Unidad 1 / Escenario 2
Lectura fundamental
Arquitectura del computador
Contenido
1
2
3
4
5
6
7
Generación 0: El concepto de computador
Generación 1: Primeros computadores electrónicos
Generación 2: Computadores con dispositivos semiconductores
Generación 3: Computadores con circuitos integrados
Generación 4: El computador personal (PC)
Generación 5: Actualidad y nuevas tendencias
Proyecto números primos
Palabras clave: historia de la computación, computador, informática.
Antes de profundizar en la arquitectura de un sistema de cómputo es de suma importancia
comprender el origen y evolución del mismo; esto permitirá no solo aumentar el conocimiento
contextual sobre el tema, sino entender y justificar las tendencias actuales en este campo.
Para abordar este viaje al pasado de los computadores, se establecen tres enfoques principales: las
tecnologías disponibles en cada época, los personajes y pensadores influyentes y los productos que
fueron presentados en cada hito o momento histórico. Así se logrará una visión integral que permitirá
relacionar hechos diversos y algunos muy populares para hacer la historia aún más interesante.
De esta manera, es muy importante recordar que la historia del computador se solapa con otras líneas
de tiempo de gran importancia como: la evolución de los semiconductores, los procesadores o la
informática. Sin embargo, no se profundizará en estas líneas por no ser el objeto de esta unidad.
1. Generación 0: el concepto de computador
Desde comienzos del siglo XVIII existía la inquietud de varios pensadores sobre la manera de
automatizar tareas, sobre todo aquellas engorrosas y repetitivas que por lo general después de ser
asimiladas se volvían triviales.
El telar de Jacquard es una invención famosa del año 1801 que permitía tejer complejos diseños de
manera sencilla y automatizada, a partir de tarjetas perforadas. De esta manera, cualquier persona
inexperta podía realizar telas con complejos diseños (Millán, y otros, 2007).
¡Recuerda!...
Ada King-Noel, conocida como Ada Lovelace fue la primera persona en
programar algoritmos ejecutables por un mecanismo artificial.
Por este tiempo, realizar cálculos era también una actividad que demandaba mucho tiempo, por lo que
antes de pensar en computadores propiamente dichos, se pensaba en calculadoras. Con este enfoque,
el matemático británico Charles Babbage propuso la máquina analítica en el año 1833, que no era más
que un complejo sistema mecánico de palancas y engranajes que permitían programar operaciones
matemáticas. Lamentablemente, Babage nunca pudo terminar de construir su invención.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
2
Sin embargo, su impacto fue tal que Ada King-Noel condesa de Lovelace e hija del famoso poeta
Lord Byron, se interesó por ésta y escribió los primeros algoritmos para la misma siendo reconocida
por ser la primera programadora de la historia.
Otra aproximación al computador fue la máquina tabuladora de Hollerith desarrollada en 1890 para
realizar el censo de aquel año en los Estados Unidos logrando reducir drásticamente el tiempo de
captura y procesamiento de los datos del mismo. Gracias a ella, Herman Hollerith es considerado
el primer informático de la historia al lograr el tratamiento automatizado de la información; de ahí el
origen de la “informática”: información automática (Dale & Lewis, 2007).
2. Generación 1: primeros computadores electrónicos
Gracias a los avances eléctricos del siglo XIX, entre los más destacados la invención de la bombilla por
Thomas Edison (precursora de las válvulas de vacío posteriormente) se logró hacer más eficientes y
poderosas a las calculadoras mecánicas existentes en esa época.
En este contexto, surgió el ENIAC (Electronical Numeric Integrator and Computer), durante los
años cuarenta (1943-1946), tristemente motivado por necesidades militares durante la segunda
guerra mundial, éste fue creado para el cálculo de trayectorias de proyectiles balísticos (Stallings,
2005). El ENIAC era totalmente digital por lo que ejecutaba procesos y operaciones en lenguaje de
máquina. Operaba gracias a más de 10 mil válvulas de vacío y ocupaba el área de una sala entera. Su
programación se realizaba a través de miles de interruptores gracias a un talentoso grupo de mujeres.
En síntesis...
Debido a las necesidades de automatización y programación de tareas,
surgen las primeras máquinas mecánicas precursoras del concepto del
computador como tal.
Debido a la coyuntura política y económica que se vivía en ese entonces gracias a la segunda guerra
mundial, rápidamente aparecieron versiones mejoradas del ENIAC con distintos propósitos tales
como el EDSAC (1949), BINAC (1949), EDVAC (1951) y el UNIVAC (1951) (Stallings, 2005).
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
3
Se destaca el EDVAC (Electronic Discret Variable Automatic Computer) por ser un computador
electrónico con programas diseñados para ser almacenados, cuya arquitectura fue diseñada con
base en el sistema binario (1s y 0s), a diferencia del ENIAC que poseía una arquitectura basada en el
sistema decimal (con los dígitos 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9), lo que a la postre se convirtió en un estándar que
hasta hoy se sigue aplicando. Así mismo, se destaca el UNIVAC (Universal Automatic Computer)
como el primer computador comercial fabricado para un propósito no militar.
Como se puede intuir, para esta época los computadores eran herramientas de estado debido a su
alto costo de fabricación, mantenimiento y puesta en marcha.
John Von Neumann, destacado matemático húngaro - estadounidense, formuló la arquitectura Von
Neumann hacia el año 1945 a partir de los avances en computación del momento como el ENIAC.
Esta arquitectura ha sido trascendental en el diseño de computadores a tal punto que al día de hoy la
mayoría de sistemas de cómputo la utilizan.
En síntesis...
Durante los años 40s y 50s se sentaron las bases de la computación
moderna, ya que surgieron computadores electrónicos gracias
a las válvulas de vacío, digitales y programables que ejecutaban
lenguajes de máquina propios y concibiendo el concepto de memoria
(almacenamiento) gracias a las tarjetas perforadas. Lo anterior fue
sintetizado y formalizado por la arquitectura de Von Neumann.
3. Generación 2: computadores con dispositivos semiconductores
La invención del transistor por parte de John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Shockley
marcó un importante hito para la historia del computador, pues permitió que fueran más pequeños,
eficientes y a la postre económicos, gracias a que estos reemplazarían las voluminosas y poco robustas
válvulas de vacío.
Era un problema común en los computadores de la época que se fundieran sus válvulas de vacío,
sobre todo al encenderlos y apagarlos, tanto así que en muchos casos era preferible dejarlos
permanentemente encendidos con el consecuente gasto de energía que implicaba que tener que
estar constantemente supervisando y cambiando sus válvulas.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
4
El PDP-1 (1959) por sus siglas en inglés Programmed Data Processor es famoso por ser el
computador donde se ejecutó el primer videojuego computarizado de la historia (Bell, Mudge, &
McNamara, 1978). Su arquitectura manejaba 18 bits y tenía cuatro mil posiciones de memoria
disponibles, así mismo, ejecutaba aproximadamente 100.000 operaciones por segundo.
A partir de aquí surgieron los primeros lenguajes de programación de alto nivel tales como Fortran y
Cobol, que inicialmente se escribían en tarjetas perforadas y posteriormente en cintas magnéticas.
En síntesis...
En esta generación los computadores redujeron su tamaño, aumentaron
su eficiencia y disminuyeron su costo, situándolos como herramientas
institucionales a las que las personas, sobre todo del ámbito académico,
podían acceder. Todo lo anterior gracias a la invención del transistor y, por
ende, de los avances en materiales semiconductores.
4. Generación 3: computadores con circuitos integrados
El desarrollo de circuitos integrados a gran escala elevó el poder de procesamiento de los computadores
a nuevos niveles. Con estos nuevos empaquetamientos surgieron los microcontroladores con diseños
y arquitecturas que seguían los mismos conceptos propuestos por Von Neumann. Así mismo, se
desarrollaron los Sistemas Operativos como respuesta a la necesidad de manejar eficientemente los
recursos de los computadores que día a día aumentaban. En la generación 3 se lanzaron lenguajes de
programación muy conocidos al día de hoy como Basic y Pascal.
Comercialmente hablando, el PDP-8 (1965) fue un exitoso representante de esta generación, ya que
logró vender más de 50.000 unidades a un precio de 16.000 dólares de la época. El PDP-8 estaba
diseñado con bloques de memoria de 12 bits (Stallings, 2005).
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
5
5. Generación 4: el computador personal (PC)
En síntesis...
La alta integración de transistores (de 100 hasta 3000) en una sola
placa y los procesos de fabricación masiva de semiconductores, permitió
la fabricación de microcontroladores a precios manejables, haciendo a
los computadores productos comercialmente accesibles y que buscaban
hacer de su programación una actividad más sencilla gracias a sets de
instrucción más grandes e intuitivos.
Se desarrollan los primeros microprocesadores, entre ellos el famoso Intel 80x86 de donde surge
la arquitectura x86 cuyo set de instrucciones sería utilizado en todos los integrantes de la familia de
procesadores Pentium de Intel.
Gracias al avance exponencial de la tecnología, específicamente de los semiconductores que
permitían procesadores y memorias más fiables y veloces, y también gracias a la fabricación en
masa de los mismos, se construyeron computadores de propósito general. Nace así el concepto de
computador personal, donde por primera vez los computadores son accesibles para la gran mayoría
de las personas. IBM materializa este concepto con su línea de computadores IBM PC, utilizando un
procesador Intel 8088 (Stallings, 2005).
En síntesis...
El PC marcó un hito en la historia de la computación debido a que por
primera vez los computadores eran accesibles para la mayoría de personas sin
que fuera necesario poseer conocimientos en programación o informática.
Esta masificación de computadores fue el comienzo de las conexiones entre
los mismos que llevarían finalmente a la aparición de la internet.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
6
6. Generación 5: actualidad y nuevas tendencias
La ley de Moore es una ley empírica propuesta por Gordon E. Moore que estima que aproximadamente
cada 24 meses se duplica la cantidad de transistores en un procesador.
Además, pronostica el aumento en la potencia de los microprocesadores y la miniaturización de los
mismos, redundado en sistemas computacionales cada vez más eficientes y más pequeños.
Gracias a este comportamiento en el avance de la tecnología surgen diferentes tendencias y
aplicaciones que prometen revolucionar la manera como vivimos actualmente y que de hecho ya han
empezado a materializarse. Algunas de estas tendencias son:
Dispositivos inteligentes:
Debido a las posibilidades tecnológicas que se ofrecen en la actualidad, sobre todo en los materiales
y procesos de fabricación de semiconductores, es posible encapsular las partes principales de un
computador (almacenamiento, procesador y las líneas de comunicación con dispositivos de entrada
y salida -periféricos-) en un solo chip, es una tendencia que se denomina System On Chip (SoC por
sus siglas en ingles).
Tener un sistema de cómputo completo montado sobre una pequeña placa permite un sin número
de aplicaciones que se traducen en arquitecturas diseñadas para la movilidad, donde prima el bajo
consumo de energía y la existencia de bloques de hardware especializados en tareas específicas.
Un ejemplo son las arquitecturas basadas en ARM, que son el estándar en celulares y dispositivos
móviles. Así mismo, tendencias como los dispositivos “vestibles” o más conocidos como Wearables
son otro claro ejemplo de esta tendencia.
Internet de las cosas:
Gracias al avance de los dispositivos inteligentes, descritos anteriormente, y al acelerado desarrollo de
la informática y las comunicaciones, surge el internet de las cosas, conocido por sus siglas en inglés
como IoT.
El internet de las cosas contempla el escenario donde todos los dispositivos que utiliza una persona
en su cotidianidad no solo sean inteligentes (Smart) sino que estén conectados entre sí y la internet
permanentemente, permitiendo que todos ellos trabajen en sincronía, ahorren energía y faciliten la
vida de sus usuarios.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
7
Big data:
debido a la gran cantidad de sensores y dispositivos inteligentes conectados y en funcionamiento
permanente se están generando grandes cantidades de datos que deben ser procesadas y
analizadas en tiempo real por servidores diseñados específicamente para tal fin. Al procesamiento,
almacenamiento y transformación de grandes cantidades de datos, se le denomina Big data.
En síntesis...
Múltiples tendencias avanzan a pasos agigantados gracias a la evolución de los
computadores. Movilidad, SoC, dispositivos inteligentes, vestibles, internet
de las cosas y big data son solo algunos de los interesantes paradigmas que
transformaran drásticamente nuestra realidad en los próximos años.
7. Proyecto: números primos
Son aquellos números enteros mayores que 1, que sólo son divisibles por sí mismos y por la unidad.
Existen distintos algoritmos para calcularlos pero a medida que las cifras aumentan, el costo de
procesamiento aumenta de manera exponencial, de ahí que sea muy complejo encontrar números
primos grandes.
No existe sucesión o serie alguna que describa el comportamiento de este conjunto de números, por
lo que se considera que muestran una distribución caótica.
La misma complejidad para encontrar números primos justifica su búsqueda, ya que son pieza
fundamental para algoritmos de encriptación utilizados por bancos y compañías de seguridad.
Euclides demostró que hay infinitos números primos, el mayor número primo conocido es:
274,207,281 − 1 (Caldwell, 2017). Lo anterior evidencia que no es una tarea trivial, y que de hecho es
requerida por la sociedad actual, tanto así que se ofrecen premios a quienes descubren los mayores
números primos.
El proyecto propuesto para la materia es una primera aproximación a este problema y pretende
indagar e implementar maneras para abordar el problema comenzando desde la estructura misma del
hardware del sistema de cómputo que lo pretende resolver.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
8
Referencias
Bell, C. G., Mudge, J. C., & McNamara, J. E. (1978). Computer Engineering: A DEC View Of
Hardware Systems Design. Bedford: Digital Equipment Corporation.
Caldwell, C. K. (4 de Mayo de 2017). The Largest Known Primes--A Summary. Obtenido de http://
primes.utm.edu/largest.html#biggest.
Dale, N., & Lewis, J. (2007). History of Computing (adapted by SLU faculty). Obtenido de History
of Computing (adapted by SLU faculty): http://cs.slu.edu/~fritts/CSCI140_F10/schedule/csci140_
history.pdf
Garcia, D., Expósito, D., García, J., Pérez, Ó., & Peréz, M. (4 de Mayo de 2017). Fundamentos del
diseño de computadores. Obtenido de http://ocw.uc3m.es/ingenieria-informatica/arquitectura-decomputadores/materiales/es-m1-01-fund-ocw.pdf
Millán, F., Sánchez, F., Salvador, J., Palou, J., Rodríguez, F., Esquena, S., & Villavicencio, H. (2007).
Historia de la robótica: de Arquitas de Tarento al robot. Actas Urológicas Españolas, 69-76.
Stallings, W. (2005). Organización y arquitectura de computadores. Madrid: Pearson Educación.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
9
INFORMACIÓN TÉCNICA
Módulo: Arquitectura del Computador
Unidad 1: Introducción a la arquitectura del computador
Escenario 2: Historia de la arquitectura del computador
Autor: Laura Juliana Cortés Rico
Asesor Pedagógico: Edwin Alcides Mojica Quintero
Diseñador Gráfico: Carlos Montoya
Asistente: Leidy Alejandra Morales Eslava
Este material pertenece al Politécnico Grancolombiano. Por
ende, es de uso exclusivo de las Instituciones adscritas a la Red
Ilumno. Prohibida su reproducción total o parcial.
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
POLITÉCNICO
GRANCOLOMBIANO
10