y Eckert. Sin embargo, ésta no fue la primera en construirse: el honor corresponde a EDSAC, terminada durante 1.949 en Inglaterra. La realización de EDVAC se retrasó porque Mauchly y Eckert habían fundado su propia compañía y estaban trabajando en UNIVAC (Computadora Automática Universal), que quedó lista para ser empleada en el censo de 1.951, y fue la primera computadora digital de programa almacenado totalmente electrónica que podía adquirirse comercialmente. Estos son algunos de los inventos más relevantes que sirvieron de base y dieron paso a los adelantos logrados actualmente en el campo de la computación.
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