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Fundamentos de Computación: Introducción a los Sistemas de Cómputo

• Hace algunos años, el uso de las computadoras era casi innecesario, y era difícil imaginar su importancia actual.
• Actualmente, las computadoras son esenciales en las sociedades globalizadas debido a su capacidad para automatizar procesos rápidamente.
• La Segunda Guerra Mundial marcó un hito en el desarrollo tecnológico.
• El deseo humano de automatizar funciones cerebrales impulsó la creación de máquinas y herramientas.
• A lo largo de la historia, objetos y herramientas se han perfeccionado para simplificar la vida cotidiana.
• Se inventó una herramienta que derivó en la computadora actual para representar, codificar y almacenar datos, permitiendo realizar cálculos más rápidos y con menos esfuerzo.
• Hoy en día, las computadoras utilizan elementos físicos y electrónicos avanzados para ejecutar instrucciones eficientemente y resolver problemas.

¿Qué es una computadora y cuál es su función?

• Una computadora es una máquina que realiza y controla cálculos y procesos complejos rápidamente, facilitando la toma de decisiones.
• A pesar de su importancia, las computadoras a veces se perciben como misteriosas debido a su tecnología avanzada.
• Las computadoras son herramientas diseñadas, programadas y utilizadas por personas.
• Operan siguiendo instrucciones paso a paso de programas creados por humanos.
• Las computadoras ayudan a las personas en sus tareas, sin reemplazarlas, ya que no pueden realizar juicios emocionales, desobedecer instrucciones ni sustituir relaciones humanas.
• Las personas deben ser muy precisas al instruir o programar las computadoras para tareas sencillas.
• Es útil ya que estas pueden:
  • Almacenar grandes cantidades de información
  • Procesar datos con velocidad y precisión
  • Representar gráficamente números
  • Simular resultados basándose en condiciones específicas
  • Recomendar o tomar acciones basadas en resultados.

Antecesores de la Computadora

• En la antigüedad, los cálculos se hacían con sistemas rudimentarios.
• Inicialmente, se utilizaban los dedos, nudos en cuerdas o agrupaciones de piedras.
• El ábaco, un instrumento de cálculo eficaz inventado por chinos y egipcios, sigue utilizándose con fines educativos.
• El ábaco es un dispositivo de conteo mecánico que data de hace unos 5,000 años.
• Otros instrumentos considerados antecesores de las computadoras:
  • La máquina de Pascal (Pascalina)
  • El telar de Jacquard
  • La máquina analítica de Babbage
  • La máquina tabuladora de Hollerith
  • La Mark I
  • La ENIAC.

La Máquina de Pascal o Pascalina

• Blaise Pascal (1623-1662) creó la Pascalina en 1642, una máquina para sumar basada en ruedas dentadas.
• Este sistema aún se usa en cajas registradoras mecánicas y odómetros de automóviles.

El Telar de Jacquard

• Joseph Marie Jacquard (1753-1871) inventó el telar de Jacquard en 1801 para mejorar las condiciones de trabajo de los tejedores, quienes trabajaban largas jornadas.
• El telar dirigía el movimiento de agujas, hilo y tela mediante perforaciones en tarjetas para crear los patrones de los tejidos.
• Su rápida adopción permitió contratar trabajadores menos capacitados y generó descontento entre los tejedores, quienes lo consideraron un traidor.

La Máquina de Babbage

• A mediados del siglo XIX, Charles Babbage (1791-1871) desarrolló la máquina diferencial y analítica debido a la demanda de tablas matemáticas precisas en la Revolución Industrial.
• Antes de este sistema, las tablas se calculaban manualmente y contenían errores.
• La idea surgió al notar errores en las tablas; primero creó la máquina diferencial accionada por vapor, y luego la analítica, capaz de realizar 60 operaciones por segundo con gran precisión.
• La máquina analítica podía ser programada con tarjetas perforadas y realizar cálculos de logaritmos y funciones trigonométricas.
• Babbage diseñó su primera máquina de cálculo en 1833, que requería miles de componentes y ocupaba un espacio similar a un campo de fútbol, impulsada por una máquina de locomotora.
• Babbage también intentó crear una máquina de Pascal más grande, pero no tuvo éxito debido a limitaciones tecnológicas.
• Babbage se conoce como el padre de la informática debido a sus invenciones que contribuyeron al desarrollo de las computadoras.
• Sus inventos fueron descubiertos y rescatados en la década de 1940, cuando ya existían laboratorios trabajando en computadoras electrónicas.
• La computadora de Babbage es conocida como "la máquina que no se llegó a terminar".
• Lady Ada Augusta Lovelace (1816-1852) trabajó con Babbage traduciendo sus trabajos y añadiendo notas sobre el uso de tarjetas perforadas para repetir operaciones, siendo considerada la primera programadora.

La Máquina Censadora de Hollerith

• En 1886, Herman Hollerith (1860-1929) creó una máquina para leer y tabular información de censos, inspirada en el largo tiempo que tomaba procesar los datos manualmente.
• La máquina redujo el trabajo manual en una tercera parte, almacenando, codificando y ordenando la información del censo de 1890 en solo tres años con 56 millones de tarjetas perforadas.
• En 1895, Hollerith añadió la función de sumar a su máquina para la contabilidad de los ferrocarriles centrales de Nueva York.
• Esta adición fue el primer intento de aplicación comercial automática, llevando a Hollerith a fundar la Tabulating Machines Company en 1896.
• En 1924, se fusionó con otras empresas para crear International Business Machines (IBM), dirigida inicialmente por Thomas J. Watson (padre).

La Mark I

• Howard Aiken (1900-1973) de Hardvard desarrolló en 1937 con ayuda de IBM la idea de Babbage.
• En 1944, culminó en la construcción de la calculadora automática de secuencia controlada (ASCC), o Harvard Mark I,.
• Utilizó relés electromagnéticos, ruedas dentadas y embragues electromecánicos.
• Contaba con elementos de entrada, memoria central, unidad aritmética, unidad de control, y lectura de tarjetas y cintas perforadas.

La ENIAC

• John W. Mauchly y John Presper Eckert construyeron en 1940, en la Universidad de Pennsylvania, la ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) a petición del Ministerio de Defensa de Estados Unidos.
• La ENIAC era una computadora electrónica construida con válvulas de vacío y fue puesta en funcionamiento en 1945.
• J. V. Atanasoff y C. Berry participaron en la construcción, aportando estudios sobre su calculadora ABC al proyecto ENIAC.
• La ENIAC era programable y podía aplicarse a cualquier tipo de cálculo, a diferencia de la ABC.
• El ejército de Estados Unidos la utilizó para calcular trayectorias de proyectiles mediante tablas.
• En 1951, John W. Mauchly construyó la UNIVAC-I (Universal Automatic Computer), la primera computadora de serie, utilizando cintas magnéticas.
• La falta de financiamiento llevó a Mauchly a vender el proyecto a IBM, que dividió la evolución de las computadoras en generaciones.

Factores que permitieron la existencia de las computadoras

• El avance de la electrónica
• Una base teórica matemática para sustentar la lógica digital
• Grandes inversiones para investigación y desarrollo
• La necesidad de resolver cálculos complejos para determinar trayectorias de proyectiles.

Generaciones de las Computadoras

• Primera generación (1946-1958):

  • Al inicio de la era de las computadoras, existía un gran desconocimiento acerca de sus características y capacidades.
  • Un estudio de la época determinó que el mercado de procesamiento de datos en Estados Unidos se saturaría con veinte computadoras.
  • La primera generación comprende desde 1946 hasta 1958 e incluye las computadoras creadas entre 1944 y 1947. Caracteristicas: - Contenían 18000 de tubos al vacío, causando errores debido al calor. - Eran grandes, compuestas por 200,000 piezas mecánicas y 800,000 metros de cable y ocupaban mucho espacio físico. - Requerían aire acondicionado de alta calidad que variaba entre 17 y 22 grados para evitar sobrecalentamiento y fallos. - Utilizaban programación externa y tambores magnéticos como memoria. - Pesaban entre 70 y 80 toneladas. - Medían de 18 a 20 metros de longitud. - Utilizaban lenguaje de máquina para la programación. - Tenían tambores magnéticos de aluminio cubiertos de material MAYDEN para grabar información con puntos magnéticos.

• Segunda generación (1958-1965): - Hubo una marcada evolución de las computadoras reduciendo el tamaño, peso y volumen con mejores materiales y componentes. - Sin embargo, el sistema era ineficaz ya que el tambor magnético sin capa protectora perdía información. - Muchas empresas dedicadas a la producción de equipos de cómputo fueron fundadas en la época, como serie 5000 de Burroughs y la ATLAS de la Universidad de Manchester. Caracteristicas: - Los bulbos son sustituidos por transistores. - Disminuyío el tamaño físico de las computadoras aproximadamente en 50%. - Redujeronel control de calidad del aire acondicionado. - Programación interna y se pueden soportar todos los programas de proceso. - La velocidad de operación son microsegundos. - Programación en lenguajes de alto nivel.

• Tercera generación (1965-1970):

  • Se redujo mucho el tamaño, desprendían menos calor y energéticamente eran mas eficientes.
  • La computadora IBM-360 dominó las ventas de computadoras desde 1965 y el PDP-8 de la Digital Equipment Corporation fue la primera minicomputadora en el mercado.. Caracteristicas:
    • Se sustituyó el transistor por el microtransistor.
    • El tamaño de las computadoras disminuye de 60 a 70%.
    • El control de calidad del aire acondicionado es mas flexible.
    • La memoria siguío siendo interna por medio de núcleos magnéticos.
    • Permaneció la velocidad de proceso en microsegundos
    • Aparició del sistema operativo

• Cuarta generación (1971-1980):

  • Se disminuyó el gran tamaño de la computadora hasta en 80 o 90%.
  • Las microcomputadoras de estos circuitos son muy baratas y de tamaño pequeño, expandendose el uso al mercado industrial. Caracteristicas:
    • Se sustituyó el microtransistor por circuitos integrados con funcion equivalente a 64 microtransistores
    • El control de calidad del aire acondicionado quedó casi nulo.
    • La velocidad de proceso es de nanosegundos a 1 3 10–9.
    • Las computadoras operaban a través de la multiprogramación y el teleproceso local y remoto.
    • Programación software: LISP, PROLOG

• Quinta generación (1981- ):

  • A pesar de que los estudiosos de la computación establecen que las computadoras actuales, debido a sus características, pertenecen a la cuarta generación, ya se empiezan a establecer los cimientos de la quinta generación.
  • Esta generación comprende de 1981 a la fecha; debido a que en 1981 los principales países productores de nuevas tecnologías (básicamente Estados Unidos y Japón) anunciaron la creación de una nueva generación de computadoras. caracteristicas: - Se sustituyó el microtransistor por circuitos integrados con funcion equivalente a 64 microtransistores - El control de calidad del aire acondicionado quedó casi nulo. - La velocidad de proceso es de nanosegundos a 1 3 10–9. - Las computadoras operaban a través de la multiprogramación y el teleproceso local y remoto. - Programación software: LISP, PROLOG

Clasificación de las computadoras por su capacidad

• Computadora analógica:

  • Esta computadora usa señales eléctricas analógica proporcionales para medidas físicas de tipo continuo

• Esta en su propio cableado, y se utiliza para fundamentalmente para controlar procesos y en problemas de simulación.

• Computadora digital:

  • Utiliza señales eléctricas de tipo digital, y se programa por medio de lenguajes de programaciónpara cualquier tipo de trabajo
  • Es considerada parte de las computadoras generales al ser el 95% de la computadoras en existencia.

• Computadora híbrida:

  • Posee características de los dos tipos anteriores de computadoras con entradas y salidas controladas por convertidores analógicos-digitales y viceversa

• Supercomputadora:

  • Creadas para el un calculo con una gran velocidad de proceso, usando un gran numero de procesadores que trabajan paralelo, capaz de miles de millones de operaciones
  • Ejemplo de estas es Cray Y-MP de Cray Research Inc

• Computadora o mainframe:

  • Usada principalmente para grandes empresas y organizaciones
  • Su potencia de cálculo es inferior, con la ejecución de millones de operaciones.
  • Es tiene la posibilidad de soportar un gran número de terminales o estaciones de trabajo, incluyendo procesos distribuidos de 50000 terminales conectadas.

• Minicomputadora:

  • Son máquinas de tipo medio, con una capacidad de proceso inferior, pudiendo controlar un número menor de terminales.
  • Ejm. VAX de Digital Equipment Corporation (DEC) y la AS/400 de IBM.

• Microcomputadoras

  • Funcionamiento interno se basa en el uso del microcomputador.
  • Tiene algunas ventajas como potencia, manejabilidad, portabilidad, precio y cubre una gama más baja de necesidades en el ámbito de la informática.
  • Es posible afirmar que las microcomputadoras dominan

• Estación de Trabajo:

  • Es una microcomputadora de gran potencia que se utiliza para trabajos de ingeniería o similares, permitiendo la conexión a través de una red con una computadora de mayor potencia.

• Computadora personal :

  • La microcomputadora más fácil de usar con mas ventajas que los otros grupos.
  • Solo tiene un puesto de trabajo en general.
  • La mayor parte del hardware y software existente pertenece a estas.