trabajo final

• Introducción

 En este tema vamos a trabajar el tema de los ordenadores.

• Las primeras máquinas:

La primera máquina de calcular mecánica, un precursor del ordenador digital, fue inventada en 1642 por el matemático francés Blaise Pascal. Aquel dispositivo utilizaba una serie de ruedas de diez dientes en las que cada uno de los dientes representaba un dígito del 0 al 9. Las ruedas estaban conectadas de tal manera que podían sumarse números haciéndolas avanzar el número de dientes correcto. En 1670 el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó esta máquina e inventó una que también podía multiplicar. El inventor francés Joseph Marie Jacquard, al diseñar un telar automático, utilizó delgadas placas de madera perforadas para controlar el tejido utilizado en los diseños complejos. Durante la década de 1880 el estadístico estadounidense Herman Hollerith concibió la idea de utilizar tarjetas perforadas, similares a las placas de Jacquard, para procesar datos. Hollerith consiguió compilar la información estadística destinada al censo de población de 1890 de Estados Unidos mediante la utilización de un sistema que hacía pasar tarjetas perforadas sobre contactos eléctricos.

 

•  Los primeros ordenadores:

  ENIAC es un acrónimo de Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Electrónico), utilizada por el Laboratorio de Investigación Balística del Ejército de los Estados Unidos.
Se ha considerado a menudo la primera computadora de propósito general, aunque este título pertenece en realidad a la computadora alemana Z1. Además está relacionada con el Colossus, que se usó para descifrar código alemán durante la Segunda Guerra Mundial y destruido tras su uso para evitar dejar pruebas, siendo recientemente restaurada para un museo británico. 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. Presentada en público el 15 de febrero de 1946.
 La ENIAC fue construida en la Universidad de Pensilvania por John Presper Eckert y John William Mauchly, ocupaba una superficie de 167 m² y operaba con un total de 17.468 válvulas electrónicas o tubos de vacío que a su vez permitían realizar cerca de 5000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo. Físicamente, la ENIAC tenía 17.468 tubos de vacío, 7.200 diodos de cristal, 1.500 relés, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores y 5 millones de soldaduras. Pesaba 27 Toneladas, medía 2,4 m x 0,9 m x 30 m; utilizaba 1.500 conmutadores electromagnéticos y relés; requería la operación manual de unos 6.000 interruptores, y su programa o software, cuando requería modificaciones, demoraba semanas de instalación manual.
La ENIAC elevaba la temperatura del local a 50 °C. Para efectuar las diferentes operaciones era preciso cambiar, conectar y reconectar los cables como se hacía, en esa época, en las centrales telefónicas, de allí el concepto. Este trabajo podía demorar varios días dependiendo del cálculo a realizar.
Uno de los mitos que rodea a este aparato es que la ciudad de Filadelfia, donde se encontraba instalada, sufría de apagones cuando la ENIAC entraba en funcionamiento, pues su consumo era de 160 kW.
A las 23.45 del 2 de octubre de 1955.

  la ENIAC fue desactivada para siempre.


La máquina de Von Neumann es un concepto teórico formulado por el matemático húngaro - estadounidense John Von Neumann.
Supóngase a un determinado problema simple, repetitivo y prolongado en el tiempo: por ejemplo, la extracción de mineral de hierro en la superficie de Marte.
Una solución posible es enviar máquinas robotizadas que, de forma autónoma, extraigan el mineral y lo conviertan en lingotes de hierro, bien para su envío a la Tierra, bien para su uso por colonias locales. Si una máquina extrae n toneladas en un determinado período de tiempo (ciclo), en m ciclos se tendrá m x n toneladas.
Supóngase ahora un segundo tipo de máquina: una máquina que, además de producir lingotes de hierro, los trabaja para autorreplicarse, construyendo una máquina igual a ella misma. El rendimiento será menor que el de la primera máquina, pues parte del hierro lo utiliza en producir la segunda máquina, pero al cabo de un tiempo (generación), no se tendrá una sino dos máquinas trabajando. Tras dos generaciones se tendrá cuatro máquinas, tras tres generaciones ocho máquinas, etcétera. Se trata de una población que crece de forma exponencial.
Así, aunque el rendimiento sea menor, la producción tenderá a crecer hasta superar la de la primera máquina. Como ejemplo, tras diez generaciones habrá más de mil máquinas de Von Neumann (exactamente 1.024 = 2¹⁰), de manera que, aunque su rendimiento fuera del 5% de la primera máquina, la producción total sería más de 50 veces mayor.
Este concepto no es solamente teórico: los virus informáticos son máquinas de Von Neumann. Ante el ingente trabajo de infectar el mayor número posible de ordenadores, los virus se autorreplican pasando de ordenador a ordenador, aumentando su población de forma exponencial e infectando así millones de ordenadores en pocas horas.
Sin embargo, no sólo hay aplicaciones negativas de este concepto. Los autómatas celulares tienen alto rango de aplicaciones en la ciencia, modelando y simulando gran cantidad de sistemas físicos, como fluidos, flujo de tráfico, etc.

•  Los circuitos integrados: 

 Se denomina Compatible IBM PC o IBM PC compatible a un tipo de ordenadores similares al IBM PC, IBM Personal Computer XT e IBM Personal Computer/AT. Estos ordenadores también llamados PC clones, IBM clones o clónicos, se denomina así porque casi duplican exactamente todas las características importantes de la arquitectura PC, hecho facilitado por la posibilidad de realizar legalmente ingeniería inversa de la BIOS mediante el diseño de sala limpia por parte de varias compañías. Columbia Data Products construyó el primer clon de un IBM PC mediante una implementación de sala limpia de la BIOS.
Muchos de los primeros compatibles IBM PC utilizan el mismo bus que los IBM PC e IBM AT originales. El bus compatible IBM AT es posteriormente llamado Bus ISA por los fabricantes de ordenadores compatibles.
Los descendientes de los compatibles IBM PC constituyen la mayoría de las computadoras personales del mercado actual, pese a que la interoperabilidad con la estructura de bus y periféricos de la arquitectura PC original sea limitada o inexistente.

• La miniaturización de los procesadores:

 Fue ya hace muchos años, tras los Pentium 4, cuando Intel decidió apartar la familia Pentium de entre su gama alta de procesadores e introdujo los Intel Core. Desde entonces han seguido existiendo, aunque son modelos de entrada, básicos y muy sencillos y baratos. Han ido adaptándose a las sucesivas arquitecturas pero pasando desapercibidos casi por completo.
Intel Pentium siguen existiendo, por supuesto. Lo último que conocemos son algunos rumores que indican que Intel lanzará nuevos ‘Pentium’ antes de verano, más o menos junto con el lanzamiento de ‘Haswell’ y con la misma filosofía que en estos últimos años: procesadores de dos núcleos sin hyperthreading y con una GPU integrada muy básica que posiblemente ni siquiera ofrezca una potencia decente para videojuegos. Tareas de escritorio, ofimática y poco más.

En total son cuatro modelos los que se barajan

modelo	Núcleos/hilos	Frecuencia	Caché L3	Frecuencia GPU	RAM	TDP
Pentium G2030	2	3 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1333	55w
Pentium G2030T	2	2.6 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1333	35w
Pentium G2120T	2	2.7 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1600	35w
Pentium G2140	2	3.3 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1600	55w

delo	Núcleos/hilos	Frecuencia	Caché L3	Frecuencia GPU	RAM	TDP
Pentium G2030	2	3 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1333	55w
Pentium G2030T	2	2.6 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1333	35w
Pentium G2120T	2	2.7 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1600	35w
Pentium G2140	2	3.3 GHz	3 MB	650-1050 MHz	DDR3-1600	55w

Como veis todos de doble núcleo sin grandes características. En principio estarían basados en Ivy Bridge, siendo esto algo habitual en las CPU de entrada: utilizan una arquitectura anterior a la más moderna con la finalidad de abaratar su precio al máximo.
No estaremos ante procesadores punteros ni modelos rompedores o muy innovadores, pero serán una interesante opción para ordenadores muy básicos. En esta categoría de producto Intel tiene a un gran rival en AMD, quien en los últimos años ha posicionado unos muy buenos AMD Fusion en lo que a calidad y rendimiento/precio se refiere.

•  El futuro
  
  
  Los ordenadores cuánticos
  

Los ordenadores utilizan bits para codificar la información de modo que un bit puede tomar el valor cero o uno. Por contra, los ordenadores cuánticos utilizan los qubits (bit cuánticos) para realizar esta tarea. Un qubit almacena la información en el estado de un átomo, pero por las propiedades de los átomos hacen que el estado no tenga porque ser cero o uno, sino que puede ser una mezcla de los dos a la vez. Así, al poder almacenar una mezcla de ambos valores a la vez en cada qubit podemos tratar toda la información de una sola vez.

Gracias a esta propiedades los ordenadores cuánticos tienen una especial capacidad para resolver problemas que necesitan un elevado número de cálculos en un tiempo muy pequeño. Además, como estarán construidos con átomos, su tamaño será microscópico consiguiendo un nivel de miniaturización impensable en los microporcesadores de silicio.

Por desgracia, en la actualidad aún no se ha llegado a construir ordenadores cuánticos que utilicen más de dos o tres qubits. Aún así, hay un gran número de centros de investigación trabajando tanto a nivel teórico como a nivel práctico en la construcción de ordenadores de este tipo y los avances son continuos. Entre los principales centros destacan los laboratorios del centro de investigación de Almaden de IBM (http://www.almaden.ibm.com/st/disciplines/quantuminfo), AT&T, Hewlett Packard en Palo Alto (California), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y universidades de todo el mundo como la de Oxford (http://www.qubit.org/) Standford, Berkeley, etcétera.

Computadoras de ADN

La computación molecular consiste en representar la información a procesar con moléculas orgánicas y hacerlas reaccionar dentro de un tubo de ensayo para resolver un problema.

La primera experiencia en laboratorio se realizó en 1994 cuando se resolvió un problema matemático medianamente complejo. Para ello se utilizó la estructura de moléculas de ADN para almacenar la información de partida y se estudio las moléculas resultantes de las reacciones químicas para obtener la solución.

Por una parte, esta técnica aprovecha la facultad de las moléculas de reaccionar simultáneamente dentro de un mismo tubo de ensayo tratando una cantidad de datos muy grande al mismo tiempo. Por otro lado, el tamaño de las moléculas los sitúa a un tamaño equiparable al que se puede conseguir con los ordenadores cuánticos. Otra ventaja importante es que la cantidad de información que se puede almacenar es sorprendente, por ejemplo, en un centímetro cúbico se puede almacenar la información equivalente a un billón de CDs.

Si comparamos un hipotético computador molecular con un supercomputador actual vemos que el tamaño, la velocidad de cálculo y la cantidad de información que se puede almacenar son en extremo mejoradas. La velocidad de cálculo alcanzada por un computador molecular puede ser un millón de veces más rápida y la cantidad de información que puede almacenar en el mismo espacio es un billón de veces (1.000.000.000.000) superior.

Aunque aún no se pueden construir ordenadores de este tipo, desde la primera experiencia práctica este área ha pasado a formar parte de los proyectos más serios como alternativa al silicio. Buena prueba de ello son las investigaciones llevadas a cabo en el marco del DIMACS o "Centro de Matemática Discreta y Computación Teórica" (http://dimacs.rutgers.edu/) del cual forman parte la universidades Princeton (http://www.neci.nj.nec.com/), los laboratorios de AT&T, Bell entre otros. Otros focos de investigación son el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y el Consorcio Europeo de Computación Molecular (http://www.tucs.fi/EMCC/) formado por un importante número de universidades.