martes, 24 de abril de 2012

Maquina analítica



La máquina analítica  
es el diseño de un computador moderno de uso general realizado por el profesor británico de matemáticas Charles Babbage, que representó un paso importante en la historia de la computación. Fue inicialmente descrita en 1816, aunque Babbage continuó refinando el diseño hasta su muerte en 1872. La máquina no pudo ser construida debido a razones de índole político, hubo detractores por un posible uso de la máquina para fines bélicos. Computadores que fueran lógicamente comparables a la máquina analítica sólo pudieron ser construidos 100 años más tarde.
Algunos piensan que las limitaciones tecnológicas de la época eran un obstáculo que hubiera impedido su construcción; otros piensan que la tecnología de la época alcanzaba para construir la máquina de haberse obtenido financiamiento y apoyo político al proyecto.
El primer intento de Charles Babbage para diseñar una máquina fue la máquina diferencial, que fue un computador diseñado específicamente para construir tablas de logaritmos y de funciones trigonométricas evaluando polinomios por aproximación. Si bien este proyecto no vio la luz por razones económicas y personales, Babbage comprendió que parte de su trabajo podía ser aprovechado en el diseño de un computador de propósito general, de manera que inició el diseño de la máquina analítica.
La máquina analítica debía funcionar con un motor a vapor y hubiera tenido 30 metros de largo por 10 de ancho. Para la entrada de datos y programas había pensado utilizar tarjetas perforadas. La salida debía producirse por una impresora, un equipo de dibujo y una campana. La máquina debía también perforar tarjetas que podrían ser leídas posteriormente. La máquina analítica trabajaba con una aritmética de coma fija en base 10, poseía una memoria capaz de almacenar 1.000 números de 50 dígitos cada uno. Una unidad aritmética estaría encargada de realizar las operaciones aritméticas.
 Se utilizaban tres tipos diferentes de tarjetas perforadas: una para operaciones aritméticas, una para constantes numéricas y otra para operaciones de almacenamiento y recuperación de datos de la memoria, y la transferencia de datos entre la unidad aritmética y la memoria. Se disponía de tres lectores diferentes para los tres tipos de tarjetas.
La maquina conto con diversos problemas a la hora de su construcción, y por lo tanto nunca llego a ser construida. Aunque los planos eran probablemente correctos, las disputas con el artesano que construyó las partes, y el fin de los fondos por parte del gobierno, la hicieron imposible de fabricar.
Principalmente, el problema era debido a los engranajes, que en esa época aún no aguantaban mucho esfuerzo, y con el calor se deformaban. Además, en 1878, un comité de la Asociación británica para el avance de la ciencia recomendó no construir la máquina analítica, por lo que Babbage no tuvo acceso a fondos del gobierno. Sin en embargo 1910, el hijo de Babbage, Henry P. Babbage informó que una parte del dispositivo de cálculo y el equipo de impresión habían sido construidos y utilizados para calcular una lista de múltiplos de Pi (con errores). Esto sólo era una pequeña parte de la máquina analítica.
La máquina analítica fue prácticamente olvidada salvo por tres inventores: Percy Ludgate, Leonardo Torres y Quevedo y Vannevar Bush que independientemente propusieron, a principios del siglo XX, diseños de máquinas analíticas basados en la de Babbage.
Los trabajos de George Stibitz en Nueva York justo antes de la Segunda Guerra Mundial y de Howard Aiken en laUniversidad de Harvard, durante y justo después de la guerra están estrechamente relacionado con el trabajo de Babbage sobre la máquina analítica. Ambos construyeron computadores estrechamente relacionados con la máquina analítica, si bien ninguno de estos equipos puede ser considerado como un computador programable moderno.

Máquina de diferencias de Babbage


Máquina de diferencias de Babbage

Una máquina diferencial es una calculadora mecánica de propósito especial, diseñada para tabular funciones polinómicas. Puesto que las funciones logarítmicas y trigonométricas pueden ser aproximadas por polinomios, esta máquina es más general de lo que parece al principio.
Es un dispositivo de naturaleza mecánica para calcular e imprimir tablas de funciones. Más concretamente, calcula el valor numérico de una función polinómica sobre una progresión aritmética obteniendo una tabla de valores que se aproxima a la función real (basado en que cualquier función puede ser aproximada por polinomios).
Esta máquina fue ideada por J. H. Mueller y redescubierta por Charles Babbage, quien no llegó a construirla.
Una reconstrucción de la Máquina Diferencial No.2 ha estado operativa desde 1991 en el Museo de Ciencia de Londres. Trabaja como Babbage la diseñó y demuestra que éste estaba acertado en su teoría, además de que era capaz de fabricar partes con la precisión requerida. Babbage falló quizá a causa de que sus diseños fueron demasiado ambiciosos.

Telar de Jacquard


Telar de Jacquard

El telar de Jacquard es un telar mecánico inventado por Joseph Marie Jacquard en 1801. El artilugio utilizaba tarjetas perforadas para conseguir tejer patrones en la tela, permitiendo que hasta los usuarios más inexpertos pudieran elaborar complejos diseños.

Aunque siempre se ha denominado telar de Jacquard, el telar en sí es la máquina inferior que intersecciona los hilos para producir la tela, mientras que lo que verdaderamente inventó Jacquard es la máquina que produce el movimiento independiente de los hilos de urdimbre para conseguir el dibujo solicitado a través de las armuras o ligamentos insertados en las diferentes zonas del tejido.

Cada tarjeta perforada correspondía a una línea del diseño, y su colocación junto con otras tarjetas determinaba el patrón (ligamento/armura) con el que el telar tejería. Cada agujero de la tarjeta correspondía con un gancho "Bolus", que tenía dos posiciones, pudiendo estar arriba o abajo. De esta manera, dependiendo de qué posición tuviera, el arnés (montura) que lleva y guía la urdimbre haría que la trama se desplazara hacia arriba o hacia abajo. De esta manera, la secuencia de subidas y bajadas del hilo termina por crear un patrón (ligamento/armura) sobre el tejido. Los ganchos o pestañas podían ser conectados a través del arnés con un determinado número de hilos, permitiendo que el patrón (camino) se repitiera más de una vez.
Un telar con 400 ganchos podía tener conectados hasta cuatro hilos por gancho, produciendo así una tela con una anchura de 1600 hilos, y con un patrón compuesto por la combinación de las repeticiones de cuatro bandas

Calculadora universal de Leibniz


Calculadora universal de Leibniz





Gottfried Wilhelm Leibniz se propuso la tarea de mejorar las máquinas de cálculo construidas hasta entonces: la de Blaise Pascal y la de Samuel Morland. El proceso fue ciertamente largo (el primer prototipo data de 1671 y el modelo definitivo es de 1694), pero el resultado fue espectacular, puesto que la Calculadora Universal de Leibniz no sólo sumaba y restaba, sino que también podía multiplicar y dividir.
Para conseguir multiplicaciones y divisiones, Leibniz ideó un dispositivo capaz de realizar múltiples sumas y restas: un contador de pasos, consistente en una rueda dentada cilíndrica con nueve dientes o varillas de longitud variable. Esta rueda dentada, en forma de tambor cilíndrico, impulsaba la maquinaria de los cálculos por medio de otra rueda menor, también dentada, que se desplazaba a lo largo de su eje por medio de un dial que marcaba el numero por el que se quería multiplicar o dividir. Así, la máquina repetía la suma o la resta el número establecido de veces, hasta conseguir la multiplicación o la división deseada. Este original dispositivo recibe el nombre de rueda escalada de Leibniz:

 El tambor cilíndrico (A) hace las veces de rueda multiplicadora. Dispone de nueve dientes o varillas de distinta longitud. La rueda dentada menor (B) se desplaza sobre su eje y sufre las revoluciones que le imprime el tambor multiplicador, según sea la posición elegida.

Máquina Aritmética


Máquina aritmética

Samuel Morland inventó una máquina aritmética que no solo realizaba operación de suma y resta, sino que también multiplicaba y dividía. Se daba entrada a los valores poniendo el estilo en el agujero correspondiente al número deseado, y haciendo rotar el disco hasta que el estilo se encontrara en la parte superior del mismo. Los resultados se podían ver a través de una pequeña ventana que se encontraba en la posición superior de cada disco.

La máquina no tenía un mecanismo de acarreo propiamente incorporado como la de Pascal. En vez de eso, cada uno de los discos principales tenía un disco auxiliar pequeño en su parte superior, de manera que cada vez que uno de los discos superiores daba una vuelta completa, un pequeño diente hacía girar al disco auxiliar una posición. Una vez completada una suma, los discos auxiliares indicaban la cantidad de acarreos que se requerían, y éstos debían agregarse manualmente.

Segunda generación de computadoras

SEGUNDA GENERACIÓN DE COMPUTADORAS

En esta generación las computadoras se reducen de tamaño y son de menor costo. Aparecen muchas compañías y las computadoras eran bastante avanzadas para su época como la serie 5000 de Burroughs y la ATLAS de la Universidad de Manchester. Algunas computadoras se programaban con cinta perforada y otras por medio de cableado en un tablero.

Características de esta generación:
  • ·         Usaban transistores para procesar información.
  • ·         Los transistores eran más rápidos, pequeños y más confiables que los tubos al vacío.
  • ·         200 transistores podían acomodarse en la misma cantidad de espacio que un tubo al vacío.
  • ·         Usaban pequeños anillos magnéticos para almacenar información e instrucciones.
  • ·         Se mejoraron los programas de computadoras que fueron desarrollados durante la primera generación.
  • ·         Se desarrollaron nuevos lenguajes de programación como COBOL y FORTRAN, los cuales eran comercialmente accesibles.
  • ·         Se usaban en aplicaciones de sistemas de reservaciones de líneas aéreas, control del tráfico aéreo y simulaciones de propósito general.
  • ·         La marina de los Estados Unidos desarrolla el primer simulador de vuelo, "Whirlwind I".
  • ·         Surgieron las minicomputadoras y los terminales a distancia.
  • ·         Se comenzó a disminuir el tamaño de las computadoras.


Primera generación de computadoras

PRIMERA GENERACIÓN DE COMPUTADORAS

En esta generación había un gran desconocimiento de las capacidades de las computadoras, puesto que se realizó un estudio en esta época que determinó que con veinte computadoras se saturaría el mercado de los Estados Unidos en el campo de procesamiento de datos. Esta generación abarco la década de los cincuenta. Y se conoce como la primera generación.

Características de esta generación:

·           Usaban tubos al vacío para procesar información
·           Usaban tarjetas perforadas para entrar los datos y los programas
·           Usaban cilindros magnéticos para almacenar información e instrucciones internas
·           Eran sumamente grandes, utilizaban gran cantidad de electricidad, generaban gran cantidad de calor y eran sumamente lentas
·            Se comenzó a utilizar el sistema binario para representar los datos


Computadoras destacadas de la primera generación:
  • ·         ENIAC

Es un acrónimo que significa Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Electrónico). Fue utilizada por el Laboratorio de Investigación Balística del Ejército de los Estados Unidos.
Es considerada la primera computadora electrónica de propósito general. Era totalmente digital, es decir, que ejecutaba sus procesos y operaciones mediante instrucciones en lenguaje máquina, a diferencia de otras máquinas computadoras contemporáneas de procesos analógicos. Fue presentada en público el 15 de febrero de 1946.
La ENIAC fue construida en la Universidad de Pennsylvania por John Presper Eckert y John William Mauchly, ocupaba una superficie de 167 m² y operaba con un total de 17.468 válvulas electrónicas o tubos de vacío que a su vez permitían realizar cerca de 5000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo.
La ENIAC elevaba la temperatura del local a 50 °C. Era preciso cambiar, conectar y reconectar los cables como se hacía en las centrales telefónicas.
ENIAC utilizaba válvulas termoiónicas de base octal, comunes en su época; los acumuladores decimales se hacían con válvulas 6SN7, mientras que las válvulas 6L7, 6SJ7, 6SA7 y 6AC7 se usaban para funciones lógicas. Numerosas válvulas 6L6 y 6V6 se usaron como guiadoras de impulsos entre los cables que conectaban cada rack del ENIAC.
En octubre de 1955, la ENIAC fue desactivada para siempre.

  • ·         MARK I

El IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), más conocido como Harvard Mark I o Mark I, fue el primer ordenador electromecánico, construido en la Universidad de Harvard por Howard H. Aiken en 1944, con la subvención de IBM.
Medía unos 15,5 metros de largo, unos 2,40 metros de alto y unos 60 centímetros de ancho, pesaba aproximadamente unas cinco toneladas. Tenía cubiertas de cristal que dejaban que se admirara toda la maquinaria de su interior.
Empleaba señales electromagnéticas para mover las partes mecánicas. Tomaba de 3 a 5 segundos por cálculo y la secuencia de cálculos no se podía cambiar, pero ejecutaba operaciones matemáticas básicas y cálculos complejos de ecuaciones sobre el movimiento parabólico de proyectiles. La Mark I recibía sus secuencias de instrucciones (programas) y sus datos a través de lectoras de cinta perforada de papel y los números se transferían de un registro a otro por medio de señales eléctricas. El tiempo mínimo de transferencia de un número de un registro a otro y en realizar cada una de sus operaciones básicas (resta, suma, multiplicación y división) era de 0,3 segundos. Aunque la división y la multiplicación eran más lentas. La capacidad de modificación de la secuencia de instrucciones con base en los resultados producidos durante el proceso de cálculo era pequeña: para cambiar de una secuencia de instrucciones a otra era costoso, ya que la máquina se tenía que detener y que los operarios cambiaran la cinta de control. Por tanto, se considera que la Mark I no tiene realmente saltos incondicionales.

  • ·         EDVAC

La Electronic Discrete Variable Automatic Computer fue una de las primeras computadoras electrónicas. A diferencia de la ENIAC, no era decimal, sino binaria y tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado. Este diseño se convirtió en el estándar de arquitectura para la mayoría de las computadoras modernas.
El diseño de la EDVAC fue desarrollado aún antes de que la ENIAC fuera puesta en marcha y tenía la intención de resolver muchos de diseño de ésta última. Así como la ENIAC, la EDVAC fue construida por el laboratorio de investigación de balística de Estados Unidos de la universidad de Pensilvania . A los diseñadores de la ENIAC, J. Presper Eckert y John William Mauchly se les unió el gran matemático John von Neumann. Un contrato para construirla fue firmado en abril de 1946 con un presupuesto inicial de 100.000 USD. El costo de la EDVAC fue similar al de la ENIAC, justo por debajo de los 500.000 USD.
La computadora constaba de los siguientes componentes: un lector-grabador de cinta magnética, una unidad de control con osciloscopio, una unidad para recibir instrucciones del control y la memoria y para dirigirlas a otras unidades, una unidad computacional para realizar operaciones aritméticas en un par de números a la vez y mandarlos a la memoria después de corroborarlo con otra unidad idéntica, un cronómetro, y una unidad de memoria dual.
La EDVAC poseía físicamente casi 6.000 tubos de vacío y 12.000 diodos. Consumía 56 kilowatts de potencia. Cubría 45,5 m² de superficie y pesaba 7.850 kg.
El personal operativo consistía de treinta personas para cada turno de ocho horas.
Fue entregada al laboratorio militar en agosto de 1949 y después de varios ajustes, comenzó a operar hasta 1951. En 1960 corría por más de 20 horas diarias con lapsos sin error de 8 horas, en promedio. Recibió varias actualizaciones, incluyendo un dispositivo de entrada/salida de tarjetas perforadas en 1953, memoria adicional en un tambor magnético en 1954 y una unidad de aritmética de coma flotante en 1958. El ordenador corrió hasta 1961 cuando fue reemplazada por BRLESC. En su vida, demostró ser altamente confiable y productiva.
  • ·         UNIVAC I

La UNIVersal Automatic Computer IComputadora Automática Universal I fue la primera computadora comercial fabricada en Estados Unidos. Fue diseñada principalmente por J. Presper Eckert y John William Mauchly, también autores de la segunda computadora electrónica estadounidense, la ENIAC. Durante los años previos a la aparición de sus sucesoras, la máquina fue simplemente conocida como "UNIVAC". Se donó a la universidad de Harvard y Pensilvania. Fue la primera computadora fabricada para un propósito no militar, desde el año 1951.
 Su valor estaba entre 1 millón y 1 millón y medio de dólares, que actualizado seria de 6 millones y medio a 9 millones. Era una computadora que pesaba 7.250 kg aproximadamente, estaba compuesta por 5000 tubos de vacío, y podía ejecutar unos 1000 cálculos por segundo. Podía hacer sumas de dos números de diez dígitos cada uno, unas 100000 por segundo. Funcionaba con un reloj interno con una frecuencia de 2,25 MHz. Tenía memorias de mercurio, que no permitían el acceso inmediato a los datos, pero tenían más fiabilidad que los tubos de rayos catódicos, que son los que se usaban normalmente.
El UNIVAC I fue la primera computadora diseñada desde el principio para su uso en administración y negocios. UNIVAC competía directamente con las máquinas de tarjeta perforada hechas principalmente por IBM. Algunos sistemas UNIVAC permanecieron en servicio durante mucho tiempo, de hecho bastante después de haberse vuelto obsoletos.

  • ·         MANIAC I y II

La  Mathematical Analyzer Numerator Integrator And Computer fue una de las primeras computadoras, fue construida bajo la dirección de Nicholas Metropolis en el Los Alamos Scientific Laboratory. Estaba basada en la arquitectura de von Neumann, desarrollada por John Presper Eckert y John William Mauchly. Como todas las computadoras de su era, era una máquina única en su tipo que no permitía intercambiar programas con otras computadoras. Metropolis eligió el nombre MANIAC con la esperanza de terminar con la moda de nombrar a las máquinas con acrónimos tontos, cosa que no fue del todo efectiva. MANIAC operó con éxito en marzo de 1952. Siendo reemplazada por la máquina MANIAC II en 1957.
La Mathematical Analyzer Numerical Integrator and Computer Model II fue una computadora de primera generación, construida en 1957 para ser usada por Los Alamos Scientific Laboratory. MANIAC II fue construida por la Universidad de California y Los Alamos Scientific Laboratory, completándose su armado en 1957. Su unidad aritmética tenía 2,850 válvulas de vacío y 1,040 diodos. En total tenía 5,190 válvulas de vacío, 3,050 diodos, y 1,160 transistores.
Tenía una memoria con capacidad para 4,096 palabras en núcleos magnéticos (con un tiempo de acceso de 2.4 microsegundos), que era suplementado por 12,288 palabras de memoria residentes en tubos de Williams (con un tiempo de acceso de 15 microsegundos). Cada palabra tenía 48 bits. Su tiempo promedio de multiplicación era 180 microsegundos y el de división era 300 microsegundos. Uno de los productos de la MANIAC II fue la tabla de números que se publicó en el libro "The 3-j and 6-j Symbols" de Manuel Rotenberg et. al., publicado en 1959. Ese libro contiene una breve descripción de los programas utilizados en la computadora, y los dispositivos de entrada y salida utilizados en la producción del libro.

  • ·         UNIVAC II

 El UNIVAC II fue una mejora de la UNIVAC I. Las mejoras incluyen la memoria de base de 2000 a 10000 palabras, unidades de cinta que se podría utilizar en cualquiera de los viejos UNIVAC I, cintas de metal o de las nuevas cintas de PET , y algunos de los circuitos de transistorizado (a pesar de que todavía era un tubo de vacío de computadora). Era totalmente compatible con los programas de UNIVAC I de código y datos.