APUNTES DE INFORMATICA
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C.P. JULIO
CESAR CORTEZ JAIMES.
APUNTES.
PARTE I .
EL HOMBRE: ORIGEN DE LAS COMPUTADORAS.
La operación de contar es un proceso
complejo e intrincado, exclusivo de una sola especie en la naturaleza. De los
millones de especies que han existidos y de las existentes, únicamente la
especie humana es capaz de contar. Es muy probable que los primeros hombres
utilizaran sus dedos para representar a los números y a las combinaciones de
números y más tarde se valiera de pequeñas piedras para completar sus
operaciones. Sin embargo lo que realmente revolucionó a la acción de contar fue
la creación del ábaco.
Hace 5,000 años el hombre de la
antigua Babilonia descubrió que si marcaba los números en un tablón cubierto de
polvo podía contar más rápidamente con los dedos. Este tablón de polvo fue el
origen del ábaco calculador con el que se representaba muy fácilmente las
unidades, decenas, millares, etc. Y con el que el hombre sumó, restó,
multiplicó y dividió, lo cual significa que desde que se utilizó el ábaco el
hombre ha poseído la herramienta que le facilitó sus cálculos de manera
increíble.
1. BREVE HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS.
La historia de las computadoras es la historia de los esfuerzos humanos por
resolver problemas. Se necesitaron descubrimientos en varias direcciones para
sentar las bases de la computación, tal como se conoce en la actualidad:
aumentar la velocidad de cálculo, automatizar procesos repetitivos y aprender a
codificar y almacenar información de forma que se acelere su procedimiento.
El primer invento en la historia de
las computadoras probablemente fue el ÁBACO. Desde aproximadamente 3000 años
A.C; comerciantes que vivían a lo largo del mediterráneo calculaban sus precios
y beneficios utilizando este simple instrumento de cuentas y varillas, en el
que cada varilla, con diferentes secciones, representaba distintas unidades de
valor.
En el siglo XVII el creciente
interés en Europa por las nuevas ciencias, tales como la astronomía y la
navegación, impulsó a las mentes creativas a simplificar los cálculos. Había
costado años a los primeros científicos calcular la basta cantidad de datos
numéricos cuyos patrones estaban intentando descubrir.
En 1614, el Escocés JOHN NAPIER
anunció los descubrimientos de los logaritmos, permitiendo que los resultados
de complicadas multiplicaciones se redujeran a un proceso de simple suma. Muy
poco después en los años 20 del mismo siglo, se inventó la regla de cálculo basada
en los principios matemáticos descubiertos por NAPIER.
En ese mismo siglo (XVII), el
Francés BLAISE PASCAL y el Alemán
GOTTIFRIED WILHEM VON LEIBNIZ inventaron y construyeron la primera máquina
calculadora automática utilizable, precursora de las modernas
computadoras; por lo que a PASCAL se le considera “el padre de la computadora”.
Entre otras muchas cosas PASCAL desarrolló la teoría de las probabilidades,
piedra angular de las matemáticas modernas.
El “pascalino” nombre por el
cual se le conoce el dispositivo creado por PASCAL, fue el producto de largos
años de paciencia y arduo trabajo, ya que desde que tenía 19 años PASCAL había
desarrollado el concepto básico del equipo, pero fue hasta 11 años después que
Europa quedó sorprendida con el modelo perfeccionado de la calculadora automática.
Los problemas lógicos fundamentales
de estas máquinas siguieron desafiando a los más privilegiados pensadores
durante los siguientes siglos. En el siglo XIX se comienza a diseñar un
prototipo de computadora. El deseo de un fabricante textil Francés de
automatizar los complicados dibujos, hizo que avanzara la tecnología necesaria
para la computación.
En 1804 JOSEPH JACQUARD empezó a
utilizar un telar que se servía de tarjetas perforadas para controlar la
creación de complejos diseños textiles. Esta técnica se utilizaría
posteriormente en pianolas y organillos, que empleaban tarjetas perforadas para
copiar música de piano, tanto clásica como popular y eran capaces de reproducir
representaciones grabadas de artistas famosos.
En este mismo siglo XIX CHARLES
BABBAGE inventa dos máquinas: La máquina analítica y la máquina
diferencial. El interés y promoción por la máquina analítica que
tuvo LADY AUGUSTA BYRON (Hija del poeta LORD BYRON) hacen que algunos la
denominen “la primera programadora de computadoras”. Ella vio la máquina
analítica de BABBAGE como una especie de telar matemático, que podía
seguir cualquier modelo de cálculo que previamente hubiera sido perforado sobre
tarjetas. BABBAGE nunca pudo fabricar su máquina diferencial ya que fue
considerado como “demasiado avanzado para la tecnología de su tiempo” o dicho
de otra manera “la tecnología del siglo
XIX no era capaz de traducir los conceptos del inventor Inglés a realidades
físicas. El modelo de BABBAGE tenía muchas de las características que más tarde
adoptarían las computadoras: una manera de introducir datos empleando tarjetas
perforadas, un mecanismo para guardar información, otro para realizar
operaciones aritméticas e incluso, una para imprimir los resultados. Sin
embargo, el inventor Sueco SHEUTZ presentó una versión más simple (basada en la
máquina
diferencial, modelo anterior creado por BABBAGE) en la exposición de
París en 1855.
En el censo de 1890 de Estado
Unidos, apoyándose en ideas similares, HERMAN HOLLERITH inventó una máquina de
tarjetas perforadas para almacenar la información que cada ciudadano daba en su
hoja censal. Para asombro del público los resultados del censo estuvieron
listos en solo 6 semanas. El éxito de HOLLERITH en la venta de su máquina
(incluso vendió una al zar de Rusia) lo llevó a fundar una compañía conocida
hoy como IBM.
Desde la época de LEIBNIZ destacados pensadores reconocieron los
méritos de un simple lógico, como por ejemplo: VERDADERO ó FALSO, para
comprobar una serie de proposiciones lógicas en mecanismo de cálculo. Estas
dualidades se podrían convertir en selecciones Switch on (encendido) y switch
of (apagado) para registrar datos. Tras la experiencia de JACQUARD, las
tarjetas perforadas podrían ser utilizadas para indicar la presencia o ausencia
de información en cualquier punto: una perforación indicaría la presencia la
no-perforación su ausencia.
Las tarjetas eran manipuladas por
dientes y ruedas, en el caso de la máquina de HOLLERITH, para el censo, por
agujas que registraban las respuestas por cada ciudadano a cada pregunta
incluida en el censo.
En 1930 el norteamericano VANNEVAR BUSH
diseñó en el MIT (Massachusetts Institute of Tecnology) el analizador diferencial,
marcando el inicio de la era de las computadoras. El analizador diferencial era
una máquina electromecánica que medía grados de cambio en un modelo. La máquina
ocupaba la mayor parte de una gran sala. Para analizar un nuevo problema, un
grupo de Ingenieros debían cambiar proposiciones, y solo aparecían tras 2 o 3
días con las manos llenas de aceite. Aun así, la capacidad de la máquina para
resolver problemas matemáticos sobrepasaba cualquier invento anterior.
En 1936, el científico independiente
ALAN TURING, de Gran Bretaña, captó la atención de los científicos con un
trabajo que tendría gran influencia: ON COMPUTABLE NUMBERS WITH AN APLICATION
TO THE PROBLEM THE DECISION (de números computables con una aplicación al
problema de decisión); dicho estudio sugería que si se implementaba su visión
de un computador universal, quizá en ese momento se podían encontrar soluciones
a problemas hasta entonces no resueltos.
En el invierno de 1937 el Dr. JOHN
V. ATANASOFF y su asistente empezaron a construir la primera computadora
electrónica digital llamada la máquina de ABC.
1.1. EL DESARROLLO DE LAS COMPUTADORAS EN EL
SIGLO XX.
La segunda Guerra mundial vio a
Alemania y a los otros países occidentales en competencia por desarrollar una
mayor velocidad de cálculo, junto a un aumento de la capacidad de crear códigos
y decódigos de mensajes enemigos. Aquí surge HOWARD AIKEN que pensó como
probable base desarrollar su idea fue la multiplicadora 601 de IBM, que había
demostrado ser altamente eficiente. Sin embargo, luego de profundos análisis
AIKEN se acercó a JAMES BRYCE, inventor de la IBM y poseedor de gran prestigio,
este presentó a su vez la idea a WATSON y éste vio un gran éxito en esta idea,
por lo que de inmediato aprobó que la IBM colaborara en dicho proyecto con la
suma de medio millón de dólares y
además puso un equipo de Ingenieros a disposición de AIKEN por lo que, la
marina de Estados Unidos, al ver este proyecto, también brindó su apoyo,
desarrollándose en HARVARD en el año de 1944 el enorme computador llamado MARK
I. La MARK I tenía una altura de 2.5 metros y
contenía 15.5 metros de reles, cables e interruptores. Esta máquina se
dedicó a resolver los problemas balísticos de la marina. Su diseñador HOWARD
AIKEN se guió por las ideas de BABBAGE.
En Alemania, KONRAD SUZE estaba
comprobando las aerodinámicas proyectadas de los cohetes en el computador que
inicialmente había instalado en la casa de sus padres. En Inglaterra, el
decodificador COLOSSUS (basado en las ideas de ALAN TURING) logró en 1943,
descifrar los códigos enigma alemanes, rastreando mensajes codificados a una
velocidad de 5,000 caracteres por segundo. También desde 1943, se desarrollaba
en Estados Unidos el computador ENIAC para ayudar a los artilleros a mejorar su
blanco, variando las condiciones meteorológicas y de terreno. A finales de la
guerra se concluye con el desarrollo de esta máquina que tenía una altura de
5.5 mts. 24 mts. de longitud y un peso de 30 toneladas y trabajando una
velocidad de 1000 veces mayor que la MARK
I.
En las primeras computadoras
(incluida la utilizada por ZUSE para verificar la fiabilidad de cohetes) la
información se había transmitido por conmutadores mecánicos de reles. Estos
eran varillas de hierro en forma de espiral, las cuales cuando eran
magnetizadas por una corriente eléctrica, atraían un eje central y por tanto,
completaban un circuito que permitían que los impulsos eléctricos pasaran por
el sistema.
En el decodificador británico
COLOSSUS, los conmutadores mecánicos de reles fueron sustituidos por tubos al
vacío, permitiendo que la información pasara por conmutador a mucha más
velocidad.
Pero los tubos al vacío tenían sus
propias deficiencias: necesitaban abundante energía eléctrica y fallaban
constantemente. Un grupo de Ingenieros que trabajaban con el computador gigante
ENIAC descubrió que los tubos al vacío podrían causar un sobrecalentamiento
hasta la temperatura de 49º C, incluso los cables tenían que ser puestos a mano
para resolver cada nuevo problema. El proceso podía incluso durar dos días,
durante los cuales los técnicos conectaban y desconectaban cientos de cables.
Para que la industria avanzara, las
computadoras tendrían que ser capaces de transferir y amplificar la corriente
eléctrica con mayor eficiencia, utilizando mejores conductores y resistencias.
En 1948 en Estados Unidos el
desarrollo de los transistores en su forma inicial, una especie de “sandwich
electrónico”, con una longitud de tan solo 13 mm, abrió paso a la creciente
miniaturización de las computadoras. Tres científicos de los laboratorios BELL,
WILLIAN SHOCKLEY, JOHN BARDEEN y WALTER BRATTAIN, compartieron el honor de
haber inventado el transistor, recibiendo conjuntamente el premio nobel de
física en 1956. A SHOCKLEY se le atribuye el mérito de la comercialización del
transistor. Con el invento del transistor se inicia el llamado proceso de miniaturalización
de las computadoras.
1.1.1. LA REVOLUCIÓN DIGITAL.
Un concepto sencillo conocido como
procesamiento digital hace posible la existencia de la computadora. El
procesamiento digital se refiere simplemente
a la manera en que la información se almacena de forma que se le puede
procesar y usar.
La palabra digital proviene del
término dígito que significa un solo número.
El sistema decimal utiliza una
combinación de números 0, 1, 2, 3, 4, 5... 9
y en consecuencia resulta complicado efectuar operaciones que solo el
ser humano puede memorizar como por ejemplo las tablas de multiplicar. Las
computadoras utilizan un sistema numérico mas simple: el sistema binario. El
sistema binario solo emplea dos números (0 y 1) para representar a todos los
números. Dado que tiene solo ceros y
unos, la ventaja es que se pueden procesar de varias formas con muchos
dispositivos.
EQUIVALENTES DECIMAL Y BINARIO:
|
NUMERO DECIMAL |
EQUIVALENTE BINARIO |
|
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
2 |
10 |
|
3 |
11 |
|
4 |
100 |
|
5 |
101 |
|
6 |
110 |
|
7 |
111 |
|
8 |
1000 |
|
9 |
1001 |
|
10 |
1010 |
|
11 |
1011 |
1.1.2. LAS GENERACIONES DE LAS COMPUTADORAS.
Por muchos especialistas se ha
considerado que el desarrollo de las computadoras pasaron por ciertas etapas que
cada una de ellas representaron un avance tecnológico considerable en el
momento en que éstas fueron apareciendo a lo largo de la historia en el
presente siglo. Por ello se afirma que han existido diversas GENERACIONES DE
LAS COMPUTADORAS, las cuales son las siguientes:
LA
PRIMERA GENERACIÓN.
La computadora de la primera
generación, dotada de un programa de almacenaje en la memoria, surgió tras el
estudio del DR. NEUMAN, caracterizada por el uso de básculas electrónicas, sus
velocidades de procesos se medían en milisegundos, sus circuitos eran los
semejantes a los empleados en la construcción de radios.
Comparada con las máquinas actuales
resultaban lentas y de gran tamaño e inflexibles; además requerían controles
demasiados estrictos en cuanto al suministro de energía eléctrica y aire
acondicionado.
LA
SEGUNDA GENERACIÓN.
Nace con el transistor entre 1959 y
1964 que sustituyeron a las básculas electrónicas de la primera generación. Son
dimensiones más reducidas a las anteriores y sus velocidades de proceso se
miden en microsegundos. Las memorias de estas computadoras tuvieron desarrollo
en los almacenamientos secundarios con grandes capacidades, impresores de alta
velocidad y dispositivos de entrada y salida de altas velocidades de
transmisión. Surge el aspecto de soporte de técnicas matemáticas enfocadas a la
resolución de problemas a través del uso de las computadoras.
La computadora de la segunda
generación tuvo gran demanda a partir de 1962, demanda que se vino a bajo con
la aparición de las computadoras de la tercera generación.
En 1965 el DR. JOHN KEMENY DE
DARTMOUTH desarrolló el lenguaje de programación BASIC uno de los más
conocidos. La corporación EQUIPO DIGITAL (DEC) introdujo al mercado la primera
minicomputadora en 1965.
LA
TERCERA GENERACIÓN.
Esta aparece con la miniaturización
de componentes, la estandarización de transistores y el montaje de circuitos
integrados sobre diagramas impresos en cajas de plástico. Representaron
adelantos técnicos que permitieron mejorar el índice costo y forma de las
computadoras.
Esta generación que irrumpe a
mediados de la década de los 60’s es de dimensiones menores que las anteriores
y su velocidad de proceso se mide en nanosegundos. Su mayor avance fue en los
dispositivos de entrada y salida; son desarrollados dispositivos periféricos
más efectivos, unidades de almacenamiento mas efectivas y de gran volumen, con
facilidades de acceso, mecanismos de acoplamiento electrónico que permiten el
uso de terminales remotas que operan en la computadora como si estuviese en el
mismo sitio de donde está la terminal.
Con la aparición de equipos de esta
generación se introdujeron nuevas técnicas de organización de archivos y de
recuperación de información.
El número de equipos creció de 2,500
en 1958 a 18,000 en 1964. En ese mismo año IBM introdujo el sistema 360,
computadoras que fueron llamadas de la tercera generación.
En 1968 SCIENCE CORPORATION
introdujo al mercado el primer SOFTWARE. En 1969 la IBM anunció que podría a
corto plazo separar el SOFTWARE de la máquina en sí, abriendo camino al
desarrollo de los paquetes.
En 1969 el DR. TED HOFF de INTEL
CORPORATION desarrolló el primer “microprocesador ó microprogramable chip”.
LA
CUARTA GENERACIÓN.
El desarrollo de esta generación
comenzó en 1971 pero no se sabe con precisión cuando termina (e inicia la
quinta generación). Aprovechando los avances conseguidos con la
microelectrónica, los componentes principales de las máquinas de esta
generación fueron los microprocesadores, que son dispositivos de estado sólido
que efectúan las operaciones de acceso, operación y mando de la computadora.
El microprocesador fue desarrollado
en 1971 por la compañía INTEL
CORPORATION a solicitud de una empresa Japonesa la cual requería este tipo de
elementos para implementar nuevos sistemas. Con el microprocesador los discos
de almacenamiento de información alcanzan mayor capacidad y las memorias
internas se multiplican. Esta generación recibe el nombre también de GENERACIÓN
DE LA MEMORIA ARTIFICIAL.
Las máquinas actuales son 900 veces
más rápidas que las que existieron en 1950, en ese entonces un trabajo requería
de una hora, con las máquinas de esta generación ese mismo trabajo se puede
llevar a cabo en 3 o 4 segundos. La velocidad de las máquinas antiguas se medía
en milisegundos (milésimas de segundo), en la segunda generación en
microsegundos (millonésima de segundos). La velocidad de las máquinas actuales
se miden en nanosegundos (mil millones de segundos). Todo estos sistemas son
para la atención de la información a gran escala y para alta velocidad. Como
era necesario un sistema que abarcara un término, nace la microcomputadora.
LA
QUINTA GENERACIÓN.
Esta se inicio en países
desarrollados como Estados Unidos y Japón, cuya tecnología base es la robótica.
Las máquinas de esta generación utilizan circuitos VLSI (very large scale
integration) a muy gran escala. Su funcionamiento es mucho más sencillo que las
computadoras de la cuarta generación, ya que disponen de dispositivos menos
complicados. Con esta generación se espera ver realizado el sueño de la ciencia
ficción: la robótica integrada ó inteligencia artificial.
1.1.3. CLASIFICACIÓN DE LAS COMPUTADORAS.
Desde mi punto de vista 3 criterios
son fundamentales para clasificar a las computadoras:
1.
POR SU TIPO O MANEJO. Se clasifican en:
a) ANALÓGICAS. Es un dispositivo de cálculo que maneja como datos
magnitudes físicas como son: la presión, el voltaje, la temperatura, etc.
b) DIGITALES. Es un dispositivo de cálculo que maneja como
datos dígitos o cantidades basadas básicamente por sumas.
c) HÍBRIDAS. Estos instrumentos de cálculo usan las técnicas
de las ANALÓGICAS y las DIGITALES, es decir, es una combinación de ambas.
2.
POR SU USO. Se clasifican en:
a) ESPECIALES. Son aquellas computadoras diseñadas para
resolver problemas específicos como las utilizadas en los lanzamientos
espaciales.
b) GENERALES. Están diseñadas para resolver una gran
variedad de problemas utilizando también una gran variedad de programas, estos
dependen de su velocidad de proceso, su capacidad de memoria y sus dispositivos
periféricos de entrada y salida.
3.
POR SU CAPACIDAD. Se clasifican en:
a) MINICOMPUTADORAS. Es una pequeña máquina de propósito
general, que puede variar en tamaño, desde los modelos instalables sobre
escritorios, hasta una unidad con el tamaño de un archivo de cuatro gavetas.
b) MICROCOMPUTADORAS. Es un sistema más pequeño que una
computadora de escritorio y son llamadas portátiles porque son unidades
compactas que pueden ser trasladadas con facilidad de un lugar a otro. En la
actualidad las microcomputadoras se pueden dividir en 3 grupos:
1. LAPTOP.
2. NOTEBOOK.
3. PALMTOP.
c) MACROCOMPUTADORAS. Estos sistemas son utilizados por una
gran cantidad de usuarios con fines de entretenimiento y otras aplicaciones de
tipo científicas. Generalmente a ella se conectan otras computadoras y tienen
una gran capacidad de almacenaje de información.
1.1.4. LA COMPUTADORA DIGITAL.
Las computadoras al igual que otros
equipos digitales, requieren de dispositivos para enviar, procesar o almacenar
información. Tales dispositivos son los transistores, ya que estos se diseñan
para tener dos estados: ENCENDIDO y APAGADO. Cuando se empaquetan miles de
transistores juntos se les llama circuito integrado o microcircuito de silicio
(CHIP). La computadora utiliza los estados de encendido y apagado de los
transistores para establecer un CÓDIGO que interprete la información que se
procesa. Este código se basa en BITS y grupos de bits llamados BYTES.
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