PDF de programación - Evolución histórica de los computadores

Evolución histórica de los computadores

En los sólo 50 años de vida de los computadores, los avances en su
arquitectura y en la tecnología usada para implementarlos han permitido
conseguir una evolución en su rendimiento sin precedentes en ningún otro
campo de la ingeniería. Dentro de este progreso la tecnología ha mantenido un
ritmo de crecimiento constante, mientras que la contribución de la arquitectura
ha sido más variable.

En los primeros años de los computadores (desde el 45 hasta el 70) la
mejora provenía tanto de los avances tecnológicos como de innovaciones en el
diseño. En una segunda etapa (aproximadamente de los 70 a mediados de los
80) el desarrollo de los computadores se debió principalmente al progreso en la
tecnología de semiconductores, que obtuvo mejoras impresionantes en

densidad, velocidad y disipación de potencia. Gracias a estos avances el
número de transistores y la frecuencia de reloj se incrementaron en un orden
de magnitud en la década de los 70 y en otro en la de los 80.

Posteriormente tanto la tecnología como la arquitectura tuvieron una
influencia fundamental en dicha evolución, cuyo ritmo se ha acelerado
actualmente. En la década de los 90 el número de transistores y la frecuencia
de reloj se han multiplicado por 20.





Muchos anuncian que este proceso comenzará a hacerse más lento a
medida que nos aproximemos a los límites físicos de la tecnología de

semiconductores. Según F. Faggin [Fagg96a], a partir de entonces las
innovaciones en la arquitectura de los procesadores serán el motor fundamental
de su progreso.

Para estudiar este proceso con mayor detalle usaremos una clasificación de
los computadores en generaciones. Estas se dividen habitualmente basándose
en la tecnología empleada, aunque los límites entre una y otra son más bien
difusos. Cada nueva generación se caracteriza por una mayor velocidad, mayor
capacidad de memoria, menor consumo y menor tamaño que la generación
anterior. Existen algunas diferencias a la hora de realizar la clasificación en
generaciones tecnológicas pero en general podemos decir que la Tabla 1
presenta la clasificación más ampliamente aceptada. En ella se destacan los
principales avances tecnológicos y arquitectónicos que tienen lugar en cada una
de las etapas.

Generación Fechas Característica

tecnológica básica

Otros avances
tecnológicos

Avances arquitectura

Primera

1946-
1957

Válvula de vacío Memoria ferritas

Cintas
magnéticas
Disco magnético

Incremento
capacidad
memorias

Modelo Von
Neumann

Memoria virtual
Interrupciones
Segmentación

Segunda 1958-
1963

Transistor

Tercera

1964-
1971

Circuito integrado
SSI-MSI

Disco
Winchester

Microprogramación
memoria cache

Cuarta

1972-
1980

LSI
Microprocesadores

Memorias
de
semiconductores



Quinta

1981- VLSI

Incremento
capacidad
memorias y
discos

Computadores RISC
Superescalares
Supersegmentados



2

Tabla 1 Generaciones de computadores



ANTECEDENTES: LAS MÁQUINAS DE
CALCULAR MECÁNICAS

Los computadores surgen por la necesidad de las personas de realizar
cálculos, que llevó a la invención de distintas máquinas para calcular. Ya en el

3.000 a. C. se inventó el ábaco, que puede considerarse el primer antecedente.
Pero el primer paso importante en la historia de computadores lo constituyen
las primeras máquinas de calcular mecánicas, que se remontan al siglo XVII,
construidas por B. Pascal (1642-43) y G. Leibnitz (1674).

Figura 1: Máquina de Pascal



Figura 2: Máquina de Leibnitz

Posteriormente, en el siglo XIX, C. Babbage ideó dos máquinas: diferencial
(1822-32) y analítica (1834-35). La primera, que únicamente realizaba un
algoritmo, tenía una estructura muy simple. Su principal novedad la constituyó

la salida de resultados por medio de perforaciones sobre una placa. La máquina



3


analítica, por su parte, constituye la primera máquina de propósito general. Era
capaz de realizar cualquier operación matemática automáticamente. Tenía una



unidad de almacenamiento, una unidad de procesamiento, una unidad de
entrada de datos y otra de salida, y en cierto modo, su estructura se mantiene
aún en los computadores modernos. No llegó a implementarse por dificultades
tecnológicas, pero los computadores electromecánicos Harvard Mark I y Mark
II, basados en relés, fueron diseñados por H. Aiken en 1944 y 1947
respectivamente, a partir de estas ideas de Babbage [Coel02].



Figura 3: Charles Babbage y su máquina diferencial



4





Figura 4: Imagen de la Mark I basada en las ideas de Babbage

Cabe destacar también el papel de Ada Lovelace, (hija de Lord Byron), en el

desarrollo histórico de las computadoras modernas que fue casi totalmente
ignorado hasta 1979, cuando el Departamento de Defensa de los Estados
Unidos decidió utilizar su nombre para el nuevo lenguaje de programación que
utilizarían como estándar para desarrollar su propio software interno. Desde
entonces, parece que una nueva luz se ha producido sobre la vida de esta
matemática tan talentosa, que fue una de las pocas personas que conoció y
comprendió detalladamente el trabajo de Charles Babbage, además de haber
escrito el primer programa para la inexistente Máquina Analítica.



5





PRIMERA GENERACIÓN: LAS VÁLVULAS DE
VACÍO (1946-1957)

Tecnología básica

En 1904, Fleming patenta la válvula de vacío diodo, con idea de utilizarla
para mejorar las comunicaciones de radio. En 1906, Forest añade un tercer
electrodo al flujo de corriente de control del diodo de Fleming, para crear la
válvula de vacío de tres electrodos.

Los computadores mecánicos tenían grandes dificultades para conseguir
aumentar su velocidad de cálculo, debido a la inercia de los elementos móviles.
Por ello el uso de válvulas de vacío supuso un gran paso adelante en el
desarrollo de los computadores, tanto en velocidad como en fiabilidad, y dio
lugar a lo que se conoce como Primera Generación de computadores.

Figura 5: Imagen de las primeras válvulas de vacío



Avances en arquitectura

Habitualmente se considera que los computadores comenzaron con el
ENIAC en 1946 y, de acuerdo con esto, la IEEE Computer Society celebró en



6



1996 los primeros 50 años de los computadores modernos. Sin embargo, J. V.
Atanasoff había construido en 1939 un prototipo de computador digital
electrónico que usaba aritmética binaria. Por eso desde 1973 se le reconoce
como creador del computador moderno [CaBM96].

Si la bomba atómica fue el secreto mejor guardado por los norteamericanos

durante la Segunda Guerra Mundial, su equivalente en Inglaterra fue el
Colossus, la primera computadora completamente electrónica del mundo que se
diseñó explícitamente para poder descifrar los mensajes secretos de los nazis y
que A. Turing, T. Flowers y M.H.A. Newman presentaron en Diciembre de 1943
e hicieron operacional en Bletchley Park [Dani96]. . Esto marcó el inicio de la
escuela inglesa de cómputo electrónico que le dio al mundo la primera
computadora con programa almacenado de la historia, la primera unidad de
control microprogramada y muchas otras valiosas contribuciones a la
computación moderna.



Figura 6: El Colossus, primera computadora totalmente electrónica

Pero es en 1946 cuando se considera que comienza la historia de los
computadores. En la Universidad de Pennsylvania, J.P. Eckert y J.W. Mauchly
mostraron al mundo el primer computador electrónico de propósito general: el
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Pesaba 30 toneladas y
consumía 150 KW. Estaba construido con 18.000 válvulas de vacío y permitía
realizar cálculos a una velocidad 100 veces mayor que una persona. Era
programable y la programación se efectuaba mediante cables y conmutadores.



7


Los datos se introducían mediante tarjetas perforadas. Sus principales
inconvenientes eran la tediosa tarea de programación, y la limitada capacidad



de almacenamiento.

Para eliminar la necesidad de programar manualmente el computador J. Von
Neumann propone un computador de programa almacenado denominado
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Su diseño se
denomina hoy “modelo Von Neumann”, y se sigue manteniendo en la mayoría
de computadores actuales, con unidad aritmético-lógica, unidad de control,
unidades de entrada/salida, y memoria.

Basado en las ideas del EDVAC, M. Wilkes, de la Universidad de Cambridge,
construye en 1949 el EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator),
que utiliza la noción de memoria jerárquica y una arquitectura basada en
acumulador.

Figura 7: EDVAC



También von Neumann junto con H. Goldstine y A. Burks comenzó a
construir un nuevo computador de programa almacenado, denominado IAS
(Institute for Advanced Study) cuyo diseño no terminó hasta 1952. El IAS
constaba de una memoria principal para almacenar datos e instrucciones, una
unidad aritmético-lógica, una unidad de control que interpreta las instrucciones



8



y provoca su ejecución, y una unidad de entrada/salida dirigida por la unidad
de control.

En 1951 Wilkes introduce la idea de la microprogramación para el diseño
ordenado de la unidad de control. Esta idea no fue realizable ya que para
almacenar los microprogramas se requería una memoria muy