martes, 6 de diciembre de 2011

Evolución histórica de las computadoras

En la historia de la humanidad se han construido distintos tipos de instrumentos de ayuda para que el hombre pudiera calcular, hasta llegar a la computadora digital moderna. Aquí mostraremos algunos hitos importantes en esta historia. Se muestra la evolución de las computadoras, así como de los dispositivos para entrada/salida y los medios de comunicación de datos.

Cuarta Generación: Computadoras personales y VLSI (1980 en adelante)

En la década del '80, fue posible la Integración a Muy Alta Escala (VLSI - Very Large Sacel Integration) poniendo cientos de miles (y posteriormente millones) de transistores en un chip.

Tercera Generación: Circuitos Integrados (1965-1980)

En 1965, Gordon E. Moore (fundador de Fairchild, y patentador del primer circuito integrado) cuantificó el crecimiento sorprendente de las nuevas tecnologías de semiconductores. Dijo que los fabricantes habían duplicado la densidad de los componentes por circuito integrado a intervalos regulares (un año), y que seguirían haciéndolo mientras el ojo humano pudiera ver.
En 1967, Fairchild introduce un chip que contenía una ALU de 8 bits: el 3800. En 1968, Gordon Moore, Robert Noyce y Andy Grove establecen la compañía Intel, que en un principio se dedica a fabricar chips de memoria. En este mismo año, la computadora CDC 7600 logra la velocidad de 40 Mflops.

En el año 1969, el departamento de defensa de los EE.UU. encarga la red Arpanet con el fin de hacer investigación en redes amplias, y se instalan los primeros cuatro nodos (en la UCLA, UCSB, SRI y Universidad de Utah). También se introduce el estándar RS-232C para facilitar el intercambio entre computadoras y periféricos.
En 1970 aparecen los discos flexibles y las impresoras margarita. También comienza a usarse la tecnología de MOS (Metal-Oxide semiconductor) para circuitos integrados más pequeños y baratos. En 1971, Intel fabrica el microprocesador de 4 bits 4004, la primer computadora en un solo chip. Su objetivo era ser usado para una calculadora. Ya en 1972, Intel fabrica el 8008, primer microprocesador de 8 bits (que es reemplazado por el 8080, debido al límite de memoria de 16k impuesto por los pins en el chip).

 En 1973, las técnicas de integración a gran escala (LSI - Large Scale Integration) permiten poner 10.000 componentes en un chip de 1 cm. cuadrado. En el mismo año, John Metcalfe propone el protocolo Ethernet para comunicación en redes locales. En 1975, la primer computadora personal, la Altair 8800, aparece en la revista Popular Electronics, explicando cómo construirla. También en ese año, IBM introduce la primer impresora láser.

En el año 1976, Steve Jobs y Steve Wozniak diseñan y construyen la Apple I, que consiste principalmente de un tablero de circuitos. IBM introduce las impresoras a chorro de tinta en ese mismo año, y Cray Research introduce la Cray 1, una supercomputadora con una arquitectura vectorial. También Intel produce el 8085, un 8080 modificado con algunas características extra de entrada/salida. Poco más tarde, Motorola introduce el procesador 6800, que era una computadora de 8 bits comparable al 8080. Fue utilizada como controlador en equipos industriales. Fue seguido por el 6809 que tenía algunas facilidades extra, por ejemplo, aritmética de 16 bits.

En 1977, Steve Jobs y Steve Wozniak fundan Apple Computer, y la Apple II es anunciada públicamente. En 1978, Intel produce el 8086, una CPU de 16 bits en un chip. Este procesador es completamente combatible con el 8080, y también lo fue el 8088, que tenía la misma arquitectura y corría los mismos programas, pero con un bus de 8 bits en lugar de uno de 16, haciéndolo más lento y barato. En este año DEC introduce la VAX 11/780, una computadora de 32 bits que se hizo popular para aplicaciones técnicas y científicas.
En 1979, Motorola introduce el procesador 68000 que sería más adelante el soporte para las computadoras Macintosh, Atari, Amiga y otras computadoras populares. Este procesador no era compatible con el 6800 o el 6809. Es un híbrido entre arquitecturas de 16 y 32 bits, y puede direccionar 16 Mb de memoria.

En 1980 se produce la primer computadora portable: la Osborne 1. David Patterson, en la UC. Berkeley, introduce el concepto de RISC, y junto con John Hennessy, de Stanford, desarrollan el concepto.
En 1981 se lanza la computadora de arquitectura abierta IBM-PC, y un año mas tarde se produce el primer "clon" de esta computadora.

Segunda Generación: Transistores (1955-1965).

La primer computadora puramente basada en transistores fue la TX-0 (Transitorized eXperimental computer 0), en el MIT. Esta fue un dispositivo usado para probar la TX-2. Uno de los ingenieros trabajando en este laboratorio, Kenneth Olsen, abandonó el laboratorio para formar la compañía DEC (Digital Equipment Company).

 En 1956, IBM introduce el primer disco duro. En el mismo año, se diseña la primer computadora comercial UNIVAC puramente basada en transistores.
En 1957 la EDSAC 2 estuvo operativa. Era una computadora con 1024 palabras de 40 bits, con dos órdenes por palabras. Estaba hecha con válvulas, y la memoria usaba núcleos de ferrita. La ALU era bit-sliced. Se incluyeron operaciones de punto flotante para hacer los cálculos más simples, que usaba una fracción de 32 bits y un exponente de 8 bits.

En 1957, John Backus y sus colegas en IBM produjeron el primer compilador FORTRAN (FORmula TRANslator).
En 1958 se funda la compañía Digital, como fue mencionado principalmente. Inicialmente la DEC sólo vendía plaquetas con pequeños circuitos. En el mismo año, se producen los primeros circuitos integrados basados en semiconductores (en las compañías Fairchild y Texas Instruments), y también el proyecto Whirlwind se extiende para producir un sistema de control de tráfico aéreo. En 1959 se forma el Comité en Lenguajes de sistemas de Datos (CODASYL - Commitee On Data Systems Language) para crear el lenguaje COBOL (Common Business Oriented Language), y John Mc. Carthy desarrolla el Lisp (List Processing) para aplicaciones de inteligencia artificial.

En 1960, DEC introduce su primer computadora: la PDP-1. Esta computadora fue diseñada tomando como base la TX-0, y tenía 4K palabras de 18 bits. Costaba 120.000$, y tenía un tiempo de ciclo del procesador de aproximadamente 5 microsegundos (en comparación con la IBM 7090 que era una máquina de alta performance en la cual un ciclo procesador era de 2.5 microsegundos y su costo era de millones de dólares). Fue la primer máquina con monitor y teclado, marcando el comienzo de las minicomputadoras.

En 1961, Fernando Corbató en el MIT desarrolla una forma que múltiples usuarios puedan compartir el tiempo del procesador. También se patenta el primer robot industrial. En 1962, Steve Russell del M.I.T. crea el Spacewar (el primer video juego). En 1963, el sistema de defensa SAGE es puesto en marcha, gracias al cual se pudieron lograr muchos avances en la industria de la computadora.

 En 1964, aparece el primer modelo de la computadora IBM 360. IBM había construido una versión con transistores de la 709, llamada 7090, y posteriormente la 7094. Esta tenía un ciclo de instrucción de 2 microsegundos, y 32K palabras de 36 bits. Estas computadoras dominaron la computación científica en los '60s.
IBM también vendía una computadora orientada a negocios llamada 1401. Esta podía leer cintas magnéticas, leer y perforar tarjetas, e imprimir. No tenía registros ni palabras de longitud fija. Tenía 4K de bytes de 8 bits cada uno. Cada byte contenía un caracter de 6 bits, un bit administrativo, y un bit para indicar un fin de palabra.

En 1965, la DEC fabrica la PDP-8, que fue la primer minicomputadora con transistores en módulos de circuitos integrados. Esta tenía un único bus (o sea, un conjunto de cables paralelos para conectar los componentes de la computadora, en lugar de las líneas multiplexadas de las computadoras de Von Neumann tradicionales).

Primera Generación: Válvulas de vacío (1945-1955).

Para el momento en que Howard Aiken había terminado la Mark II, las computadoras basadas en relés ya eran obsoletas. El principal estímulo para desarrollar computadoras electrónicas estuvo en la segunda guerra mundial. Los submarinos alemanes, que destruían a la flota inglesa, se comunicaban por radio con sus almirantes en Berlín. Los británicos podían captar las señales de radio, pero los mensajes estaban encriptados usando un dispositivo llamado ENIGMA. La inteligencia británica había podido obtener una máquina ENIGMA robada a los alemanes, pero para quebrar los códigos era necesaria una gran cantidad de cálculo, que debía hacerse a alta velocidad.

Para decodificar estos mensajes, el gobierno británico construyó un laboratorio para construir una computadora, llamada COLOSSUS. Alan Turing, T. Flowers y M. Newman construyeron esta computadora (1943), que fue la primer computadora electrónica de la historia. Estaba construida de válvulas de vacío y no tenía dispositivos electromecánicos. A pesar de ello, al ser un secreto militar, su construcción no tuvo ninguna influencia posterior.
En 1943, John Mauchly y uno de sus alumnos, un joven ingeniero llamado John P. Eckert obtienen un subsidio de la armada para construir una computadora electrónica, que llamaron Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC).
John Mauchly propuso construir una computadora electrónica digital para reemplazar al analizador diferencial, dando dos ventajas principales: la velocidad de la electrónica, y la precisión del principio digital. La computadora consistía de 18000 válvulas de vacío y 1500 relés. Consumía 140 KW/h y pesaba 30 toneladas.
En este mismo año, John Von Neumann introduce el concepto de programa almacenado. Una de las cosas que le molestaba de las computadoras era que su programación con llaves y cables era lenta, tediosa e inflexible. Propuso que los programas se almacenaran de forma digital en la memoria de la computadora, junto con los datos. Por otro lado, se dio cuenta que la aritmética decimal usada por la ENIAC (donde cada dígito era representado por 10 válvulas de vacío - una prendida y 9 apagadas -) podía reemplazarse usando aritmética binaria. Este diseño, conocido como Arquitectura de Von Neumann, ha sido la base para casi todas las computadoras digitales.
En 1945, Eckert y Mauchly comienzan a trabajar en un sucesor de la ENIAC, llamada EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). También en este año, Aiken comienza a construir la Mark II. En el mismo año, trabajando con un prototipo de la Mark II, Grace Murray Hopper encuentra el primer "bug": una polilla que provocó una falla en un relé.

En 1946, la ENIAC estaba operativa, funcionando en la Universidad de Pennsylvania. A pesar que no pudo ser usada para su propósito original de cálculos de balística, la finalización de la ENIAC provocó una explosión de interés de desarrollo de computadoras electrónicas. Luego que la guerra terminó, comenzó una nueva era para la computación científica. Los recursos dedicados a la guerra fueron liberados y dedicados a la ciencia básica. En particular, el departamento de Marina y la Comisión de Energía Atómica de los EE.UU. decidieron continuar soportando el desarrollo de computadoras. Las principales aplicaciones eran la predicción numérica del tiempo, la mecánica de fluidos, la aviónica, el estudio de resistencia de los barcos a las olas, el estudio de partículas, la energía nuclear, el cálculos de reactores, el modelado de automóviles, etc.

En 1947, la Mark II estuvo operativa en Harvard. En el mismo año se introduce el tambor magnético, un dispositivo de acceso aleatorio que puede usarse como almacenamiento para computadoras. En este mismo año William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain, de los laboratorios Bell, inventaron la resistencia de transferencia (transfer resistor), comúnmente conocida como Transistor. El concepto estuvo basado en el hecho de que el flujo de electricidad a través de un sólido (como el silicio) puede controlarse agregándose impurezas con las configuraciones electrónicas adecuadas. Las válvulas de vacío requieren cables, platos de metal, una cápsula de vidrio y vacío; en cambio, el transistor es un dispositivo de estado sólido.

En 1948, Claude Shannon presenta su "Teoría matemática de las comunicaciones". En el mismo año, entra en operación la Manchester Mark I, la primer computadora de programa almacenado. Fue diseñada por F. C. Williams y T. Kilburn en la Universidad de Manchester, y era un modelo experimental para probar una memoria basada en válvulas de vacío.


En 1949, Jay Forrester construye la computadora Whirlwind en el MIT. Contenía 5000 válvulas, palabras de 16 bits, y estaba específicamente diseñada para controlar dispositivos en tiempo real.
En el mismo año, la EDSAC (Electronic Delayed Storage Automatic Computer) estuvo operativa en Cambridge. Era una computadora de programa almacenado, que fue diseñada por Maurice Wilkes. Esta fue propuesta especialmente para resolver problemas reales, y pudo resolver variedad de cálculos. Su primer programa (una tabla de raíces cuadradas) ejecutó el 6 de Mayo de 1949, y siguió operando hasta 1958. La EDSAC tenía 512 palabras de 17 bits.

El diseño de la EDSAC era bastante útil para el usuario. Un botón de inicio activaba un uniselector que cargaba un programa que estaba cableado a la Memoria, y este programa cargaba programas que estaban escritos en cinta de papel en la memoria, y se comenzaba a ejecutar. En esta época los cálculos se hacían bit por bit.


En 1949, el laboratorio de Los Alamos, se empieza a construir la computadora MANIAC I, que se terminó en Marzo de 1952. Esta computadora tenía un tambor auxiliar de 10.000 palabras de 40 bits en paralelo, y la unidad de entrada/salida tenía una cinta de papel de 5 canales, y un drive de cinta de un solo canal. También tenía una impresora de línea.

Se dice que en este año, John Mauchly desarrolla el lenguaje "Short Order Code", que sería el primer lenguaje de programación de alto nivel.
En 1950 la EDVAC se pone operativa, pero la Remington Rand Corporation (que se transformaría mas adelante en la Unisys Corporation) compra la Eckert-Mauchly Computer Corporation.

En 1951, Jay Forrester presenta, dentro del proyecto Whirlwind, una memoria no volátil: la memoria de núcleos, que sería ampliamente difundida.
La primer UNIVAC I (Universal Automatic Computer) es puesta en funcionamiento en la Oficina de Censos. Esta computadora pasó a ser la número uno en el mercado comercial.
En 1952, Von Neumann, junto con Herman Goldstine, terminan de construir, en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (IAS - Institute of Advanced Studies) la computadora IAS. Esta computadora también fue construida con el concepto de programa almacenado, y tenía otras características importantes.
En 1955 apareció la 704, que tenía 4K de memoria y hardware de punto flotante.
En 1953, la IBM 650 sale a la venta, y fue la primer computadora fabricada en serie.