Máquinas secuenciales. En teoría de autómatas, las máquinas se dividen en combinatorias y secuenciales. Una máquina combinatoria es aquella que su resultado depende de las entradas al sistema únicamente. Una máquina secuencial es aquella que su salida depende, además de sus entradas, de los estados anteriores del sistema (el sistema tiene memoria)
Definición: Una máquina secuencial es aquella que realiza una serie de operaciones una tras otra en el tiempo. Las operaciones pueden ser diferentes dependiendo del estado de la máquina.
Un ejemplo de máquina combinatoria es un candado de números. El candado se abrirá cuando coloquemos el número correcto, sin importar el orden en que se colocaron. Un candado secuencial es un candado que para abrirlo, se requiere hacerlo en el orden correcto.
Una unidad aritmética aislada, es como una calculadora de bolsillo, solo puede realizar un cálculo a la vez. Para que una calculadora se convierta en una computadora programable, hay que asociarle a ella una máquina secuencial, que realice operaciones encadenadas.
Una de las primeras máquinas secuenciales fue el telar de Jacquard, que en 1804, hacía diseños de telas programados en tarjetas perforadas.
Hacia 1822, el inglés Charles Babbage, combina las tarjetas perforadas del telar de Jacquard con una calculadora mecánica, para iniciar la construcción de la “Máquina diferencial” para hacer cálculos astronómicos y científicos repetitivos.
Podemos imaginar la construcción de una computadora en la actualidad, con una calculadora electrónica de bolsillo activando las teclas con un rollo de papel perforado como pianola. Cada programa diferente, requerirá de un rollo de pianola diferente.
Las primeras computadoras eran básicamente una calculadora con dos memorias, una para almacenar el programa que activa las funciones aritméticas y lógicas y otra memoria para almacenar resultados numéricos temporales. A esta arquitectura, se le llama arquitectura Harvard
John Von Newmann, de la Universidad de Princeton, propuso usar una sola memoria tanto para datos como para programa. Con ello se optimiza el uso de la memoria.
En la actualidad, prácticamente todas las computadoras son del tipo Von Newmann. Se dice que esta arquitectura sufre del “Cuello de botella de Von Newmann”. Ya que sólo puede direccionar un dato a la vez. Si comparásemos una central telefónica a una máquina Von Newmann, en una central solo se podría realizar una conferencia a la vez.
Las centrales telefónicas se conectan mediante alambres individuales con la central telefónica. Por ello, puede haber cientos de conversaciones simultáneas. Si las centrales trabajaran de acuerdo a la arquitectura Von Newmann, solo habría un alambre y una conversación telefónica.
Toda máquina secuencial requiere de un “marcapaso” que indique cada cuándo se debe ejecutar una instrucción básica. Los diseñadores de computadoras buscan la más alta velocidad de ejecución, limitada por la construcción de las componentes. En computadoras electrónicas, el reloj lo marca un oscilador de cuarzo, de precisión muy alta (una parte en 106)
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