El hombre empleó desde tiempo inmemorial los dedos de sus manos ypequeñas piedras para efectuar sus cálculos.


Los pueblos civilizados desarrollaron métodos para contar y llevar sus estadísticas. La civilización maya fue la primera que inventó el cero para facilitar los cálculos y poder representar grandes números. La numeración que usamos en la actualidad se deriva de la empleada por los árabes, quienes a su vez se inspiraron en los números desarrollados en la India.


El ábaco, empleado por los griegos y los chinos, fue la primera computadora mecánica.


Los astrolabios, inventados en Alejandría por Hiparco, fueron empleados por Tolomeo y por los árabes para realizar cálculos astronómicos.


Juan Neper (1450-1517). Matemático inglés. Inventó las tablas de logaritmos que permitieron realizar cálculos matemáticos con cierta rapidez y precisión. Dibujando escalas logarítmicas sobre reglas, construyó las primeras reglas de cálculo, que fueron las calculadoras portátiles de los científicos e ingenieros hasta la llegada de las calculadoras electrónicas.

La computadora mecánica


Blas Pascal (1623-1662). Físico francés. A la edad de diecinueve años inventó la primera calculadora mecánica, que suma y resta en forma automática. Empleó en su construcción las series de engranes que él mismo ideó. Esta calculadora fue considerada en su tiempo como algo notable. Una calculadora construida en 1652, y firmada por Pascal, se encuentra en el Conservatoire des Art et Métiers en París (Figura 36).



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Figura 36. Calculadora mecánica de Pascal que suma y resta en forma automática. Se encuentra en elConservatoire des Arts Métiers de París.

Pascal construyó su famosa máquina para ayudar a su padre en los numerosos cálculos que tenía que realizar para calcular una curva que descubrió y que tiene la forma de un caracol.


Este descubrimiento condujo al gran matemático Leibniz a construir otra más compleja.


Godofredo Guillermo Leibniz (1646-1716). Matemático alemán. Construyó una calculadora superior a la de Pascal, ya que además de sumar y restar, multiplicaba y dividía.


Al comparar su máquina con la de Pascal, Leibniz dice: 'En primer lugar, debe entenderse que la máquina contiene dos partes, una destinada a la adición (resta), y otra a la multiplicación (división) y que las dos se encuentran unidas. La máquina de sumar (restar) coincide completamente con la caja de Pascal.'


Refiriéndose a las aplicaciones de su computadora, Leibniz dice: 'Tampoco los astrónomos tendrán que continuar ejercitando la paciencia que se requiere para realizar computaciones. Esta máquina los liberará de los cálculos necesarios para hacer o corregir tablas, al calcular las efemérides, y al discutir las observaciones con otras personas. Porque es indigno que hombres excelentes pierdan horas, como si fueran esclavos, en trabajos de cálculo que pueden ser ejecutados eficientemente por otras personas, si se emplean máquinas computadoras.'


En 1673 construyó la tercera máquina para Pedro el Grande, quien la mandó al emperador de China para mostrarle los avances del arte y la industria de los europeos.


Una de sus máquinas existe y se encuentra enla Biblioteca del Estado de Hannover.


Una de las ramas de las matemáticas que desarrolló y que publicó en forma de libro De arte combinatorica (1666) tuvo un papel fundamental en la gestación de las computadoras modernas.


Su computadora se empleó ampliamente durante tres siglos, y sólo desde hace unas décadas está siendo sustituida por las computadoras electrónicas.


Avances de la computadora mecánica


José María Jacquard (1752-1834). Tejedor de seda francés e inventor. Producto de la Revolución francesa, dio el primer paso en la construcción de robots mecánicos al idear y construir un telar en el que, por medio de tarjetas perforadas, controlaba el diseño y los colores de un tejido. El método de tarjetas perforadas se emplea actualmente en la operación de las modernas computadoras.


Dio a conocer su invento en 1801 y para 1812 había en Francia 11 000 telares Jacquard.


Un telar consiste en una serie de hilos paralelos de colores y de una o varias lanzaderas con hilos que se mueven perpendicularmente a los hilos. Para producir un diseño, el operario debe saber qué hilos deben quedar arriba y cuáles abajo, antes de que se mueva la lanzadera. Por medio de una serie de tarjetas de cartón, perforadas adecuadamente, Jacquard permitía que pasaran o no unas agujas que subían los hilos en forma automática, según el deseo del 'programador' del diseño. Cuando todos los cartones de la cadena habían pasado, el diseño se repetía (Figura 37).



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Figura 37. Esquema del funcionamiento del telar de Jacquard en el que, parasimplificar la figura, se muestran sólo tres hilos. Las agujas que penetran en las perforaciones de las tarjetas son las que levantan los hilos.


Si se quería repetir el diseño con otros colores, debían cambiarse los colores de los hilos paralelos.


Este invento tuvo una enorme trascendencia en la creación de las modernas computadoras.


Abraham Stern (1769-1842). Matemático polaco. Construyó una computadora que ejecutaba las cuatro operaciones aritméticas y además encontraba la raíz cuadrada de un número con resultado de seis cifras. Su máquina la describió en una conferencia de la Societas Scientiarum Varsovienesis en 1817 y fue publicado en los Anales de la Sociedad.


Léon Bollée (francés) en 1820 construyó una computadora que tenía un dispositivo para almacenar la tabla de multiplicar, con lo que se evitaba tener que realizar sumas sucesivas para ejecutar una multiplicación.


Carlos Babbage (1791-1871). Astrónomo y matemático inglés. Aun con las calculadoras de Leibniz, los científicos continuaban dedicando muchas horas al cálculo de tablas de efemérides y de logaritmos. Babbage ideó una calculadora que imprimiera directamente los resultados del cálculo de polinomios y a esta máquina se le llamó máquina de diferencias.


Babbage ideó una moderna computadora, la máquina analítica, en la que los datos y el programa se introducían por medio de tarjetas perforadas como las del telar de Jacquard.


Las máquinas que trató de construir Babbage no tuvieron éxito, porque antes de terminarlas se le ocurrían mejoras, por lo quesuspendía su construcción e iniciaba la de una nueva máquina. Sus ideas sirvieron para que otras personas construyeran computadoras más poderosas.


Pedro Jorge Scheutz (1785-1873). Inventor sueco. Diseñó y construyó la primera máquina de diferencias que trabajó satisfactoriamente. En 1854 fue mostrada en Londres y posteriormente en la Gran Exhibición de París, donde fue comprada por el Observatorio de Dudley del Estado de Nueva York. Actualmente se encuentra en el Museo Smithsonian en Washington.


La máquina de Scheutz calculaba polinomios de cuarto grado, trabajando con catorce cifras y podía imprimir sus propias tablas.


Vannevar Bush (1890-1974). Ingeniero norteamericano. En 1931 construyó una de las últimas computadoras mecánicas, la llamada analizador diferencial en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y se empleó para obtener la solución de un problema de radiación cósmica del mexicano Sandoval Vallarta y del belga Lemaitre.


La computadora electrónica


La primera persona que construyó una computadora empleando los tubos electrónicos de De Forest fue un profesor de física del Colegio Estatal de Iowa, Juan Atanasoff.


Atanasoff se dio cuenta de que empleando bulbos electrónicos se podían realizar multiplicaciones en fracciones de segundo, mientras que con las calculadoras mecánicas se necesitaban varios segundos. Esto se debe a que el movimiento de engranes o relevadores electromecánicos, por la materia o masa que tienen, requieren de un tiempo grande para moverse, mientras que los electrones que se mueven en un bulboelectrónico lo hacen casi instantáneamente.


En 1941, Atanasoff y Clifford Berry construyeron una computadora electrónica que empleaba 300 bulbos electrónicos.


La computadora ENIAC


La primera gran computadora fue la ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) que entró en operación en 1945. Contenía 18 000 bulbos, 70 000 resistencias, 10 000 condensadores y 6 000 interruptores. Medía treinta metros de frente por tres metros de altura. Actualmente se encuentra en el Museo Smithsonian. Las computadoras electrónicas emplean el sistema numérico de base dos, o sea que al calcular, en vez de diez dígitos (del 0 al 9), emplean dos, el cero y el uno. La tabla de equivalencias de los primeros números es:


 

|0 |0 |
|1 |1 |
|2 |10 |
|3 |11 |
|4 |100 |
|5 |101 |
|6 |110 |
|7 |111 |
|8 |1 000 |
|9 |1001 |
|10 |1 010 |
|11 |1 011 |


 


La necesidad de emplear el sistema numérico binario se debe a que en los circuitos electrónicos empleados los bulbos electrónicos, o conducen (uno), o no conducen (cero) y en los relevadores empleados como memoria, o estaban cerrados (uno), o estaban abiertos (cero).


Esta máquina, que tenía muchos defectos, era quinientas veces más rápida que las máquinas electromecánicasexistentes. Fue creada por un equipo de científicos y técnicos bajo la dirección de John Ecker y John Mauchly.


La computadora ENIAC podía realizar en un segundo 5 000 sumas o 500 multiplicaciones y generaba tablas de senos y consenos.


Juan von Neumann (1903-1957). Matemático y físico húngaro, nacionalizado norteamericano. Diseño la computadora llamada Von Neumann o lAS, en el Institute of Advanced Study de la Universidad de Princeton, EUA.


La computadora fue construida de 1946 a 1951 y en 1952 trabajó satisfactoriamente. Las computadoras construidas posteriormente han seguido el diseño de esta computadora, consistente en un procesador central único, ligado a un banco de memoria por canales de comunicación, que a su vez controlan que las operaciones a realizar se efectúen una por una, en serie.


La computadora Von Neumann, por ser de bulbos, correspondió a lo que hoy se llama la primera generación.


Desarrollo de las computadoras


Las computadoras electromecánicas casi no tenían memoria y los datos se introducían con tarjetas perforadas. Podían hacer una o dos operaciones aritméticas en un segundo.


Computadoras electrónicas de primera generación. Usaban tubos electrónicos. La entrada y salida de datos se realizaba por medio de tarjetas perforadas. Los datos se almacenaban en tambores magnéticos. Podía realizar mil operaciones en un segundo. Se desarrollaron de 1946 a 1960.


Computadoras electrónicas de segunda generación. Con el descubrimiento del transistor, se diseñaron las computadoras de segunda generación, quetenían la gran ventaja de ser mucho más pequeñas. Por no usar filamentos requerían menor número de reparaciones y su consumo de energía era mucho menor. Podían realizar un millón de operaciones en un segundo. Empleaban núcleos de ferrita en la memoria principal. La memoria secundaria era de cinta magnética. Los datos entraban a la máquina por medio de tarjetas perforadas o por medio de cintas magnéticas. La salida era por medio de impresoras de líneas.


Estas computadoras se desarrollaron de 1960 a 1964.


Computadoras electrónicas de tercera y cuarta generación. Pronto se produjeron circuitos integrados, con varios transistores en una sola pastilla, lo que dio origen a la tercera generación de computadoras mucho más pequeñas y confiables.


Emplearon en la memoria secundaria discos magnéticos y una computadora tenía varias terminales o sea que varias personas podían estar usando la computadora al mismo tiempo y a todos les proporcionaba resultados (tiempo compartido). Estas máquinas realizaban mil millones de operaciones en un segundo y podían trabajar con diversos idiomas de computadora (Fortran, Cobol, Basic, etc).

En la actualidad, aún siguiendo los lineamientos de Von Neumann, vivimos la etapa de las computadoras de cuarta generación, en las que una pastilla (chip), Posee muchos circuitos, cada uno de los cuales contiene un número enorme de transistores y otras componentes electrónicas. Calculadoras y una computadora muy pequeña construida con estas pastillas se muestran en la figura 38.



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Figura 38. Pequeñacomputadora y modernas calculadoras.

Una computadora actual del tamaño llamado libro book computer es mucho más poderosa que la gran computadora ENIAC o la que diseño Von Neumann.


Una computadora moderna puede realizar un millón de millones de operaciones en un segundo y atender a cientos de terminales que operan a la vez con tiempo compartido.


El desarrollo de microcomputadoras con gran memoria y velocidad pueden hacer obsoleto el uso de muchas terminales con tiempo compartido, sobre todo porque el precio de estos equipos ha bajado notablemente.


El desarrollo de los robots para su uso en la industria ha sido notable. Existen en el comercio tornos y fresadoras mecánicas en las que las tareas que van a realizar se programan y se ejecutan por medio de una computadora (Figura 39).



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Figura 39. Fresadora mecánica controlada por medio de una computadora perteneciente al Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México.


No existe una línea clara que divida en el tiempo a la tercera generación, que se inició en 1964, y la cuarta generación en la que vivimos.


Computadoras de la quinta generación. Actualmente están en desarrollo las computadoras de la quinta generación, que serán las primeras en diferir del modelo Von Neumann y que realizarán los cálculos en paralelo (muchos a la vez), en vez de uno por uno.


Por su capacidad de aprender a tomar decisiones, su gran velocidad y la enorme memoria de que dispondrán en pequeños discos, se dice que estas computadoras del futuro dispondrán de inteligenciaartificial.