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HISTORIA DE LA INFORMÁTICA

COMPUTADORAS

La historia de la informática está relacionada con las computadoras (ordenadores). Un ordenador es un dispositivo que puede ser instruido para llevar a cabo secuencias de operaciones aritméticas o lógicas de forma automática. Las computadoras modernas tienen la capacidad de seguir conjuntos generalizados de operaciones, llamados programas. Estos programas permiten realizar una gama extremadamente amplia de tareas.

Las computadoras se utilizan como sistemas de control para una amplia variedad de dispositivos industriales y de consumo. Esto incluye dispositivos simples de uso especial como hornos de microondas y controles remotos, dispositivos de fábrica como robots industriales y diseño asistido por computadora, y también dispositivos de uso general como computadoras personales y dispositivos móviles como teléfonos inteligentes.

Las primeras computadoras solo se conciben como dispositivos de cálculo. Desde la antigüedad, los dispositivos manuales simples como el ábaco (imagen siguiente) ayudaron a las personas a hacer cálculos. Al principio de la Revolución Industrial, se construyeron algunos dispositivos mecánicos para automatizar tareas largas y tediosas, como patrones de guía para telares. Las máquinas eléctricas más sofisticadas hicieron cálculos analógicos especializados a principios del siglo XX. Las primeras máquinas calculadoras electrónicas digitales se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial. La velocidad, el poder y la versatilidad de las computadoras han aumentado dramáticamente desde entonces.

ábaco

Convencionalmente, una computadora moderna consiste de al menos un elemento de procesamiento, típicamente una unidad de procesamiento central (CPU) y alguna forma de memoria. El elemento de procesamiento lleva a cabo operaciones aritméticas y lógicas, y una unidad de secuencia y control puede cambiar el orden de las operaciones en respuesta a la información almacenada. Los dispositivos periféricos incluyen dispositivos de entrada (teclados, mouse, joystick, etc.), dispositivos de salida (pantallas de monitor, impresoras, etc.) y dispositivos de entrada / salida que realizan ambas funciones (por ejemplo, la pantalla táctil de la década de 2000). Los dispositivos periféricos permiten recuperar información de una fuente externa y permiten que el resultado de las operaciones se guarde y recupere.

Primer dispositivo informático

Según Wikipedia, entre 1833 y 1842, Babbage intentó construir una máquina que fuese programable para hacer cualquier tipo de cálculo, no solo los referentes al cálculo de tablas logarítmicas o funciones polinómicas. Esta fue la máquina analítica (imagen siguiente). El diseño estaba inspirado en el telar de Joseph Marie Jacquard, el cual usaba tarjetas perforadas para realizar diseños en el tejido. Babbage adaptó su diseño para conseguir calcular funciones analíticas.

Máquina analítica de Babbage

La máquina analítica tenía dispositivos de entrada basados en las tarjetas perforadas de Jacquard, un procesador aritmético, que calculaba números, una unidad de control que decidía qué tarea debía ser realizada, un mecanismo de salida y una memoria donde los números podían ser almacenados hasta ser procesados. Se considera que la máquina analítica de Babbage fue la primera computadora de la historia. Un diseño inicial plenamente funcional de la misma fue acabado en 1835. Sin embargo, debido a problemas similares a los de la máquina diferencial, la máquina analítica nunca fue terminada por Charles.

En 1842, intentó obtener la financiación necesaria para realizar su proyecto, por lo que contactó con sir Robert Peel. Peel lo rechazó, y ofreció a Babbage un título de caballero que fue rechazado por Babbage. Lady Ada Lovelace, matemática e hija de Lord Byron, se enteró de los esfuerzos de Babbage y se interesó en su máquina. Promovió activamente la máquina analítica, y escribió varios programas para esa máquina. Diferentes historiadores llegaron a la conclusión de que esas instrucciones convirtieron a Ada Lovelace en la primera programadora de computadoras de la historia.

Ada Lovelace

Computadoras analógicas

Durante la primera mitad del siglo XX, muchas computaciones científicas se cubrieron con computadoras analógicas cada vez más sofisticadas, que utilizaron un modelo mecánico o eléctrico directo del problema como base para el cálculo. Sin embargo, estos no eran programables y generalmente carecían de la versatilidad y precisión de las computadoras digitales modernas. La primera computadora analógica moderna era una máquina de predicción de mareas, inventada por Sir William Thomson en 1872. El analizador diferencial, una computadora analógica mecánica diseñada para resolver ecuaciones diferenciales mediante la integración mediante mecanismos de rueda y disco, fue conceptualizada en 1876 por James Thomson, el hermano del anterior.

El arte de la computación análogica mecánica alcanzó su apogeo con el mencionado analizador diferencial (foto siguiente), construido por H. L. Hazen y Vannevar Bush (en la foto) en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en 1927. Se basaron en los integradores mecánicos de James Thomson y los amplificadores de par inventados por H. W. Nieman. Una docena de estos dispositivos se construyeron antes de que se quedaran obsoletos. En la década de 1950, el éxito de las computadoras electrónicas digitales había marcado el final para la mayoría de las máquinas de computación analógica, aunque estas permanecieron en uso durante la década de 1950 en algunas aplicaciones especializadas como educación (sistemas de control) y aeronaves (regla de cálculo).

Analizador diferencial

Computadoras digitales

-Electromecánicas

En 1938, la Marina de los Estados Unidos había desarrollado una computadora analógica electromecánica lo suficientemente pequeña como para usarla a bordo de un submarino. Esta era la Torpedo Data Computer (foto siguiente), que usaba la trigonometría para resolver el problema de disparar un torpedo contra un objetivo en movimiento. Durante la Segunda Guerra Mundial dispositivos similares se desarrollaron en otros países también.

Torpedo Data Computer

Las primeras computadoras digitales eran electromecánicas; interruptores eléctricos condujeron relés mecánicos para realizar el cálculo. Estos dispositivos tenían una velocidad de operación baja y eventualmente fueron reemplazados por computadoras totalmente eléctricas mucho más rápidas, originalmente usando tubos de vacío. La Z2, creada por el ingeniero alemán Konrad Zuse en 1939, fue uno de los primeros ejemplos de una computadora de relevo electromecánica.

En 1941, Zuse reemplazó su máquina anterior con la Z3 (imagen siguiente), la primera computadora digital electromecánica programable y completamente automática del mundo. La Z3 se construyó con 2000 relés, implementando una longitud de palabra de 22 bits que operaba a una frecuencia de reloj de aproximadamente 5-10 Hz. El código del programa se suministró en una película perforada mientras que los datos se podían almacenar en 64 palabras de memoria o se podían suministrar desde el teclado. Era bastante similar a las máquinas modernas en algunos aspectos, siendo pionera en numerosos avances, como los números en coma flotante. En lugar del sistema decimal más difícil de implementar (utilizado en el diseño anterior de Charles Babbage), el uso de un sistema binario significaba que las máquinas de Zuse eran más fáciles de construir y potencialmente más confiables, según la tecnología existente en ese momento. El Z3 fue una máquina de Turing completa.

z3

-Tubos de vacío y circuitos electrónicos digitales

Los elementos de circuito puramente electrónicos pronto reemplazaron sus equivalentes mecánicos y electromecánicos, al mismo tiempo que el cálculo digital reemplazó al analógico. El ingeniero Tommy Flowers, que trabajaba en la Post Office Research Station de Londres en la década de 1930, comenzó a explorar el posible uso de la electrónica para el intercambio telefónico. El equipo experimental que construyó en 1934 fue operativo cinco años más tarde, convirtiendo una porción de la red de intercambio telefónico en un sistema electrónico de procesamiento de datos, utilizando miles de tubos de vacío. En los Estados Unidos, John Vincent Atanasoff y Clifford E. Berry, pertenecientes a la Universidad Iowa State desarrollaron y probaron la Atanasoff-Berry Computer en 1942, la primera "computadora digital electrónica automática". Este diseño también fue completamente electrónico y se utilizaron alrededor de 300 tubos de vacío, con condensadores fijos en un tambor giratorio mecánico para la memoria.

Atanasoff Berry Computer

Durante la Segunda Guerra Mundial, los británicos lograron varios éxitos en Bletchley Park rompiendo las comunicaciones militares alemanas encriptadas. La máquina de encriptación alemana, Enigma, fue atacada primero con la ayuda de las bombas electromecánicas. Para romper la más sofisticada máquina alemana Lorenz SZ 40/42, utilizada para comunicaciones de alto nivel del Ejército, Max Newman y sus colegas le encargaron a Flowers que construyera Colossus. Empezó a principios de febrero de 1943 y tardó 11 meses en diseñar y construir la primera máquina Colossus. Después de una prueba funcional en diciembre de 1943, Colossus fue enviado a Bletchley Park el 18 de enero de 1944 y atacó su primer mensaje el 5 de febrero.

Colossus fue la primera computadora electrónica programable digital del mundo. Utilizó una gran cantidad de válvulas (tubos de vacío). Tenía entrada de cinta de papel y se podía configurar para realizar una variedad de operaciones lógicas booleanas en sus datos, pero no una máquina Turing completa. Se construyeron nueve Colossus Mk II (el Mk I se convirtió en un Mk II por lo que se fabricaron 10 máquinas en total). Colossus Mark I contenía 1.500 válvulas termoiónicas (tubos), pero Mark II con 2.400 válvulas, era 5 veces más rápido y más simple de operar que Mark I, acelerando enormemente el proceso de decodificación.

Colossus

El ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fue la primera computadora programable electrónica construida en los Estados Unidos. Realizó cálculos de trayectoria balística para el ejército de los Estados Unidos. Aunque el ENIAC era similar al Colossus, era mucho más rápido, más flexible y era una máquina Turing completa. Al igual que el Colossus, un "programa" en ENIAC fue definido por los estados de sus cables de conexión e interruptores, muy lejos de las máquinas electrónicas programadas que vinieron después. Una vez escrito un programa, tiene que ser configurada mecánicamente la máquina con reinicio manual de los enchufes e interruptores.

Combina la alta velocidad de la electrónica con la capacidad de ser programada para muchos problemas complejos. Podría sumar o restar 5000 veces por segundo, mil veces más rápido que cualquier otra máquina. También tenía módulos para multiplicar, dividir y raíz cuadrada. La memoria de alta velocidad estaba limitada a 20 palabras (alrededor de 80 bytes). Construido bajo la dirección de John Mauchly y J. Presper Eckert en la Universidad de Pensilvania, el desarrollo y la construcción de ENIAC duró desde 1943 hasta su pleno funcionamiento a finales de 1945. La máquina era grandísima, pesaba 30 toneladas, usaba 200 kilovatios de energía eléctrica y contenía más de 18,000 tubos de vacío, 1,500 relés y cientos de miles de resistencias, condensadores e inductores.

Eniac

Concepto de ordenador moderno

El principio de la computadora moderna fue propuesto por Alan Turing en su artículo seminal de 1936, "En Números Computables". Turing propuso un dispositivo simple que llamó "máquina de computación universal" y que ahora se conoce como máquina universal de Turing (imagen siguiente). Demostró que una máquina de este tipo es capaz de computar cualquier cosa que sea computable mediante la ejecución de instrucciones (programa) almacenadas en cinta, permitiendo que la máquina sea programable.

Máquina Universal de Turing

El concepto fundamental del diseño de Turing es el programa almacenado, donde todas las instrucciones que hay que computar se almacenan en la memoria. Von Neumann reconoció que el concepto central de la computadora moderna se debió a este documento. Las máquinas de Turing son hasta hoy un objeto central de estudio en teoría de la computación.

Programas almacenados

Las primeras máquinas de computación tenían programas fijos. Cambiar su función requirió el re-cableado y la reestructuración de la máquina. Con la propuesta de la computadora del programa almacenado esto cambió. Una computadora de programa almacenado incluye, por diseño, un conjunto de instrucciones y puede almacenar en la memoria un conjunto de instrucciones (un programa) que detalla la computación. La base teórica para la computadora del programa almacenado fue presentada por Alan Turing en su artículo de 1936. En 1945, Turing se unió al National Physical Laboratory y comenzó a trabajar en el desarrollo de una computadora digital con programa almacenado. Su informe de 1945 "Calculadora electrónica propuesta" fue la primera especificación para dicho dispositivo.

La Máquina Experimental de Pequeña Escala de Manchester (imagen siguiente), apodada Baby, fue la primera computadora del mundo con programas almacenados. Fue construido en la Universidad Victoria de Manchester por Frederic C. Williams, Tom Kilburn y Geoff Tootill, y ejecutó su primer programa el 21 de junio de 1948. Fue diseñado como banco de pruebas para el tubo Williams, el primer dispositivo de almacenamiento digital de acceso aleatorio. Aunque la computadora fue considerada "pequeña y primitiva" por los estándares de su tiempo, fue la primera máquina en funcionar para contener todos los elementos esenciales para una computadora electrónica moderna.

Máquina Experimental de Pequeña Escala de Manchester

Tan pronto como la SSEM demostró la viabilidad de su diseño, se inició un proyecto en la universidad para convertirlo en una computadora más utilizable, la Manchester Mark 1.

Manchester Mark1

El Mark 1 a su vez se convirtió rápidamente en el prototipo de Ferranti Mark 1, la primera computadora de uso general disponible en el mundo.

Ferranti Mark 1

Construido por Ferranti, fue entregado a la Universidad de Manchester en febrero de 1951. Al menos siete de estas máquinas posteriores fueron entregadas entre 1953 y 1957, una de ellas a los laboratorios Shell en Amsterdam. En octubre de 1947, los directores de la empresa de catering británica J. Lyons & Company decidieron tomar un papel activo en la promoción del desarrollo comercial de computadoras. La computadora LEO I comenzó a funcionar en abril de 1951 y dirigió el primer trabajo rutinario de computadora de oficina del mundo.

Leo I

Transistores

El transistor bipolar se inventó en 1947. Desde 1955 en adelante, los transistores reemplazaron a las válvulas de vacío en diseños de computadora, dando lugar a la "segunda generación" de computadoras. En comparación con las válvulas de vacío, los transistores tienen muchas ventajas: son más pequeños y requieren menos energía que los tubos de vacío, por lo que emiten menos calor. Los transistores de unión de silicio eran mucho más confiables que las válvulas de vacío y tenían una vida útil más prolongada e indefinida. Las computadoras transistorizadas podrían contener decenas de miles de circuitos lógicos binarios en un espacio relativamente compacto.

En la Universidad de Manchester, un equipo bajo la dirección de Tom Kilburn diseñó y construyó una máquina utilizando transistores recientemente desarrollados en lugar de válvulas. Su primera computadora transistorizada y la primera en el mundo, estaba operativa en 1953, y una segunda versión se completó allí en abril de 1955. Sin embargo, la máquina hizo uso de válvulas para generar sus ondas de reloj de 125 kHz y en los circuitos para leer y escribir en su memoria de tambor magnético, por lo que no fue la primera computadora completamente transistorizada. Esa distinción la tiene el Harwell CADET de 1955, construido por la división de electrónica del Establecimiento de Investigación de Energía Atómica en Harwell.

Harwell Cadet Computer

Circuitos integrados

El siguiente gran avance del poder de la computación llegó con la llegada del circuito integrado. La idea del circuito integrado fue concebida por primera vez por un científico que trabajaba para el Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa, Geoffrey W.A. Dummer. Dummer presentó la primera descripción pública de un circuito integrado en el Simposio sobre el progreso en componentes electrónicos de calidad en Washington, D.C., el 7 de mayo de 1952.

Los primeros circuitos integrados prácticos fueron inventados por Jack Kilby en Texas Instruments y Robert Noyce en Fairchild Semiconductor. Kilby registró sus ideas iniciales sobre el circuito integrado en julio de 1958, demostrando con éxito el primer ejemplo integrado de trabajo el 12 de septiembre de 1958. En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo dispositivo como "un cuerpo de material semiconductor ... en el que todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados". Noyce también tuvo su propia idea de un circuito integrado medio año después que Kilby. Su chip resolvió muchos problemas prácticos que Kilby no hizo. Producido en Fairchild Semiconductor, estaba hecho de silicio, mientras que el chip de Kilby estaba hecho de germanio.

Este nuevo desarrollo anunció una explosión en el uso comercial y personal de las computadoras y condujo a la invención del microprocesador. Si bien, hay controversias sobre cuál dispositivo fue el primer microprocesador, en parte debido a la falta de acuerdo sobre la definición exacta del término "microprocesador". Pero es indiscutible que el primer microprocesador de un solo chip fue el Intel 4004, diseñado y realizado por Ted Hoff, Federico Faggin y Stanley Mazor en Intel.

En la siguiente imagen, el microprocesador Intel 4004 (izquierda) y el primer dispositivo donde se utilizó, el Busicom 141-PF (derecha).

El microprocesador Intel 4004 y el primer dispositivo donde se utilizó, el Busicom 141-PF

El dominio de las computadoras móviles

Debido a la continua miniaturización de los recursos informáticos y a los avances en la duración de la batería portátil, los ordenadores portátiles crecieron en popularidad en la década de 2000. Los mismos desarrollos que estimularon el crecimiento de esos ordenadores y otros similares permitieron a los fabricantes integrar los recursos informáticos en los teléfonos móviles. Los llamados teléfonos inteligentes y tabletas se ejecutan en una variedad de sistemas operativos y se han convertido en el dispositivo informático dominante en el mercado, y los fabricantes informaron haber vendido aproximadamente 237 millones de dispositivos en el segundo trimestre de 2013.

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