El Enfoque Sistémico en la Computación

Evolución de la Computación

• Uno de los primeros dispositivos mecánicos para contar fue el ábaco, cuya historia se remonta a las antiguas civilizaciones griega y romana. Consta de cuentas ensartadas en varillas que a su vez están montadas en un marco rectangular. Al desplazar las cuentas sobre varillas, sus posiciones representan valores almacenados, y es mediante dichas posiciones que este representa y almacena datos. A este dispositivo no se le puede llamar computadora por carecer del elemento fundamental llamado programa.

• Otro de los inventos mecánicos fue la Pascalina inventada por Blaise Pascal (1623 - 1662) de Francia y la de Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 - 1716) de Alemania. Con estas máquinas, los datos se representaban mediante las posiciones de los engranajes, y los datos se introducían manualmente estableciendo dichas posiciones finales de las ruedas, de manera similar a como leemos los números en el cuentakilómetros de un automóvil.

• La primera computadora fue la máquina analítica creada por Charles Babbage, profesor matemático de la Universidad de Cambridge en el siglo XIX. La idea que tuvo Charles Babbage sobre un computador nació debido a que la elaboración de las tablas matemáticas era un proceso tedioso y propenso a errores. En 1823 el gobierno Británico lo apoyó para crear el proyecto de una máquina de diferencias, un dispositivo mecánico para efectuar sumas repetidas.

• En 1834, cuando trabajaba en los avances de la máquina de diferencias Babbage concibió la idea de una "máquina analítica". En esencia, ésta era una computadora de propósitos generales. Conforme con su diseño, la máquina analítica de Babbage podía sumar, substraer, multiplicar y dividir en secuencia automática a una velocidad de 60 sumas por minuto. Los escépticos le pusieron el sobrenombre de "la locura de Babbage". Los trazos detallados de Babbage describían las características incorporadas ahora en la moderna computadora electrónica.

• Mientras tanto Charles Jacquard (francés), fabricante de tejidos, había creado un telar que podía reproducir automáticamente patrones de tejidos leyendo la información codificada en patrones de agujeros perforados en tarjetas de papel rígido. Al enterarse de este método Babbage abandonó la máquina de diferencias y se dedico al proyecto de la máquina analítica que se pudiera programar con tarjetas perforadas para efectuar cualquier cálculo con una precisión de 20 dígitos.

• En 1944 se construyó en la Universidad de Harvard, la Mark I, diseñada por un equipo encabezado por Howard H. Aiken. Esta máquina no está considerada como computadora electrónica debido a que no era de propósito general y su funcionamiento estaba basado en dispositivos electromecánicos llamados relevadores.

• En 1947 se construyó en la Universidad de Pennsylvania la ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) que fue la primera computadora electrónica, el equipo de diseño lo encabezaron los ingenieros John Mauchly y John Eckert. Esta máquina ocupaba todo un sótano de la Universidad, tenía más de 18 000 tubos de vacío, consumía 200 KW de energía eléctrica y requería todo un sistema de aire acondicionado, pero tenía la capacidad de realizar cinco mil operaciones aritméticas en un segundo.

• El proyecto, auspiciado por el departamento de Defensa de los Estados Unidos, culminó dos años después, cuando se integró a ese equipo el ingeniero y matemático húngaro John von Neumann (1903 - 1957). Las ideas de von Neumann resultaron tan fundamentales para su desarrollo posterior, que es considerado el padre de las computadoras.

• La EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue diseñada por este nuevo equipo. Tenía aproximadamente cuatro mil bulbos y usaba un tipo de memoria basado en tubos llenos de mercurio por donde circulaban señales eléctricas sujetas a retardos.

• La idea fundamental de von Neumann fue permitir que en la memoria coexistan datos con instrucciones, para que entonces la computadora pueda ser programada en un lenguaje, y no por medio de alambres que eléctricamente interconectaban varias secciones de control, como en la ENIAC.

• Todo este desarrollo de las computadoras suele divisarse por generaciones y el criterio que se determinó para determinar el cambio de generación no está muy bien definido, pero resulta aparente que deben cumplirse al menos los siguientes requisitos:

• La forma en que están construidas. • Forma en que el ser humano se comunica con

ellas.

• Primera Generación (1951-1958)

• Segunda Generación (1959-1964)

• Tercera generación (1964 - 1971)

• Cuarta Generación (1971-1982)

Quinta Generación

• Japón lanzó en 1983 el llamado "programa de la quinta generación de computadoras", con los objetivos explícitos de producir máquinas con innovaciones reales en los criterios mencionados. Y en los Estados Unidos ya está en actividad un programa en desarrollo que persigue objetivos semejantes, que pueden resumirse de la siguiente manera:

• Procesamiento en paralelo mediante arquitecturas y diseños especiales y circuitos de gran velocidad.

• Manejo de lenguaje natural y sistemas de inteligencia artificial.

Clasificación de las computadoras

• Súper computadoras

• Macrocomputadoras o Mainframes

• Minicomputadoras

• Microcomputadoras

DEFINICIÓN DE COMPUTACIÓN

Ciencia que se ocupa del Computador, sus componentes (Software y Hardware), operación y servicios. Trata además acerca de las herramientas para el procesamiento automático de los datos.

Definición de Computadora.• Máquina capaz de entender y ejecutar , seguir

instrucciones para modificar datos de una manera controlada, efectuar operaciones Aritmética y Lógicas, para la toma de una decisión o acción. 

• Entonces,Computadora u ordenador es una máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos unas operaciones lógicas y matemáticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida; todo ello sin intervención de un operador humano y bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en la propia computadora.

Teniendo en cuenta la definición dada se puede considerar una computadora como un sistema, cuyas salidas o resultados están en función de las entradas.

La figura muestra a la computadora como sistema que interactúa con el exterior.

Organización de Computadoras

La organización típica actual de los computadores se basa en la idea de programa almacenado de John von Neumann, reclamada también por J. Prosper Eckert y John W. Mauchly, de la Universidad de Pennsylvania. Este principio establece una separación conceptual y física del computador como sistema en dos subsistemas. 

Hardware:    Subsistema físico constituido por los componentes que conforman la máquina como objeto físico. Está referido a los EQUIPOS. Software:     Subsistema lógico constituido por representaciones simbólicas de datos y programas transferibles entre los distintos tipos de componentes del hardware. Los programas contienen la expresión de algoritmos en forma de secuencias de instrucciones u órdenes de operación interpretables por un componente activo -unidad central de procesamiento- del hardware. 

Componentes del Hardware

• CPU. Unidad Central de Procesamiento (Central Processor Unit).

• MEMORIA.• BUS.   • PUERTOS, INTERFACES de E/S.• MEDIOS DE COMUNICACIÓN.• MEDIOS DE ALMACENAMIENTO

SECUNDARIO.

Componentes de Software

• Software Base

• Software de Desarrollo

• Software Aplicativo

Software BaseEl sistema operativo es el gestor y organizador de todas las actividades que realiza la computadora. Marca las pautas según las cuales se intercambia información entre la memoria central y la externa, y determina las operaciones elementales que puede realizar el procesador. El sistema operativo, debe ser cargado en la memoria central antes que ninguna otra información.Lenguajes de Programación Mediante los programas se indica a la computadora que tarea debe realizar y cómo efectuarla , pero para ello es preciso introducir estas órdenes en un lenguaje que el sistema pueda entender.

Software de Desarrollo de Aplicaciones

Que debe incluir características tales como el Nombre, Versión, Desarrollo orientado a eventos, Soporte de Programación orientado a objetos, Generación de ejecutables o los Run-Times de distribución gratuita.

Software Aplicativo Software de Uso General: Ofrece la estructura para un gran número de

aplicaciones empresariales, científicas y personales. El software de hoja de cálculo, de diseño asistido por computadoras (CAD), de procesamiento de texto, de manejo de Bases de Datos, pertenece a esta categoría.

Software de aplicaciones:El software de aplicación esta diseñado y escrito para realizar tareas específicas personales, empresariales o científicas como el procesamiento de nóminas, la administración de los recursos humanos o el control de inventarios.

Aplicaciones de la Computación

Dependiendo del tipo de equipo y software, el computador tiene diversas aplicaciones.

• Medicina• Diseño y Fabricación • Telecomunicaciones• Sector del Comercio• Deportes• Animación• Simulación

• Edición y tratamiento de texto.

• Edición y diseño gráfico• Manejo registros contables

y numéricos• Archivo de datos• Diseño de software• Juegos• Enseñanza a medio

didáctico, recurso investigativo.

Vida ArtificialLa Vida Artificial se ha ocupado de los siguientes temas:

-Procesos de nivel prebiótico, o de los mecanismos bioquímicos y evolutivos que llevan a la aparición de la célula.

-Procesos al nivel celular: El fenómeno de la auto-reproducción celular.

-Procesos al nivel del organismo.

-Procesos al nivel colectivo.

-Evolución filogenética.

Teoría de la Información

A partir de la acelerada difusión y especialización que experimentan los medios de comunicación en el procesamiento y transmisión de información durante la primera mitad de nuestro siglo, se desarrolla el primer modelo científico del proceso de comunicación conocido como la Teoría de la Información o Teoría Matemática de la Comunicación. Específicamente, se desarrolla en el área de la telegrafía donde surge la necesidad de determinar, con la máxima precisión, la capacidad de los diferentes sistemas de comunicación para transmitir información.

La primera formulación de las leyes matemáticas que gobiernan dicho sistema fue realizada por Hartley (1928) y sus ideas son consideradas actualmente como la génesis de la Teoría de la Información. Posteriormente, Shannon y Weaver (1949) desarrollaron los principios definitivos de esta teoría. Su trabajo se centró en algunos de los siguientes problemas que surgen en los sistemas destinados a manipular información: cómo hablar los mejores métodos para utilizar los diversos sistemas de comunicación; cómo establecer el mejor método para separar las señales del ruido y cómo determinar los límites posibles de un canal.

El concepto de comunicación en el contexto de la Teoría de la Información es empleado en un sentido muy amplio en el que "quedan incluidos todos los procedimientos mediante los cuales una mente puede influir en otra". De esta manera, se consideran todas las formas que el hombre utiliza para transmitir sus ideas: la palabra hablada, escrita o transmitida (teléfono, radio, telégrafo, etc.), los gestos, la música, las imágenes, los movimientos, etc.

En el proceso de comunicación es posible distinguir por lo menos tres niveles de análisis diferentes: el técnico, el semántico y el pragmático. En el nivel técnico se analizan aquellos problemas que surgen en torno a la fidelidad con que la información puede ser transmitida desde el emisor hasta el receptor. En el semántico se estudia todo aquello que se refiera al significado del mensaje y su interpretación. Por último, en el nivel pragmático se analizan los efectos conductuales de la comunicación, la influencia o efectividad del mensaje en tanto da lugar a una conducta. Es importante destacar que la Teoría de la Información se desarrolla como una respuesta a los problemas técnicos del proceso de comunicación, aun cuando sus principios puedan aplicarse en otros contextos.

Los Autómatas Celulares

Los Autómatas Celulares son una de las herramientas de la inteligencia artificial, utilizada para la representación directa y discreta de comportamientos complejos de algunos sistemas físicos, mecánicos, biológicos y químicos.Los Autómatas Celulares son estructuras ideales para construir modelos digitales aproximativos de algunos sistemas complejos de naturaleza continua, sin pasar por modelos analógicos.  Es posible, por ejemplo, lograr sencillos modelos digitales que representen con suma fidelidad algunas leyes de la física.

REDES NEURONALES ARTIFICIALES• Las Redes Neuronales Artificiales (las cuales llamaremos

RNA) son dispositivos o software programado de manera tal que funcionen como las neuronas biológicas de los seres vivos.

• Las RNA están compuestas de un gran número elementos de procesamiento altamente interconectados (Neuronas) trabajando al mismo tiempo para la solución de problemas específicos. Las RNA, tal como las personas, aprenden de la experiencia.

• En cualquier caso, se trata de una nueva forma de computación que es capaz de manejar las imprecisiones e incertidumbres que aparecen cuando se trata de resolver problemas relacionados con el mundo real (reconocimiento de formas, toma de decisiones, etc..), ofreciendo soluciones robustas y de fácil implementación.

• Las RNA están compuestas de muchos elementos sencillos que operan en paralelo, el diseño de la red está determinado mayormente por las conexiones entre sus elementos. Al igual que las conexiones de las neuronas cerebrales.

• Las RNA han sido entrenadas para la realización de funciones complejas en variados campos de aplicación. Hoy en día pueden ser entrenadas para la solución de problemas que son difíciles para sistemas computacionales comunes o para el ser humano.

• La idea de las redes neuronales fue concebida originalmente como un intento de modelar la biofisiología del cerebro humano, esto es, entender y explicar como funciona y opera el cerebro. La meta era crear un modelo capaz en emular el proceso humano de razonamiento. La mayor parte de los trabajos iniciales en redes neuronales fue realizada por fisiólogos y no por ingenieros.