%         LA COMPUTACI\'ON EN EL INSTITUTO DE CIENCIAS.


\chapter*{LA EVOLUCI\'ON DE LA COMPUTACI\'ON}
\setcounter{chapter}{2}
\setcounter{section}{0}

   Desde tiempos inmemorables, la humanidad ha desarrollado y
usado por su conveniencia o por necesidad, accesorios que le facilitan y
abrevian la pr\'actica del c\'alculo. Ejemplos de estos, han sido los
guijarros y los \'abacos de civilizaciones antiguas.
\medskip
 
Cabe mencionar las tablas de c\'alculo de amplio uso en la Edad
Media y la regla de c\'alculo. La primera versi\'on de la regla de c\'alculo
aparece en el a\~no de 1620, en Inglaterra a cargo de Edmundo Gunter y William
Ougntred; es hasta el a\~no de 1750 cuando Leadbetter le incorpora la regleta
imprimi\'endole el aspecto actual.
\medskip
  
La utilizaci\'on de accesorios mec\'anicos ocurre hasta el siglo
XVII. Casi simult\'aneamente, Schickard (1624) y Blaise Pascal (1645),
conciben y realizan mecanismos capaces de sumar y construidos con
engranajes de 10 dientes, cada diente representaba a uno de los d\'{\i}gitos del 0 al 9.
En ambos casos, el mecanismo incorporaba el manejo de los acarreos. En \'epoca reciente,
se encontr\'o entre los
restos del naufragio de una embarcaci\'on griega un mecanismo que, en opini\'on de algunos
 especialistas, se construy\'o para facilitar operaciones elementales.
\medskip
  
   En el a\~no de 1675 Gottfried Wilhelm von Leibnitz construye, a partir de 
los mismos principios y con un mayor perfeccionamiento, una m\'aquina que 
adem\'as de realizar las cua\-tro operaciones elementales, tambi\'en 
permit\'{\i}a el c\'alculo de ra\'{\i}ces. M\'as tarde, al iniciarse el siglo XVIII, Falc\'on
introduce en algunas maquinarias de la \'epoca el control autom\'atico con el
empleo de rollos de papel perforado, recurso que se empleaba en los
campanarios y las pianolas para la repetici\'on de ciclos mel\'odicos. Por su
parte, el franc\'es Joseph Marie Jacquard introduce en el a\~no de 1811 el
control autom\'atico en los telares con el uso de tarjetas perforadas.
\medskip
  
   El ingl\'es Jesse Ramsden, constructor de equipo para astronom\'{\i}a
y navegaci\'on, realiza en el a\~no de 1777 una m\'aquina para dividir.
El franc\'es Bolle construy\'o en el a\~no de 1877 un mecanismo que era capaz de realizar
 multiplicaciones a partir de sumas y corrimiento; las
m\'aquinas anteriores reduc\'{\i}an la multiplicaci\'on a series de sumas.
\medskip
  
   En 1811 Charles Babbage, un ingeniero ingl\'es, concibe un
dispositivo mec\'anico que denomina ``m\'aquina diferencial'', sin
llegar a construirla. Su dise\~no aprovecha el principio de diferencias
finitas para realizar los c\'alculos. 
\medskip
  
Posteriormente, en el a\~no de 1822, somete a la consideraci\'on de
la Royal Society, una nueva versi\'on mejorada de su dise\~no, la
{\em ``m\'aquina anal\'{\i}tica''}, que se empieza a construir en el a\~no de 1840
sin llegar a concluirla, aunque el intento impuls\'o el desarrollo del
instrumental mec\'anico.
\medskip
  
   En el dise\~no de la ``m\'aquina anal\'{\i}tica'' de Babbage, se perciben
ya los cuatro elementos esenciales de las modernas computadoras:
unidad aritm\'etica, unidad de control, memoria y comunicaci\'on con el
exterior. Inspirada en el trabajo de Jacquard, Lady Ada Lovelace, hija del
poeta Lord George Gordon Byron, incorpor\'o en el dise\~no de la m\'aquina
anal\'{\i}tica de Babbage el concepto de programa de control. Para la
elaboraci\'on y descripci\'on del programa de control, desarroll\'o el
concepto de diagrama de flujo.
\medskip
 
  En opini\'on de la mayor\'{\i}a de los especialistas contempor\'aneos,
la m\'aquina anal\'{\i}tica de Babbage representa un dise\~no completo de
una computadora que quiz\'a por problemas de tipo financiero, por la
falta de tecnolog\'{\i}a necesaria para realizarlo y tambi\'en de un
ambiente propicio, no se complet\'o en su \'epoca. Es opini\'on un\'anime que
 lo ambicioso del proyecto de Babbage, s\'olo
pod\'{\i}a realizarse con el concurso de la tecnolog\'{\i}a electr\'onica y
no con los elementos mec\'anicos disponibles en su \'epoca.
\medskip
 
   Algunos problemas que emergieron al final del siglo XIX
requirieron la elaboraci\'on de considerables vol\'umenes de informaci\'on.
Uno de estos casos fue el censo de poblaci\'on de los Estados Unidos, el
cual indujo a Herman Hollerith a perfeccionar la codificaci\'on de
informaci\'on en tarjetas perforadas.


\begin{figure}[bh] 
\centering 
\begin{picture}(290,220)
\put(0,0){\epsfxsize=290pt \epsffile{foto05.eps}}
\end{picture} \\
Calculadora Mec\'anica.
\end{figure} 


Con el uso de esta t\'ecnica y el empleo de equipo electromec\'anico
de conteo, elabor\'o los resultados del censo. Los equipos electromec\'anicos
que utiliz\'o Hollerith se pudieron realizar porque correspond\'{\i}an a
dise\~nos menos ambiciosos que la m\'aquina anal\'{\i}tica de Babbage,
ya que s\'olo realizaban el conteo de la informaci\'on.
\medskip
 

El empleo de la tecnolog\'{\i}a electr\'onica tiene sus principios
en el a\~no de 1919, cuando Eccles y Jordan utilizan el doble tr\'{\i}odo para
construir un circuito electr\'onico de conteo.
\medskip
  
   Con un enfoque diferente en el a\~no de 1877, Lord William
Thomson Kelvin, obtiene la soluci\'on de algunas ecuaciones diferenciales
ordinarias con el empleo de dispositivos anal\'ogicos de integraci\'on.
\medskip
  
Posteriormente, Vannevar Bush construye en el per\'{\i}odo 1925-1931, un
calculador anal\'ogico con los mismos prop\'ositos. Este enfoque diferente
ha sido \'util, pero limitado por la poca exactitud en los resultados y la
complejidad del modelo. Lo anterior aunado al bajo costo de los circuitos
digitales, ha orientado la preferencia en la actualidad hacia los modelos
digitales.
\medskip
  
   A partir del a\~no de 1930, Howard Aiken y George R. Stibitz
inician el desarrollo de calculadores autom\'aticos a partir de componentes
mec\'anicos y el\'ectricos. Como resultado de su actividad, se producen 4
calculadores que se designaron con los nombres de MARK-1, MARK-2, MARK-3 y
MARK-4, este \'ultimo, construido en el a\~no de 1945, incorporaba algunos
componentes electr\'onicos (v\'alvulas electr\'onicas), pero en su mayor parte
estaba construido a partir de elementos el\'ectricos (relevadores) y mec\'anicos.
\medskip
     
   Estrictamente hablando, el t\'ermino computadora, que se emplea
para designar a los equipos de prop\'osito general que son capaces de realizar
c\'alculos arbitrarios, fue acu\~nado por el ingl\'es Alan Mathinson
Turing con su hist\'orico trabajo ``Computable Numbers'', publicado en 1937,
en el cual desarrolla la teor\'{\i}a de las m\'aquinas de Turing, establece la
imposibilidad de resolver cierto tipo de problemas, entre otros, el problema
de parar un proceso o completar un procedimiento.
\medskip
  
   En el fondo, la motivaci\'on de Turing para realizar el trabajo
de referencia, se encuentra en el desarrollo de uno de los
problemas planteados por David Hilbert en su habi\-litaci\'on como profesor, en
1905, referente a la revisi\'on de la consistencia de los sistemas matem\'aticos.
Este problema, entre otros, fue abordado por Bertrand Russell y Alfred N.
Whitehead en sus Principia Mathematica. Turing expuso en t\'erminos de un
mecanismo, que los sistemas matem\'aticos no pueden ser consistentes si se
consideran como sistemas cerrados. Esto mismo hab\'{\i}a enunciado Alonzo
Church y posteriormente por Kurt G\"{o}del con el desarrollo de elaboraciones
formales.
\medskip
 
 
\section{LA GUERRA Y EL DESARROLLO TECNOL\'O\-GICO}
 

Durante las hostilidades de la Segunda Guerra Mundial, Presper
J. Eckert y John W. Mauchly desarrollaron en la Universidad de Pennsylvania
un calculador electr\'onico, el ENIAC, que entre otras justificaciones
ten\'{\i}a la de realizar el c\'alculo de las trayectorias de proyectiles y
bombas.
\medskip
     
   Una de las primeras propuestas pr\'acticas para desarrollar una
computadora de prop\'osito general, con el programa de control almacenado
en la memoria, surge entre Eckert y Mauchly. El concepto fue
desarrollado por John von Neumann, Goldstein y otros, en varios trabajos que
se publicaron durante los a\~nos de 1945 y 1946, para el a\~no de 1949, ya
se encontraban en operaci\'on varios computadores, que incorporaban el
concepto de programa de control almacenado en memoria, en varios laboratorios
tanto de Inglaterra como de Estados Unidos.
\medskip
  
   Confluyeron en estos trabajos los intereses militares de al
menos tres dependencias oficiales del gobierno de los Estados Unidos, la NSA
(National Security Agency), la AEC (Atomic Energy Commision) y la SAC
(Strategic Air Command). La primera interesada en el desarrollo de la
criptograf\'{\i}a; la segunda en el modelaje de las condiciones
termodin\'amicas de la explosi\'on de una
bomba de hidr\'ogeno y la tercera en problemas relacionados con el
uso del radar para la vigilancia y control del espacio a\'ereo. 
\medskip
   
La empresa que en esa \'epoca pose\'{\i}a la planta para la atenci\'on de 
estos intereses, fue la posteriormente llamada gigante azul, la IBM, 
como consecuencia de una inversi\'on astuta y afortunada, de T. J. Watson 
en el terreno de la computaci\'on electr\'onica.
\medskip
  
\section{INICIO DE LA COMERCIALIZACI\'ON}
 
   El inicio de la comercializaci\'on ocurre en 1950 con la
aparici\'on de la UNIVAC I en el mercado. La construcci\'on de esta
computadora fue el resultado del concurso de varias compa\~n\'{\i}as y de los
dise\~nadores de la ENIAC, que al t\'ermino de la guerra consumaron su
intenci\'on de comercializar el producto de su trabajo. 
\medskip
     
   En las d\'ecadas de los 60's y 70's, la industria de las
computadoras recibi\'o un fuerte apoyo con la realizaci\'on de los
programas espaciales de los Estados Unidos a trav\'es de la NASA.
A la vez que la industria y los servicios acentuaron su demanda y con ello el
proceso de comercializaci\'on.
\medskip
 
   Como resultado de la aparici\'on de las computadoras
comerciales, se desarroll\'o una amplia variedad en modelos y
equipos. Tal diversidad hace imposible una rese\~na pormenorizada de cada uno
de ellos. 
Para facilitar la descripci\'on y comprender la evoluci\'on que la
tecnolog\'{\i}a de las computadoras experiment\'o desde la d\'ecada de los 50's
hasta nuestros d\'{\i}as, se recurre a una clasificaci\'on generacional.
\medskip
 
 Usualmente se emplean 4 niveles para describir los equipos. Una quinta
generaci\'on se perfila con base en los m\'as recientes desarrollos de la
microelectr\'onica y las ciencias de la computaci\'on.
\medskip
     
   Los l\'{\i}mites generacionales que se emplean son convencionales
y se refieren a aspectos cronol\'ogicos, al tipo de tecnolog\'{\i}a que
emplean en su fabricaci\'on, a las capacidades que las configuraciones
t\'{\i}picas presentan, a la calidad y nivel de elaboraci\'on de la
programaci\'on de apoyo y de uso que ofrecen. Los umbrales imprecisos.
\medskip
  

\subsection{La primera generaci\'on se ubica en el inicio de la d\'ecada de
los 50's.}
\medskip
 
 Los equipos caracter\'{\i}sticos en ella, son el UNIVAC I y la
IBM 650. La capacidad de la memoria principal se reduc\'{\i}a a algunos
miles de localidades y era de tipo electrost\'atico. Contaban con tambores
magn\'eticos para almacenamiento y ten\'{\i}an ciclos de operaci\'on del
orden 1,000 a 10,000 operaciones por segundo.
\medskip
  
El equipo perif\'erico se limitaba a lectoras y perforadoras de
tarjetas y cinta de papel. Empleaban el lenguaje ensamblador como
un recurso para depositar el programa en la memoria. El precio
ascend\'{\i}a al mill\'on de d\'olares.
\medskip
  

\subsection{La segunda generaci\'on se ubica al inicio de la d\'ecada de los
60's.}
\medskip
 
Los  equipos caracter\'{\i}sticos son la IBM 704, la IBM 7090, CDC 3600. Utilizaban tubos de vac\'{\i}o miniaturizados y un incipiente empleo de la
tecnolog\'{\i}a de transistor. La capacidad de las memorias se elev\'o a
decenas de miles de localidades y eran de material magn\'etico, el ciclo de
operaci\'on se incremento un orden de magnitud con respecto a la anterior.
\medskip
  
Hacen su aparici\'on los primeros lenguajes de programaci\'on, tanto los
orientados al c\'alculo num\'erico (FORTRAN), como los orientados a problemas
de tipo l\'ogico (no num\'ericos como LISP, COMIT y IPL V).
\medskip
 
El equipo perif\'erico se empieza diversificar. Hacen su aparici\'on los
primeros sistemas operativos rudimentarios. Los costos no se modificaron
sustancialmente, con lo que se obtuvo mayor capacidad de procesamiento por el
mismo precio.
\medskip
 
\subsection{La tercera generaci\'on se ubica al final de la d\'ecada de los
60's.}
\medskip
 
Los equipos caracter\'{\i}sticos son la IBM 360, Burroughs 6700,
PDP-10, Univac 1100 y  CYBER 170. Se afirma el empleo del circuito impreso y se
inicia la utilizaci\'on de memorias de semiconductor.
\medskip
 
 
La capacidad de las memorias se elev\'o a varios cientos de miles de
localidades, usualmente de tecnolog\'{\i}a semiconductor, el ciclo de
operaci\'on se redujo en uno y hasta dos \'ordenes de magnitud.
\medskip
  
Se inicia la diversificaci\'on de los lenguajes:
 COBOL, ALGOL, BASIC, PL/1 y otros entre los de tipo n\'umerico, y
  SNOBOL, COMIT, PROLOG entre los no num\'ericos.
\medskip
 
 
Se establecen los sistemas operativos y surgen las modalidades de
operaci\'on en un tiempo compartido y multiprogramaci\'on.
\medskip
  
 Se incrementa notablemente la capacidad de los almacenamientos secundarios
como consecuencia de los nuevos usos de las computadoras, aplicaciones con
 elevados  vol\'umenes de informaci\'on. Hacen su 
aparici\'on las minicomputadoras y se inicia el uso de las telecomunicaciones.
\medskip
  
Los costos experimentan desplazamientos en ambas direcciones, entre los diez
mil y diez millones de d\'olares.

\begin{figure}[th] 
\centering 
\begin{picture}(270,220)
\put(0,0){\epsfxsize=270pt \epsffile{foto04.eps}}
\end{picture} \\
Computadora IBM-1130, Centro de C\'alculo UAP, tercera generaci\'on
\end{figure} 

  
\subsection{ La cuarta generaci\'on se ubica al final de los 70's.}
\medskip
  
Los equipos representativos son los de las series 43 y 33 de IBM,
Burroughs 7900, VAX 11/780 y CRAY. En esta generaci\'on no se percibe un
cambio sustancial en el panorama, se registra un incremento similar en las
capacidades y velocidades de los equipos generalmente en un orden de
magnitud en los dos casos. Fundamentalmente las diferencias con relaci\'on
 a los equipos de la
generaci\'on anterior se registran en la tecnolog\'{\i}a de construcci\'on.
Los costos de los equipos se mantienen. 
\medskip
  
Hacen su aparici\'on los sistemas  de bases de datos y se acent\'ua la
participaci\'on de las telecomunicaciones.
\medskip
  
Tambi\'en surge en este per\'{\i}odo la industria de las microcomputadoras.

\begin{figure}[bh] 
\centering 
\begin{picture}(260,150)
\put(0,0){\epsfxsize=260pt \epsffile{foto06.eps}}
\end{picture} \\
Micromputadora Dual System UAP
\end{figure} 


  
   Como ya se mencion\'o anteriormente, la clasificaci\'on
generacional es un tanto subjetiva, aunque hay un consenso general que
permite ubicarlas en funci\'on de ciertas caracter\'{\i}sticas de los
equipos. Sin lugar a dudas, la idea de la inminencia de la quinta
generaci\'on, fue introducida en el ambiente por el Ministerio de Comercio
Exterior del Jap\'on (MITI).
\medskip
     
\section{LA LEY DE MOORE}
 
   En el desarrollo de las industria de las computadoras, se
puede apreciar un comportamiento regular, en el que est\'an involucrados
la capacidad de proceso de los equipos y sus costos. Aunque
identificada en forma emp\'{\i}rica, su validez hasta la actualidad
ha sido indiscutible. Este comportamiento se designa como Ley de
Moore y se expresa en los siguientes t\'erminos: 
La capacidad de proceso de los equipos se duplica cada dos a\~nos y medio y
los costos se mantienen. O en su forma equivalente, misma capacidad
por la mitad de precio al t\'ermino de 2 y medio a\~nos. La vigencia de la
Ley de Moore se puede apreciar en los cuadros adjuntos.
\medskip
  
\section{Evoluci\'on de los componentes materiales de dife\-rentes
tecnolog\'{\i}as.}
\bigskip
  
\begin{center}
    {\bf Circuitos Integrados}
\end{center}
\medskip
 
\noindent
{\small \begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|}\hline\hline
{\em Generaci\'on} & {\em A\~no de}    & {\em Nivel de}      & {\em Circuito}            & {\em Transistores}   & {\em Costo}\\
                   & {\em Aparici\'on} & {\em Integraci\'on} & {\em Caracter\'{\i}stico} & {\em por $mm^2$} & {\em Marginal}\\
                   &                   & Transistores        &                           &    & \\ \hline  
1  & 1965 & SSI   & Compuerta flip flop     & 50     & \$.35 Dls \\
2  & 1967 & MSI   & Contador Selector       & 500    &  .35 Dls \\
3  & 1973 & SSI   & Procesador 8 bits       & 10000  &  .35 Dls \\
4  & 1977 & VLSI  & Memorias Densas,        & 50000  &  .35 Dls \\
   &      &       & procesador de 16 bits   &        &          \\
5  & 1985 & GSI   &                         & 250000 &  .35 Dls \\
\hline\hline
\end{tabular} \end{center}
}


\bigskip
\bigskip
\begin{center}
    {\bf Discos Magn\'eticos}
\end{center}


{\small \begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|c|c|} \hline\hline
{\em Generaci\'on} & {\em A\~no de}   & {\em Capacidad (millones} & {\em Costo por} \\ 
                   &{\em Aparici\'on}& {\em de caracteres)}         &{\em Car\'acter} \\ \hline 
 1  &  1964 &    7   & \$.39 Dls \\
 2  &  1968 &   30   &  .093 Dls \\
 4  &  1973 &  200   &  .022 Dls \\
 5  &  1977 &  317   &  .012 Dls \\
 6  &  1981 &  500   &  .004 Dls \\
\hline\hline
\end{tabular} \end{center} 
}