Primera generacin: ENIAC y Arquitectura Von Neumann

Primera generacin: ENIAC y Arquitectura Von Neumann

Alan Mathison Turing

Alan Mathison Turing, fue un matemtico,lgico,cientfico de la computacin,criptgrafo,filsofo, maratonista y corredor de ultra distanciabritnico.Es considerado uno de los padres de laciencia de la computacinsiendo el precursor de lainformticamoderna. Proporcion una influyente formalizacin de los conceptos dealgoritmoy computacin: lamquina de Turing. Formul su propia versin de la hoy ampliamente aceptadatesis de Church-Turing.

La mquina de Turing

Unamquina de Turinges un dispositivo que manipula smbolos sobre una tira de cinta de acuerdo a una tabla de reglas. A pesar de su simplicidad, una mquina de Turing puede ser adaptada para simular la lgica de cualquieralgoritmode computadory es particularmente til en la explicacin de las funciones de unaCPUdentro de un computador.

John von Neumann

John von Neumann(registrado al nacer comoNeumann Jnos Lajos) (Budapest,Imperio austrohngaro,28 de diciembrede1903-Washington, D.C.,Estados Unidos,8 de febrerode1957) fue unmatemticohngaro-estadounidenseque realiz contribuciones fundamentales enfsica cuntica,anlisis funcional,teora de conjuntos,teora de juegos,ciencias de la computacin,economa,anlisis numrico,ciberntica,hidrodinmica,estadsticay muchos otros campos.Es considerado como uno de los ms importantes matemticos de la historia moderna.

Von Neumann le dio su nombre a la arquitectura de von Neumann, utilizada en casi todos loscomputadores, por su publicacin del concepto; aunque muchos piensan que este nombramiento ignora la contribucin deJ. Presper EckertyJohn William Mauchly, quienes contribuyeron al concepto durante su trabajo enENIAC.Virtualmente, cada computador personal,microcomputador,minicomputadory supercomputadores unamquina de von Neumann. Tambin cre el campo de los autmatas celularessin computadores, construyendo los primeros ejemplos de autmatasautorreplicablescon lpiz y papel. El concepto deconstructor universalfue presentado en su trabajo pstumoTeora de los autmatas autorreproductivos. El trmino mquina de von Neumann se refiere alternativamente a lasmquinas autorreplicativas. Von Neumann prob que el camino ms efectivo para las operaciones mineras a gran escala, como minar unalunaentera o uncinturn de asteroides, es a travs del uso de mquinas autorreplicativas, para aprovechar elcrecimiento exponencialde tales mecanismos.

John Presper Eckert

John Presper Eckert(Filadelfia,Estados Unidos,9 de abrilde1919-3 de juniode1995) fue un ingeniero elctrico estadounidense y pionero de la informtica. En su niez demostraba habilidades excepcionales para las matemticas y mentalidad de inventor. En1937ingres a la Universidad de Pensilvaniapara estudiaringeniera elctrica, gradundose en1941con buenos resultados en cuanto a calificaciones.Aun antes de obtener su ttulo de ingeniero, Eckert ya haba diseado y construido un dispositivo para medir la concentracin de vapor denaftalenoutilizandoluz ultravioleta.

Despus de graduarse continu trabajando en la universidad como instructor de cursillos deelectrnicay realizando estudios de postgraduado. En dichos cursos conoci y trab amistad conJohn William Mauchlyque mantendra para toda la vida. De esta asociacin se produjeron varios de los logros ms importantes en lacomputacinmoderna. En seguida, Eckert se interes por las ideas que tena Mauchly sobre la construccin de un computador y de la colaboracin de ambos surgi el proyectoENIAC. Enmayode1943designaron a Eckert ingeniero principal del proyecto cuya tarea especfica era disear loscircuitos electrnicos. Uno de los problemas que solucion fue conseguir que las 18.000vlvulasde las que estaba compuesto elENIACtuvieran una vida larga para que as elENIACfuera viable.

John William Mauchly

John William Mauchly(30 de agostode19078 de enerode1980) fue un fsico estadounidense que, junto con laENIAC, hizo el primer programa y el primer ordenador digital electrnico de propsito general as como elEDVAC, elBinac y el UNIVAC. Y el primer ordenador comercial hecho en los Estados Unidos.

En el 1942 Mauchly escribi un memorndum proponiendo la construccin de un ordenador electrnico de propsito general. La propuesta enfatiz la enorme ventaja de velocidad que se poda ganar usando la electrnica digital sin partes mviles. Herman Goldstine, que era el enlace entre la Armada y la Moore School, se enter de la idea y pidi a Mauchly que escribiera una propuesta formal. La Armada acord con la Moore School construir la Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC). Mauchly encabez el diseo conceptual mientras que Eckert llev a trmino la ingeniera del hardware de la ENIAC. Un gran nmero de otros ingenieros con talento contribuyeron al proyecto secreto PX.

ENIAC

ENIAC, un acrnimo deElectronicNumericalIntegratorAndComputer(Computador e Integrador Numrico Electrnico), fue la primeracomputadorade propsitos generales. EraTuring-completa,digital, y susceptible de ser reprogramada para resolver una extensa clase de problemas numricos.Fue inicialmente diseada para calculartablas de tirodeartillerapara el Laboratorio de Investigacin Balstica delEjrcito de los Estados Unidos. Se ha considerado a menudo la primera computadora de propsito general, aunque este ttulo pertenece en realidad a la computadora alemanaZ1. Adems est relacionada con elColossus, que se us para descifrarcdigo alemndurante la Segunda Guerra Mundialy destruido tras su uso para evitar dejar pruebas, siendo recientemente restaurada para un museo britnico. Era totalmente digital, es decir, que ejecutaba sus procesos y operaciones mediante instrucciones enlenguaje mquina, a diferencia de otras mquinas computadoras contemporneas de procesos analgicos. Presentada en pblico el15 de febrerode 1946.

Las Programadoras de ENIACSi bien fueron los ingenieros de ENIAC, Mauchly y Eckert, los que pasaron a la historia, hubo seis mujeres que se ocuparon de programar la ENIAC, cuya historia ha sido silenciada a lo largo de los aos y recuperada en las ltimas dcadas. Clasificadas entonces como "sub-profesionales", posiblemente por una cuestin de gnero o para reducir los costos laborales, este equipo de programadoras destacaba por sus habilidades matemticas y lgicas y trabajaron inventando la programacin a medida que la realizaban.Prcticamente no aparecen en los libros de historia de la computacin, mas dedicaron largas jornadas a trabajar con la mquina, utilizada principalmente para clculos detrayectoria balsticay ecuaciones diferenciales, contribuyendo al desarrollo de la programacin de computadoras. Cuando la ENIAC se convirti luego en una mquina legendaria, sus ingenieros se hicieron famosos, mientras que nunca se le otorg crdito alguno a estas seis mujeres que se ocuparon de la programacin.

HardwareLa ENIAC fue construida en laUniversidad de PensilvaniaporJohn Presper EckertyJohn William Mauchly, ocupaba una superficie de 167my operaba con un total de 17468 vlvulas electrnicas otubos de vacoque a su vez permitan realizar cerca de 5000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo. Fsicamente, la ENIAC tena 7200 diodos de cristal, 1500 rels, 70000 resistencias, 10000 condensadores y cinco millones de soldaduras. Pesaba 27 Toneladas, meda 2,4 m x 0,9 m x 30 m; utilizaba 1500 conmutadores electromagnticos y rels; requera la operacin manual de unos 6000 interruptores, y su programa o software, cuando requera modificaciones, demoraba semanas de instalacin manual. La ENIAC elevaba la temperatura del local a 50C. Para efectuar las diferentes operaciones era preciso cambiar, conectar y reconectar los cables como se haca, en esa poca, en las centrales telefnicas, de all el concepto. Este trabajo poda demorar varios das dependiendo del clculo a realizar.Uno de los mitos que rodea a este aparato es que la ciudad deFiladelfia, donde se encontraba instalada, sufra de apagones cuando la ENIAC entraba en funcionamiento, pues su consumo era de 160 kW.

CapacidadENIAC poda resolver problemas que hasta entonces no eran planteables. Era mil veces ms rpida que la tecnologa existente. Poda sumar cinco mil nmeros o hacer catorce multiplicaciones de diez dgitos en un segundo.La ENIAC poda ser programada para ejecutar secuencias y enlaces de suma, resta, multiplicacin, divisin, elevacin al cuadrado, funciones de entrada y salida y saltos de secuencia condicionales. La programacin era por hardware y reprogramarlo costaba das, pero se redise en el ao 1948 para permitir el uso de programas almacenados con una pequea prdida de velocidad.

Legado (EDVAC)El diseo del ENIAC se congel en el 1944 para permitir la construccin. Eckert y Mauchly eran conscientes de las limitaciones de la mquina y empezaron a hacer planes para un segundo ordenador, que se deba llamar EDVAC. En enero de 1945 obtuvieron un contrato para construir su ordenador de programas almacenados. Eckert propuso una memoria de mercurio para guardar tanto el programa como los datos. Ms tarde, en aquel mismo ao, el matemticoJohn von Neumannse enter del proyecto y se uni en algunas de las discusiones del proyecto. Redactando un documento interno que describa el EDVAC.El trminoArquitectura de von Neumannsurgi a partir de un artculo de von Neumann, "First Draft of a Report about the EDVAC". Con fecha de 30 de junio de 1945, fue un primer informe escrito de un ordenador de propsito general con programas almacenados (el EDVAC).Arquitectura de von Neumann

Laarquitectura Von Neumann, tambin conocida comomodelo de Von Neumannoarquitectura Princeton, es una arquitectura de computadorasbasada en la descrita en 1945 por el matemtico y fsicoJohn von Neumanny otros, en elprimer borrador de un informe sobre el EDVAC.Este describe una arquitectura de diseo para un computador digital electrnico con partes que constan de unaunidad de procesamientoque contiene unaunidad aritmtico lgicay registros del procesador, unaunidad de controlque contiene unregistro de instruccionesy uncontador de programa, unamemoriapara almacenar tanto datos como instrucciones,almacenamiento masivoexterno, y mecanismos de entrada y salida.El significado ha evolucionado hasta ser cualquiercomputador de programa almacenadoen el cual no pueden ocurrir una extraccin de instruccin y una operacin de datos al mismo tiempo, ya que comparten unbus en comn. Esto se conoce como elcuello de botella Von Neumanny muchas veces limita el rendimiento del sistema. El diseo de una arquitectura Von Neumann es ms simple que laarquitectura Harvardms moderna, que tambin es un sistema de programa almacenado, pero tiene un conjunto dedicado de direcciones y buses de datos para leer datos desde memoria y escribir datos en la misma, y otro conjunto de direcciones y buses de datos para ir a buscar instrucciones.Un computador digital de programa almacenado es una que mantiene susinstrucciones de programa, as como sus datos, enmemoria de acceso aleatorio(RAM) delectura-escritura. Las computadoras de programa almacenado representaron un avance sobre los ordenadores controlados por programas de la dcada de 1940, como laColossusy laENIAC, que fueron programadas por ajustando interruptores e insertando parches, conduciendo datos de la ruta y para controlar las seales entre las distintas unidades funcionales. En la gran mayora de las computadoras modernas, se utiliza la misma memoria tanto para datos como para instrucciones de programa, y la distincin entre Von Neumann vs. Harvard se aplica a la arquitectura de memoriacach, pero no a la memoria principal.

Las computadoras son mquinas de arquitectura von Neumann cuando:1. Tanto los programas como los datos se almacenan en unamemoriaen comn. Esto hace posible la ejecucin de comandos de la misma forma que los datos.2. Cada celda de memoria de la mquina se identifica con un nmero nico, llamadodireccin.3. Las diferentes partes de la informacin (los comandos y los datos) tienen diferente modos de uso, pero la estructura no se representa en memoria de manera codificada.4. Cada programa se ejecuta de forma secuencial que, en el caso de que no haya instrucciones especiales, comienza con la primera instruccin. Para cambiar esta secuencia se utiliza el comando decontrol de transferencia.

Modelo original de arquitectura Von Neumann

Modelo moderno de arquitectura Von Neumann