Trabajo semana 2 curso 290642 del SENA-
Tecnologías de la Informática y la Comunicación
Hitos en la historia de las computadoras
La Harvard Mark 1
El IBM
Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), más conocido como Harvard Mark o Mark 1, fue el primer ordenador electromecánico, construido en la
universidad de Harvard por Howard H. Aiken en 1944, con la subvención de IBM. Tenía
760.000 ruedas, más de 800 kms de cable, más de 3 millones de conexiones, 15.5
mts. de largo, unos 2.40 de alto y 60 cmts de ancho, además pesaba unas cinco
toneladas, pero lo más impresionante fueron unas cubiertas de cristal que
dejaban que se admirara toda la maquinaria de su interior.
La Mark 1 se programaba recibiendo secuencias de instrucciones a
través de una cinta de papel, en la cual iban perforadas las instrucciones y
números que se transferían de un registro a otro por medio de señales
eléctricas; el tiempo mínimo de transferencia de un número de 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; la
máquina podía escoger de varios algoritmos para la ejecución de cierto cálculo,
sin embargo, para cambiar de una secuencia de instrucciones a otra era costoso,
ya que la máquina se tenía que detener y que cambiaran la cinta de control; por
lo tanto se considera que la Mark 1
no tiene saltos incondicionales, aunque posteriormente se le agregó lo que fue
llamado Mecanismo Subsidiario de Frecuencia (era capaz de definir hasta 10
subrutinas, cada una de las cuales con un máximo de 22 instrucciones), que
estaba compuesto de 3 tablones de conexiones que se acompañaban de 3 lectoras
de cinta de papel; y se pudo afirmar que la Mark 1 podía transferir el control entre las lectoras, dependiendo
del contenido de los registros.
La
ENIAC
ENIAC, acrónimo de Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Electrónico). Diseñada
para calcular las tablas de tiro de la artillería del ejército de Estados Unidos,
por el Laboratorio de Investigación Balística; cuando se anunció en la prensa
como un “cerebro gigante” se jactó de velocidad mil veces mayor que la de
aparatos electromecánicos, un salto en la potencia de cálculo que ninguna
máquina igualaba; la ENIAC podía resolver 5.000 sumas y 300 multiplicaciones en
1 segundo; en 1.5 segundos era posible calcular la potencia 5000 de un número
de hasta 5 cifras. Esta capacidad matemática, junto a su capacidad de
programación de propósito general, entusiasmó a científicos e industriales, así,
los inventores promovieron la difusión de estas nuevas ideas mediante la
realización de una serie de conferencias sobre arquitectura de computadoras.
El diseño de la ENIAC y su
construcción fue financiado por el ejército de los Estados Unidos durante la Segunda
Guerra Mundial; el contrato de construcción fue firmado el 5 de junio de 1943 y
el trabajo comenzó en secreto a partir del mes siguiente por la Escuela Moore de
Ingeniería Eléctrica de la universidad de Pennsylvania, con costo de casi US$
500.000, y fue formalmente aceptada por la artillería del ejército en julio de
1946; fue cerrada el 9 noviembre del mismo año para una renovación y actualización
de memoria, y fue trasladada a Aberdeen Proving Ground, Maryland, donde fue
encendida el 29 de julio de 1947 y estuvo en funcionamiento continuo hasta las
23:45 del 2 de octubre de 1955.
Se ha considerado a menudo la
primera computadora electrónica de propósito general, aunque este título
pertenece en realidad a la computadora alemana Z3. 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.
Construída por John Presper Eckert
y John William Mauchly, ocupaba 167m2 y operaba con 17.468 válvulas
electrónicas o tubos de vacío,que a su vez permitían realizar unas 5000 sumas y
300 multiplicaciones por segundo; físicamente tenía 17.468 tubos de vacío,
7.200 diodos, 1.500 relés, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores y 5
millones de soldaduras; pesaba 27 toneladas, medía 2.4 x 0.9m x 30m, utilizaba
1.500 conmutadores electromagnéticos y relés, requería la operación manual de
unos 6.000 interruptores y su programa, cuando requería modificaciones,
demoraba semanas de instalación manual; elevaba la temperatura del local a 50 oC,
para efectuar las operaciones era preciso cambiar, conectar y reconectar los cables,
esto podía durar días dependiendo del cálculo a realizar.
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.
Algunos expertos predijeron que las válvulas se
estropearían con tal frecuencia que la máquina no sería útil, esta predicción
llegó a ser parcialmente correcta: varias se fundían casi a diario, dejando
ENIAC no operativa una ½hora; las válvulas para largas temporadas sin daño no
estuvieron hasta 1948. La mayoría de fallos ocurrían en encendido o apagado,
cuando los filamentos de las válvulas y sus cátodos estaban bajo estrés
térmico; con la simple pero costosa acción de no apagarlo, redujeron los fallos
a la aceptable cifra de válvula cada 2 días;
el período más largo sin fallo fue de 116 horas (cerca de 5 días) en 1954.
Hubo 6 mujeres que se preocuparon de programar la
ENIAC, cuya historia ha sido silenciada y recuperada en las últimas décadas;
clasificadas como “sub-profesionales”, por género o para reducir costos, se
destacaron como hábiles matemáticas y lógicas, e inventaron la programación a
medida que la realizaban. Betty Snyder Holberton, Jean Jennings Bartik,
Kathleen Mcnulty Mauchly Antonelli, Marlyn Wescoff Meltzer, Ruth Lichterman
Teiltebaum y Frances Bilas Spence dedicaron largas horas a ENIAC utilizada
principalmente para cálculos balísticos
y ecuaciones diferenciales y contribuyeron a desarrollar la programación de
computadoras; sentaron las bases para que la programación fuera sencilla y accesible,
crearon el primer set de rutinas, las primeras aplicaciones de software y las
primeras clases de programación; su trabajo modificó drásticamente la evolución
de la programación entre las décadas del 40 y el 50.
La TRADIC
Tradic (de los laboratorios Bell) debe sus siglas
al nombre en inglés: TRAnsistor Digital Computer o TRansistorized
Airborne Digital Computer, fue el
primer ordenador de la 2ª generación de computadores; se terminó en 1954 y se
fabricó entre 1958 y 1964. El equipo fue construido para la fuerza aérea
de Estados Unidos por J.H.Felker de Bell Labs, el ingeniero principal del
proyecto fue Brown L.C. (“Charlie Brown”); primero fue equipo para
aerotransportados, una segunda aplicación fue en un sistema de radar de a bordo
de pista-tiempo- exploración marina, luego para resolver problemas de
navegación en aviones de bombardeo.
Estaba hecho de
transistores (contracción de los términos Transfer Resistor) de memoria de
núcleo de ferrita; documentos desclasificados de la CIA nombran a TRADIC como
el primer computador transistorizado y operacional en 1954. TRADIC tenía entre
700 y 800 transistores y 10.000 diodos. Era capaz de ejecutar alrededor de un
millón de operaciones lógicas por segundo; para ese momento no era tan rápida
como la primera generación de computadoras (de tubo de vacío) pero se acercaba
mucho; los datos para estos ordenadores eran suministrados por medio de cintas
magnéticas y se utilizaban lenguajes simbólicos, tipo FORTRAN y COBOL. Lo mejor
era que requería menos de 100 watts para funcionar lo cual era mucho más
rentable; comienzan a utilizarse para tareas administrativas y admiten algo de
trabajo en cadena.
A finales de los 50 el uso del transistor en los
ordenadores marcó el advenimiento de elementos lógicos más pequeños, rápidos y
versátiles de lo que permitían las máquinas con válvulas; como los transistores
utilizan menos energía y tienen vida más larga, a su desarrollo se debió el
nacimiento de máquinas perfeccionadas, que llamaron ordenadores o computadoras
de 2ª generación; los componentes se hicieron pequeños, como los espacios, por
lo que la fabricación resultaba más barata.
Circuitos integrados
Un circuito
integrado (CI), conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de
material semiconductor, de milímetros cuadrados, sobre la que fabrican
circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que se protege en
un encapsulado plástico o cerámico; el encapsulado posee conductores metálicos
para conexión entre la pastilla y un circuito impreso.
El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 por el ingeniero Jack Kilby poco después de contratado por Texas Instrumens; se trataba de un dispositivo de germanio que integraba 6 transistores en una misma base semiconductora para formar un oscilador de rotación de fase. En el año 2000 fue galardonado con el Nobel de Física por la gran contribución del invento al desarrollo tecnológico.
Al
mismo tiempo, pero independientemente, Robert Noyce desarrolló su circuito integrado, que patentó 6 meses
después; además resolvió unos problemas que poseía el circuito de Kilby, como
la interconexión de sus componentes; al simplificar la estructura del chip
mediante la adición de metal en una capa final y la eliminación de algunas
conexiones, el circuito integrado se hizo más adecuado para la producción en
masa. Además de ser un pionero del circuito integrado, Robert Noyce también fue
uno de los co-fundadores de Intel, uno de los mayores fabricantes de circuitos integrados del mundo.
Los
circuitos están en los aparatos
electrónicos modernos, como automóviles, televisores, reproductores de CD y
MP3, teléfonos móviles, computadoras, etc.
El
desarrollo de los circuitos integrados fue posible gracias a descubrimientos
experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar algunas
funciones de las válvulas de vacío; la integración de grandes cantidades de
diminutos transistores en pequeños chips fue un gran avance sobre el ensamblaje
manual de los tubos de vacío (válvulas) y en fabricación de circuitos
electrónicos con componentes discretos; la capacidad de producción masiva de
circuitos integrados, su confiabilidad y facilidad de agregarles complejidad,
llevó a su estandarización, reemplazando diseños por transistores, que pronto
dejaron obsoletos a los tubos de vacío. Son 3 las ventajas más importantes
sobre los circuitos electrónicos con componentes discretos: su menor costo, su
mayor eficiencia energética y su reducido tamaño; el bajo costo se debe a que
son fabricados siendo impresos como una pieza por fotolitografía a partir de una
oblea, generalmente de silicio, permitiendo producción en cadena de grandes cantidades,
con muy baja tasa de defectos; la elevada eficiencia se debe a que, por la miniaturización
de sus componentes, el consumo de energía es mucho menor, a iguales condiciones
de funcionamiento, que un homólogo fabricado con componentes discretos;
finalmente, el más notable atributo, es su
tamaño en relación a los circuitos discretos, pues un CI puede contener
desde miles hasta varios millones de transistores en pocos centímetros
cuadrados.
Informática, comunicaciones, manufactura y
sistemas de transporte, incluyendo Internet, dependen de los circuitos
integrados; así, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada
por los CI es de los más significativos sucesos de la historia humana.
Fabricación= Es un
proceso complejo en el que intervienen numerosas etapas.
El
silicio, elemento abundante que existe natural como arena; puede ser refinado
por técnicas bien establecidas de purificación y crecimiento de cristales. El
silicio también exhibe propiedades físicas apropiadas para dispositivos activos
con buenas características eléctricas, además de es fácil oxidar para formar excelente aislante SiO2 (vidrio). Tal óxido nativo
sirve para construir condensadores y MOSFET, también como barrera de protección
contra la difusión de impurezas indeseables hacia el mineral adyacente de
silicio de alta pureza; esta propiedad de protección de óxido de silicio
permite que sus propiedades eléctricas sean fáciles de modificar en áreas
predefinidas, por eso se pueden construir elementos activos y pasivos en la
misma pieza material ( o sustrato); así los componentes pueden interconectarse
con capas de metal (similares a las utilizadas en tarjetas de circuito impreso)
para formar el llamado circuito integrado monolítico, que es en esencia una
pieza única de metal.
Pasos
generales de fabricación:
El
material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy
alta pureza, donde adquiere forma de cilindro sólido, gris acero, de 10 a 30 cms de diámetro y 1 a 2m de longitud;
este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400um a 600um de
espesor, después se alisa la pieza para darle acabado de espejo, con técnicas
químicas y mecánicas; las propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea
dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impurezas
existentes; para aumentar la resistividad eléctrica del semiconductor, se
necesita alterar las propiedades eléctricas del silicio a partir del proceso
conocido como dopaje. Una oblea de silicio tipo n excesivamente impurificado
(baja resistividad) sería designado como material n+, mientras que una región
levemente impurificada se designaría n-.
Oxidación:Se
refiere al proceso químico de reacción del silicio con el oxígeno para formar
dióxido de silicio (SiO2).
Difusión:
Es el proceso por el que los átomos van de una región de alta concentración a
una de baja a través del cristal semiconductor; en el proceso de manufactura la
difusión es un método mediante el que se introducen átomos de impurezas en el
silicio para cambiar su resistividad.
Implantación
de iones: Otro método para introducir impurezas en el cristal semiconductor; un
implantador de iones produce iones del contaminante deseado, los acelera
mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra la superficie del
semiconductor.
Deposición
por medio de vapor químico: Proceso por el que gases o vapores se hacen reaccionar
químicamente, lo que conduce a la formación de sólidos en un sustrato; las
propiedades de la capa de óxido que se deposita por tal medio no son tan buenas
como las de una térmicamente formada, pero es suficiente para que actúe como
aislante térmico.
Metalización:
Su propósito es interconectar los diversos componentes (transistores, condensadores,
etc) para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposición
inicial de un metal sobre la superficie del silicio.
Fotolitografía:
Técnica que define geometría de superficie de los componentes de un circuito
integrado; primero recubrir la oblea con capa fotosensible, llamada sustancia
fotoendurecible con técnica llamada “de giro”; después utilizar placa
fotográfica de patrones dibujados exponiendo selectivamente capa fotosensible a
iluminación ultravioleta; áreas opuestas se ablandan y remueven con químico, y
así producen, con precisión, gemetrías de superficie muy fina; la capa
fotosensible se utiliza para proteger
por debajo los materiales contra el ataque químico en húmedo o contra el ataque
químico de iones reactivos.
Empacado:
La oblea de silicio contiene cientos de circuitos o chips listos, todos
contienen de 10 a 108 o más
transistores, área rectangular, común entre 1 y 10 mm por lado; se prueban los
circuitos eléctricamente, se separan (rebanándolos) y los buenos (pastillas) se
montan en cápsulas (soportes). Normal
utilizar alambres de oro para conectar terminales del paquete al patrón de
metalización en la pastilla; por último, se sella el paquete con plástico o
resina epóxica, al vacío o en atmósfera inerte.
Intel Corporation:
El
mayor fabricante de circuitos integrados, según su cifra de negocio anual; la
compañía es la creadora de la serie de procesadores x86, los más comúnmente
encontrados en la mayoría de las computadoras personales. Intel se fundó el 18
de julio de 1968 como Integrated Electronic Corporation (aunque un error
común es el
que Intel viene de intelligence) por
los pioneros en
semiconductores Robert Noyce y Gordon Moore, asociados con la dirección
ejecutiva y la visión de Andrew Grove.
Inicialmente quisieron llamar a la compañía “Moore Noyce” pero
sonaba mal (suena More Noise, literal: Más
ruido, que se asocia en electrónica con interferencias); utilizaron el nombre NM Electronics casi un año antes de Integrated Electronics, abreviado Intel, pero Intel estaba registrado por una
cadena hotelera y les tocó pagar.
El
58% de ventas es fuera de Estados Unidos, domina el mercado de los
microprocesadores; su principal competidor es Advanced Micro Devices (AMD),
empresa con la que tuvo acuerdos de compartición de tecnología: cada socio utilizaba las innovaciones patentadas por el
otro sin costo, con lo que se han visto en pleitos cruzados. El otro histórico
competidor en el mercado x86, Cyrix, terminó integrado en VIA Technologies, que
mantiene el VIA C3 en el mercado de los equipos de bajo consumo; pero el auge
de equipos con procesadores con núcleo ARM, que amenazan devorar la parte móvil
del mercado PC, se convierte en un rival más serio.
El 6 de
junio de 2005 Intel llegó a acuerdo con Apple Computer, por el que proveerá
procesadores, realizándose entre 2006 y 2007 la transición desde los
tradicionales IBM; y en enero de 2006 presentaron al mercado las primeras
computadoras Apple, una portátil y una de escritorio, con procesadores Intel Core
Duo de doble núcleo.
X86: Denominación
genérica de ciertos microprocesadores de Intel, sus compatibles y arquitectura
básica a que pertenecen, por la terminación de sus nombres numéricos; son desde
su nacimiento estándar de ordenadores del tipo Compatible IBM PC. La comercial
popularidad de tal arquitectura hizo que muchos empezaran a fabricar en masa microprocesadores
basados en tal arquitectura; estas compañías son , entre otras, AMD, Cyrix, NEC
Corporation y Transmeta. IBM adoptó al hermano mayor del 8086, se basó en él y
lanzó la línea de computadoras más exitosa de la historia: el IBM PC (1981) y
el IBM XT (1983); el éxito de esta serie fue tal que desde ese momento, todos los
CPUs de Intel tuvieron estricta política de compatibilidad hacia atrás; en los
90 Intel fue responsable de muchas innovaciones del hardware de computadores
personales aunque no siempre con visión de futuro acertada.
Generaciones de las computadoras
Hace 40
años el ingeniero Gordon Moore, observó una tendencia en la microelectrónica que definió la estrategia
de negocios en la industria de semiconductores de 200.000 millones de dólares
actuales; la observación (denominada Ley de Moore) anticipó que la complejidad
de circuitos integrados se duplicaría cada año con gran reducción en costos. Esta
observación permitió a una industria de semiconductores de reciente aparición
crear el microprocesador (cerebro de la computadora) y muchos circuitos integrados
que han dado lugar a computadores personales, Internet, teléfonos celulares y
juegos de video.
“En
Intel trabajamos para que la Ley de Moore continúe guiando nuestra industria en
el futuro; hemos vizualizado 10 a 15 años de adelanto en nuestros laboratorios”,
observó Craig Barrett, CEO de Intel Corporation. “Anticipamos no solo avances
continuos en los sectores tradicionales de la computación y las comunicaciones,
sino que vemos un futuro en el que la tecnología de los semiconductores
revolucionará la industria de atención a la salud, la forma en que educamos a
nuestros hijos, la forma de protegernos a nosotros mismos y al ambiente, y el
manejo de la vida cotidiana en un mundo más complejo. Los chips de silicio
(que el ritmo de la Ley de Moore hace cada vez más poderosos) continuarán
ofreciendo estos recursos a personas de todo el mundo a un costo cada vez más
bajo”
Bibliografía:
Wikipedia
la enciclopedia libre (primera generación de computadoras, Mark1, ENIAC,
TRADIC, circuitos integrados, Intel)
Google
imágenes (imágenes)
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