Hardware

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El hardware es un término general para los artefactos físicos de una tecnología.

También puede significar que los componentes físicos de un sistema informático, en forma de hardware del equipo.

Hardware significado históricamente las partes metálicas y accesorios que se utilizan para fabricar productos de madera más fuerte, más funcional, con una duración más larga y más fácil de fabricar o ensamblar.

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Tiendas modernas de hardware suelen vender equipos tales como llaves, cerraduras, bisagras, cerraduras, las esquinas, manijas, alambres, cadenas, artículos de plomería, herramientas, utensilios, cubiertos y piezas de la máquina, sobre todo cuando son de metal.

La historia del hardware comprende el surgimiento de herramientas en la antigüedad para facilitar los cálculos, su mejora, cambios, hasta la aparición del ordenador digital en el siglo XX.

Primeros dispositivos

Ábaco

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Ábaco

Seguramente fue el ábaco el primer dispositivo mecánico utilizado para el cálculo y aritmética básica. Anteriormente se habían utilizado piedras, palos y elementos de diferentes tamaños para representar números, y así realizar operaciones, pero el ábaco es el primer intento de máquina para calcular. Su origen se remonta a China hacia el 2500 adC y tal fue su efectividad y repercusión que hoy en día siguen construyéndose, aunque no para su uso como antaño.

Primeras calculadoras mecánicas (siglo XVII)

En 1623 Wilhelm Schickard construyó la primera calculadora mecánica y por ello se le considera el padre de la era del cómputo. Como su máquina usaba piezas de relojería (como dientes y engranajes), también se la llamó “reloj de cálculo”. Su amigo Johannes Kepler, quien revolucionó la astronomía, la puso en funcionamiento y la utilizó.

En el año 1633, un clérigo inglés, de nombre Willian Oughtred, inventó un dispositivo de cálculo basado en los logaritmos de Napier, al cual denominó Círculos de Proporción.

Este instrumento llegó a ser conocido como la regla de cálculo, que se ha usado hasta el siglo XX, cuando llegó la calculadora electrónica portátil. La regla de cálculo consiste en un conjunto de reglas o discos deslizantes, que tienen marcas en escala logarítmica. Debido a sus propiedades, permite obtener calcular productos y cocientes haciendo sólo sumas y restas de longitudes.

En la Francia del siglo XVII, Blaise Pascal con sólo 19 años inventó la primera calculadora del mundo, la Pascalina. Era una pequeña caja de madera bastante incómoda que tenía en la tapa una hilera de discos numerados, como los del teléfono (que tardaría un siglo más en inventarse), con los agujeros para introducir los dedos y hacerlos girar. Cada disco tenía una ventanilla, y había toda una hilera de ventanillas bajo la hilera de discos: de derecha a izquierda se alienaban las unidades, decenas, centenas, etc.

Cuando una rueda daba una vuelta completa, avanzaba la otra rueda situada a su izquierda. Las ventanillas correspondientes a cada unidad daban la respuesta buscada.

En conjunto, el engranaje proporcionaba un mecanismo de respuesta idéntico al resultado que se puede obtener empleando la aritmética. No obstante, la Pascalina tenía varios inconvenientes; el principal era que sólo el mismo Pascal era capaz de arreglarla.

En 1670 el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó esta máquina e inventó una que también podía multiplicar. A pesar de ello, las limitaciones técnicas de la época jugaron en su contra. Leibniz también describió el sistema binario, un ingrediente central para todas las computadoras modernas. Sin embargo, hacia los años 1940s, muchos diseños subsecuentes (incluyendo la máquina de Babbage de los años 1800s e incluso la ENIAC de 1945) fueron basados en el duro(?) de implementar sistema decimal.

Siglo XIX

Telar de Jacquard

En 1801, el inventor francés Joseph Marie Jacquard diseñó un telar que no necesitaba adaptarse mecánicamente a cada diseño a tejer, sino que usaba unas delgadas placas de madera perforadas que representaban el patrón. Se conoce como el telar de Jacquard.

Maquina Diferencial Analitica

También en el siglo XIX el matemático e inventor británico Charles Babbage elaboró los principios de la computadora digital moderna (programable y de propósito general). Este noble inglés usaba la pascalina para sus cálculos pero le resultaba muy incómoda, dado que no hacía nada por sí sola; había que indicarle los números y las operaciones cada vez. Un día al ver un telar mecánico que confeccionaba un punto escocés por sí solo, sin necesidad de que hubiese alguien allí dándole indicaciones cada vez, tuvo una idea. Los telares estaban dirigidos por cintas perforadas. Así que Babbage, copiando al telar, inventó su propia calculadora con cintas perforadas.

Luego inventó una serie de máquinas, como la máquina diferencial, diseñadas para solucionar problemas matemáticos complejos. Muchos historiadores consideran a Babbage y a su socia, la matemática británica Augusta Ada Byron (1815–1852), hija del poeta inglés Lord Byron, como a los verdaderos inventores de la computadora digital moderna.

La tecnología de aquella época no era capaz de trasladar a la práctica sus acertados conceptos; pero una de sus invenciones, la máquina analítica, ya tenía muchas de las características de un ordenador moderno. Incluía una corriente, o flujo de entrada en forma de paquete de tarjetas perforadas, una memoria para guardar los datos, un procesador para las operaciones matemáticas y una impresora para hacer permanente el registro. Estaba hecha de hierro y se necesitaba una máquina de vapor y era muy cara. Cuando la Marina dejó de financiarle, Babbage nunca pudo terminar su máquina.

Máquina tabuladora

Durante la década de 1880 el estadístico estadounidense Herman Hollerith concibió la máquina tabuladora a partir de 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 en sólo 2 años en vez de 13, que era lo que se estimaba. La máquina hacía pasar las tarjetas perforadas sobre contactos eléctricos para catalogarlas en diferentes cajones.

Más adelante, esta máquina evolucionó y pudo hacer operaciones matemáticas. Fue el principal negocio de IBM desde en 1924, con Thomas J. Watson como presidente.

1900–1940: computadoras analógicas

Por los 1900s las primeras calculadoras mecánicas, cajas registradoras, máquinas de contabilidad, entre otras se rediseñaron para utilizar motores electrónicos, con un engranaje de posición como la representación para el estado de una variable. Las personas eran computadoras, como un título de trabajo, y usaban calculadoras para evaluar expresiones. Los nomogramas, como esta Carta de Smith, son un dispositivo de cálculo analógico para algunos tipos de problemas

Los nomogramas, como esta Carta de Smith, son un dispositivo de cálculo analógico para algunos tipos de problemas

Antes de la Segunda Guerra Mundial, los ordenadores analógicos eran lo más moderno de esa época, y muchos creían que sería el futuro de la informática.

Una máquina analógica representa cantidades mediante magnitudes físicas que pueden cambiar continuamente, como la tensión, la corriente, la velocidad de rotación de un eje, etc. Un ejemplo de esta máquina es el Integrador de agua, de 1936, que funcionaba con tuberías y cubos de agua etiquetados con una escala.

Este tipo de ordenadores permitía resolver problemas complejos que los digitales eran incapaces de procesar, ya que aún estaban en sus primeros intentos. En cambio, tenían el problema de la poca flexibilidad: tenían que ser reconfigurados (manualmente) para cada problema.

A medida que los digitales se hicieron más rápidos y con más memoria RAM, se vio que sí que era posible sustituir a los analógicos. Entonces nació el concepto de programación de ordenadores digitales tal como lo conocemos hoy en día, como un trabajo lógico y matemático más que de conexión y desconexión de tuberías y cables en una máquina.

También hubo ordenadores híbridos (magnitudes analógicas controladas por circuitos digitales), que se usaron mucho en los 1950 y 1960, y más tarde en aplicaciones específicas.

Algunas computadoras analógicas se usaban en el campo de la artillería, para ayudar a apuntar a un objetivo en los vehículos de combate o en otras armas. Un ejemplo es el bombardero Norden. Algunos de estos sistemas se siguieron usando mucho después de la Segunda Guerra Mundial.

Como las máquinas computadoras no eran muy comunes en esta época, algunos mecanismos se usaban mediante mecanismos en papel, como grafos y nomogramas (diagramas) que daban soluciones analógicas a algunos problemas, como la distribución de presiones y temperaturas en un sistema calefactor. Otro ejemplo es la Carta de Smith.

Siglo XX: primeras computadoras electrónicas

En los años 30, siendo presidente de IBM Mister Watson, un joven profesor de Harvard, llamado Howard Aiken, le presentó un nuevo diseño de la calculadora de Babbage. Al igual que Pascal diseñó la pascalina y Babbage añadió el manejo mediante cintas perforadas, Aiken sustituyó el mecanismo de vapor por electricidad y añadió el mecanismo de control de una centralita telefónica, de manera que la máquina seleccionara por sí sola las tarjetas perforadas. Aiken obtuvo fondos para su proyecto y construyó el Harvard Mark 1, de 3 metros de alto y 20 de largo, que estuvo funcionando hasta 1959.

Casi al mismo tiempo que Howard Aiken, en el Berlín de los años 30, un joven ingeniero aeronáutico de 26 años llamado Konrad Zuse construyó la primera computadora electromecánica binaria programable, la cual hacía uso de relés eléctricos para automatizar los procesos. Sin embargo, tan sólo fabricó un prototipo para pruebas al cual llamó Z1. Este prototipo nunca llegó a funcionar debido a la falta de perfeccionamiento en sus elementos mecánicos.

En 1940 Zuse terminó su modelo Z2, el cual fue la primera computadora electromecánica completamente funcional del mundo. Al año siguiente, en 1941, fabricó su modelo Z3 para el cual desarrolló un programa de control que hacía uso de los dígitos binarios. No obstante, esta computadora fue destruida en 1944 a causa de la guerra. Konrad Zuse se había basado para el diseño de sus computadores en los recientes trabajos de Alan Turing. El Z4 necesitaba 20 metros cuadrados y pesaba 2 toneladas. En plena Segunda Guerra Mundial, la Z4 estaba en peligro y fue desmontada pieza a pieza y llevada a un lugar seguro. Entre 1945 y 1946 creó el Plankalkül (Plan de Cálculos), el primer lenguaje de programación de la historia y predecesor de los lenguajes modernos de programación algorítmica.

ENIAC

Durante la Segunda Guerra Mundial (1939–1945), un equipo de científicos y matemáticos que trabajaban en Bletchley Park, al norte de Londres, crearon lo que se consideró el primer ordenador digital totalmente electrónico: el Colossus. Hacia diciembre de 1943 el Colossus, que incorporaba 1.500 válvulas o tubos de vacío, era ya operativo. Fue utilizado por el equipo dirigido por Alan Turing para descodificar los mensajes de radio cifrados de los alemanes.

En 1939 y con independencia de este proyecto, John Atanasoff y el estudiante graduado Clifford Berry ya habían construido un prototipo de máquina electrónica en el Iowa State College (Estados Unidos). Estos investigadores desarrollaron la primera computadora digital electrónica entre los años de 1937 a 1942. Llamaron a su invento la computadora Atanasoff-Berry, o sólo ABC (Atanasoff Berry Computer).

Este prototipo y las investigaciones posteriores se realizaron en el anonimato, y más tarde quedaron eclipsadas por el desarrollo del Calculador e integrador numérico digital electrónico (ENIAC) en 1945. El ENIAC, que según mostró la evidencia se basaba en gran medida en el `ordenador’ Atanasoff-Berry, obtuvo una patente que caducó en 1973, varias décadas más tarde.

El ENIAC contenía 18.000 válvulas de vacío y tenía una velocidad de varios cientos de multiplicaciones por minuto, pero su programa estaba conectado al procesador y debía ser modificado manualmente. Se construyó un sucesor del ENIAC con un almacenamiento de programa que estaba basado en los conceptos del matemático húngaro-estadounidense John von Neumann. Las instrucciones se almacenaban dentro de una llamada memoria, lo que liberaba al ordenador de las limitaciones de velocidad del lector de cinta de papel durante la ejecución y permitía resolver problemas sin necesidad de volver a conectarse al ordenador.

La computadora EDVAC, construida en la Universidad de Manchester, en Connecticut (EEUU), en 1949 fue el primer equipo con capacidad de almacenamiento de memoria e hizo desechar a los otros equipos que tenían que ser intercambiados o reconfigurados cada vez que se usaban.

Esta computadora fue construida por John Mauchly y J. Prespert Eckert, (participando también Von Neumann) quienes empezaron a trabajar en ella 2 años antes que la ENIAC empezara a operar. La idea era tener el programa almacenado en la computadora y esto fue posible gracias a que la EDVAC tenía una mayor capacidad de almacenamiento de memoria.

La memoria consistía en líneas de mercurio dentro de un tubo de vidrio al vacío, de tal modo que un impulso electrónico podía ir y venir en 2 posiciones, para almacenar los ceros (0) y unos (1). Esto era indispensable ya que en lugar de usar decimales la EDVAC empleaba números binarios

La Univac (Universal Atomic Computer), en 1951, fue la primera computadora comercial moderna. Este computador se utilizaba para el tratamiento de datos no científicos. Fue construida por la Remington Ran (Sperry Rand), compañía fundada por Eckert y Mauchly. La Univac fue la primera máquina capaz de aceptar y tratar o procesar datos alfabéticos y numéricos.

Las calculadoras mecánicas, cajas registradoras, máquinas de contabilidad, entre otras, se habían rediseñado para utilizar motores electrónicos, con un engranaje de posición como la representación para el estado de una variable. Las personas eran computadoras, como un título de trabajo, y usaban calculadoras para evaluar expresiones.

Durante el proyecto Manhattan, el futuro Nobel Richard Feynman fue el supervisor de las computadoras humanas, muchas de las mujeres dedicadas a las matemáticas, que entendieron las ecuaciones matemáticas que estaban resolviéndose para el esfuerzo de guerra. Incluso el renombrado Stanislaw Marcin Ulman fue presionado por el servicio para traducir las matemáticas en las aproximaciones computables para la bomba de hidrógeno, después de la guerra. Durante la Segunda Guerra Mundial, los planes de Curt Herzstark para una calculadora de bolsillo mecánica, literalmente le salvaron la vida: Cliff Stoll, Scientific American 290, no. 1, pp. 92–99. (January 2004).

Transistores

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Transistores

A finales de la década de 1950 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 mucha menos energía y tienen una vida útil más prolongada, a su desarrollo se debió el nacimiento de máquinas más perfeccionadas, que fueron llamadas ordenadores o computadoras de segunda generación. Los componentes se hicieron más pequeños, así como los espacios entre ellos, por lo que la fabricación del sistema resultaba más barata.

Circuito integrado

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Circuito integrado

A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban soldados. El circuito integrado permitió una posterior reducción del precio, el tamaño y los porcentajes de error. El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large Scale Integrated) y, más tarde, con el circuito de integración a mayor escala (VLSI, acrónimo de Very Large Scale Integrated), con varios miles de transistores interconectados soldados sobre un único sustrato de silicio.

Generaciones de computadoras

Las computadoras actuales pasaron por varias etapas diferenciadas:

Primera Generación Artículo principal: Primera generación de computadoras

Computadoras constituidas por tubos de vacío, desprendían bastante calor y tenían una vida relativamente corta. Máquinas grandes y pesadas. A esta generación pertenece el ENIAC, el EDSAC y UNIVAC I entre otros. El almacenamiento de la información era en un tambor magnético interior. El tambor magnético se disponía en el interior del ordenador, recogía y memorizaba los datos y los programas que se le suministraban. La programación era en lenguaje máquina, consistía en largas cadenas de bits, de ceros y unos, por lo que la programación resultaba larga y compleja. Tenía un alto costo. Se usaban tarjetas perforadas para suministrar los datos y los programas. Estos ordenadores carecían de sistema operativo.

Segunda Generación Artículo principal: Segunda generación de computadoras

Los tubos de vacío fueron sustituidos por los transistores, estos últimos eran más económicos, más pequeños que las válvulas miniaturizadas, consumían menos y producían menos calor. Por todos estos motivos, la densidad del circuito podía ser aumentada sensiblemente, lo que quería decir que los componentes podían colocarse mucho más cerca unos a otros y ahorrar mucho más espacio. Evolucionan los modos de direccionamiento y surgen los lenguajes de programación de más alto nivel. Algunos ordenadores de esta época son el UNIVAC 1004, el CDC 6600 y el PDP-1.

Tercera Generación Artículo principal: Tercera generación de computadoras

Aparece el circuito integrado (chips). Aumenta la capacidad de almacenamiento y se reduce el tiempo de respuesta. Se generalizan los lenguajes de programación de alto nivel. Se consigue compatibilidad para compartir software entre diversos equipos. Aparece la posibilidad de trabajar en tiempo compartido. Pertenecen a estos años las máquinas UNIVAC 1100 y PDP-8.

Cuarta Generación Artículo principal: Cuarta generación de computadoras

Surge el microcircuito integrado. Se construye el microprocesador: el proceso de reducción del tamaño de los componentes llega a operar a escalas microscópicas. La microminiaturización permite construir dicho microprocesador, circuito integrado que rige las funciones fundamentales del ordenador. Comienzan a proliferar las redes de computadores. Aparecen los sistemas operativos en red y distribuidos. Ordenadores de esta generación son el Cray-1, IBM PC, SPARC, etc.

La Quinta Generación Artículo principal: Quinta generación de computadoras

Desarrollo de la Inteligencia Artificial. El propósito de la Inteligencia Artificial es equipar a las Computadoras con “Inteligencia Humana” y con la capacidad de razonar para encontrar soluciones. Otro factor fundamental del diseño, la capacidad de la computadora para reconocer patrones y secuencias de procesamiento que haya encontrado previamente (programación heurística) que permita a la computadora recordar resultados previos e incluirlos en el procesamiento. En esencia, la computadora aprenderá a partir de sus propias experiencias usará sus datos originales para obtener la respuesta por medio del razonamiento y conservará esos resultados para posteriores tareas de procesamiento y toma de decisiones. El conocimiento recién adquirido le servirá como base para la próxima serie de soluciones.

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