Generaciones de las computadoras

Primera Generación: Válvulas de vacío (1945-1955).

Para el momento en que Howard Aiken había terminado la Mark II, las computadoras basadas en relés ya eran obsoletas. El principal estímulo para desarrollar computadoras electrónicas estuvo en la segunda guerra mundial. Los submarinos alemanes, que destruían a la flota inglesa, se comunicaban por radio con sus almirantes en Berlín. Los británicos podían captar las señales de radio, pero los mensajes estaban encriptados usando un dispositivo llamado ENIGMA. La inteligencia británica había podido obtener una máquina ENIGMA robada a los alemanes, pero para quebrar los códigos era necesaria una gran cantidad de cálculo, que debía hacerse a alta velocidad.

Existen cinco componentes básicos: la memoria, la Unidad Aritmético/Lógica, la Unidad de Control de Programas, y el equipamiento de Entrada/Salida.
La Unidad Aritmético-Lógica ejecuta las operaciones básicas, y contiene un registro acumulador de 40 bits (que también se usa se usa para entrada/salida). Las operaciones se hacen sobre datos binarios.
La memoria almacena datos e instrucciones, y consistía de 4096 palabras de 40 bits. Cada palabra contenía dos instrucciones de 20 bits, o un entero con 39 bits y signo. Las instrucciones usaban 8 bits para el tipo de instrucciones, y 12 bits para especificar direcciones de memoria.
La Unidad de control interpreta las instrucciones en memoria, y hace que se ejecuten. El equipamiento de entrada/salida era operado por la Unidad de Control.
La computadora opera de la siguiente forma:
1. La Unidad de Control sigue el flujo del programa y hace que se ejecute;
2. La salida de datos se hace a través del registro acumulador;
3. Se usa aritmética binaria
4. La ALU hace las operaciones aritmético/lógicas usando lógica bit-parallel.
En este año también se pone operativa la EDVAC , así como la ILLIAC I (de la Universidad de Illinois) y la ORDVAC (construida por la armada): todas usan la arquitectura de Von Neumann. La ILLIAC (una copia mejorada de la ORDVAC) tenía 1024 palabras de 40 bits. En estas máquinas una suma tardaba nos 72 microsegundos, mientras que las multiplicaciones de punto fijo tenían un promedio de unos 700 microsegundos.
Durante todos estos desarrollos, IBM se había transformado en una pequeña compañía que producía perforadoras de tarjetas y ordenadoras mecánicas de tarjetas. IBM no se interesó en producir computadoras, hasta que en 1952 produjo la IBM 701. Esta computadora tenía 2K de palabras de 36 bits, con dos instrucciones por palabras. Fue la primera de una serie de computadoras científicas que dominaron la industria en la década siguiente.
En 1955 apareció la 704, que tenía 4K de memoria y hardware de punto flotante.
En 1953, la IBM 650 sale a la venta, y fue la primer computadora fabricada en serie.

Para decodificar estos mensajes, el gobierno británico construyó un laboratorio para construir una computadora, llamada COLOSSUS. Alan Turing, T. Flowers y M. Newman construyeron esta computadora (1943), que fue la primer computadora electrónica de la historia. Estaba construida de válvulas de vacío y no tenía dispositivos electromecánicos. A pesar de ello, al ser un secreto militar, su construcción no tuvo ninguna influencia posterior.
En EE.UU., simultáneamente, había interés de la armada para obtener tablas que pudieran usarse para mejorar la precisión en los disparos de artillería pesada (en particular para armas antiaéreas), ya que hacerlos manualmente era tedioso y frecuentemente con errores.

Segunda Generación: Transistores (1955-1965).

La primer computadora puramente basada en transistores fue la TX-0 (Transitorized eXperimental computer 0), en el MIT. Esta fue un dispositivo usado para probar la TX-2. Uno de los ingenieros trabajando en este laboratorio, Kenneth Olsen, abandonó el laboratorio para formar la compañía DEC (Digital Equipment Company).

En 1956, IBM introduce el primer disco duro. En el mismo año, se diseña la primer computadora comercial UNIVAC puramente basada en transistores.
En 1957 la EDSAC 2 estuvo operativa. Era una computadora con 1024 palabras de 40 bits, con dos órdenes por palabras. Estaba hecha con válvulas, y la memoria usaba núcleos de ferrita. La ALU era bit-sliced. Se incluyeron operaciones de punto flotante para hacer los cálculos más simples, que usaba una fracción de 32 bits y un exponente de 8 bits. La computadora era microprogramada, con una ROM 768 palabras. La ROM permitía que diversas subrutinas útiles (seno, coseno, logaritmos, exponenciales) estuvieran siempre disponibles. La memoria fija incluía un ensamblador y un conjunto de subrutinas de impresión que permitían hacer entrada/salida.
Los microprogramas permitieron que las órdenes pudieran ser diseñadas cuidadosamente, menos dependientes de accidentes del hardware. La computadora ejecutaba una instrucción simple en unos 20 microsegundos, y una multiplicación precisaba 250 microsegundos. La lectora de papel leía 1000 caracteres por segundo, y la perforadora perforaba 300 caracteres por segundo. La salida se seguía imprimiendo en una telelimpresora.
En el mismo año, la computadora ERMETH se construyó en el ETH en Zurich. Tenía palabras de 16 dígitos decimales, cada uno de los cuales contenía dos instrucciones y un número de punto fijo de 14 dígitos o un número de punto flotante con una mantisa de 11 dígitos. Una suma de punto flotante tomaba 4 milisegundos; una multiplicación, 18 milisegundos. Tenía un tambor magnético que podía almacenar 1000 palabras. La máquina tenía unos 1900 válvulas de vacío y unos 7000 diodos de germanio.

En 1964, aparece el primer modelo de la computadora IBM 360. IBM había construido una versión con transistores de la 709, llamada 7090, y posteriormente la 7094. Esta tenía un ciclo de instrucción de 2 microsegundos, y 32K palabras de 36 bits. Estas computadoras dominaron la computación científica en los '60s.
IBM también vendía una computadora orientada a negocios llamada 1401. Esta podía leer cintas magnéticas, leer y perforar tarjetas, e imprimir. No tenía registros ni palabras de longitud fija. Tenía 4K de bytes de 8 bits cada uno. Cada byte contenía un caracter de 6 bits, un bit administrativo, y un bit para indicar un fin de palabra. La instrucción de movimiento de memoria a memoria movía datos de la fuente al destino hasta que encontraba el bit de fin de palabra prendido.
El problema era la incompatibilidad de ambas computadoras: era imposible compartir el software, y de hecho era necesario tener dos centros de cómputos separados con personal especializado. La IBM System/360 fue una computadora diseñada con múltiples propósitos. Era una familia e computadoras con el mismo lenguaje de máquina, pero mayor potencia. El software escrito en cualquiera de los modelos ejecutaba directamente en los otros (el único problema era que, al portar un programa de una versión poderosa a una versión anterior, el programa podía no caber en memoria). Todas las IBM 360 proveían soporte para multiprogramación. También existían emuladores de otras computadoras, para poder ejecutar versiones de ejecutables de otras máquinas sin ser modificados. Tenía un espacio de direcciones de 16 megabytes.

Tercera Generación: Circuitos Integrados (1965-1980)

Como fue mencionado, a fines de los años '50, ingenieros en Fairchild Semiconductor Co. y en Texas Instrument desarrollaron el primer transistor plano, y mas adelante el primer circuito integrado plano. La invención del circuito integrado reveló el potencial para extender el costo y los beneficios de operación de los transistores a todos los circuitos producidos en masa. La invención del circuito integrado permitió que docenas de transistores se pusieran en el mismo chip. Este empaquetamiento permitió construir computadoras más pequeñas, rápidas y baratas que sus predecesores con transistores. Las primeras versiones de la IBM 360 eran transistorizadas, pero las versiones posteriores no solo eran más rápidas y poderosas, sino que fueron construidas en base a circuitos integrados.
En 1965, Gordon E. Moore (fundador de Fairchild, y patentador del primer circuito integrado) cuantificó el crecimiento sorprendente de las nuevas tecnologías de semiconductores. Dijo que los fabricantes habían duplicado la densidad de los componentes por circuito integrado a intervalos regulares (un año), y que seguirían haciéndolo mientras el ojo humano pudiera ver.
En 1967, Fairchild introduce un chip que contenía una ALU de 8 bits: el 3800. En 1968, Gordon Moore, Robert Noyce y Andy Grove establecen la compañía Intel, que en un principio se dedica a fabricar chips de memoria. En este mismo año, la computadora CDC 7600 logra la velocidad de 40 Mflops..

En el año 1969, el departamento de defensa de los EE.UU. encarga la red Arpanet con el fin de hacer investigación en redes amplias, y se instalan los primeros cuatro nodos (en la UCLA, UCSB, SRI y Universidad de Utah). También se introduce el estándar RS-232C para facilitar el intercambio entre computadoras y periféricos.
En 1970 aparecen los discos flexibles y las impresoras margarita. También comienza a usarse la tecnología de MOS (Metal-Oxide semiconductor) para circuitos integrados más pequeños y baratos. En 1971, Intel fabrica el microprocesador de 4 bits 4004, la primer computadora en un solo chip. Su objetivo era ser usado para una calculadora. Ya en 1972, Intel fabrica el 8008, primer microprocesador de 8 bits (que es reemplazado por el 8080, debido al límite de memoria de 16k impuesto por los pins en el chip).

En 1973, las técnicas de integración a gran escala (LSI - Large Scale Integration) permiten poner 10.000 componentes en un chip de 1 cm. cuadrado. En el mismo año, John Metcalfe propone el protocolo Ethernet para comunicación en redes locales. En 1975, la primer computadora personal, la Altair 8800, aparece en la revista Popular Electronics, explicando cómo construirla. También en ese año, IBM introduce la primer impresora láser.

Las microcomputadoras o Computadoras Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Un microprocesador es "una computadora en un chip", o sea un circuito integrado independiente. Las PC´s son computadoras para uso personal y relativamente son baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares.
El término PC se deriva de que para el año de 1981, IBM, sacó a la venta su modelo "IBM PC", la cual se convirtió en un tipo de computadora ideal para uso "personal", de ahí que el término "PC" se estandarizó y los clones que sacaron posteriormente otras empresas fueron llamados "PC y compatibles", usando procesadores del mismo tipo que las IBM , pero a un costo menor y pudiendo ejecutar el mismo tipo de programas. Existen otros tipos de microcomputadoras , como la Macintosh, que no son compatibles con la IBM, pero que en muchos de los casos se les llaman también "PC´s", por ser de uso personal. Microprocesador El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo.

                                               Quinta generación de computadoras.
La quinta generación de computadoras, también conocida por sus siglas en inglés, FGCS (de Fifth Generation Computer Systems) fue un ambicioso proyecto lanzado por Japón a finales de la década de 1970. Su objetivo era el desarrollo de una nueva clase de computadoras que utilizarían técnicas y tecnologías de inteligencia artificial tanto en el plano del hardware como del software,^[1] usando el lenguaje PROLOG^{[2] [3] [4]} al nivel del lenguaje de máquina y serían capaces de resolver problemas complejos, como la traducción automática de una lengua natural a otra (del japonés al inglés, por ejemplo).
Como unidad de medida del rendimiento y prestaciones de estas computadoras se empleaba la cantidad de LIPS (Logical Inferences Per Second) capaz de realizar durante la ejecución de las distintas tareas programadas. Para su desarrollo se emplearon diferentes tipos de arquitecturas VLSI (Very Large Scale Integration).
El proyecto duró once años, pero no obtuvo los resultados esperados: las computadoras actuales siguieron así, ya que hay muchos casos en los que, o bien es imposible llevar a cabo una paralelización del mismo, o una vez llevado a cabo ésta, no se aprecia mejora alguna, o en el peor de los casos, se produce una pérdida de rendimiento. Hay que tener claro que para realizar un programa paralelo debemos, para empezar, identificar dentro del mismo partes que puedan ser ejecutadas por separado en distintos procesadores. Además, es importante señalar que un programa que se ejecuta de manera secuencial, debe recibir numerosas modificaciones para que pueda ser ejecutado de manera paralela, es decir, primero sería interesante estudiar si realmente el trabajo que esto conlleva se ve compensado con la mejora del rendimiento de la tarea después de paralelizarla.

A través de las múltiples generaciones desde los años 50, Japón había sido el seguidor en términos del adelanto y construcción de las computadoras basadas en los modelos desarrollados en los Estados Unidos y el Reino Unido. Japón, a través de su Ministerio de Economía, Comercio e Industria (MITI) decidió romper con esta naturaleza de seguir a los líderes y a mediados de la década de los 70 comenzó a abrirse camino hacia un futuro en la industria de la informática. El Centro de Desarrollo y Proceso de la Información de Japón (JIPDEC) fue el encargado llevar a cabo un plan para desarrollar el proyecto. En 1979 ofrecieron un contrato de tres años para realizar estudios más profundos con la participación conjunta de empresas de la industria dedicadas a la tecnología e instituciones académicas, a instancias de Hazime Hiroshi. Fue durante este período cuando el término "computadora de quinta generación" comenzó a ser utilizado.

                                            Sexta generacion de las computadoras.
Como supuestamente la sexta generación de computadoras está en marcha desde principios de los años noventas, debemos por lo menos, esbozar las características que deben tener las computadoras de esta generación. También se mencionan algunos de los avances tecnológicos de la última década del siglo XX y lo que se espera lograr en el siglo XXI. Las computadoras de esta generación cuentan con arquitecturas combinadas Paralelo / Vectorial, con cientos de microprocesadores vectoriales trabajando al mismo tiempo; se han creado computadoras capaces de realizar más de un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo (teraflops); las redes de área mundial (Wide Area Network, WAN) seguirán creciendo.