INTRODUCCIÓN A LA HISTORIA DE LA INFORMATICA

   En el presente trabajo abordaremos someramente la evolución, desarrollo y complejización del cálculo automático a través de la historia. Como elemento fundamental del trabajo científico, la posibilidad de mecanización de las operaciones matemáticas ha sido un objetivo largamente perseguido por profesionales de las matemáticas, ingenieros, inventores, astrónomos y demás científicos. Incluso los funcionarios públicos, militares, estudiantes e investigadores... Todos ellos han buscado una forma de acelerar los tediosos procesos de cálculo, sobre todo los más repetitivos, que exigen una ingente cantidad de tiempo sin tener una dificultad que lo justifique.

   Como elemento consustancial a la fabricación de máquinas calculadoras, nos detendremos también en algunos hitos en la historia de la automatización mecánica. Muchas veces ha sido el bajo nivel de los conocimientos y técnicas de fabricación lo que ha retardado la aparición de máquinas de calcular, por la falta de piezas lo suficientemente calibradas y precisas. El desarrollo de los mecanismos automáticos corre paralelo al de la construcción de máquinas calculadoras, que es, en suma, el objetivo de estudio de este trabajo. También nos detendremos en determinados avances en el mundo de las matemáticas, esenciales para obtener una aplicación práctica de las máquinas.

   Como memoria de curso que es, no aspiramos sino a una descripción de los momentos históricos que consideramos fundamentales en el desarrollo de máquinas calculadoras.

1.- DE LOS COMIENZOS A LA PRIMERA CALCULADORA.

El hombre aprendió a contar con los dedos. Es la forma más fácil, la más asequible y la primera que se le ocurre hasta a los niños de hoy en día. Al tener diez dedos entre las dos manos, la base 10 se convirtió en la base numérica más usada. Para representar números más grandes que diez se usaron diversos métodos, desde un auxiliar que contara con otros diez dedos hasta la extensión a falanges, dedos de los pies, brazos u otras partes del cuerpo. Algunos pueblos (bastantes de entre los mesopotámicos) utilizaron otros sistemas de numeración, principalmente en base 60 (sexagesimales). Pero la base 10 y el sistema posicional triunfaron como expresión numérica, especialmente después de la introducción de la numeración arábiga; el sistema de numeración parece que fue inventado por los hindúes en los siglos I o II d.C.. Los árabes lo tomaron de ellos y lo transmitieron a la península ibérica; desde allí fue pasando al resto de Europa, donde el primero que usó numeración arábiga fue el monje Geribert D’Aurillac, posteriormente papa Silvestre II (h. 938-1003), siendo generalizados por el matemático italiano Leonardo Fibonacci (h. 1175-1240) en su celebérrimo Liber abaci (ca. 1202), en el que muestra los conocimientos aprendidos de los árabes durante sus viajes. La numeración arábiga es, sin duda, mucho más flexible para el cálculo que la numeración romana, e introduce en el cálculo el concepto de valor posicional del número, decisivo a la hora de enfrentarse con cantidades grandes.

LAS MÁQUINAS CALCULADORAS.

Aunque parece ser que no fue la primera máquina calculadora corresponde a Blaise Pascal (1623-1662) el mérito de haberla dado a conocer al mundo. La tradición quiere que Pascal construyera la máquina para ayudarse en la tediosa labor de hacer largas sumas mientras ayudaba a su padre, intendente de finanzas en Rouen: he aquí la conexión entre el cálculo repetitivo y su proceso de automatización.

   La máquina de Pascal era una sumadora mecánica, compuesta por varias series de ruedas dentadas accionadas por una manivela. La primera rueda correspondía a las unidades, la segunda a las decenas, etc... y cada vuelta completa de una de las ruedas hacía avanzar 1/10 de vuelta la siguiente. La máquina, de la que se hicieron varios modelos con fines comerciales, funcionaba por el principio de adición sucesiva; mediante otro procedimiento, incluso restaba. Se introduce así el concepto de saldo o resultado acumulativo, que se sigue usando hasta nuestros días: la máquina proporciona de manera automática (con el giro de la manivela) el resultado, dispuesto para leerse y sin participar en el proceso de toma de decisión (compárese con la regla de cálculo, donde el operador ha de decidir dónde coloca la pieza móvil de la regla). La máquina de Pascal efectúa el cálculo de forma mecánica, ofreciendo el resultado final.

   Gottfried Leibniz (1646-1716) amplió los horizontes de las máquinas calculadoras diseñando una máquina multiplicadora. La máquina de Leibniz no sólo contaba con ruedas dentadas sino que éstas eran de forma altamente ingeniosa: tenían los dientes escalonados, de forma que la multiplicación no se hacía por sumas sucesivas, sino en un solo movimiento de manivela. La calculadora de Leibniz sumaba, restaba, multiplicaba y dividía de manera automática. Desgraciadamente, el nivel técnico de la época no permitió construirla.

   Un nuevo paso fue dado en 1709 por Giovanni Poleni y su máquina aritmética, en la que los cálculos mecánicos se realizan en virtud del movimiento de caída de un peso, limitándose el operador a introducir los datos y anotar el resultado. El principio de funcionamiento fue esencial para el desarrollo de las calculadoras: se programa el cálculo y la máquina hace el resto. Y es lo que hacemos aún hoy.

   El fundamento de la máquina de Leibniz, la rueda escalonada, sirvió posteriormente para construir la primera calculadora práctica: el aritmómetro de Charles Thomas, de 1820. En esencia era la calculadora de Leibniz. pero no hasta esa fecha se consigue la suficiente precisión técnica como para construirla. Una variante posterior de la rueda escalonada de Leibniz, la rueda Odhner (1875), se popularizó en Estados Unidos, industrializándose la fabricación de máquinas calculadoras. Poco a poco se introdujeron nuevos sistemas de introducción de datos (el teclado, en 1884) y perfeccionamientos diversos en los sistemas (el impresor de datos, en 1875 por Barbour). Las máquinas mecánicas de calcular triunfaban.

2.- DE LAS CALCULADORAS MECÁNICAS A LOS ORDENADORES.

LA MÁQUINA DIFERENCIAL DE BABBAGE.

Hasta ahora hemos visto máquinas que permiten realizar operaciones aritmeticas  básicas, tales como sumar, restar, multiplicar y dividir, mediante el concurso de un operador humano que ponga en marcha el mecanismo de cálculo. Estas máquinas son muy útiles (y lo han sido hasta el día de hoy) para hacer más llevadera la contabilidad con grandes columnas de sumas y algunas otras operaciones matemáticas sencillas.

   El salto lo dio Charles Babbage (1792-1871). En 1822 construyó su máquina diferencial, un nuevo modelo de sumadora que permitía, utilizando el método de las diferencias, resolver polinomios de segundo grado. Era la primera máquina proyectada para hacer algo más que sumar y restar, aunque era lo que realmente hacía. Proporcionaba la solución a un problema matemático; y trabajando por aproximaciones representaba una manera de resolver problemas distintos.

   Pero era un problema, y sólo uno, lo que la máquina diferencial de Bab­bage podía resolver. El siguiente paso era una máquina de propósito general, que permitiera introducir como datos tanto el problema como los datos del mismo propiamente dichos. El mismo Babbage diseñó sobre el papel una máquina analítica, que resolvería problemas de todo tipo, pues contemplaba la posibilidad de introducir el programa (y el problema a tratar con él) al mismo tiempo que los datos, realizándose las operaciones en el centro de proceso (llamado molino). Pero otra vez las deficiencias técnicas de la época impidieron hacer realizable la máquina analítica hasta la aparición de los ordenadores electrónicos.

   3.- LAS CALCULADORAS ELECTROMECÁNICAS.

Los problemas fundamentales de las calculadoras mecánicas eran tres: la necesidad de un operador humano para el suministro mecánico de datos (introducir las tarjetas), la falta de flexibilidad en el programa (que venía impuesto por el diseño de la máquina) y el proceso de cálculo, que seguía siendo mecánico (la máquina tabuladora de Hollerith leía datos por procedimientos eléctricos, pero sumaba mediante elementos mecánicos). Las calculadoras electromecánicas solucionaron por primera vez estos problemas.

   El fundamento de todo fue la utilización del código binario, que necesitaba solamente de dos elementos de cálculo (el 0 y el 1, el paso o la ausencia de corriente). A mediados del siglo XIX el matemático inglés George Boole (1815-1864) elaboró la teoría del álgebra de la lógica o álgebra booleana en 1847. El álgebra de Boole es una herramienta imprescindible para el establecimiento de decisiones lógicas; su plasmación en circuitos eléctricos la realizó Claude Shannon en 1938. Además, funciona perfectamente con un código binario (en el desarrollo lógico de la teoría, sí o no; en un circuito eléctrico, paso o ausencia de corriente; en código binario, 0 ó 1).

   Para implementar el código binario, definitivamente asentado en los procesos de automatización del cálculo, en un sistema eléctrico se usaron los relés. El relé no es más que un interruptor, que se puede accionar por  procedimientos magnéticos o electromagnéticos. Como todo interruptor no tiene más que dos posiciones: abierto o cerrado. Un buen sistema para soportar trabajo con código binario, donde el relé abierto no permite el paso de corriente y se hace equivaler al 0 binario, y el relé cerrado permite el paso de corriente, equivaliendo al 1 binario.

   Con base los sistemas de relés se construyeron las primeras calculadoras electromecánicas. Leonardo Torres Quevedo dio a la luz su aritmómetro electromecánico, la primera calculadora del mundo a base de relés, que proporcionó la evidencia práctica del uso de los relés: rapidez de cálculo, posibilidad de introducir circuitos lógicos e incipiente memoria, aunque falló en la implementación del programa, que seguía dependiendo de las características físicas de la máquina. George Stibitz construyó en 1923 una sumadora de relés que funcionó en los laboratorios Bell, el Complex Calculator, con introducción de datos por medio de teclado; posteriormente fue mejorado con el Model 3, un verdadero prototipo de ordenador que solucionaba problemas de polinomios introducidos previamente mediante teclado o cinta perforada, tal y como pretendía Babbage con su máquina analítica.

   Mientras en los Estados Unidos se seguían desarrollando calculadoras mecánicas para compilar tablas de tiro artillero, en Alemania, Konrad Zuse, tras construir en 1938 una calculadora completamente mecánica (la Z1) y mejorarla añadiendo 200 relés (la Z2, en 1939) fabricó en 1941 en el Instituto Experimental Alemán de Aeronáutica la primera calculadora programable de propósito general utilizando relés: la Z3, el antepasado más directo de los ordenadores electrónicos. Los programas se introducían mediante cinta perforada y los resultados se leían en un tablero; trabajaba en binario, disponía de memoria y hacía cálculos en coma flotante. Fue el primer “ordenador”, en el sentido que aceptaba variaciones de programa: ya no era necesario limitarse a las especificaciones físicas de la máquina, sino que el procedimiento de cálculo o programa era suministrado por los operadores. Zuse ideó incluso un lenguaje de programación, el Plankalkül.

   La culminación de las calculadoras electromecánicas fue el Mark-1. Era un calculador gigantesco, desarrollado en 1944 por I.B.M. y el profesor Howard Aiken (1900-1973) de la Universidad de Harvard. Contenía tres millones de relés, medía 15 metros de largo por 2,5 de alto, sumaba dos cifras en 0,3 segundos, las multiplicaba en 4 segundos y las dividía en 12. Se le suministraba el programa por medio de cinta perforada y daba las respuestas en tarjeta perforada o imprimiendo en máquinas de escribir. Era todo lo más que se podía hacer con la tecnología de la época.

4.- LOS ORDENADORES ELECTRÓNICOS.

Las limitaciones de las calculadoras electromecánicas venían dadas por la lentitud (relativa, claro está) de las operaciones con relés. Al ser un elemento mecánico su velocidad de trabajo venía condicionada por la velocidad del interruptor que realmente eran. La sustitución de los relés por las válvulas de vacío solventó el problema, y abrió el paso a los ordenadores electrónicos.

LA PRIMERA GENERACIÓN.

La válvula de vacío o diodo, inventada en 1904 por J. A. Fleming, es en esencia un interruptor en el que el paso de corriente no se verifica por la unión de dos piezas metálicas sino por el paso o no de una corriente de electrones. Al desplazarse los electrones a una velocidad cercana a la de la luz (para lo que se hace el vacío dentro de la válvula) la velocidad de reacción de la válvula es aproximadamente de milésimas de segundo, considerablemente menor que la del relé, que no deja de ser un interruptor mecánico.

   El primer ordenador a base de válvulas de vacío fue el ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator), construido entre 1936 y 1946 en la Universidad de Pensylvania, por John W. Mauchly y John P. Eckert; tenía 18.000 tubos de vacío, pesaba tres toneladas, consumía 150 Kw (que producían un calor insoportable) y ocupaba una planta entera de la Escuela Moore de Electrónica (180 m²). Tenía menos memoria que el Mark-1, pero hacía su trabajo de una semana en una hora. Era igualmente un calculador universal, pero el programa había que establecerlo cambiando circuitos y conexiones de las válvulas, lo que dadas las dimensiones suponía paseos considerables. Y si uno sólo de los 18.000 tubos de vacío se fundía (lo que ocurría con espantosa frecuencia), el sistema dejaba de funcionar hasta que se sustituyese. Se utilizó para compilar tablas de tiro artillero.

   Pero fue el primer ordenador electrónico.

   El problema del ENIAC era la dificultad de programación. Cualquier cambio en el programa debía reflejarse en las conexiones entre las válvulas de vacío. Los siguientes esfuerzos se encaminaron a facilitar la labor del programador.

   John von Neumann (1903-1957), interesado en el proyecto de la bomba atómica, necesitaba un calculador rápido y de fácil programación. Gracias a su prestigio, la Universidad de Princeton construyó el EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), que fue terminado en 1949. Utilizaba lógica binaria y, lo más importante, estaba gobernado por programas introducidos mediante cinta perforada, con lo que se evitaba el continuo trasiego de conexiones. Semejantes al EDVAC fueron el Mark-II de la Universidad de Manchester y el BINAC de Eckret y Mauchly. A partir del UNIVAC (Universal Automatic Computer) de Eckret y Mauchly (un ordenador comercial con memoria y programas, distribuido por la Remington Rand Co.), los ordenadores se hacen lo suficientemente rápidos y versátiles como para entrar en el mercado. Es la primera generación de ordenadores electrónicos, caracterizada por grandes instalaciones, mucho cableado y consumo y poca potencia de cálculo

   LA SEGUNDA GENERACIÓN.

El siguiente paso fue la miniaturización.

   En 1948, Shocley, Bardeen y Brattain, de los Laboratorios Bell, inventan el transistor. En principio funciona de forma parecida a la válvula de vacío, solo que no se recalienta (ni se funde, por tanto), tiene un tiempo de reacción mucho menor (del orden de décimas de millonésima de segundo) y es mucho más pequeño (entre diez y veinte veces menor que la válvula). Se desarrollan ordenadores transistorizados y se introducen memorias externas de núcleos de ferrita y banda magnética. Aparecen los primeros lenguajes de programación y la competencia en el mercado comienza a ser considerable.

LA TERCERA GENERACIÓN.

Es la del circuito integrado.

   El circuito integrado no es más que la mínima expresión del transistor. Se basa en las propiedades de los semiconductores, que funcionan como transistores, pero que tienen un tamaño pequeñísimo (15 ó 20 transistores en unos pocos milímetros cuadrados). El modelo 360 de I.B.M. ejemplifica el nacimiento de esta generación. Las velocidades de cálculo se disparan al nanosegundo (10 ^-9 segundos), las memorias externas al megabyte (2 ¹³ posiciones de memoria) y se generalizan los periféricos variados: impresores, lectores de tarjetas, lectores ópticos, discos flexibles de almacenamiento... Nacen los lenguajes de alto nivel, de sintaxis fácilmente comprensible por el programador.

   5.- CONCLUSIÓN.

Formalmente se distinguen otras dos generaciones de ordenadores, que basan su diferencia en el nivel de integración de los circuitos electrónicos. Hoy por hoy estaríamos inmersos en la quinta generación, de altísimo nivel de integración, velocidades de cálculo asombrosas, sistemas de almacenamiento de memoria muy masivos y sistemas de salida y entrada de datos espectaculares. Se investigan posibilidades de inteligencia artificial, reproducción de redes neuronales, comunicación directa de seres humanos con los procesadores.... El ordenador está profundamente imbricado en todos los procesos de la vida diaria: la educación, el ocio, el trabajo. Se está investigando en tecnología óptica, donde la velocidad de proceso sería la de la luz (300.000 kms./s), la más alta que el ser humano puede manejar.

   El hombre ha desarrollado mecanismos para auxiliarse en la tarea puramente humana de pensar. Desde contar con las manos hasta los ordenadores actuales todo ha consistido en liberar a la mente humana de las tareas repetitivas y tediosas, avanzando progresivamente hasta la colaboración en las más habituales actividades diarias. El cálculo automático es hoy un hecho.

CRONOLOGÍA