El Desarrollo de los Lenguajes y Técnicas de Programación
Paralelo al desarrollo de la ciencia de la computación y de las máquinas correspondientes fue tomando auge la técnica relativa a los métodos de suministrar las instrucciones a las máquinas con vistas a realizar un determinado trabajo de cálculo. Fueron dos mujeres las grandes pioneras de las técnicas e idiomas de programación, independientemente del aporte que los hombres también brindaron.
Se reconoce generalmente como la primera gran pionera en este campo a Lady Ada Augusta Lovelace, única hija legitima del poeta ingles Lord Byron, nacida en 1815.
Entre los muchos aportes que hizo a la ciencia de la computación Lady Lovelace, mientras estudiaba la máquina de Babbage, el más sobresaliente probablemente fue el que estaba relacionado con el concepto de lo que hoy llamamos 'lazos' o 'subrutinas'
Lady Lovelace planteó que en una larga serie de instrucciones debía haber necesariamente varias repeticiones de una misma secuencia. Y que consecuentemente debía ser posible establecer un solo grupo de tarjetas perforadas para este grupo de instrucciones recurrentes. Sobre este mismo principio trabajaron posteriormente los conocidos matemáticos ingleses Alan Turing y John Von Neumann.
En 1989 el único lenguaje aceptado por el Departamento de Defensa Norteamericano es el llamado ADA, este en honor de la Condesa ADA Lovelace. ADA surgió por la necesidad de unificar los más de 400 lenguajes y dialectos que dicho departamento utilizaba en sus proyectos, de forma que el tiempo y dinero invertidos en el desarrollo de software para uno de ellos fuera utilizable en otro de similares características.
Poco más de un siglo después de la muerte de Lady Lovelace, otra mujer, que con el paso del tiempo demostró ser eminente, estaba empeñada en la programación de la primera computadora digital, la Mark I.
Grace M. Hooper fue una de las pioneras en el campo de los idiomas de programación, especialmente en el desarrollo de Cobol (Common Business Oriented Languaje), un idioma concebido para su utilización con equipos de diferentes fabricantes y que expresa los problemas de manipulación y elaboración de datos en forma narrativa ordinaria en Ingles.
Su trabajo relacionado con la programación de Mark I y las subsiguientes generaciones Mark II y Mark III le valieron ganar un prestigioso premio otorgado por la Marina. Luego de tres años trabajando en el departamento de computación de la Marina, Grace Hooper se unió a la Eckert Mauchly Corp. como experta en matemáticas. En la fecha en que Hooper se unió a la compañía de Eckert Mauchly, éstos estaban empeñados en la construcción de Univac I, en la programación de la cual la Sra. Hooper tuvo gran participación.
En 1952 Grace Hooper publicó su primer ensayo sobre autoprogramadores (Compilers), que le valió ser nombraba directora e ingeniero de sistemas de la División Univac de la Sperry Rand Corp. Este documento de gran importancia técnica sería el primero de muchos otros (más de 50) publicados por ella relacionados con idiomas y otros elementos de programación.
Los trabajos de Grace Hooper en materia de programación llevaron al desarrollo de las subrutinas (subprograms) y por extensión a la creación de colecciones de las subrutinas, un procedimiento eficiente y económico de eliminar errores en la programación y de disminuir considerablemente el esfuerzo requerido para poder programar.
Los lenguajes de programación se dividen en:
Lenguaje de máquina: El lenguaje de máquina está orientado hacia la máquina. Este lenguaje es fácil de entender por la computadora, pero difícil para el usuario. Es el lenguaje original de la computadora el cual es generado por el "software", y no por el programador.
Bajo Nivel: Son dependientes de la máquina, están diseñados para ejecutarse en una determinada computadora. A esta categoría pertenecen las 2 primeras generaciones. Ejemplo: lenguaje ensamblador.
Alto Nivel: Son independientes de la máquina y se pueden utilizar en cualquier computadora. Pertenecen a esta categoría la tercera y la cuarta generación. Los lenguajes de más alto nivel no ofrecen necesariamente mayores capacidades de programación, pero si ofrecen una interacción programador/computadora más avanzada. Cuanto más alto es el nivel del lenguaje, más sencillo es comprenderlo y utilizarlo.
Cada generación de lenguajes es más fácil de usar y más parecida a un lenguaje natural que sus antecesores.
Los lenguajes posteriores a la cuarta generación se conocen como lenguajes de muy alto nivel. Son lenguajes de muy alto nivel los generadores de aplicaciones y los naturales.
En cada nuevo nivel se requieren menos instrucciones para indicar a la computadora que efectúe una tarea en particular. Pero los lenguajes de alto nivel son sólo una ayuda para el programador. Un mayor nivel significa que son necesarios menos comandos, debido a que cada comando o mandato de alto nivel reemplaza muchas instrucciones de nivel inferior.
Programas traductores Son los que traducen instrucciones de lenguajes de programación de alto nivel al código binario del lenguaje de la máquina.
Código fuente ("source code") Es un conjunto de instrucciones del programa que están escritas en un lenguaje de programación.
Código del objeto ("object code") Es un conjunto de instrucciones binarias traducidas y que la computadora puede ejecutar.
Ejemplos de programas traductores
Compilador Es un programa que traduce un lenguaje de alto nivel al lenguaje de máquina de una computadora. Según va ejecutando la traducción, coteja los errores hechos por el programador. Traduce un programa una sola vez, generalmente, y es cinco veces más rápido que los programas intérpretes. Ejemplos: ALGOL, BASIC, COBOL, FORTRAN, PASCAL y PL/1.
Intérprete Es un programa que traduce un lenguaje de alto nivel al lenguaje de máquina de una computadora. El programa siempre permanece en su forma original (programa fuente) y traduce cuando está en la fase de ejecución instrucción por instrucción. Ejemplo: BASIC
Ensamblador Es un programa de bajo nivel que traduce el lenguaje de ensamble a lenguaje de máquina. Utiliza letras del alfabeto para representar los diferentes arreglos del código binario de la máquina. Los programadores de ensamble deben conocer profundamente la arquitectura y el lenguaje de máquina de su computadora. El programa ensamblador traduce cada instrucción de ensamble escrita por el programador a la instrucción en lenguaje de máquina binario equivalente. En general, las instrucciones ("software") de un sistema se escriben en este lenguaje. Ejemplos: Sistema operativo y Sistemas de manejo de base de datos.
Lenguajes de alto nivel más comunes
BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code)
Fue el lenguaje de programación interactivo más popular en la década de los 70. Es un lenguaje de propósito general. Desarrollado por John Kemeny y Thomas Kurtz en "Dartmouth College" en 1963. Existen numerosas versiones, algunas son compiladores y otras son intérpretes.
COBOL (Common Business Oriented Language)
Es un lenguaje compilador diseñado para aplicaciones de negocios. Desarrollado en 1959 por el gobierno federal de los Estados Unidos y fabricantes de computadoras bajo el liderazgo de Grace Hopper. Es el más utilizado por los "mainframe". COBOL está estructurado en cuatro divisiones; a saber:
1) División de identificación – identifica el programa.
2) División ambiental – identifica a las computadoras fuente y objeto.
3) División de datos – identifica las memorias "buffer", constantes y áreas de trabajo.
4) División de procedimiento – describe el procesamiento (la lógica del programa).
PASCAL Este programa recibió su nombre en honor a Blas Pascal. Fue desarrollado por el científico suizo Niklaus Wirth en 1970 y diseñado para enseñar técnicas de programación estructurada. Es fácil de aprender y de usar y no utiliza línea sino ";" (semicolon). Existen versiones de compilador, como de intérprete. Estas varían según la versión.
FORTRAN (FORmula TRANslator)
Es uno de los primeros lenguajes de alto nivel desarrollado en 1954 por John Backus y un grupo de programadores de IBM. Es un lenguaje compilador que se diseñó para expresar con facilidad las fórmulas matemáticas, resolver problemas científicos y de ingeniería.
ADA Es un lenguaje desarrollado como una norma del Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
Es un lenguaje basado en PASCAL, pero más amplio y específico. Fue diseñado tanto para aplicaciones comerciales como científicas. Es un lenguaje de multitareas que puede ser compilado por segmentos separados. Se llama ADA en honor de Augusta Ada Byron, condesa de Lovelace e hija del poeta inglés Lord Byron.
APL (A Programming Language)
Este programa fue desarrollado por Kenneth Inverson a mediados de la década de 1960 para resolver problemas matemáticos. Este lenguaje se caracteriza por su brevedad y por su capacidad de generación de matrices y se utiliza en el desarrollo de modelos matemáticos.
PL/1 (Programming Language 1)
Este programa fue desarrollado por IBM. Es un lenguaje de propósito general que incluye características de COBOL y de FORTRAN. Su principal utilidad es en los "mainframes".
RPG (Report Program Generator)
Fue desarrollado por IBM en 1964 y diseñado para generar informes comerciales o de negocios.
Lenguaje C
Fue desarrollado a principios de la década de los 70 en Bell Laboratories por Brian Kernigham y Dennis Ritchie. Ellos necesitaban desarrollar un lenguaje que se pudiera integrar con UNIX, permitiendo a los usuarios hacer modificaciones y mejorías fácilmente. Fue derivado de otro lenguaje llamado BCPL.
Lenguaje C++
Se pronuncia "ce plus plus". Fue desarrollado por Bjarne Stroustrup en los Bell Laboratories a principios de la década de los '80. C++ introduce la programación orientada al objeto en C. Es un lenguaje extremadamente poderoso y eficiente. C++ es un súper conjunto de C, para aprender C++ significa aprender todo acerca de C, luego aprender programación orientada al objeto y el uso de éstas con C++.
Visual BASIC
Este programa fue creado por Microsoft. Es un programa moderno que da apoyo a las características y métodos orientados a objetos.
Programación orientada al objeto
Las metas de la programación orientada al objeto es mejorar la productividad de los programadores haciendo más fácil de usar y extender los programas y manejar sus complejidades. De esta forma, se reduce el costo de desarrollo y mantenimiento de los programas. En los lenguajes orientados al objeto los datos son considerados como objetos que a su vez pertenecen a alguna clase. A las operaciones que se definen sobre los objetos son llamados métodos. Ejemplo de programas orientados al objeto: Visual BASIC y C++.
Generaciones de los Lenguajes de Programación
1. Primera Generación: Lenguaje de máquina. Empieza en los años 1940-1950. Consistía en sucesiones de dígitos binarios. Todas las instrucciones y mandatos se escribían valiéndose de cadenas de estos dígitos. Aún en la actualidad, es el único lenguaje interno que entiende la computadora; los programas se escriben en lenguajes de mayor nivel y se traducen a lenguaje de máquina.
2. Segunda Generación: Lenguajes ensambladores. Fines de los 50. Se diferencian de los lenguajes de máquina en que en lugar de usar códigos binarios, las instrucciones se representan con símbolos fáciles de reconocer, conocidos como mnemotécnicos. Aún se utilizan estos lenguajes cuando interesa un nivel máximo de eficiencia en la ejecución o cuando se requieren manipulaciones intrincadas. Al igual que los lenguajes de máquina, los lenguajes ensambladores son únicos para una computadora en particular. Esta dependencia de la computadora los hace ser lenguajes de bajo nivel.
3. Tercera Generación: Años ’60. Los lenguajes de esta generación se dividen en tres categorías, según se orienten a:
Procedimientos: Requieren que la codificación de las instrucciones se haga en la secuencia en que se deben ejecutar para solucionar el problema. A su vez se clasifican en científicos (ej.: FORTRAN), empresariales (ej.: COBOL), y de uso general o múltiple (ej.: BASIC). Todos estos lenguajes permiten señalar cómo se debe efectuar una tarea a un nivel mayor que en los lenguajes ensambladores. Hacen énfasis en los procedimientos o las matemáticas implícitas, es decir en lo que se hace (la acción).
Problemas: Están diseñados para resolver un conjunto particular de problemas y no requieren el detalle de la programación que los lenguajes orientados a procedimientos. Hacen hincapié en la entrada y la salida deseadas.
Objetos: El énfasis se hace en el objeto de la acción. Los beneficios que aportan estos lenguajes incluyen una mayor productividad del programador y claridad de la lógica, además de ofrecer la flexibilidad necesaria para manejar problemas abstractos de programación.
4. Cuarta Generación: Su característica distintiva es el énfasis en especificar qué es lo que se debe hacer, en vez de cómo ejecutar una tarea. Las especificaciones de los programas se desarrollan a un más alto nivel que en los lenguajes de la generación anterior. La característica distintiva es ajena a los procedimientos, el programador no tiene que especificar cada paso para terminar una tarea o procesamiento. Las características generales de los lenguajes de cuarta generación son:
Uso de frases y oraciones parecidas al inglés para emitir instrucciones.
No operan por procedimientos, por lo que permiten a los usuarios centrarse en lo que hay que hacer no en cómo hacerlo.
Al hacerse cargo de muchos de los detalles de cómo hacer las cosas, incrementan la productividad.
Hay dos tipos de lenguajes de cuarta generación, según se orienten:
A la producción: Diseñados sobre todo para profesionales en la computación.
Al usuario: Diseñados sobre todo para los usuarios finales, que pueden escribir programas para hacer consultas en una base de datos y para crear sistemas de información. También se llama lenguaje de consultas (SQL, Structured Query Language: lenguaje estructurado para consultas).
Primera Generación (1951-1958)
Las computadoras de la primera Generación emplearon bulbos para procesar información. Los operadores ingresaban los datos y programas en código especial por medio de tarjetas perforadas. El almacenamiento interno se lograba con un tambor que giraba rápidamente, sobre el cual un dispositivo de lectura/escritura colocaba marcas magnéticas. Esas computadoras de bulbos eran mucho más grandes y generaban más calor que los modelos contemporáneos. El voltaje de los tubos era de 300v y la posibilidad de fundirse era grande. Eckert y Mauchly contribuyeron al desarrollo de computadoras de la 1era Generación formando una Cia. privada y construyendo UNIVAC I, que el Comité del censo utilizó para evaluar el de 1950. La programación en lenguaje máquina, consistía en largas cadenas de bits, de ceros y unos, por lo que la programación resultaba larga y compleja
- Usaban tubos al vacío para procesar información.
- Usaban tarjetas perforadas para entrar los datos y los programas.
- Usaban cilindros magnéticos para almacenar información e instrucciones internas
En 1953 se comenzó a construir computadoras electrónicas y su primera entrada fue con la IBM 701.
Después de un lento comienzo la IBM 701 se convirtió en un producto comercialmente viable. Sin embargo en 1954 fue introducido el modelo IBM 650, el cual es la razón por la que IBM disfruta hoy de una gran parte del mercado de las computadoras. Aunque caras y de uso limitado las computadoras fueron aceptadas rápidamente por las Compañías privadas y de Gobierno. A la mitad de los años 50 IBM y Remington Rand se consolidaban como líderes en la fabricación de computadoras.
Segunda Generación (1959-1964)
El invento del transistor hizo posible una nueva generación de computadora
s, más rápidas, más pequeñas y con menores necesidades de ventilación. Sin embargo el costo seguía siendo una porción significativa del presupuesto de una Compañía. Las computadoras de la segunda generación utilizaban redes de núcleos magnéticos en lugar de tambores giratorios para el almacenamiento primario. Estos núcleos contenían pequeños anillos de material magnético, enlazados entre sí, en los cuales podían almacenarse datos e instrucciones. Los programas de computadoras también mejoraron. El COBOL desarrollado durante la 1era generación estaba ya disponible comercialmente. Los programas escritos para una computadora podían transferirse a otra con un mínimo esfuerzo. El escribir un programa ya no requería entender plenamente el hardware de la computadora. Las computadoras de la 2da Generación eran substancialmente más pequeñas y rápidas que las de bulbos, y se usaban para nuevas aplicaciones, como en los sistemas para reservación en líneas aéreas, control de tráfico aéreo y simulaciones para uso general. Las empresas comenzaron a utilizar las computadoras en tareas de almacenamiento de registros, como manejo de inventarios, nómina y contabilidad, la velocidad de las operaciones ya no se mide en segundos sino en microsegundos (ms). Memoria interna de núcleos de ferrita.
Instrumentos de almacenamiento: cintas y discos.
Mejoran los dispositivos de entrada y salida, para la mejor lectura de tarjetas perforadas, se disponía de células fotoeléctricas.
Introducción de elementos modulares.
La marina de EE.UU. utilizó las computadoras de la Segunda Generación para crear el primer simulador de vuelo (Whirlwind I). HoneyWell se colocó como el primer competidor durante la segunda generación de computadoras. Burroughs, Univac, NCR, CDC, HoneyWell, los más grandes competidores de IBM durante los años 60 se conocieron como el grupo BUNCH
Tercera Generación (1964-1971)
Circuitos integrados (chips)
Las computadoras de la tercera generación emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados (pastillas de silicio) en las cuales se colocan miles de componentes electrónicos, en una integración en miniatura. Las computadoras nuevamente se hicieron más pequeñas, más rápidas, desprendían menos calor y eran energéticamente más eficientes.
Multiprogramación
Antes del advenimiento de los circuitos integrados, las computadoras estaban diseñadas para aplicaciones matemáticas o de negocios, pero no para las dos cosas. Los circuitos integrados permitieron a los fabricantes de computadoras incrementar la flexibilidad de los programas, y estandarizar sus modelos. La IBM 360 una de las primeras computadoras comerciales que usó circuitos integrados, podía realizar tanto análisis numéricos como administración ó procesamiento de archivos.
Las computadoras trabajaban a tal velocidad que proporcionaban la capacidad de correr más de un programa de manera simultánea (multiprogramación).
Minicomputadora
Con la introducción del modelo 360 IBM acaparó el 70% del mercado, para evitar competir directamente con IBM la empresa Digital Equipment Corporation (DEC) redirigió sus esfuerzos hacia computadoras pequeñas. Mucho menos costosas de comprar y de operar que las computadoras grandes, las minicomputadoras se desarrollaron durante la segunda generación pero alcanzaron su mayor auge entre 1960 y 1970.
Generalización de lenguajes de programación de alto nivel
Compatibilidad para compartir software entre diversos equipos
Tiempo Compartido: Uso de una computadora por varios clientes a tiempo compartido, pues el aparato puede discernir entre diversos procesos que realiza simultáneamente
Se desarrollaron circuitos integrados para procesar información.
Se desarrollaron los "chips" para almacenar y procesar la información.
Un "chip" es una pieza de silicio que contiene los componentes electrónicos en miniatura llamados semiconductores.
Cuarta Generación (1971-1982)
El microprocesador: El proceso de reducción del tamaño de los componentes llega a operar a escalas microscópicas. La microminiaturización permite construir el microprocesador, circuito integrado que rige las funciones fundamentales del ordenador.
Las aplicaciones del microprocesador se han proyectado más allá de la computadora y se encuentran en multitud de aparatos, sean instrumentos médicos, automóviles, juguetes, electrodomésticos, el tamaño reducido del microprocesador de chips hizo posible la creación de las computadoras personales. (PC)
Memorias Electrónicas: Se desechan las memorias internas de los núcleos magnéticos de ferrita y se introducen memorias electrónicas, que resultan más rápidas. Al principio presentan el inconveniente de su mayor costo, pero este disminuye con la fabricación en serie.
Sistema de tratamiento de base de datos: El aumento cuantitativo de las bases de datos lleva a crear formas de gestión que faciliten las tareas de consulta y edición. Los sistemas de tratamiento de base de datos consisten en un conjunto de elementos de hardware y software interrelacionados que permiten un uso sencillo y rápido de la información
En 1981, IBM develó su computador personal y, en 1984, Apple su Macintosh. A medida que estas máquinas se hacían más poderosas, se pudieron enlazar en redes, lo cual eventualmente condujo al desarrollo de Internet. Otros de los adelantos que se han desarrollado en esta generación son el uso de interfaces gráficas (Windows y Mac OS), el mouse y aparatos portátiles.
Hoy en día las tecnologías LSI (Integración a gran escala) y VLSI (integración a muy gran escala) permiten que cientos de miles de componentes electrónicos se almacenen en un clip. Usando VLSI, un fabricante puede hacer que una computadora pequeña rivalice con una computadora de la primera generación que ocupara un cuarto completo.
Se minimizan los circuitos, aumenta la capacidad de almacenamiento.
Reducen el tiempo de respuesta.
Gran expansión del uso de las Computadoras.
Memorias electrónicas más rápidas.
Sistemas de tratamiento de bases de datos.
Multiproceso.
Microcomputadora.
Categorías de las Computadoras
SupercomputadoraLa supercomputadora es lo máximo en computadoras, es la más rápida y, por lo tanto, la más cara. Cuesta millones de dólares y se hacen de dos a tres al año. Procesan billones de instrucciones por segundo. Son utilizadas para trabajos científicos, particularmente para crear modelos matemáticos del mundo real, llamados simulación. Algunos ejemplos de uso son: exploración y producción petrolera, análisis estructural, dinámica de fluidos computacional, física, química, diseño electrónico, investigación de energía nuclear, meteorología, diseño de automóviles, efectos especiales de películas, trabajos sofisticados de arte, planes gubernamentales y militares y la fabricación de naves espaciales por computadoras. Ejemplo: Cray 1, Cray 2.
MainframeLos "mainframe" son computadoras grandes, ligeras, capaces de utilizar cientos de dispositivos de entrada y salida. Procesan millones de instrucciones por segundo. Su velocidad operacional y capacidad de procesar hacen que los grandes negocios, el gobierno, los bancos, las universidades, los hospitales, compañías de seguros, líneas aéreas, etc. confíen en ellas. Su principal función es procesar grandes cantidades de datos rápidamente. Estos datos están accesibles a los usuarios del "mainframe" o a los usuarios de las microcomputadoras cuyos terminales están conectados al "mainframe". Su costo fluctúa entre varios cientos de miles de dólares hasta el millón. Requieren de un sistema especial para controlar la temperatura y la humedad. También requieren de un personal profesional especializado para procesar los datos y darle el mantenimiento. Ejemplo: IBM 360.
MinicomputadoraLa minicomputadora se desarrolló en la década de 1960 para llevar a cabo tareas especializadas, tales como el manejo de datos de comunicación. Son más pequeñas, más baratas y más fáciles de mantener e instalar que los "mainframes". Usadas por negocios, colegios y agencias gubernamentales. Su mercado ha ido disminuyendo desde que surgieron las microcomputadoras. Ejemplos: PDP-1, PDP-11, Vax 20, IBM sistema 36.
Microcomputadora La microcomputadora es conocida como computadora personal o PC. Es la más pequeña, gracias a los microprocesadores, más barata y más popular en el mercado. Su costo fluctúa entre varios cientos de dólares hasta varios miles de dólares. Puede funcionar como unidad independiente o estar en red con otras microcomputadoras o como un terminal de un "mainframe" para expandir sus capacidades. Puede ejecutar las mismas operaciones y usar los mismos programas que muchas computadoras superiores, aunque en menor capacidad. Ejemplos: MITS Altair, Macintosh, serie Apple II, IBM PC, Dell, Compaq, Gateway, etc.
Tipos de microcomputadoras:
a. Desktop: Es otro nombre para la PC que está encima del escritorio.
b. Portátil: Es la PC que se puede mover con facilidad. Tiene capacidad limitada y la mayoría usa una batería como fuente de poder. Pesan entre 7Kg y 9Kg. Laptop: La computadora "laptop" tiene una pantalla plana y pesa alrededor de 6 Kg. Notebook La computadora "notebook" es más pequeña y pesa alrededor de 4Kg.
c. Palmtop: Es la computadora del tamaño de una calculadora de mano. Utiliza batería y puede ser conectada a la desktop para transferir datos.
Es el cerebro del ordenador. Se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en el ordenador recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen. En los equipos actuales se habla fundamentalmente de los procesadores Pentium4 de Intel y Athlon XP de AMD. Además, están muy extendidos procesadores no tan novedosos, como los Pentium MMX y Pentium II/III de Intel y los chips de AMD (familias K6 y los primeros K7/Athlon).
Tipos de conexión
El rendimiento que dan los microprocesadores no sólo depende de ellos mismos, sino de la placa donde se instalan. Los diferentes micros no se conectan de igual manera a las placas:
Socket: Con mecanismo ZIF (Zero Insertion Force). En ellas el procesador se inserta y se retira sin necesidad de ejercer alguna presión sobre él. Al levantar la palanquita que hay al lado se libera el microprocesador, siendo extremadamente sencilla su extracción. Estos zócalos aseguran la actualización del microprocesador. Hay de diferentes tipos:
Socket 423 y 478: En ellos se insertan los nuevos Pentium 4 de Intel. El primero hace referencia al modelo de 0,18 (Willamete) y el segundo al construido según la tecnología de 0,13 (Northwood). También hay algunos de 478 con núcleo Willamete. El tamaño de mencionado hace referencia al tamaño de cada transistor, cuanto menor sea tu tamaño más pequeño será el micro y más transistores será posible utilizar en el mismo espacio físico. Además, la reducción de tamaño suele estar relacionada con una reducción del calor generado y con un menor consumo de energía. En el zócalo 478 también se insertan micros Celeron de Intel de última generación similares a los p4 pero más económicos
Socket 462/Socket A: Ambos son el mismo tipo. Se trata donde se insertan los procesadores Athlon en sus versiones más nuevas:
Athlon Duron: Versión reducida, con sólo 64 Kb de memoria caché, para configuraciones económicas.
Athlon Thunderbird: Versión normal, con un tamaño variable de la memoria caché, normalmente 256 Kb.
Athlon XP: Con el núcleo Palomino fabricado en 0,18 o Thoroughbred fabricado en 0,13, es un Thunderbird con una arquitectura totalmente remodelada con un rendimiento ligeramente superior a la misma frecuencia (MHz), con un 20% menos de consumo y el nuevo juego de instrucciones SEC de Intel junto con el ya presente 3DNow! de todos los procesadores AMD desde el K6-2. o con el núcleo T.
Athlon MP: Micro que utiliza el núcleo Palomino al igual que el XP, con la salvedad que éste accede de forma diferente al acceso a la memoria a la hora de tener que compartirla con otros micros, lo cual lo hace idóneo para configuraciones
multiprocesador.
Socket 370 o PPGA: Es el zócalo que utilizan los últimos modelos del Pentium III y Celeron de Intel.
Socket 8: Utilizado por los procesadores Pentium Pro de Intel, un micro optimizado para código en 32 bits que sentaría las bases de lo que conocemos hoy día.
Socket 7: Lo usan los micros Pentium/Pentium MMX/K6/K6-2 o K6-3 y muchos otros.
Otros socket: como el zócalo ZIF Socket-3 permite la inserción de un 486 y de un Pentium Overdrive.
Slot A /Slot 1 /Slot 2: Es donde se conectan respectivamente los procesadores Athlon antiguos de AMD, los procesadores Pentium II y antiguos Pentium III, los procesadores Xeon de Intel dedicados a servidores de red. Todos ellos son cada vez más obsoletos. El modo de insertarlos es similar a una tarjeta gráfica o de sonido, ayudándonos de dos guías de plástico insertadas en la placa base.
En las placas base más antiguas, el micro iba soldado, de forma que no podía actualizarse (486 a 50 MHz hacia atrás). Hoy día esto no se ve en lo referente a los microprocesadores de PC.
El Microprocesador 4004
En 1969, Silicon Valley, en el estado de California (EEUU) era el centro de la industria de los semiconductores. Por ello, gente de la empresa Busicom, una joven empresa japonesa, fue a la compañía Intel (fundada el año anterior) para que hicieran un conjunto de doce chips para el corazón de su nueva calculadora de mesa de bajo costo.
Durante el otoño (del hemisferio norte) de 1969 Hoff, ayudado por Stanley Mazor, definieron una arquitectura consistente en un CPU de 4 bits, una memoria ROM (de sólo lectura) para almacenar las instrucciones de los programas, una RAM (memoria de lectura y escritura) para almacenar los datos y algunos puertos de entrada/salida para la conexión con el teclado, la impresora, las llaves y las luces. Además definieron y verificaron el conjunto de instrucciones con la ayuda de ingenieros de Busicom (particularmente Masatoshi Shima).
En abril de 1970 Federico Faggin se sumó al staff de Intel. El trabajo de él era terminar el conjunto de chips de la calculadora. Se suponía que Hoff y Mazor habían completado el diseño lógico de los chips y solamente quedarían por definir los últimos detalles para poder comenzar la producción. Esto no fue lo que Faggin encontró cuando comenzó a trabajar en Intel ni lo que Shima encontró cuando llegó desde Japón.
Shima esperaba revisar la lógica de diseño, confirmando que Busicom podría realizar su calculadora y regresar a Japón. Se puso furioso cuando vio que estaba todo igual que cuando había ido seis meses antes, con lo que dijo (en lo poco que sabía de inglés) "Vengo acá a revisar. No hay nada para revisar. Esto es sólo idea". No se cumplieron los plazos establecidos en el contrato entre Intel y Busicom. De esta manera, Faggin tuvo que trabajar largos meses, de 12 a 16 horas por día.
Finalmente pudo realizar los cuatro chips arriba mencionados. El los llamó "familia 4000". Estaba compuesto por cuatro dispositivos de 16 pines: el 4001 era una ROM de dos kilobits con salida de cuatro bits de datos; el 4002 era una RAM de 320 bits con el port de entrada/salida (bus de datos) de cuatro bits; el 4003 era un registro de desplazamiento de 10 bits con entrada serie y salida paralelo; y el 4004 era el CPU de 4 bits.
El 4001 fue el primer chip diseñado y terminado. La primera fabricación ocurrió en octubre de 1970 y el circuito trabajó perfectamente. En noviembre salieron el 4002 con un pequeño error y el 4003 que funcionó correctamente. Finalmente el 4004 vino unos pocos días antes del final de 1970. Fue una lástima porque en la fabricación se habían olvidado de poner una de las máscaras. Tres semanas después vinieron los nuevos 4004, con lo que Faggin pudo realizar las verificaciones. Sólo encontró unos pequeños errores. En febrero de 1971 el 4004 funcionaba correctamente. En el mismo mes recibió de Busicom las instrucciones que debían ir en la ROM.
A mediados de marzo de 1971, envió los chips a Busicom, donde verificaron que la calculadora funcionaba perfectamente. Cada calculadora necesitaba un 4004, dos 4002, cuatro 4001 y tres 4003. Tomó un poco menos de un año desde la idea al producto funcionando correctamente.
Luego de que el primer microprocesador fuera una realidad, Faggin le pidió a la gerencia de Intel que utilizara este conjunto de chips para otras aplicaciones. Esto no fue aprobado, pensando que la familia 4000 sólo serviría para calculadoras. Además, como fue producido mediante un contrato exclusivo, sólo lo podrían poner en el mercado teniendo a Busicom como intermediario.
Después de hacer otros dispositivos utilizando la familia 4000, Faggin le demostró a Robert Noyce (entonces presidente de Intel) la viabilidad de estos integrados para uso general. Finalmente ambas empresas llegaron a un arreglo: Intel le devolvió los 60.000 dólares que había costado el proyecto, sólo podría vender los integrados para aplicaciones que no fueran calculadoras y Busicom los obtendría más baratos (ya que se producirían en mayor cantidad).
El 15 de noviembre de 1971, la familia 4000, luego conocida como MCS-4 (Micro Computer System 4-bit) fue finalmente introducida en el mercado.
El Microprocesador 8080
El 8080 realmente creó el verdadero mercado de los microprocesadores. El 4004 y el 8008 lo sugirieron, pero el 8080 lo hizo real. Muchas aplicaciones que no eran posibles de realizar con los microprocesadores previos pudieron hacerse realidad con el 8080. Este chip se usó inmediatamente en cientos de productos diferentes. En el 8080 corría el famoso sistema operativo CP/M (siglas de Control Program for Microcomputers) de la década del '70 que fue desarrollado por la compañía Digital Research.
Como detalle constructivo el 8080 tenía alrededor de 6000 transistores MOS de canal N (NMOS) de 6 , se conectaba al exterior mediante 40 patas (en formato DIP) y necesitaba tres tensiones para su funcionamiento (típico de los circuitos integrados de esa época): +12V, +5V y -5V. La frecuencia máxima era de 2 MHz.
La competencia de Intel vino de Motorola. Seis meses después del lanzamiento del 8080, apareció el 6800. Este producto era mejor en varios aspectos que el primero. Sin embargo, la combinación de tiempos (el 8080 salió antes), "marketing" más agresivo, la gran cantidad de herramientas de hardware y software, y el tamaño del chip (el del 8080 era mucho menor que el del 6800 de Motorola) inclinaron la balanza hacia el 8080.
El mayor competidor del 8080 fue el microprocesador Z-80, que fue lanzado en 1976 por la empresa Zilog (fundada por Faggin). Entre las ventajas pueden citarse: mayor cantidad de instrucciones (158 contra 74), frecuencia de reloj más alta, circuito para el apoyo de refresco de memorias RAM dinámicas, compatibilidad de código objeto (los códigos de operación de las instrucciones son iguales) y una sola tensión para su funcionamiento (+5V).
Los Microprocesadores 8086 y 8088
En junio de 1978 Intel lanzó al mercado el primer microprocesador de 16 bits: el 8086. En junio de 1979 apareció el 8088 (internamente igual que el 8086 pero con bus de datos de 8 bits) y en 1980 los coprocesadores 8087 (matemático) y 8089 (de entrada y salida). El primer fabricante que desarrolló software y hardware para estos chips fue la propia Intel.
Los ordenadores con estos microprocesadores eran conocidos como ordenadores XT
Esto significa que los datos iban por buses que eran de 8 ó 16 bits, bien por dentro del chip o cuando salían al exterior, por ejemplo para ir a la memoria. Este número reducido de bits limita sus posibilidades en gran medida.
El desarrollo más notable para la familia 8086/8088 fue la elección del CPU 8088 por parte de IBM (International Business Machines) cuando en 1981 entró en el campo de las computadoras personales. Esta computadora se desarrolló bajo un proyecto con el nombre "Acorn" (Proyecto "Bellota") pero se vendió bajo un nombre menos imaginativo, pero más correcto: "Computadora Personal IBM"(con 48KB de memoria RAM y una unidad de discos flexibles con capacidad de 160KB). Esta computadora entró en competencia directa con las ofrecidas por Apple (basado en el 6502) y por Radio Shack (basado en el Z-80).
Los Microprocesadores 80186 y 80188
Estos microprocesadores altamente integrados aparecieron en 1982. Por "altamente integrados" se entiende que el chip contiene otros componentes aparte de los encontrados en microprocesadores comunes como el 8088 u 8086. Generalmente contienen, aparte de la unidad de ejecución, contadores o "timers", y a veces incluyen memoria RAM y/o ROM y otros dispositivos que varían según los modelos. Cuando contienen memoria ROM, a estos chips se los llama microcomputadoras en un sólo chip (no siendo éste el caso de los microprocesadores 80186/80188).
Externamente se encapsulaban en el formato PGA (Pin Grid Array) de 68 pines.
El Microprocesador 80286
Este microprocesador apareció en febrero de 1982. Los avances de integración que permitieron agregar una gran cantidad de componentes periféricos en el interior del 80186/80188, se utilizaron en el 80286 para hacer un microprocesador que soporte nuevas capacidades, como la multitarea (ejecución simultánea de varios programas).
El 80286 tiene dos modos de operación: modo real y modo protegido. En el modo real, se comporta igual que un 8086, mientras que en modo protegido, las cosas cambian completamente.
El 80286 contiene 134.000 transistores dentro de su estructura (360% más que el 8086). Externamente está encapsulado en formato PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) con pines en forma de J para montaje superficial, o en formato PGA (Pin Grid Array), en ambos casos con 68 pines.
El microprocesador 80286 ha añadido un nuevo nivel de satisfacción a la arquitectura básica del 8086, incluyendo una gestión de memoria con la extensión natural de las capacidades de direccionamiento del procesador. El 80286 tiene elaboradas facilidades incorporadas de protección de datos. Otras características incluyen todas las características del juego de instrucciones del 80186, así como la extensión del espacio direccionable a 16 MB, utilizando 24 bits para direccionar (224 = 16.777.216).
El 80286 revisa cada acceso a instrucciones o datos para comprobar si puede haber una violación de los derechos de acceso. Este microprocesador está diseñado para usar un sistema operativo con varios niveles de privilegio. En este tipo de sistemas operativos hay un núcleo que, como su nombre lo indica, es la parte más interna del sistema operativo. El núcleo tiene el máximo privilegio y los programas de aplicaciones el mínimo. Existen cuatro niveles de privilegio. La protección de datos en este tipo de sistemas se lleva a cabo teniendo segmentos de código (que incluye las instrucciones), datos (que incluye la pila aparte de las variables de los programas) y del sistema (que indican los derechos de acceso de los otros segmentos).
Para un usuario normal, los registros de segmentación (CS, DS, ES, SS) parecen tener los 16 bits usuales. Sin embargo, estos registros no apuntan directamente a memoria, como lo hacían en el 8086. En su lugar, apuntan a tablas especiales, llamadas tablas de descriptores, algunas de las cuales tienen que ver con el usuario y otras con el sistema operativo. Paralelamente a los 16 bits, cada registro de segmento del 80286 mantiene otros 57 bits invisibles para el usuario. Ocho de estos bits sirven para mantener los derechos de acceso (sólo lectura, sólo escritura y otros), otros bits mantienen la dirección real (24 bits) del principio del segmento y otros mantienen la longitud permitida del segmento (16 bits, para tener la longitud máxima de 64 KB). Por ello, el usuario nunca sabe en qué posición real de memoria está ejecutando o dónde se ubican los datos y siempre se mantiene dentro de ciertas fronteras. Como protección adicional, nunca se permite que el usuario escriba en el segmento de código (en modo real se puede escribir sobre dicho segmento). Ello previene que el usuario modifique su programa para realizar actos ilegales y potencialmente peligrosos. Hay también provisiones para prever que el usuario introduzca en el sistema un "caballo de Troya" que pueda proporcionarle un estado de alto privilegio.
El 80286 tiene cuatro nuevos registros. Tres de ellos apuntan a las tablas de descriptores actualmente en uso. Estas tablas contienen información sobre los objetos protegidos en el sistema. Cualquier cambio de privilegio o de segmento debe realizarse a través de dichas tablas. Adicionalmente hay varios indicadores nuevos.
Existen varias instrucciones nuevas, además de las introducidas con el 80186. Todas estas instrucciones se refieren a la gestión de memoria y protección del sistema haciendo cosas tales como cargar y almacenar el contenido de los indicadores especiales y los punteros a las tablas de descriptores.
El Microprocesador 80386
El 80386 consiste en una unidad central de proceso (CPU), una unidad de manejo de memoria (MMU) y una unidad de interfaz con el bus (BIU).
El CPU está compuesto por la unidad de ejecución y la unidad de instrucciones. La unidad de ejecución contiene los ocho registros de 32 bits de propósito general que se utilizan para el cálculo de direcciones y operaciones con datos y un barrel shifter de 64 bits que se utiliza para acelerar las operaciones de desplazamiento, rotación, multiplicación y división. Al contrario de los microprocesadores previos, la lógica de división y multiplicación utiliza un algoritmo de 1 bit por ciclo de reloj. El algoritmo de multiplicación termina la interacción cuando los bits más significativos del multiplicador son todos ceros, lo que permite que las multiplicaciones típicas de 32 bits se realicen en menos de un microsegundo.
El 80386 tiene dos modos de operación: modo de direccionamiento real (modo real), y modo de direccionamiento virtual protegido (modo protegido). En modo real el 80386 opera como un 8086 muy rápido, con extensiones de 32 bits si se desea. El modo real se requiere primariamente para preparar el procesador para que opere en modo protegido. El modo protegido provee el acceso al sofisticado manejo de memoria y paginado.
Finalmente, para facilitar diseños de hardware de alto rendimiento, la interfaz con el bus del 80386 ofrece pipelining de direcciones, tamaño dinámico del ancho del bus de datos (puede tener 16 ó 32 bits según se desee en un determinado ciclo de bus) y señales de habilitación de bytes por cada byte del bus de datos
Versiones del 80386
80386: En octubre de 1985 la empresa Intel lanzó el microprocesador 80386 original de 16 MHz, con una velocidad de ejecución de 6 millones de instrucciones por segundo y con 275.000 transistores. La primera empresa en realizar una computadora compatible con IBM PC AT basada en el 80386 fue Compaq con su Compaq Deskpro 386 al año siguiente.
386SX: Para facilitar la transición entre las computadoras de 16 bits basadas en el 80286, apareció en junio de 1988 el 80386 SX con bus de datos de 16 bits y 24 bits de direcciones (al igual que en el caso del 80286). Este microprocesador permitió el armado de computadoras en forma económica que pudieran correr programas de 32 bits. El 80386 original se le cambió de nombre: 80386 DX.
386SL: En 1990 Intel introdujo el miembro de alta integración de la familia 386: el 80386 SL con varias características extras (25 MHz, frecuencia reducida ó 0 MHz, interfaz para caché opcional externo de 16, 32 ó 64 KB, soporte de LIM 4.0 (memoria expandida) por hardware, generación y verificación de paridad, ancho de bus de datos de 8 ó 16 bits) que lo hacen ideal para equipos portátiles.
El Microprocesador 80486
Este microprocesador es básicamente un 80386 con el agregado de una unidad de coma flotante compatible con el 80387 y un caché de memoria de 8 KBytes.
Versiones del 80486
80486 DX: En abril de 1989 la compañía Intel presentó su nuevo microprocesador: el 80486 DX, con 1.200.000 transistores a bordo, el doble de la velocidad del 80386 y 100% de compatibilidad con los microprocesadores anteriores. El consumo máximo del 486DX de 50 MHz es de 5 watt.
80486 SX: En abril de 1991 introdujo el 80486 SX, un producto de menor costo que el anterior sin el coprocesador matemático que posee el 80486 DX (bajando la cantidad de transistores a 1.185.000).
80486 DX2: En marzo de 1992 apareció el 80486 DX2, que posee un duplicador de frecuencia interno, con lo que las distintas funciones en el interior del chip se ejecutan al doble de velocidad, manteniendo constante el tiempo de acceso a memoria. Esto permite casi duplicar el rendimiento del microprocesador, ya que la mayoría de las instrucciones que deben acceder a memoria en realidad acceden al caché interno de 8 KBytes del chip.
80486 SL: En el mismo año apareció el 80486 SL con características especiales de ahorro de energía.
80486 DX4: Siguiendo con la filosofía del DX2, en 1994 apareció el 80486 DX4, que triplica la frecuencia de reloj y aumenta el tamaño del caché interno a 16 KBytes.
El chip se empaqueta en el formato PGA (Pin Grid Array) de 168 pines en todas las versiones. En el caso del SX, también existe el formato PQFP (Plastic Quad Flat Pack) de 196 pines. Las frecuencias más utilizadas en estos microprocesadores son: SX: 25 y 33 MHz, DX: 33 y 50 MHz, DX2: 25/50 MHz y 33/66 MHz y DX4: 25/75 y 33/100 MHz. En los dos últimos modelos, la primera cifra indica la frecuencia del bus externo y la segunda la del bus interno. Para tener una idea de la velocidad, el 80486 DX2 de 66 MHz ejecuta 54 millones de instrucciones por segundo.
El Microprocesador Pentium
El 19 de octubre de 1992, Intel anunció que la quinta generación de su línea de procesadores compatibles (cuyo código interno era el P5) llevaría el nombre Pentium en vez de 586 u 80586, como todo el mundo estaba esperando. Esta fue una estrategia de Intel para poder registrar la marca y así poder diferir el nombre de sus procesadores del de sus competidores (AMD y Cyrix principalmente).
Este microprocesador se presentó el 22 de marzo de 1993 con velocidades iniciales de 60 y 66 MHz (112 millones de instrucciones por segundo en el último caso), 3.100.000 transistores (fabricado con el proceso BICMOS (Bipolar-CMOS) de 0,8 ), caché interno de 8 KB para datos y 8 KB para instrucciones, verificación interna de paridad para asegurar la ejecución correcta de las instrucciones, una unidad de coma flotante mejorada, bus de datos de 64 bit para una comunicación más rápida con la memoria externa y, lo más importante, permite la ejecución de dos instrucciones simultáneamente. El chip se empaqueta en formato PGA (Pin Grid Array) de 273 pines.
Como el Pentium sigue el modelo del procesador 386/486 y añade unas pocas instrucciones adicionales pero ningún registro programable, ha sido denominado un diseño del tipo 486+. Esto no quiere decir que no hay características nuevas o mejoras que aumenten la potencia. La mejora más significativa sobre el 486 ha ocurrido en la unidad de coma flotante. Hasta ese momento, Intel no había prestado mucha atención a la computación de coma flotante, que tradicionalmente había sido el bastión de las estaciones de ingeniería. Como resultado, los coprocesadores 80287 y 80387 y los coprocesadores integrados en la línea de CPUs 486 DX se han considerado anémicos cuando se les compara con los procesadores RISC (Reduced Instruction Set Computer), que equipan dichas estaciones.
Todo esto ha cambiado con el Pentium: la unidad de coma flotante es una prioridad para Intel, ya que debe competir en el mercado de Windows NT con los procesadores RISC tales como el chip Alpha 21064 de Digital Equipment Corporation y el MIPS R4000 de Silicon Graphics. Esto puede ayudar a explicar por qué el Pentium presenta un incremento de 5 veces en el rendimiento de coma flotante cuando se le compara con el diseño del 486. En contraste, Intel sólo pudo extraer un aumento del doble para operaciones de coma fijo o enteros.
El gran aumento de rendimiento tiene su contraparte en el consumo de energía: 13 watt bajo la operación normal y 16 watt a plena potencia (3,2 amperes x 5 volt = 16 watt), lo que hace que el chip se caliente demasiado y los fabricantes de tarjetas madres (motherboards) tengan que agregar complicados sistemas de refrigeración.
Intel puso en el mercado el 7 de marzo de 1994 la segunda generación de procesadores Pentium. Se introdujo con las velocidades de 90 y 100 MHz con tecnología de 0,6 y posteriormente se agregaron las versiones de 120, 133, 150, 160 y 200 MHz con tecnología de 0,35. En todos los casos se redujo la tensión de alimentación a 3,3 volt. Esto redujo drásticamente el consumo de electricidad (y por ende el calor que genera el circuito integrado). De esta manera el chip más rápido (el de 200 MHz) consume lo mismo que el de 66 MHz. Estos integrados vienen con 296 pines. Además la cantidad de transistores subió a 3.300.000. Esto se debe a que se agregó circuitería adicional de control de clock, un controlador de interrupciones avanzado programable (APIC) y una interfaz para procesamiento dual (facilita el desarrollo de motherboards con dos Pentium).
El Microprocesador Pentium Pro
El Pentium Pro a 133 MHz, que fue presentado el día 3 de noviembre de 1995 es el primer microprocesador de la tercera generación de la gama Pentium. Está preparado específicamente para ejecutar aplicaciones compiladas y desarrolladas para 32 bits. Algunas aplicaciones desarrolladas para entornos de 16 bits tienen una reducción de rendimiento en su ejecución en sistemas basados en un Pentium Pro respecto a los Pentium normales a 133 MHz. Perfectamente compatible con sus hermanos menores incorpora nuevas mejoras, de las cuales destaca la ejecución dinámica y la inclusión de una memoria cache secundaria integrada en el encapsulado del chip.
Fabricado en una geometría de 0,6, Intel basó sus desarrollos con vistas a reducirla a 0,35 micrones como la de los Pentium a 133 MHz, lo que reducirá su temperatura y podrá elevarse la frecuencia de reloj hasta los 200 MHz.
Intel ha puesto mucho esfuerzo en probar el Pentium Pro para intentar salvarse de los numerosos bugs que mancharon su gran prestigio. El Pentium Pro no es compatible con todas las placas del mercado. El motivo principal es la inclusión de la memoria cache secundaria dentro del chip. Se utiliza un bus interno que está optimizado para trabajar con las temporizaciones de conexión directa, lo cual imposibilita la conexión de la memoria cache externa.
Este nuevo producto tiene un bus que ha sido diseñado para conectar varios Pentium Pro en paralelo que soporta el protocolo MESI, es un microprocesador de 32 bits que incorpora una instrucción más (mover datos condicionalmente) que supone una mayor predicción de ramificaciones en la ejecución. Tiene 21 millones de transistores, 5,5 millones en el núcleo y 15,5 millones en la memoria cache secundaria. El CPU consta de dos chips colocados en cavidades independientes conectadas internamente. El chip correspondiente a la memoria cache es más pequeño que el del chip del núcleo, ya que la disposición de los transistores permite una mayor concentración.
El Microprocesador Pentium MMX
En enero de 1997 apareció una tercera generación de Pentium, que incorpora lo que Intel llama tecnología MMX (MultiMedia eXtensions) con lo que se agregan 57 instrucciones adicionales. Están disponibles en velocidades de 66/166 MHz, 66/200 MHz y 66/233 MHz (velocidad externa/interna). Las nuevas características incluyen una unidad MMX y el doble de caché. El Pentium MMX tiene 4.500.000 transistores con un proceso CMOS-silicio de 0,35 mejorado que permite bajar la tensión a 2,8 volt. Externamente posee 321 pines.
Prometían que el nuevo Pentium, con las MMX y el doble de caché (32 KB), podía tener hasta un 60% más de rendimiento. Que en la realidad en ocasiones, la ventaja puede llegar al 25%, y sólo en aplicaciones muy optimizadas para MMX. En el resto, no más de un 10%, que además se debe casi en exclusiva al aumento de la caché interna al doble.
La ventaja del chip es que su precio final acaba siendo igual que si no fuera MMX. Además, consume y se calienta menos por tener voltaje reducido para el núcleo del chip (2,8 V).
El Microprocesador Pentium II
Se trata del Pentium Pro, con algunos cambios y en una nueva y fantástica presentación, el cartucho SEC: una cajita negra que en vez de a un zócalo se conecta a una ranura llamada Slot 1.
Los cambios respecto al Pro son:
Optimizado para MMX
Nuevo encapsulado y conector a la placa
Rendimiento de 16 bits mejorado
Caché secundaria encapsulada junto al chip (semi-interna), pero a la mitad de la velocidad de éste
Mejor gestión del bus que aumenta las prestaciones
Las vías de datos más grandes mejoran el paso de datos
Arquitectura de apertura de página dinámica que reduce la latencia del sistema
El ECC de la memoria con cancelación del hardware soporta un realismo mayor.
Extendiendo la capacidad de ancho de banda de 100 MHz del procesador al bus del sistema, el conjunto de chips más nuevo de Intel soporta los últimos componentes SDRAM de 100 MHz. El Intel 440BX AGPset no sólo provee de "vías más anchas" sino de "vías más rápidas".
Eso sí, durante bastante tiempo fue el mejor chip del mercado, especialmente desde que se dejó de fabricar el Pro.
El Microprocesador Pentium II Xeon
El procesador Pentium II Xeon a 400 MHz es el primer miembro de la familia de microprocesadores Intel diseñados exclusivamente para los poderosos servidores y estaciones de trabajo. Basado en la arquitectura del procesador Pentium II, el procesador Pentium II Xeon agrega el rendimiento, facilidad de uso y confiabilidad en misión crítica superiores que exigen sus servidores y estaciones de trabajo basados en Intel.
El procesador Pentium II Xeon está disponible con memorias caché grandes y rápidas que procesan los datos a velocidades muy elevadas a través del núcleo del procesador. Además, características superiores de facilidad de uso como protección térmica, comprobación y corrección de errores, comprobación de redundancia funcional y el bus de administración del sistema ayudan a garantizar confiabilidad y tiempo de actividad máximos.
Incorpora una memoria caché L2 de 512 KB o 1 MB. La memoria caché L2 opera a la misma velocidad que el núcleo del procesador (400 MHz), lo que pone a disposición del núcleo del procesador una cantidad de datos sin precedentes.
Comparte datos con el resto del sistema a través de un bus de sistema multitransacciones de alta capacidad de 100 MHz, otra tecnología de vanguardia que extiende el potencial de velocidad de procesamiento superior al resto del sistema.
Se puede direccionar y asignar a caché un máximo de 64 GB de memoria para incrementar el rendimiento con las aplicaciones más avanzadas.
El bus del sistema permite múltiples transacciones pendientes de ejecución para incrementar la disponibilidad de ancho de banda. También ofrece compatibilidad sin "suplementos" con un máximo de 8 procesadores. Esto hace posible el multiprocesamiento simétrico con cuatro y ocho procesadores a un bajo costo y ofrece un incremento de rendimiento significativo para sistemas operativos multitareas y aplicaciones con múltiples subprocesos.
PSE36: Es una expansión de la compatibilidad con memoria de 36 bits que permite a los sistemas operativos utilizar memoria por arriba de los 4 GB, lo cual incrementa el rendimiento del sistema para aplicaciones con grandes exigencias de lectura y espacio de trabajos grandes.
El cartucho Single Edge Contact (S.E.C.) desarrollado por Intel hace posible la disponibilidad en grandes volúmenes, lo cual ofrece protección en el transporte y un factor de forma común para futuros procesadores Intel Pentium II Xeon
Compatibilidad con clústeres o la capacidad de agrupar en clústeres varios servidores de cuatro procesadores. Esto permite a los usuarios escalar sus sistemas basados en el procesador Pentium II Xeon para ajustarlos a las necesidades de su organización
El Microprocesador Celeron (Pentium II light)
Es un chip de Intel basado en el Pentium II, que en su primera versión trabaja a 266 MHz. Es un Pentium II, pero sin una de sus características: carece de memoria caché de segundo nivel en total 512 Kb. menos en el interior del cartucho SEC. Tan sólo quedan los 32 Kb. de primer nivel.
Su función no es otra que sustituir al Pentium MMX en el mercado de micros baratos (el entry level o nivel básico). Su rendimiento es casi idéntico al del Pentium MMX (según pruebas de la misma Intel).
Gracias a este chip eliminan el mercado de placas con socket 7, es decir, las que usan los MMX y toda su competencia (AMD, Cyrix-IBM). Además, se quedan con absolutamente todo el mercado de los chipsets para placas base, ya que en el campo de placas para Pentium II Intel es la única empresa que cuenta a nivel mundial.
Otras características son el uso del Slot 1, bus de 66 MHz y ancho de transistor de 0,25 micrones. El chipset diseñado para el Celeron será el Intel MU440EX. Soporta USB, memorias DIMM, DMA 33… pero, dada la finalidad de los equipos, sólo posee un slot ISA y dos PCI. El SVGA va integrado en la placa base.
Suele ir con el chipset LX o con uno nuevo llamado EX que sólo dan una velocidad de placa de 66 MHz, mientras que otro nuevo chipset, el BX, ofrece 100 MHz.
El Microprocesador Pentium III
Este micro sería al Pentium II lo que el K6-2 era al K6; es decir, que su única diferencia de importancia radica en la incorporación de unas nuevas instrucciones (las SSE, Streaming SIMD Extensions), que aumentan el rendimiento matemático y multimedia… pero sólo en aplicaciones específicamente optimizadas para ello.
Los primeros modelos, con núcleo Katmai, se fabricaron todos en el mismo formato Slot 1 de los Pentium II, pero la actual versión Coppermine de este micro utiliza mayoritariamente el Socket 370 FC-PGA.
Son unos procesadores prácticamente iguales a los Pentium II, pero se diferencian de ellos en que incorporan 70 nuevas instrucciones para "mejorar la experiencia en Internet".
Las nuevas instrucciones se han llamado MMX-2, para referenciarlas como una extensión de las viejas MMX. También KNI, ya que el procesador tenía el nombre en clave de Katmai, de ahí a las Katmai New Instructions (KNI), aunque parece ser que también se referencian como SSE.
El porqué de estas instrucciones es muy simple. Para mejorar la experiencia multimedia, especialmente la decodificación de películas en DVD (para lo que era necesario disponer de una tarjeta decodificadora), la velocidad en el procesamiento de imágenes 2D y 3D, reconocimiento de voz…. Es decir Multimedia.
Estas 70 instrucciones se pueden dividir en 3 grupos:
En el primero podemos incluir 8 nuevas instrucciones que mejoran el acceso a memoria (para cachear memoria, especialmente para manejar muchos datos, como en el reconocimiento de voz o los vectores de datos 3D).
Existen 12 nuevas instrucciones específicas para multimedia, para tareas como optimizar el proceso de datos de audio o para mejorar las representaciones MPEG2. Estas instrucciones complementan a las 59 MMX ya existentes.
Y por último, las 50 nuevas instrucciones para el manejo de datos en coma flotante. Especialmente diseñadas para el proceso de datos tridimensionales. Estas son las más parecidas a las 3DNow! de AMD. Pueden producir hasta 4 resultados por ciclo de reloj (como las 3DNow!), aunque estos resultados pueden ser 4 sumas, o 4 multiplicaciones, mientras que las 3DNow! tienen que combinar suma y multiplicación para poder cumplir con sus 4 resultados.
Además, gracias a las nuevas instrucciones, (al igual que ocurría con las 3DNow!) podemos utilizar el modo MMX y la unidad de coma flotante sin ver penalizado el rendimiento (en los primeros MMX y K6, si utilizábamos MMX no podíamos hacer operaciones en coma flotante y al revés).
El Microprocesador Pentium 4
La última apuesta de Intel, que representa todo un cambio de arquitectura; pese a su nombre, internamente poco o nada tiene que ver con otros miembros de la familia Pentium. Se trata de un micro peculiar: su diseño permite alcanzar mayores velocidades de reloj (más MHz… y GHz), pero proporcionando mucha menos potencia por cada MHz que los micros anteriores; es decir, que un Pentium 4 a 1,3 GHz puede ser MUCHO más lento que un Pentium III a "sólo" 1 GHz. Para ser competitivo, el Pentium 4 debe funcionar a 1,7 GHz o más.
Incluye mejoras importantes: bus de 400 MHz (100 MHz físicos cuádruplemente aprovechados) y nuevas instrucciones para cálculos matemáticos, las SSE2. Éstas son muy necesarias para el Pentium 4, ya que su unidad de coma flotante es muchísimo más lenta que la del Athlon; si el software está específicamente preparado (optimizado) para las SSE2, el Pentium 4 puede ser muy rápido, pero de lo contrario no.
El nuevo procesador Intel Pentium 4 a 3 GHz con un avanzado bus del sistema de 800 MHz ofrece mayores niveles de rendimiento, creatividad y productividad. Basado en la microarquitectura Intel NetBurst y diseñado con tecnología de 0,13 micrones, el procesador Pentium 4 proporciona significativas mejoras en el rendimiento, tanto en su uso doméstico o con soluciones empresariales, y satisface todas sus necesidades de proceso.
El procesador Pentium 4 a 3 GHz también ofrece soporte para la tecnología Hyper-Threading, permitiéndole realizar varias tareas de forma más eficaz cuando ejecuta a la vez aplicaciones que utilizan muchos recursos.
Velocidades disponibles
Bus del sistema a 800 MHz: 3 GHz
Bus del sistema a 533 MHz: 3,06 GHz, 2,80 GHz, 2,66 GHz, 2,53 GHz, 2,40B GHz, 2,26 GHz
Bus del sistema a 400 MHz: 2,60 GHz, 2,50 GHz, 2,40 GHz, 2,20 GHz, 2A GHz
Chipset
Bus del sistema a 800 MHz: Gama de chipsets Intel 875P
Bus del sistema a 400 MHz y 533 MHz: Gama de chipsets Intel 850 , 850E , 845PE , 845GE , 845GV , 845E y 845G
Bus del sistema a 400 MHz: chipsets Intel 845GL y 845
Soporte de Pentium 4 Socket 423
4 ranuras RIMM para memoria RDRAM
Incluye 2 módulos CRIMM
Chipset Intel 850 (82850/82801)
1 ranura AGP 4x 1.5 V
5 ranuras PCI
1 ranura CNR
Soporte ATA/100
Sonido AC97 integrado
2 puertos USB + 2 opcionales
La Próxima Generación de Arquitecturas de Microprocesadores
Intel y Hewlett-Packard han definido conjuntamente una nueva tecnología de arquitectura llamada EPIC llamada así por la habilidad del software de extraer el máximo paralelismo (potencial para trabajar en paralelo) del código original y explícitamente describirlo al hardware.
Intel y HP se han basado en esta tecnología EPIC para definir la arquitectura del set de instrucciones (ISA) que será incorporada en la arquitectura final del microprocesador de 64-bits de Intel. Esta nueva tecnología ISA de 64-bits trae consigo un modus operandi innovador, ya que haciendo uso de su tecnología EPIC, y combinando paralelismo explícito con conceptos y técnicas avanzadas de arquitectura de computadoras llamadas especulación y predicación superará todas las limitaciones de las arquitecturas tradicionales.
Intel anunció el nuevo nombre para su primer microprocesador IA-64 de nombre clave Merced, Itanium.
Itanium supuestamente reemplazara toda la línea de procesadores Xeon, que en este momento esta ocupando un lugar muy importante en la industria de los servidores. Se afirma que tendrá un rendimiento para redes suficiente como para sacarle una ventaja a los RISC de un 20-30% en este rubro. Intel espera que el nuevo procesador opere a una frecuencia de reloj alrededor de los 800 MHz y que entregue entre 45-50 SPECint95 y 70-100 SPECfp95 (base).
Mientras que en modo x86, Itanium podría igualar el rendimiento de un Pentium II de 500-MHz. Consumirá 60 Watts. El chip IA-64 esta más o menos por encima de los 300 mm2.
Itanium mejorará su labor con características como el ECC y lo que Intel llama EMC. Si el chip Itanium cae repetidamente en excepciones de ECC, la arquitectura alerta al sistema operativo.
El CPU del Itanium está combinado con mas de 4M de SRAM en un modulo que está conectado horizontalmente a la tarjeta madre.
El procesador será producido con una tecnología de 0.18 micrones la cual también esta siendo desarrollada por Intel Corporation. Decrementando las características de esa tecnología, permite reducir el poder de disipación, aumentar la frecuencia de operación y agrandar la escala de integración. Esta última permite colocar más unidades funcionales, más registros y más cache dentro del procesador.
Tendrá cache L1 y L2 en el chip, y cache L3 en el paquete Itanium (el cual es más pequeño que una tarjeta de presentación de 3×5"), mas no adentro del chip, el cual se utilizará para reducir el trafico de bus. El Itanium vendrá con 4 MB de cache L3. Incluirá una opción de 2 Mbytes o de 4 Mbytes de cache L2. OEM’s también podrán añadir cache L4.
El primer Itanium será un módulo de estilo cartucho, incluyendo un CPU, cache L1 y L2 y una interface de bus. El cartucho usará un sistema de bus recientemente definido, usando conceptos del bus del Pentium-II. El Itanium será capaz de soportar 6 gigaflops. Tendrá 4 unidades para enteros y dos unidades de coma flotante.
IA-64 es algo completamente diferente, es una mirada anticipada a la arquitectura que usa "palabras de instrucciones largas" (LIW), predicación de instrucciones, eliminación de ramificaciones, carga especulativa, y otras técnicas avanzadas para extraer mas paralelismo del código de programa.
Definitivamente Intel continuará en el futuro con el desarrollo de procesadores IA-32, tal es el caso de Foster.
Merced proveerá direccionamiento de 64-bits, y tamaños de páginas altamente flexibles para reducir el intercambio de información entre memoria física y virtual, y especulación para reducir los efectos del tiempo de retrieve de memoria. Para máxima disponibilidad, el procesador Itanium incorporará un MCA mejorado que coordina el manejo de errores entre el procesador y el sistema operativo, suministrando oportunidades adicionales para corregir y entender los errores. El Itanium ofrece también otras características como el envenenamiento de datos, el cual permite enclaustrar la data corrupta y así terminar solamente los procesos afectados y con respuestas rebeldes al sistema y también una paridad extensiva y ECC. Estas características complementadas con otras de sistema anticipado como lo es el PCI Hot Plug (cambio de periféricos en tiempo de ejecución, teniendo arquitecturas redundantes obviamente), el soporte de los sistemas operativos mas utilizados y un manejo de instrucciones mejorado permitirán al Itanium satisfacer las demandas computacionales de nuestra era como lo son el e-Business, visualización y edición de gráficos 3D de gran tamaño y toda clase de operación multimedia.
El procesador Itanium extenderá la arquitectura Intel a nuevos niveles de ejecución para los servidores y estaciones de trabajo de alta capacidad, ya que en sus presentaciones Intel no ha dejado duda de que IA-64 tiene como objetivo primario este segmento del mercado.
Inicialmente llevará el chip set lógico de sistema 460GX, incluirá un servidor para entregar el rendimiento y confiabilidad necesarios por estos sistemas de alto costo.
Intel indicó que el 460GX soportará por lo menos 16G de standard SDRAM PC100 a 100 MHz. El 460GX soporta ECC en el bus del sistema y en la memoria principal y puede mapear fallas de las DRAM’s. Puede manejar más de 4 microprocesadores y puede ser usado como bloque de construcción, a pesar de que varios de los clientes de Intel están desarrollando su propia lógica del sistema para conectar 8 o más procesadores Itanium. El 460GX soporta "hot plugging" cuando tiene arriba de cuatro buses PCI, cada uno de 64 bits y 66 MHz de ancho de banda extra. El multi chip set también podrá ser usado para estaciones de trabajo, ya que incluye un puerto AGP de 4x. Ya que Intel y HP están desarrollando la arquitectura EPIC, dicen que es una tecnología de arquitectura fundamental, análoga a lo que es CISC y RISC.
El nuevo formato IA-64 empaqueta tres instrucciones en una sola palabra de 128 bits de longitud para un procesamiento más veloz. Este empaquetamiento es usualmente llamado codificación LIW, pero Intel evita ese nombre. Más bien, Intel llama a su nueva tecnología LIW EPIC.
EPIC es similar en concepto a VLIW ya que ambos permiten al compilador explícitamente agrupar las instrucciones para una ejecución en paralelo. El flexible mecanismo de agrupación del EPIC resuelve dos desperfectos del VLIW: excesiva expansión de código y falta de escalabilidad.
Una Red es una manera de conectar varias computadoras entre sí, compartiendo sus recursos e información y estando conscientes una de otra. Cuando las PCs comenzaron a entrar en el área de los negocios, el conectar dos PCs no traía ventajas, pero esto desapareció cuando se empezaron a crear los sistemas operativos y el Software multiusuario.
Topología de Redes
La topología de una red, es el patrón de interconexión entre nodos y servidor, existe tanto la topología lógica (la forma en que es regulado el flujo de los datos), cómo la topología física (la distribución física del cableado de la red).
Las topologías físicas de red más comunes son:
Topología de Estrella: Red de comunicaciones en que la que todas las terminales están conectadas a un núcleo central, si una de las computadoras no funciona, esto no afecta a las demás, siempre y cuando el "servidor" esté funcionando.
Topología Bus Lineal: Todas las computadoras están conectadas a un cable central, llamado el "bus" o "backbone". Las redes de bus lineal son de las más fáciles de instalar y son relativamente baratas.
Topología de Anillo: Todas las computadoras o nodos están conectados el uno con el otro, formando una cadena o círculo cerrado.
Tipos de Redes
Según el lugar y el espacio que ocupen, las redes, se pueden clasificar en dos tipos:
Redes LAN (Local Area Network) o Redes de área local
Redes WAN (Wide Area Network) o Redes de área amplia
1) LAN ( Redes de Área Local)
Es una red que se expande en un área relativamente pequeña. Éstas se encuentran comúnmente dentro de una edificación o un conjunto de edificaciones que estén contiguos. Así mismo, una LAN puede estar conectada con otras LAN a cualquier distancia por medio de línea telefónica y ondas de radio.
Pueden ser desde 2 computadoras, hasta cientos de ellas. Todas se conectan entre sí por varios medios y topología, a la computadora que se encarga de llevar el control de la red es llamada "servidor" y a las computadoras que dependen del servidor, se les llama "nodos" o "estaciones de trabajo".
Los nodos de una red pueden ser PCs que cuentan con su propio CPU, disco duro y software y tienen la capacidad de conectarse a la red en un momento dado; o pueden ser PCs sin CPU o disco duro y son llamadas "terminales tontas", las cuales tienen que estar conectadas a la red para su funcionamiento.
Las LAN son capaces de transmitir datos a velocidades muy rápidas, algunas inclusive más rápido que por línea telefónica; pero las distancias son limitadas.
2) WAN (Redes de Área Amplia)
Es una red comúnmente compuesta por varias LAN interconectadas y se encuentran en un área geográfica muy amplia. Estas LAN que componen la WAN se encuentran interconectadas por medio de líneas de teléfono, fibra óptica o por enlaces aéreos como satélites.
Entre las WAN más grandes se encuentran: la ARPANET, que fue creada por la Secretaría de Defensa de los Estados Unidos y se convirtió en lo que es actualmente la WAN mundial: INTERNET, a la cual se conectan actualmente miles de redes universitarias, de gobierno, corporativas y de investigación.
Componentes de una Red
1.-Servidor (server): El servidor es la máquina principal de la red, la que se encarga de administrar los recursos de la red y el flujo de la información. Muchos de los servidores son "dedicados", es decir, están realizando tareas específicas, por ejemplo, un servidor de impresión solo para imprimir; un servidor de comunicaciones, sólo para controlar el flujo de los datos…etc. Para que una máquina sea un servidor, es necesario que sea una computadora de alto rendimiento en cuanto a velocidad y procesamiento, y gran capacidad en disco duro u otros medios de almacenamiento.
2.- Estación de trabajo (Workstation): Es una computadora que se encuentra conectada físicamente al servidor por medio de algún tipo de cable. Muchas de las veces esta computadora ejecuta su propio sistema operativo y ya dentro, se añade al ambiente de la red
3. -Sistema Operativo de Red: Es el sistema (Software) que se encarga de administrar y controlar en forma general la red. Para esto tiene que ser un Sistema Operativo Multiusuario, como por ejemplo: Unix, Netware de Novell, Windows NT, etc.
4. -Recursos a compartir: Al hablar de los recursos a compartir, estamos hablando de todos aquellos dispositivos de Hardware que tienen un alto costo y que son de alta tecnología. En estos casos los más comunes son las impresoras, en sus diferentes tipos: Láser, de color, plotters, etc.
5. – Hardware de Red: Son aquellos dispositivos que se utilizan para interconectar a los componentes de la red, serían básicamente las tarjetas de red (NIC-> Network Interface Cards) y el cableado entre servidores y estaciones de trabajo, así como los cables para conectar los periféricos.
Tecnologías Futuras
La nanotecnología basada en el nanómetro, del cual la unidad es la mil millonésima parte de un metro, permite a los científicos tener nuevos conceptos de diagnósticos de enfermedad y tratamiento a una escala molecular y atómica. Al utilizar partículas de nanómetro, un médico puede separar las células del feto de la sangre de una mujer embarazada para ver si el desarrollo del feto es normal. Este método también está siendo utilizado en los diagnósticos tempranos de cáncer y de enfermedades cardíacas.
Uno de los impactos más significativos de la nanotecnología es en la interface de los materiales bio-inorgánicos, de acuerdo con Greg Tegart, consejero ejecutivo del Centro de APEC para la Previsión de Tecnología. Al combinar enzimas y chips de silicona podemos producir biosensores. Estos podrían ser implantados en seres humanos o animales para monitorear la salud y enviar dosis correctivas de drogas.
La nanotecnología podría afectar la producción de virtualmente todo objeto hecho por el hombre, desde automóviles, llantas y circuitos de computadoras, hasta medicinas avanzadas y el reemplazo de tejidos y conducir a la invención de objetos que aún están por imaginarse. Se ha mostrado que los nanotubos de carbón son diez veces más fuertes que el acero, con un sexto del peso, y los sistemas de nanoescala tienen el potencial de hacer el costo del transporte supersónico efectivo e incrementar la eficiencia de la computadora en millones de veces. Al disfrutar más y más gente de la navegación por Internet, los científicos han comenzado la investigación de la nueva generación de Internet. La tercera generación de Internet, conocida como la cuadrícula de servicio de información (ISG, siglas en inglés), conectará no sólo computadoras y sitios web, sino también recursos informativos, incluyendo bases de datos, software y equipo informativo. La cuadrícula proveerá a los suscriptores de servicios integrados precisamente como una computadora supergrande.
Por ejemplo, cuando un suscriptor vaya a viajar, el o ella sólo necesitará introducir datos en el número de turistas, destino, tiempo y otros factores. Entonces el ISG contactará automáticamente aerolíneas, estaciones de tren, agencias de viajes y hoteles para preparar un programa de viaje para el suscriptor y terminar todo el trabajo necesario como la reservación de boletos y de cuartos.
Ordenadores Cuánticos y Moleculares
La velocidad y el tamaño de los micros están íntimamente relacionadas ya que al ser los transistores más pequeños, la distancia que tiene que recorrer la señal eléctrica es menor y se pueden hacer más rápidos. Al ser los transistores cada vez más pequeños la cantidad de ellos contenidos en un microprocesador, y por consiguiente su velocidad, se ha venido duplicando cada dos años. Pero los estudios revelan que este ritmo no se puede mantener y que el límite será alcanzado tarde o temprano, ya que si se reduce más, las interferencias de un transistor provocarían fallos en los transistores adyacentes.
Con el fin de superar estos límites de tamaño y velocidad se está trabajando en la actualidad en varios centros de investigación de todo el mundo en dos líneas que pueden revolucionar el mundo de la informática: Los ordenadores cuánticos y los ordenadores de ADN.
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 (bits 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.
Su procesador consta de algunos átomos de hidrógeno y carbono en una molécula de cloroformo con los spines de sus núcleos alineados por radiofrecuencias, usando las técnicas usuales de resonancia magnética de origen nuclear (NMR). Podría ser el inicio de la nanotecnología, idea propuesta por Eric Drexler, quien, como estudiante del MIT en los años 70, consideraba la posibilidad de construir máquinas con unos pocos átomos que puedan programarse para construir otras, eventualmente millones.
Gracias a estas 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 microprocesadores 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, AT&T, Hewlett Packard en Palo Alto (California), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y universidades de todo el mundo como la de Oxford 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 estudió 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 esta 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" del cual forman parte las universidades Princeton, 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 formado por un importante número de universidades. Científicos israelitas, presentaron una computadora de ADN tan diminuta que un millón de ellas podría caber en un tubo de ensayo y realizar 1.000 millones de operaciones por segundo con un 99,8 por ciento de precisión. Es la primera máquina de computación programable de forma autónoma en la cual la entrada de datos, el software y las piezas están formados por biomoléculas. Los programas de la microscópica computadora están formados por moléculas de ADN que almacenan y procesan la información codificada en organismos vivos.
La computación vestible o para llevar puesta (Wearable Computing o WC) intenta hacer que la computadora sea verdaderamente parte de la vida diaria del ser humano, integrándola en la forma de un accesorio tan cómodo de vestir como un reloj de pulsera y tan fácil de usar como un teléfono móvil. Se trata de un sistema completo que porta el usuario, desde la placa principal (el motherboard) hasta la fuente de alimentación y todos los dispositivos de entrada/salida, y que interactúan con él basado en el contexto de la situación.
"Para integrar la computadora de forma imperceptible con el entorno, no basta con que se la pueda llevar a la playa, a la selva o a un aeropuerto. La computadora de bolsillo más potente seguiría centrando la atención del usuario sobre una caja individual. Uno debería estar dentro de la computadora más bien que frente a ella, debería estar en un entorno inmersivo"
En una configuración convencional, la WC constará de un chaleco lleno de chips y sensores conectado al cinturón-batería, de donde se extraerá la alimentación del equipo. La energía generada por la respiración, el calor corporal, los latidos cardíacos y el movimiento de los brazos y las piernas podrá usarse para alimentar a las baterías. Como dispositivo de interfaz, cuenta con micrófonos y antenas diminutos, así como también con unos anteojos especiales equipados con microcámaras que integran las funciones de cámaras fotográficas, video-cámaras y escáners. A través del sistema de control visual se puede controlar con la vista muchas de las funciones de la máquina. Aquellas principales se descuelgan de la parte interna de los anteojos en forma de menú de múltiple elección y con sólo mirarlas fijas por un período de 2 segundos o con un simple parpadeo el usuario puede elegir una de ellas. Esta elección puede llevar a un segundo menú en el que se esbozan características secundarias, y así sucesivamente hasta que quede convenientemente detallada la operación que se desea realizar. Aunque resulte increíble, a esa distancia del ojo, la imagen percibida sobre la cara interna de los anteojos, es equivalente a la ofrecida por un monitor común situado a varias decenas de centímetros.
Esto creará una simbiosis íntima entre el hombre y la computadora. La WC responderá a la voz del dueño dándole la información crítica que necesita, en el momento en que la precisa y en cualquier lugar. Por ejemplo, y en el caso de que una persona presencie un hurto, podrá fotografiarlo y enviarlo por Internet ya que, además, uno podrá navegar por la red mientras viaja o camina por cualquier zona del globo. El usuario podrá recibir de manera instantánea aquellas informaciones que particularmente le interesen; podrá enlazarse con la red de posicionamiento global para saber en cualquier momento su ubicación y nunca se olvidará del cumpleaños de ninguno de sus amigos. Asimismo, ofrece la posibilidad para tomar notas y procesarlas en el momento, algo verdaderamente útil ya que evita la sobrecarga de pensamientos y libera a la mente de "recursos" para permitir que surjan nuevas ideas. Incluso, permitirá organizar mejor los pensamientos, ya que recuperará para el usuario todo lo que anteriormente escribió, leyó, vio y escuchó sobre el mismo tema, complementando o aumentando su información.
La principal aplicación de las WC será la adquisición, el almacenamiento y la recuperación de la información, y la idea es que estén "siempre encendidas" en contraste con las computadoras que están "casi siempre apagadas".
La nanotecnología tiene grandes posibilidades de convertirse en la tecnología clave en las próximas décadas. Las nanotecnologías -técnicas de manipulación o control a escala nanotécnica e incluso molecular o atómica- estarán presentes en todos los campos de las ciencias y supondrán, según los expertos, una revolución.
Los futuros desarrollos de esta tecnología, como la micromecanización tridimensional, microsensores, materiales nanoestructurados, así como los sistemas microelectromecánicos, se aplicarán tanto a la computación, a la producción de medicamentos o al desarrollo de materiales cada vez más diminutos. En todos los países situados a la cabeza del desarrollo tecnológico, cobran cada día más relevancia las investigaciones de la Nanotecnología aplicadas a distintos campos como la aeronáutica y el espacio, las comunicaciones y multimedia, la biomedicina o el control de procesos industriales.
Mantener la tecnología basada en transistores supondría la quiebra para muchos fabricantes de chips porque no podrían soportar los altos costos. Por eso se están investigando nuevos sistemas dentro de la nanotecnología.
Entre las soluciones que se están aplicando actualmente está la de sustituir el aluminio por el cobre en los conductores que conectan los transistores. El cobre es un 40% mejor conductor que el aluminio y mejora la velocidad de los procesadores. Pero presenta otros problemas. No se mezcla bien con el silicio, el material base de los transistores, y, además, es capaz de cambiar las propiedades eléctricas del sustrato.
Para solucionar este problema, la compañía IBM consiguió desarrollar un método, que consiste en introducir una barrera microscópica entre el cobre y el silicio, y que elimina el rechazo. Este sistema está permitiendo fabricar chips con tecnología de 0.12 micras y cuyo coste de procesamiento es entre un 20 y un 30% menor que el de los chips basados en aluminio.
En septiembre de 2001, anunció que había conseguido unir el arsenio de galio, más caro pero mejor conductor de la electricidad, con el silicio. La compañía de telefonía afirmó que el nuevo semiconductor actúa a una velocidad de 70 gigahercios, 35 veces por encima de los actuales gigahercios de los procesadores más rápidos en las computadoras personales.
Intel presentó una nueva estructura para transistores, que permitirá que los chips funcionen más rápido y consuman menos energía. Lo llaman el Transistor TeraHertz, porque su ciclo de encendido y apagado es de un billón de veces por segundo.
El proyecto del chip molecular sustituirá al silicio, en favor de la química, más manipulable. Se prevé que se podrán fabricar computadoras del tamaño de una partícula de polvo y miles de veces más potentes que los existentes. De momento, se ha conseguido simular el cambio de una molécula, mediante su rotura, pero falta crear moléculas que se curven sin romperse.
También es necesario fabricar otros conductores, porque los existentes no sirven. Los experimentos con nanotubos de carbón (milmillonésima parte de un metro) para la conducción de información entre las moléculas ya han dado resultados. IBM acaba de anunciar que ha conseguido crear un circuito lógico de ordenador con una sola molécula de carbono, una estructura con forma de cilindro 100.000 veces más fino que un cabello. Este proyecto permite introducir 10.000 transistores en el espacio que ocupa uno de silicio.
Los desarrollos en Nanotecnología se están aplicando también a los sistemas de seguridad. La empresa taiwanesa Biowell Technology presentó, en agosto, un sintetizado que puede utilizarse para probar la autenticidad de pasaportes y otros documentos y tarjetas, con el fin de evitar el pirateo.
Este chip podrá utilizarse también en tarjetas de débito, carnets, matrículas de automóviles, permisos de conducir, discos compactos, DVD, programas informáticos, títulos y valores, bonos, libretas bancarias, antigüedades, pinturas, y otras aplicaciones en las que se necesite comprobar su autenticidad.
Computación Suave o Soft Computing
Su objetivo es bien concreto: aumentar el "coeficiente intelectual" de las máquinas dándoles la habilidad de imitar a la mente humana, la cual es blanda, suave, flexible, adaptable e inteligente. Es la antítesis de la computación actual, asociada con la rigidez, la fragilidad, la inflexibilidad y la estupidez. Los métodos de la computación dura no proveen de suficientes capacidades para desarrollar e implementar sistemas inteligentes.
En lugar de confiar en las habilidades del programador, un verdadero programa de Computación Suave aprenderá de su experiencia por generalización y abstracción, emulando la mente humana tanto como pueda, especialmente su habilidad para razonar y aprender en un ambiente de incertidumbre, imprecisión, incompletitud y verdad parcial, propios del mundo real. De esta forma, es capaz de modelizar y controlar una amplia variedad de sistemas complejos, constituyéndose como una herramienta efectiva y tolerante a fallas para tratar con los problemas de toma de decisiones en ambientes complejos, el razonamiento aproximado, la clasificación y compresión de señales y el reconocimiento de patrones. Sus aplicaciones están relacionadas, entre otras, con el comercio, las finanzas, la medicina, la robótica y la automatización.
La Computación Suave combina diferentes técnicas modernas de Inteligencia Artificial como Redes Neuronales, Lógica Difusa, Algoritmos Genéticos y Razonamiento Probabilística, esta última incluyendo Algoritmos Evolutivos, Sistemas Caóticos, Redes de Opinión y, aunque solo parcialmente, Teoría de Aprendizaje. No obstante, conviene aclarar, la Computación Suave no es una mezcla con estos ingredientes, sino una disciplina en la cual cada componente contribuye con una metodología distintiva para manejar problemas en su dominio de aplicación que, de otra forma, se tornarían irresolubles. De una forma complementaria y sinérgica -en lugar de competitiva-, conduce a lo que se denomina "sistemas inteligentes híbridos", siendo los más visibles los neuro-difusos, aunque también se están empezando a ver los difuso-genéticos, los neuro-genéticos y los neuro-difusos-genéticos.
Dentro de algunos años, podría haber sofisticados sistemas computacionales implantados dentro mismo del sistema nervioso humano y enlazados con las partes sensitivas del cerebro. De este modo, y a través de las ondas cerebrales, el hombre podrá interactuar directamente con su "anexo cibernético" a través de sus procesos de pensamiento, mejorando su rendimiento, expandiendo sus habilidades innatas o creando otras nuevas. Incluso el cerebro humano tendría integradas las funciones de algunos dispositivos actuales como el celular, el pager, el e-mail o la agenda.
Por ejemplo, cualquiera podría tener en su memoria y a su disposición súbita y virtualmente la totalidad de los conocimientos de la humanidad, con el agregado de que estarán permanentemente actualizados. Sin embargo, estarían en la memoria de la microcomputadora, no en la memoria del ser humano. Este podría tener acceso a ella, ya que estarán completamente integrados, pero no lo podría entender hasta que no lo haya "concientizado", comprendiendo el significado de cada frase. En ese caso, sería posible conectarse con la computadora a voluntad y usarla para extraer recuerdos específicos. Incluso, la nueva capa encefálica artificial podría hacer surgir "en vivo" los recuerdos guardados en la mente humana con la misma intensidad con que fueron realidad en un remoto pasado. Con las "películas omnisensoriales on-line", por ejemplo, uno podría llegar a convertirse en un "copiloto" que experimenta la realidad de otra persona en el mismo momento en que ésta lo está viviendo.
El gran salto en la Informática y las Telecomunicaciones se dará con el uso de los Componentes de la Luz
Es ciertamente muy difícil hablar sobre el futuro: una y otra vez hemos visto cómo la extraordinaria inventiva humana deja atrás cualquier predicción y cómo, a su vez, la naturaleza nos da muestras de ser mucho más rica y sutil de lo que puede ser imaginado. Sin embargo, avances recientes en las aplicaciones físicas asociados a las tecnologías de la información basados en las propiedades de los componentes de la luz (fotones), y de la materia (electrones), así como en la aplicación de las leyes de la naturaleza a este nivel (los principios de la mecánica cuántica), nos permiten prever para las próximas décadas un avance importante en los límites de la computación y las comunicaciones. Se abrirán así grandes posibilidades para la humanidad en el siglo XXI. Aún si la industria de los semiconductores ha seguido la "ley de Moore", según la cual el poder de los procesadores se duplica cada 18 meses, lo cierto es que la tecnología actual tiene un límite físico impuesto por la miniaturización de los componentes y, por consiguiente, por las dimensiones del procesador y por el número de transistores, puesto que las señales eléctricas no pueden sobrepasar la velocidad de la luz.
Un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional de Sandia en Albuquerque, Nuevo México, puso en operación por primera vez un cristal fotónico en tres dimensiones, que es el equivalente para la luz (fotones) de lo que los semiconductores y transistores usuales son para los electrones. La luz es desviada en los diversos materiales que constituyen el cristal fotónico, que actúa como un switch de luz que servirá de base para los futuros transistores ópticos. A diferencia de los procesadores actuales que operan a velocidades en el rango de los millones de oscilaciones por segundo, los transistores ópticos tendrán capacidad de operar un millón de veces más rápido, lo que equivale a un millón de millones de ciclos por segundo.
Se llevó a cabo en la Universidad de Harvard un experimento nunca antes realizado, en el que la velocidad de la luz es reducida a 17 metros por segundo de su velocidad en el vacío de 300.000 kilómetros por segundo. Para lograr este efecto, se creó un medio de materia condensada llamado "transparencia inducida por electromagnetismo" utilizando un sistema de láser, que permitió reducir la velocidad de la luz por un factor de 20 millones sin ser absorbida. Se espera alcanzar próximamente velocidades tan bajas como centímetros por segundo en la propagación de la luz para aplicaciones prácticas de conversión óptico-electrónica y conversión de la luz de una frecuencia a otra, aspectos necesarios para implementar la tecnología óptica en los computadores y sistemas de comunicaciones en el futuro.
Una propiedad básica de los electrones es su spin u orientación de su rotación intrínseca, que actúa como un minúsculo magneto. Esta propiedad es la base de otra nueva tecnología, la spintrónica, donde el uso de las corrientes de spin de los electrones en un circuito de información se usa en lugar de las corrientes de carga eléctrica en la electrónica. Como fue demostrado recientemente en la Universidad de California, en Santa Bárbara, esta tecnología puede ser viable para transportar información en los computadores cuánticos.
El Futuro de las Telecomunicaciones
Siguiendo el ritmo de desarrollo actual, veremos en la primera década del siglo XXI crecer el número de usuarios de Internet de unos 100 millones en la actualidad a unos 1.000 millones. El modelo de Internet posiblemente se impondrá en todos los aspectos de las telecomunicaciones, e incluso sustituirá la telefonía actual. Los protocolos de comunicación de Internet son simples y poderosos y pueden adaptarse a todo tipo de aplicaciones y a un gran crecimiento.
Un ejemplo de las aplicaciones tecnológicas del siglo XXI es el Proyecto Abilene, parte del Proyecto Internet 2, que interconecta a las universidades y centros de investigación más importantes en Estados Unidos. En Europa, el proyecto equivalente se conoce como TEN-155 y une a las universidades en16 países en el viejo continente. Abilene, es un proyecto conjunto de la Corporación Universitaria de Desarrollo Avanzado de Internet, y de las empresas Qwest, Cisco y Nortel. La velocidad usada en las aplicaciones de Abilene es 100.000 veces mayor que una conexión usual por módem. Aplicaciones como telecirugía y acceso remoto a telescopios, laboratorios e instrumentos avanzados de investigación y enseñanza serán cotidianas.
El Futuro del Software
Los avances en los límites de la computación no podrían ser aprovechados sin un avance paralelo en el desarrollo de las aplicaciones y la accesibilidad de las tecnologías. Con el rol central y cada vez más importante de Internet, es posible que el software en el futuro sea cada vez más utilizado, distribuido y creado en la misma red de Internet en una forma abierta y disponible para todos.
Desde sus comienzos el Hombre ha buscado (y casi siempre con éxito) la manera de superar los obstáculos impuestos por sus propias limitaciones, desde la invención de la escritura como una forma de romper la barrera que le impedía interactuar con sus pares, pasando por etapas en las que su ingenio lo llevara a construir máquinas que simplificaran y resolvieran las tareas administrativas, estadísticas y contables, disminuyendo los esfuerzos del trabajo humano y acelerando el tiempo de cada proceso.
Las computadoras son el reflejo de la inteligencia humana, representan la materialización de todos aquellos aspectos del pensamiento que son automáticos, mecánicos y determinísticos. Ellas potencian enormemente las capacidades intelectuales del hombre.
Obviamente, las computadoras han invadido ya todos y cada uno de los campos de la actividad humana: ciencia, tecnología, arte, educación, recreación, administración, comunicación, defensa y de acuerdo a la tendencia actual, nuestra civilización y las venideras dependerán cada vez más de éstas.
Se están desarrollando nuevas investigaciones en las que un programa informático de Inteligencia Artificial al equivocarse puede aprender de sus errores y utilizar fórmulas alternativas para no volver a cometerlos.
Está claro que estamos transitando una nueva era en la que se avanza a pasos agigantados, sin mirar a veces el terreno por el que caminamos.
Así como Julio Verne nunca imaginó al escribir "20.000 Leguas de viaje Submarino" que el Nautilus un siglo después sería una realidad, (convirtiéndolo en un visionario), deberíamos replantearnos, a la velocidad que avanzan la ciencia y la tecnología, si lo que hoy vemos como ciencia ficción (como por ejemplo Matrix) no será algún día realidad, y en lugar de estar las maquinas al servicio del hombre, este pase a ser esclavo de ellas.
Por eso creo firmemente que "Aún nos queda mucho por Aprender", y espero que sepamos utilizar toda esa tecnología en pos de un futuro mejor para toda la humanidad.
"Electrónica." Enciclopedia Microsoft Encarta 2001. 1993-2000 Microsoft Corporation. http://www.iacvt.com.ar/generaciones.htm http://www.formarse.com.ar/informatica/generaciones.htm
http://itesocci.gdl.iteso.mx/~ia27563/basico.htm
http://www.infosistemas.com.mx/soto10.htm
http://www.fciencias.unam.mx/revista/temas/contenido.html
https://www.edu.red
Enciclopedia Microsoft Encarta 98
"Introducción a las Computadoras y al Procesamiento de la Información"; Cuarta Edición Joyanes A. Luis; Metodología de la Programación"; McGrawHill
Autor:
César Valencia Campuzano
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