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Agosto, 2011

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación

Introducción a las Computadoras

Módulo I Historia y fundamentos de las computadoras

Historia y evolución de las computadoras

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HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS

La historia de la computación se remonta a la época de la aparición del hombre en la faz

de la tierra, y se origina en la necesidad que tenía éste de cuantificar a los miembros de su

tribu, los objetos que poseía, etcétera. Cuando el hombre empezó a contar, utilizó los

medios que tenía a su alcance, como eran sus dedos, “piedritas”, trocitos de madera,

tablillas de arcilla o cordones anudados. La computación tiene como principal objetivo

computar o contar, y eso era precisamente lo que necesitaron hacer aquellos primeros

seres pensantes.

La historia de la

computación

comienza con la

historia del hombre.

Los desarroll0s tecnológicos en l0s inicios de la humanidad se fueron dando de una

manera muy pausada, aunque existen vestigios de conocimientos matemáticos que

sorprenden por sus avances. Sin embargo, para que se inventaran las calculadoras

mecánicas tuvieron que pasar muchos miles de años.

En Babilonia se han encontrado tablillas

grabadas con inscripciones que representan

funciones polinominales de tercer grado que

datan de unos 2000 años antes de Cristo

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En la antigua Mesopotamia (3000 a.C.) se empleaban pequeñas cuentas hechas de

semillas o piedritas en carriles en carriles de caña para realizar las operaciones

matemáticas. Uno de los primeros artefactos mecánicos de calcular que se conoce es el

ábaco que aun se sigue usando en algunos países de oriente de donde es originario. Se

Cree que se utilizo inicialmente en Babilonia o en China hace mas de 4500 años; es decir,

cerca del año 2500 a.C.

En algunos países de oriente, el

ábaco se sigue utilizando junto con

las computadoras

El Mecanismo de Antikythera descubierto en los restos de un naufragio cerca de la isla

griega de Anticitera, entre Citera y Creta, que data del año 87 aC, es un artefacto

mecánico primitivo que ya incluye mecanismos de engranajes diferenciales, lo cual es

sorprendente puesto que los primeros casos conocidos son del siglo XVI. Se diseño para

seguir el movimiento de los cuerpos celestes. Es la computadora astronómica más

antigua del mundo; con un escáner especial se han logrado descifrar los contenidos, entre

los cuales se encuentran valiosos textos de astronomía escritos en griego antiguo.

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En el Museo Arqueológico Nacional

de Atenas se encuentra una

reconstrucción del Mecanismo de

Antikythera.

El matemático de la India antigua, Pingala, autor del libro Chhandah – shastra escrito en

sánscrito, descubrió el número cero, representándolo como un punto, unos tres siglos

antes de Cristo. También describe el primer sistema binario, que es la base de

comunicación de las computadoras modernas. Durante siglos, este descubrimiento fue

ignorado por Europa, de tal manera que ni los romanos ni los griegos lo conocían, hasta

que los matemáticos árabes lo llevaron a oriente.

Algoritmo es una serie finita de pasos o instrucciones que deben seguirse para resolver un

problema. Muchas palabras relativas a la aritmética provienen del árabe, debido a sus

grandes adelantos en esta materia. El matemático persa Mohammed ben Musa (780-

850), padre del algebra, era conocido con el seudónimo de Al Jwarizmi, término que con

el transcurso del tiempo degeneraría en algorismo; para convertirse finalmente en

algoritmo por la influencia y similitud fonética con aritmética. En su tratado de álgebra

enseña a resolver problemas de la vida cotidiana mediante una serie de pasos lógicos.

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Los lncas de Perú (1438), por su parte, inventaron un sistema para contar y comunicarse

mediante cuerdas con nudos, llamado Quipu. El quipu fue utilizado por los gobiernos

Incas como sistema de contabilidad, y es posible que también como sistema de

comunicación. Los nudos hacían las veces de símbolos mnemotécnicos. El sistema se

compone de una cuerda principal que no lleva nudos, de donde cuelgan cordones

anudados de diversos colores, formas y tamaños, que representan objetos y cantidades,

incluyendo el número cero.

El quipu era el periódico de los Incas, ya que además de

contar, servía para narrar las noticias y sucesos diarios.

DISPOSITIVOS MECÁNICOS DE CÁLCULO

Los primeros desarrollos de instrumentos de cálculo en el mundo occidental se dan

después del Renacimiento cuando el matemático escocés John Napier (1 550-1617),

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basado en su teoría de que todas las cifras numéricas podían expresarse en forma

exponencial, inventa los logaritmos, que permiten reducir a sumas y restas las

operaciones de multiplicación y división.

John Napier o Neper publica en 1614 su magna obra; las primeras tablas de logaritrnos,

en el libro "Rabdologia" e inventó unas tablas de multiplicar movibles hechas con varillas

de hueso o marfil, conocidas como huesos de Napier, que representan el antecedente

más direct0 de las reglas de cálculo.

Con los huesos de Napier, los cálculos se

realizaban desplazando las tablillas para

hacer coincidir los valores.

Después del descubrimiento del concept0 y las propiedades de los logaritmos naturales

en 1614 por Napier, Henry Briggs (1561-1630) realizó su conversión a la base decimal en

161 7 (logaritmos comunes o brigsianos.). En 1624 publica las primeras tablas logarítmicas

naturales.

El matemático inglés William Oughtred (1575-1660), utiliza las tablas logarítmicas recién

descubiertas para construir la primera regla de cálculo circular analógica en 1621. La regla

consistía en círculos rotatorios con graduaciones logarítmicas que permitían realizar

cálculos como multiplicación, división, extracción de raíz cuadrada, y trigonométricos.

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Wilhelm Schickard (1592-1635), científico alemán, es quien diseña y construye en 1623 lo

que podemos considerar como la primera máquina mecánica de calcular basada en unas

ruedas dentadas. Podía efectuar las cuatro operaciones aritméticas básicas: suma, resta,

multiplicación y división. Schickard construía esta máquina para el matemático alemán

Johannes Kepler (1571-1630).

Desafortunadamente esta primera máquina mecánica de cálculo fue destruida en un

incendio y no pudo ser reconstruida en aquel tiempo, ya que Schickard muere debido a la

peste, durante la Guerra de los Treinta Años.

La calculadora de Schickard fue reconstruida como pieza de museo.

Es por esto que la invención, en 1642, de la primera calculadora llamada la "Pascalina" se

le atribuye al notable científico francés Blaise Pascal (1623-1662). Esta máquina sólo

sumaba y restaba, y lo hacía con tanta lentitud que fácilmente un hábil calculista la

hubiera superado en velocidad, aún en cálculos de mediana complejidad. Sin embargo, la

máquina representa un gran avance en el cálculo matemático por medios mecánicos.

La pascalina.

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Pascal comenzó a trabajar en la máquina calculadora mecánica de engranes, antes de los

19 años, para ayudar a su padre, que había sido nombrado encargado de cobro de

impuestos en Normandía.

Pascal mejoró la calculadora y logró vender unas 50

piezas.

El matemático inglés Sir Samuel Morland (1625 – 1695) no es muy conocido en la historia

de la computación, pero construyó una máquina de multiplicar mecánica inspirada en los

huesos de Napier en 1666. El aparato constaba de una serie de ruedas en donde se

representaban las unidades, decenas, centenas, etc.

En 1673, el matemático alemán Gottfried von Leibniz (1646 – 1716) trató de mejorar la

máquina de Pascal sin éxito, por lo que decidió diseñar una calculadora mecánica propia.

Ésta ya permitía sumar, restar, multiplicar, dividir y extraer raíz cuadrada mediante sumas

y restas sucesivas, usando una serie de cilindros con dientes graduados llamada la rueda

de Leibniz. En ese entonces Leibniz contaba con sólo 25 años.

Filósofo, matemático, físico, geólogo, jurista e historiador, Leibniz

es considerado como el “último genio universal”.

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La rueda de Leibniz.

En 1801 – en plena Revolución Industrial- el francés Joseph Marie Jacquard (1752 – 1834),

mecánico, inventor y empresario de la industria textil en Lyon, Francia, retoma la idea de

las tarjetas perforadas utilizadas en los telares manuales del siglo anterior y construye su

telar mecánico basado en una lectora automática de tarjetas o plantillas perforadas.

El telar de Jacquard.

Aunque Jacquard se limitó a utilizar las tarjetas perforadas para optimizar la producción

de los telares, otros grandes inventores se dieron cuenta de las enormes posibilidades que

tenía el uso de estas tarjetas en el procesamiento de datos y en los cálculos matemáticos.

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En 1819, el gobierno francés concedió a

Jacquard, la medalla de oro de la Legión de

Honor.

En Inglaterra, Charles Babbage (1791 – 1871), profesor de matemáticas de la Universidad

de Cambridge, trabajaba desde 1821 en un proyecto financiado por la Royal Society al

cual llamó la “máquina diferencial”, con la intención de producir tablas logarítmicas de

hasta 6 cifras. La máquina nunca fue terminada debido a que, mientras avanzaba en la

construcción, constantemente se le ocurrían mejoras para perfeccionar el aparato, que

estaría compuesto de 25,000 piezas.

La idea de Babbage era tabular polinomios usando

un método numérico llamado el método de las

diferencias.

En 1833 abandona el primer proyecto, e inspirado en las tarjetas perforadas de Jacquard

propone realizar el verdadero sueño de su vida: “la máquina analítica”. Esta calculadora,

que sería capaz de realizar cualquier tipo de cálculo de manera digital, tampoco pudo ser

concluida debido a que su tecnología era muy adelantada para la época y nunca pudo

construir las sofisticadas piezas que diseñaba para ella. Si la tecnología de esa época

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hubiera estado al nivel de este gran genio, posiblemente desde entonces hubiéramos

contado con la primera computadora digital.

La máquina analítica incluía dispositivos de

entrada basados en las tarjetas de Jacquard.

Una matemática aficionada amiga de Babbage, Augusta Ada (1815 – 1853), Condesa de

Lovelace e hija del poeta Lord Byron, se interesó mucho por la máquina analítica y

trabajó junto con él. Está considerada como la primera programadora pues escribió

secuencias de instrucciones en tarjetas perforadas, inventó métodos de programación

como la subrutina e introdujo en sus programas las iteraciones y el salto condicional, lo

que abre ya la posibilidad de tomar decisiones automáticamente. Otra de sus notables

contribuciones es que propuso utilizar el sistema binario en lugar del decimal que

utilizaba Babbage, para la codificación de los programas en tarjetas perforadas.

Augusta Ada escribió los pasos que debía seguir la máquina

analítica para realizar los primeros cálculos, y describió la

máquina en una publicación de la época.

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Los principios de operación de la máquina analítica y la intervención de Augusta Ada

Lovelace con sus conocimientos e intuición sobre la programación, son la base de las

primeras computadoras digitales. A pesar de que el proyecto nunca se llevó a cabo, en

reconocimiento a su genio, muchos consideran a Charles Babbage como el Padre de las

computadoras, aunque su invento no pasó de ser el prototipo de una excelente máquina

mecánica.

El 1857 el matemático inglés George Boole (1815 – 1864) publicó en 1854 el libro

“Investigación de las leyes del pensamiento”, donde describe su algebra. El algebra de

Boole implica la aplicación de la lógica simbólica a los procesos del razonamiento,

mediante símbolos matemáticos que pueden manipularse según reglas fijas que

producen resultados lógicos.

El álgebra de Boole es la base de las matemáticas de las modernas

computadoras.

DISPOSITIVOS ELECTROMECÁNICOS DE CÁLCULO

En 1886, el Dr. Herman Hollerith (1860-1929), estadístico empleado en la oficina de

censos de Estados Unidos de Norteamérica, desarrolló un sistema basado en tarjetas

perforadas para codificar los datos de la población en el censo de 1890, ya que el

resultado del censo de 1880 se había entregado nueve años después de iniciado. Con el

método de Hollerith el nuevo censo se terminó en poco menos de tres años.

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Herman Hollerith debe considerarse como el padre de la informática, ya que fue el

primero en automatizar el proceso de la información.

Esta máquina censal ya era eléctrica y contenía componentes electromecánicos, aunque

está dedicada solo a procesos de censos. Tiempo después, en 1896 Hollerith funda la

empresa Tabulating Machines Company en Washington, la cual crece rápidamente. En

1911 se fusiona con la International Time Recording, Co., la Computing Scale, Co. y la

Bundy Manufacturing, formando la Computing-Tabulating-Recording, Co., que

después sería una de las más grandes empresas de computación, reconocida

mundialmente International Business Machines Corporation o IBM. La nueva empresa

de Hollerith se dedicó a aplicar estos avances a máquinas que se destinarían a resolver

problemas específicos de negocios.

A fines del siglo XIX muchos inventores trabajaron en forma simultánea en proyectos

parecidos para construir máquinas de calcular veloces. En 1892, el suizo Otto Steiger

(1858-1923) patento la primera calculadora automática, basada en el modelo de Leibniz,

que tuvo éxito comercial. Su funcionamiento seguía las técnicas de Ramon Verea y Leon

Bollée. Fue producida en serie entre 1895 y 1935 por el ingeniero suizo Hans W. Egli, y

vendió unas 4,700 unidades con el nombre de "La Millonaria". Realizaba rápidamente las

cuatro operaciones fundamentales, especialmente las multiplicaciones y divisiones, ya

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que estas no se realizaban mediante sumas y restas sucesivas, sino con una sola vuelta de

la manivela.

Leonardo Torres Quevedo (1852-1 936) fue un ingeniero español que inventó gran

cantidad de artefactos en los campos de la automática y la aeronáutica. En 1963, Torres

Quevedo construyó el primer aparato de radio control llamado telekino y lo presentó en

la Academia de Ciencias de Paris. Telekino era un autómata que ejecutaba órdenes

transmitidas mediante ondas hertzianas. También construyó en 1920 la primera

calculadora automática que resolvía los problemas aritméticos tecleándolos desde una

máquina de escribir conectada al aritmómetro.

Algunos de los inventos de Leonardo

Torres Quevedo: el primer aparato de

radio control; un nuevo tipo de dirigible; la

máquina analógica de cálculo.

LAS PRIMERAS COMPUTADORAS

Las primeras computadoras digitales ya tenían capacidad para recibir datos mediante un

dispositivo de entrada, almacenarlos en localidades de memoria, procesarlos y entregar

resultados como información visual o impresa.

A principios del siglo XX, se dieron los grandes descubrimientos, que permitieron la

creación de estas primeras computadoras. En esta época llevaron a cab0 descubrimientos

tan importantes como el tubo de vacío (bulbo) de tres elementos de Lee De Forest

(1873-1961), en 1906 que hizo posible la transmisión de la radio en vivo; el flip-flop o

basculador de W. H. Eccles (1894-1989) y F. W. Jordan, desarrollado en 1919, un circuito

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biestable multivibrador que puede asumir uno de dos estados en un momento dado, y se

compone de dos transistores o tubos de vacio conectados, de manera que el circuito

representa una de dos condiciones estables.

El Dr. Lee-De Forest desde joven demostró grandes aptitudes

hacia las ciencias.

Un circuito flip-flop construido con base en tubos de vacío o

bulbos.

También se llevan a cab0 importantes sucesos como el inicio de la International Business

Machines Corporation, IBM, en 1924; la creación de la primera computadora analógica

(denominada la analizadora diferencial porque se utilizaba para resolver ecuaciones

diferenciales), del Dr. Vannevar Bush (1890-1974), investigador del lnstituto Tecnológico

de Massachusetts, en 1930; el desarrollo del primer programa mecánico de Wallace J.

Eckett (1902-1971); la creación del primer modelo general de máquinas lógicas de Alan

M. Turing (1912-1954), denominado "La máquina de Turing”; la construcción (inconclusa)

de la primera computadora electrónica digital del Dr. John Vincent Atanasoff (1903-

1995) la Atanasoff-Berry Computer, ABC, que diseñó con la ayuda del brillante estudiante

Clifford E. Berry, (1918-1963); la creación de la primera computadora de propósito

general controlada por programa del Dr. Konrad Zuse (1 91 0-1 995), bautizada : como Z1

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en 1939; esta computadora usaba componentes eléctricos y mecánicos; en la década de

1930, el ejército estadounidense e IBM patrocinaron un proyecto en la Universidad de

Harvard bajo la dirección de Howard Aiken para construir una computadora enorme

llamada Mark I; el desarrollo en 1943 de la computadora Colossus en las universidades de

Oxford y Cambridge en Inglaterra; la primera computadora de propósito general

totalmente electrónica fue fabricada por John Mauchly y J. Presper Eckert y recibió el

nombre de ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculador: Calculadora e

Integrador Numérico Electrónico). Se terminó en 1946. Utilizaba 18000 tubos de vacío,

medía 100 pies de largo por 10 pies de alto y pesaba 30 toneladas.

Analizador diferencial del Dr. Vannevar Bush.

Alan M. Turing y su máquina.

Atanasoff Berry Computer

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Reconstrucción de la ABC Computer.

Konrad Zuse y su máquina de Propósito General Z1

Computadora Mark 1

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Computadora colossus

Computadora ENIAC

En 1937, el matemático estadounidense Claude E. Shannon (1916 – 2001) fue quien

acuñó el término bit y demostró que el Álgebra de Boole – que utiliza los operadores

lógicos AND, OR y NOT – es la herramienta más adecuada para estudiar los sistemas

binarios y, por supuesto, su aplicación en la operación de las computadoras. Fue asistente

de investigación en el departamento de ingeniería eléctrica en el Instituto de Tecnología

de Massachusetts (MIT), y luego participó en los desarrollos de los laboratorios Bell en

Nueva York. Shannon es el creador de la moderna teoría de la información.

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Claude E. Shannon es quien inventó la palabra bit para utilizarla

como la unidad de datos en informática y es el creador de la teoría

de la información desde el punto de vista de informática.

Moderna teoría de la información: “Información es todo lo que

reduce la incertidumbre entre diversas alternativas posibles.

GENERACIONES DE COMPUTADORAS

El desarrollo de la moderna computación comienza en el momento en que se crea la

primera computadora en forma. El descubrimiento de los nuevos dispositivos

electrónicos, los grandes avances de la programación y el acelerado desarrollo de los

nuevos sistemas operativos, marcaron fechas que permiten identificar y clasificar a las

computadoras de acuerdo con sus componentes y con su capacidad de procesamiento,

agrupándolas en generaciones.

PRIMERA GENERACIÓN

Aproximadamente de 1946 a 1959, se caracteriza por la aparición de computadoras

comerciales. Durante este periodo, las computadoras eran utilizadas sólo por

profesionales. Estaban encerradas en habitaciones con acceso restringido únicamente al

operador o a especialistas en computación. Las computadoras eran voluminosas y

usaban tubos de vacío como interruptores electrónicos. En esta época las computadoras

eran accesibles sólo para las grandes organizaciones.

SEGUNDA GENERACIÓN

Aproximadamente de 1959 a 1964, utilizaban transistores en lugar de tubos de vacío.

Esto redujo su tamaño así como su costo y las puso al alcance de las empresas medianas y

pequeñas. Dos lenguajes de programación de alto nivel, FORTRAN y COBOL, se

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inventaron y facilitaron la programación. Estos dos lenguajes separaron la tarea de la

programación de la tarea de la operación de la computadora.

TERCERA GENERACIÓN

La invención del circuito integrado (transistores, cableado y otros componentes en un

solo chip) redujeron el costo y el tamaño de las computadoras aún más. Las

minicomputadoras aparecieron en el mercado. Los programas empaquetados,

popularmente conocidos como paquetes de software, se volvieron disponibles. Una

nueva industria nació, la industria del software. La generación duró más o menos de 1964

a 1975.

CUARTA GENERACIÓN

Aproximadamente de 1975 a 1985, vio nacer las microcomputadoras. La primera

calculadora de escritorio (Altair 8800) se volvió disponible en 1975. Los avances en la

industria de la electrónica permitieron que subsistemas de computadoras completos

cupieran en una sola tarjeta de circuito. Esta generación también vio la aparición de las

redes de computadoras.

QUINTA GENERACIÓN

Esta generación de duración indefinida comenzó en 1985. Aparecen las computadoras

laptop, hay mejoras en los medios de almacenamiento secundario (CD-ROM, DVD), inicia

el uso de la multimedia y el fenómeno de la realidad virtual.

Referencias

Alfaomega grupo editor. (2011). Diplomado en Competencias TIC para docentes.

Alfaomega Formación: México

Ferreyra, G. (2010). Viviendo en la nueva sociedad de la información. Alfaomega

Formación: México.