La Computadora. Origen y Desarrollo

LA COMPUTADORA, ORIGEN Y DESARROLLO

DANIEL CHARRY ESCORCIA CLAUDIA SALCEDO GARCIA

INGENIERIA INDUSTRIAL TERCER SEMESTRE

PRESENTADO A: INGENIERO RAMIRO VENEGAS ORTEGA

INFORMATICA PARA INGENIEROS I

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO

BARRANQUILLA, 23 DE SEPTIEMBRE DE 2011

La computadora Origen y desarrollo

La Computadora Origen y Desarrollo

El origen del computador puede considerarse muy remoto si empezamos a contar desde los primeros instrumentos con los que el hombre realizaba cálculos. Este es el caso del ábaco, que data de hace 5.000 años atrás aproximadamente y que aun en la actualidad es usado. Solo hasta 1649, mucho tiempo después de la aparición del ábaco, surgiría otro instrumento para calcular, llamado La Pascalina. Esta era una máquina que realizaba operaciones aritméticas de suma y resta, inventada por el matemático francés Blaise Pascal, también creador del lenguaje de programación Turbo Pascal. En 1670, esta máquina fue capaz también de multiplicar gracias al trabajo del filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz. Más adelante, en 1821 Charles Babbage se ideó una máquina para cálculos astronómicos, sin embargo, esta nunca llegó a construirse por su gran tamaño y considerables limitaciones. A pesar de esto, este matemático británico no se dio por vencido y creó la que en sus contenidos esenciales se puede considerar como una computadora de propósito general, la llamada máquina analítica. Por esto, muchos consideran a Babbage el verdadero inventor de las computadoras. En este sentido, ya a principios del siglo XX se empiezan a construir también las que serían las primeras computadoras analógicas para realizar aproximaciones


numéricas de ecuaciones complejas a través de ejes y engranajes giratorios. En la década de 1880, el estadounidense Herman Hollerith logró crear un sistema que hacía pasar tarjetas perforadas sobre contactos eléctricos, con lo que consiguió elaborar el censo de la población de su país en 1890. Posteriormente fundó la Tabulating Machine Company. Gracias a compañías como esta, se empiezan a construir las primeras máquinas eléctricas para uso comercial, las cuales en esa época, ya se usaban para tareas como las de contabilidad. Es así, como en el año de 1924, la compañía creada por Hollerith cambiaría de nombre y pasaría a llamarse la tan conocida en este tiempo International Bussines Machines Corporartion o IBM. De esta manera y con los desarrollos conceptuales de Turing y Shannon, además de los impulsos que suelen dar al desarrollo tecnológico los acontecimientos bélicos, se empiezan a construir las primeras máquinas electrónicas digitales con válvulas de vacío y con éstas, se da comienzo a la comúnmente llamada Primera generación de las computadoras.

Se puede considera que esta primera generación de las computadoras comprende desde 1945, fecha en la cual el matemático John Von Neumann construye el llamado Electronic Discrete Variable Automatic Computer, o EDVAC, que podemos observar en la Fig. 1


Fig. 1 El EDVAC

En este tiempo, haciendo referencia a la primera generación, aparecen máquinas como la EDSAC en 1947, la cual incorporaba ya la primera idea de sistema operativo, también el UNIVAC en 1951, creado para aplicación empresarial, las computadoras no tenían más de 2 MB de memoria. Así pues, vemos que esta primera generación las computadoras se caracterizaban por el uso de tubos al vacío con el fin de guardar o almacenar bits de datos individuales. Estos tubos, como los que se muestran en la Fig. 2, son unos dispositivos electrónicos que controlan el flujo de electrones en el vacío, cada tubo se establece en uno de dos estados, se asigna a un estado el valor 0 y al otro el valor 1. En esa época, los tubos de vacío eran la mejor opción ya que respondían más rápido que los relevadores mecánicos, sin embargo, presentaban unas desventajas, tales como el consumo excesivo de electricidad, gran parte, desperdiciada como calor; además, de que tendían a quemarse con rapidez, por lo cual, se tenían que reemplazar una vez por cada año de operación.


La primera máquina, conocida como la ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) o Computador e Integrador Numérico Electrónico, contenía unos 18000 tubos.

Fig. 2 Tubos al vacío

La programación en las computadoras de esta generación era complicada, debido a que apenas comenzaba la era de las computadoras, los programadores se veían obligados a pensar en unos y ceros (1s y 0s) para escribir instrucciones en lenguaje máquina. Antes que terminara la primera generación, se logró dar un pequeño paso adelante hacia la programación actual de computadoras, puesto los programadores en esa época habían diseñado compiladores rudimentarios que les permitían escribir instrucciones mediante códigos operativos de un lenguaje ensamblador. Muy pronto los tubos de vacío fueron sustituidos por los transistores, dando inicio de esta manera a la segunda generación. Éstos fueron presentados por primera vez en 1947 por los Laboratorios Bell de AT&T.

Fig. 3. Los transistores


Los transistores regulan el flujo de corriente o voltaje y funcionan como un interruptor de las señales electrónicas. En relación a los tubos de vacíos, los transistores, como se muestra en la Fig. 3, son mucho más pequeños y económicos, consumen menos electricidad y más confiables. Una diferencia muy marcada entre la primera y la segunda generación es que en la segunda se indujo a los sistemas operativos, los cuales no estaban en las computadoras de la primera generación. A diferencia éstas, que solo incluían un sistema de aplicación para una tarea específica por cada computadora, en las computadoras de segunda generación todas estas rutinas de aplicaciones individuales se integraron en una sola para que cumplieran la misma función en todas las máquinas, a lo que se le llamo sistema operativo. Gracias a los transistores se logra una mayor eficiencia en el proceso de la información, además de alcanzar los 32 Kb en memoria RAM. De esta manera y teniendo en cuenta estas características se empiezan a desarrollar prototipos de estas máquinas, las cuales además de usarse para cálculos científicos, también se usan para negocios. Las computadoras de la tercera generación surgieron a partir del desarrollo de los circuitos integrados. Éstos están formados por pastillas de silicio, en las cuales se colocan miles de componentes electrónicos en una integración en miniatura. Las computadoras nuevamente se hicieron más pequeñas, más rápidas, desprendían menos calor y eran energéticamente más eficientes.


Antes de esta generación, las computadoras estaban diseñadas solo para aplicaciones matemáticas o de negocios, pero no para las dos cosas. Los circuitos integrados permitieron a los fabricantes de computadoras incrementar la flexibilidad de los programas, la IBM 360 una de las primeras computadoras comerciales que usó circuitos integrados, podía realizar tanto análisis numéricos como administración o procesamiento de archivos. Las computadoras trabajaban a tal velocidad que proporcionaban la capacidad de ejecutar más de un programa de manera simultánea y, de esta manera, ya se empezaba a hablar de multiprogramación. Para el año de 1971 se da inicio a la cuarta generación de las computadoras gracias a la sustitución de las memorias con núcleos magnéticos por chips de silicio. Es en este momento donde aparecen por primera vez los llamados microprocesadores , los cuales permiten una mayor velocidad. Gracias a la

incursión del microprocesador, nace el PC (Personal Computer, Computadoras Personales) y de igual manera, se reduce notablemente su tamaño. El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971 (Fig.4). Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. . El primer microprocesador realmente diseñado

Fig. 4 Microprocesador Intel 4004


para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Sin embargo, hay quienes piensan que el inicio de esta generación se da en 1977, cuando Steve Jobs y A. Wozniak crean la marca Apple y lanzan al mercado la primera microcomputadora, basada en otro modelo de microchip, de la empresa Motorola Inc. Esta cuarta generación se caracterizó básicamente por los siguientes factores: 

El desarrollo de las mismas tareas en una microcomputadora a un costo menor y con mayor comodidad de operación.



Una mayor proliferación de lenguajes de programación y aplicaciones especiales que facilitarían las labores administrativas y funcionales de las empresas u organizaciones.



Se consolida la creación y administración de grandes depósitos de información, a los cuales se les da el nombre de base de datos .



Se inicia el establecimiento de redes locales de microcomputadoras.

Fig. 5 Primeras computadoras personales.


A partir de 1981 se inicia la quinta generación de las computadoras, la cual tiene como base fundamental el desarrollo de programas instalables, también conocidos como software y el perfeccionamiento de los sistemas operativos que se inició a mediados de los años 80. El objetivo fundamental era conseguir que el usuario se relacionara con la computadora de una manera más habitual y no a través de códigos o lenguajes de control demasiado especializados y complicados.

Una

de

las

principales

Fig. 6 Microprocesador Pentium 1993

características de esta generación fue la aparición del microprocesador Pentium 1993 de Intel (Fig.6), con velocidades iniciales de 60 y 66 MHz, 3.100.000 transistores, cache interno de 8 KiB para datos y 8 KiB para instrucciones; sucediendo al procesador Intel 80486. Intel no lo llamó 586 debido a que no es posible registrar una marca compuesta solamente de números. Posteriormente, a partir de esta generación han surgido muchas más versiones de microprocesadores, de los cuales se pueden destacar: el Pentium Pro 1995 y el MMX 1996, el Pentium II 1997 y el Pentium III 1999. En 1992 Intel lograría registrar su línea de microprocesadores bajo el nombre de Pentium, esto como estrategia para diferenciarlos de los de sus competidores como AMD y Cyrix.


En el año 2000, Intel lanza el Pentium 4, basado en

la

arquitectura

x86,

es

el

primer

microprocesador con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro de 1995. Éste trabajaba a 1,4 y 1,5 GHz. En la actualidad, los circuitos integrados son capaces de contener secciones completas de la computadora o, en algunos casos, en su totalidad (a excepción de los medios de almacenamiento y comunicación). En las computadoras actuales el criterio de las ayudas para la comunicación sigue siendo básicamente el mismo que en la tercera generación, por supuesto ha habido mejoras importantes. Estructura de la computadora

La arquitectura de una computadora define su comportamiento funcional, y se puede caracterizar por el número de unidades funcionales y cómo se interconectan entre sí. En ese sentido, cada unidad funcional se encarga de una parte de la tarea que conforma el comportamiento de la computadora. Actualmente, es posible encontrar una gran variedad de arquitecturas de computadoras, aunque básicamente se presentan dos tipos: la arquitectura von Neumann y la arquitectura Harvard.


El modelo básico de arquitectura empleado en las computadoras digitales fue establecido en el año de 1945 por John von Neumann (Fig 7). Dicha estructura es todavía empleada por la gran mayoría de los fabricantes, aunque con algunas modificaciones.

Fig. 7 Diagrama de bloques de la arquitectura de von Neumann

Detrás de las computadoras actuales existe una idea fundamental, la cual es la de un lugar dentro de éstas en el cual se almacena el programa que va a ser ejecutado. Según la Fig. 7, esta máquina es capaz de ejecutar una serie de instrucciones máquina, que deben estar almacenadas en la memoria principal para poder ser leídas y ejecutadas. Según la anterior figura, la computadora está compuesta por las siguientes unidades: 

Unidad Central de Proceso (CPU, Central Processing Unit ), la cual es la que se encarga de llevar a cabo todas las operaciones de la máquina, es también conocida como Procesador .




Memoria Principal (MM, Main Memory ), la cual almacena la información de la computadora.



Unidad de Entrada/Salida (I/O, Input/Output ), la cual está dedicada con el mundo exterior.

Como parte del procesador (CPU) se puede observar también la ruta de datos , la cual no es más que el conjunto de caminos y unidades de almacenamiento que sigue la información. En la Fig. 9, se puede observar un diagrama de bloques que muestra la estructura básica de una computadora de una forma más real. En ella, se puede observar una serie de unidades interconectadas a través de un conjunto de líneas, denominado bus .

Fig. 9 Conexión de unidades funcionales mediante un bus.


En cuanto a la memoria principal, para medir su capacidad se utiliza el byte y los múltiplos de éste. Un byte es un conjunto de 8 bits (un octeto); por tanto, un byte es una palabra de 8 bits. Los múltiplos utilizados normalmente para medir la capacidad de la memoria son los mostrados en la siguiente tabla: Unidad

Nombre

Valor

K

Kilo

210 = 1024

M

Mega

220 = 1024K

G

Giga

230 = 1024M

T

Tera

240 = 1024G

P

Peta

250 = 1024T

En cuanto a la duración de la información, existen básicamente dos grandes tipos de memorias: 

RAM (Random Access Memory , Memoria de Acceso Aleatorio). Esta es una memoria volátil, es decir, que si se desconecta de la fuente de alimentación pierde su contenido. Permite tanto operaciones de lectura como escritura y se utiliza para almacenar datos.



ROM (Read Only Memory , Memoria de Sólo Lectura). Ésta no es una

memoria volátil, es decir, no pierde su contenido aun cuando desaparezca el suministro eléctrico. Solo se escribe una vez y generalmente lo hace el fabricante.


En ella están contenidas todas las instrucciones necesarias para que la computadora se ponga en marcha. En cuanto a las unidades de entrada/salida, éstos se emplean para la transferencia de información entre dispositivos externos al computador, conocidos como periféricos, y el subsistema formado por la CPU y la memoria. La conexión de un periférico al bus del computador se da normalmente a través de un circuito específico llamado controlador . Éste se encarga de actuar como intermediario entre el dispositivo y la CPU, tal y como se observa en la Fig. 10.

Fig. 10 Conexión entre la CPU y un periférico.

Desde un punto de vista lógico, la E/S es para la CPU un espacio de memoria donde almacenar datos o recoger información. Sin embargo, físicamente estas celdas de memoria son parte de la circuitería del controlador, y sirven de pasillo de comunicaciones entre ambos. A las posiciones de entrada/salida se les denomina puerto , para diferenciarlas de las direcciones o palabras de la memoria principal.

Los periféricos más comunes que se pueden encontrar en una computadora son los que aparecen en la siguiente tabla:


Nombre

Función

Teclado

Introducción de información manualmente Visualización de la información Almacenamiento auxiliar de la información Obtención de copias en papel Manejo de puntero grafico Comunicación con otras computadoras Digitalización de imágenes

Pantalla Discos (duros, flexibles) Impresora, plotter Mouse, joystick Módem Escáner

Básicamente, la computadora está conformada por dos partes vitales, que son el Software y el Hardware . El software es, en un sentido estricto, todo programa o

aplicación programada para realizar tareas específicas. Por ejemplo: Ahead Nero para grabar datos en CD o DVD, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, los tres programados para navegar por la web o internet; Bloc de Notas, básico pero está programado para registrar datos y grabarlos en los discos (duros o flexibles) como archivos; entre otros.


El hardware por su parte, hace referencia a cualquier componente físico tecnológico, que trabaja o interactúa de algún modo con la computadora. No sólo incluye elementos internos como el disco duro, CD-ROM, disquetera, sino que también hace referencia al cableado, circuitos, gabinete, etc. E incluso hace referencia a elementos externos como la impresora, el mouse, el teclado, el monitor y demás periféricos. El hardware contrasta con el software, que es intangible y le da lógica al hardware (además de ejecutarse dentro de éste). El hardware no es frecuentemente cambiado, en tanto el software puede ser creado, borrado y modificado sencillamente. (Excepto el firmware, que es un tipo de software que raramente es alterado). El típico hardware que compone una computadora personal es el siguiente: • Su chasis o gabinete . • La placa madre, que contiene: CPU,

coolers (extractores de calor), RAM, BIOS,

buses (PCI, USB, CSI, AGP). • Fuente de alimentación . • Controladores de almacenamiento: IDE, SATA, SCSI . • Controlador de video.


• Controladores del bus de la computadora (paralelo,

serial, USB), para conectarla

a periféricos. • Almacenamiento: disco duro, CD -ROM, disquetera, y otros. • Tarjeta de sonido. • Redes: módem y tarjeta de red .

El hardware también puede incluir componentes externos como: • Teclado. • Mouse o Ratón. • Joystick. • Escáner, webcam. • Micrófono, parlante. • Monitor (LCD, TFT o CRT). • Impresora.

Programación

La programación es un arte, el arte de hacer exhausta y explicita la solución de un problema, en este sentido requiere de talento y creatividad. La programación también es una actividad que se sirve de técnicas y herramientas con un objetivo


particular y diferente cada vez que requiere de mucha practica y paciencia, es una actividad difícil implica saber escuchar, interpretar, analizar, encontrar la mejor manera de solucionar el problema. Existe mucha forma de resolver un problema de mayor a menor complejidad, de mayor a menor rapidez, de mayor a menor creatividad. El secreto de la Programación está en la lógica. El concepto es simple: hacer que la computadora haga lo que quieres que haga. El propósito de la programación es crear programas que exhiban un comportamiento deseado. El proceso

de

requiere

escribir

código

frecuentemente

conocimientos en varias áreas distintas, además del dominio del lenguaje a utilizar, algoritmos especializados y lógica formal. Programar no involucra necesariamente otras tareas tales como el análisis y diseño de la aplicación aunque sí suelen estar fusionadas en el desarrollo de pequeñas aplicaciones. En la programación se suele utilizar el algoritmo el cual es una secuencia no ambigua, finita y ordenada de instrucciones que han de seguirse para resolver un problema. Un programa normalmente implementa uno o más algoritmos. Un algoritmo puede expresarse de distintas maneras: en forma gráfica, como un


diagrama de flujo, en forma de código como en pseudocódigo o un lenguaje de programación, en forma explicativa, etc. La programación debe perseguir la obtención de programas de calidad. Para ello se establece una serie de factores que determinan la calidad de un programa. Algunos de los factores de calidad más importantes son los siguientes: Para saber si la programación echa está cumpliendo su objetivo y tiene calidad se pueden tener en cuenta los siguientes factores: 

Corrección. Un programa es correcto si hace lo que debe hacer tal y como

se estableció en las fases previas a su desarrollo. Para determinar si un programa hace lo que debe, es debe especificar claramente qué debe hacer el programa antes de desarrollarlo y, una vez acabado, compararlo con lo que realmente hace. 

Claridad. Para que el programa sea eficiente es muy importante que el

programa sea lo más claro y legible posible, para facilitar así su desarrollo y posterior mantenimiento. Al elaborar un programa se debe tratar de que su estructura sea sencilla y coherente, de esta forma se ve facilitado el trabajo del programador, tanto en la

de creación, como en las posteriores

corrección de errores, ampliaciones, modificaciones, etc. 

Eficiencia. Se trata de que el programa, además de realizar aquello para lo

que fue creado, lo haga gestionando de la mejor forma posible los recursos


que utiliza. Es decir que gaste el menor tiempo posible y que no gaste tanta memoria. 

Portabilidad. Un programa es portable cuando tiene la capacidad de poder

ejecutarse en una plataforma, ya sea hardware o software, diferente a aquélla en la que se elaboró. La portabilidad es una característica muy deseable para un programa. Para la realización más fácil y adecuada de programaciones se utiliza un lenguaje de programación que está diseñado para expresar computaciones llevadas a cabo por maquinas, estas se pueden crear para que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina para expresar algoritmos con precisión. Está formado por un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación. Actualmente hay muchos programas diseñados para programar, por ejemplo el Cobol, Turbo Pascal, Visual Basic, Visual C++, Visual Fox Pro, entre otros. Así de esta manera, se puede ver todo lo que encierra una máquina, toda la historia y su desarrollo a través del tiempo, y que, aun en la actualidad, se sigue dando un desarrollo tecnológico de grandes magnitudes.

La Computadora. Origen y Desarrollo

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