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Computadora

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Para otros usos, consulte Computadora (desambiguación).

Hombre reemplazando un tubo de vacío entre cientos en una computadora temprana Sala de computadoras con varios gabinetes de computadora y panel de operación Smartphone con pantalla similar a un arcoíris sostenido en una mano Computadora de escritorio negra con monitor en la parte superior y teclado en la parte delantera Consola de videojuegos morada con controlador adjunto Filas de gabinetes de computadora grandes y oscuros en una habitación similar a un almacén Los ordenadores y dispositivos informáticos de diferentes épocas - en sentido horario desde la parte superior izquierda: vacío temprana ordenador tubo ( ENIAC ) la unidad central del ordenador ( IBM System 360 ) de ordenador de sobremesa (IBM ThinkCentre S50 con monitor) superordenador (IBM Cumbre ) Consola de videojuegos (Nintendo GameCube ) Smartphone ( Agua LYF 2)

Una computadora es una máquina que puede programarse para realizar secuencias de operaciones aritméticas o lógicas de forma automática. Las computadoras modernas pueden realizar conjuntos genéricos de operaciones conocidas como programas. Estos programas permiten a las computadoras realizar una amplia gama de tareas. Un sistema informático es una computadora "completa" que incluye el hardware, el sistema operativo ( software principal) y los equipos periféricos necesarios y utilizados para una operación "completa". Este término también puede referirse a un grupo de computadoras que están vinculadas y funcionan juntas, como una red de computadoras o un grupo de computadoras.

Una amplia gama de productos industriales y de consumo utilizan computadoras como sistemas de control. Se incluyen dispositivos simples de propósito especial como hornos microondas y controles remotos, al igual que dispositivos de fábrica como robots industriales y diseño asistido por computadora, así como dispositivos de uso general como computadoras personales y dispositivos móviles como teléfonos inteligentes. Las computadoras alimentan Internet, que conecta a cientos de millones de otras computadoras y usuarios.

Las primeras computadoras estaban destinadas a usarse solo para cálculos. Los instrumentos manuales simples como el ábaco han ayudado a las personas a realizar cálculos desde la antigüedad. A principios de la Revolución Industrial, se construyeron algunos dispositivos mecánicos para automatizar tareas largas y tediosas, como los patrones de guía para telares. Máquinas eléctricas más sofisticadas hicieron cálculos analógicos especializados a principios del siglo XX. Las primeras máquinas calculadoras electrónicas digitales se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial. Los primeros transistores semiconductores a finales de la década de 1940 fueron seguidos por el MOSFET (transistor MOS) basado en silicio y las tecnologías de chip de circuito integrado monolítico (IC) a fines de la década de 1950, lo que llevó al microprocesador y la revolución de la microcomputadora en la década de 1970. La velocidad, la potencia y la versatilidad de las computadoras han aumentado drásticamente desde entonces, con el número de transistores aumentando a un ritmo rápido (como lo predijo la ley de Moore ), lo que llevó a la Revolución Digital a finales del siglo XX y principios del XXI.

Convencionalmente, una computadora moderna consta de al menos un elemento de procesamiento, típicamente una unidad central de procesamiento (CPU) en forma de microprocesador, junto con algún tipo de memoria de computadora, típicamente chips de memoria semiconductores. El elemento de procesamiento realiza operaciones aritméticas y lógicas, y una unidad de secuenciación y control puede cambiar el orden de las operaciones en respuesta a la información almacenada. Los dispositivos periféricos incluyen dispositivos de entrada (teclados, ratones, joystick, etc.), dispositivos de salida (pantallas de monitor, impresoras, etc.) y dispositivos de entrada / salida que realizan ambas funciones (por ejemplo, la pantalla táctil de la era 2000). Los dispositivos periféricos permiten recuperar información de una fuente externa y permiten guardar y recuperar el resultado de las operaciones.

Contenido
  • 1 Etimología
  • 2 Historia
    • 2.1 Antes del siglo XX
    • 2.2 Primera computadora
    • 2.3 Computadoras analógicas
    • 2.4 Ordenadores digitales
      • 2.4.1 Electromecánico
      • 2.4.2 Tubos de vacío y circuitos electrónicos digitales
    • 2.5 Computadoras modernas
      • 2.5.1 Concepto de computadora moderna
      • 2.5.2 Programas almacenados
      • 2.5.3 Transistores
      • 2.5.4 Circuitos integrados
    • 2.6 Computadoras móviles
  • 3 tipos
    • 3.1 Por arquitectura
    • 3.2 Por tamaño, factor de forma y propósito
  • 4 Hardware
    • 4.1 Historia del hardware informático
    • 4.2 Otros temas de hardware
    • 4.3 Dispositivos de entrada
    • 4.4 Dispositivos de salida
    • 4.5 Unidad de control
    • 4.6 Unidad central de procesamiento (CPU)
    • 4.7 Unidad aritmética lógica (ALU)
    • 4.8 Memoria
    • 4.9 Entrada / salida (E / S)
    • 4.10 Multitarea
    • 4.11 Multiprocesamiento
  • 5 Software
    • 5.1 Idiomas
    • 5.2 Programas
      • 5.2.1 Arquitectura del programa almacenado
      • 5.2.2 Código de máquina
      • 5.2.3 Lenguaje de programación
        • 5.2.3.1 Idiomas de bajo nivel
        • 5.2.3.2 Idiomas de alto nivel
      • 5.2.4 Diseño del programa
      • 5.2.5 Errores
  • 6 Redes e Internet
  • 7 Computadoras no convencionales
  • 8 Futuro
    • 8.1 Paradigmas de arquitectura informática
    • 8.2 Inteligencia artificial
  • 9 Profesiones y organizaciones
  • 10 Véase también
  • 11 referencias
  • 12 notas
  • 13 Enlaces externos

Etimología

Una computadora humana. Una computadora humana, con microscopio y calculadora, 1952

De acuerdo con el Diccionario Oxford de Inglés, el primer uso conocido del equipo estaba en un libro de 1613 llamado Los Yong Mans Pasajes por el escritor Inglés Richard Braithwait : "Me Haue [ sic ] leer la computadora más verdadero de los tiempos, y la mejor arithmetician que euer [ sic] respiró, y reduce tus días a un pequeño número ". Este uso del término se refería a una computadora humana, una persona que realizaba cálculos o cálculos. La palabra continuó con el mismo significado hasta mediados del siglo XX. Durante la última parte de este período, a menudo se contrataba a mujeres como computadoras porque se les podía pagar menos que a sus contrapartes masculinas. En 1943, la mayoría de las computadoras humanas eran mujeres.

El Diccionario de Etimología en línea da el primer uso comprobado de la computadora en la década de 1640, que significa "el que calcula"; este es un "sustantivo de agente de compute (v.)". El Diccionario de Etimología en línea establece que el uso del término para significar " 'máquina de calcular' (de cualquier tipo) es de 1897." El Diccionario de Etimología en línea indica que el "uso moderno" del término, para significar "computadora electrónica digital programable" data de "1945 bajo este nombre; [en un] [sentido] teórico de 1937, como máquina de Turing ".

Historia

Artículos principales: Historia del hardware informático e Historia de la informática.

Antes del siglo XX

El hueso de Ishango, una herramienta de hueso que se remonta al África prehistórica.

Los dispositivos se han utilizado para ayudar a la computación durante miles de años, principalmente utilizando correspondencia uno a uno con los dedos. El primer dispositivo de conteo fue probablemente una forma de palo de conteo. Las ayudas posteriores para el mantenimiento de registros en todo el Creciente Fértil incluyeron cálculos (esferas de arcilla, conos, etc.) que representaban recuentos de artículos, probablemente ganado o granos, sellados en recipientes huecos de arcilla sin cocer. El uso de varillas contadoras es un ejemplo.

El suanpan chino (算盘). El número representado en este ábaco es 6.302.715.408.

El ábaco se utilizó inicialmente para tareas aritméticas. El ábaco romano se desarrolló a partir de dispositivos utilizados en Babilonia ya en el 2400 a. C. Desde entonces, se han inventado muchas otras formas de tablas o tableros de cálculo. En una casa de contabilidad europea medieval, se colocaba un mantel a cuadros sobre una mesa y se movían marcadores de acuerdo con ciertas reglas, como ayuda para calcular las sumas de dinero.

El mecanismo de Antikythera, que se remonta a la antigua Grecia alrededor del 150-100 a. C., es un dispositivo informático analógico temprano.

Se cree que el mecanismo de Antikythera es la primera computadora analógica mecánica, según Derek J. de Solla Price. Fue diseñado para calcular posiciones astronómicas. Fue descubierto en 1901 en el naufragio de Antikythera frente a la isla griega de Antikythera, entre Kythera y Creta, y se ha fechado en c. 100 a. C. Los dispositivos de un nivel de complejidad comparable al del mecanismo de Antikythera no reaparecerían hasta mil años después.

Se construyeron muchas ayudas mecánicas para el cálculo y la medición para uso astronómico y de navegación. El planisferio fue un mapa estelar inventado por Abū Rayhān al-Bīrūnī a principios del siglo XI. El astrolabio se inventó en el mundo helenístico en los siglos I o II a. C. y a menudo se atribuye a Hiparco. Una combinación de planisferio y dioptra, el astrolabio era efectivamente una computadora analógica capaz de resolver varios tipos diferentes de problemas en astronomía esférica. Abi Bakr de Isfahan, Persia, en 1235, inventó un astrolabio que incorpora una computadora de calendario mecánica y ruedas dentadas. Abū Rayhān al-Bīrūnī inventó el primer astrolabio de calendario lunisolar con engranajes mecánicos, una de las primeras máquinas de procesamiento de conocimientos de cableado fijo con un tren de engranajes y ruedas dentadas, c. 1000 AD.

El sector, un instrumento de cálculo utilizado para resolver problemas de proporción, trigonometría, multiplicación y división, y para diversas funciones, como cuadrados y raíces cúbicas, se desarrolló a fines del siglo XVI y encontró aplicación en artillería, agrimensura y navegación.

El planímetro era un instrumento manual para calcular el área de una figura cerrada trazándola con un enlace mecánico.

Una regla de cálculo.

La regla de cálculo fue inventada alrededor de 1620-1630 por el clérigo inglés William Oughtred, poco después de la publicación del concepto de logaritmo. Es una computadora analógica operada manualmente para hacer multiplicaciones y divisiones. A medida que avanzaba el desarrollo de la regla de cálculo, las escalas añadidas proporcionaron recíprocos, cuadrados y raíces cuadradas, cubos y raíces cúbicas, así como funciones trascendentales como logaritmos y exponenciales, trigonometría circular e hiperbólica y otras funciones. Las reglas de cálculo con escalas especiales todavía se utilizan para realizar cálculos de rutina rápidamente, como la regla de cálculo circular E6B que se utiliza para los cálculos de tiempo y distancia en aviones ligeros.

En la década de 1770, Pierre Jaquet-Droz, un relojero suizo, construyó una muñeca mecánica ( autómata ) que podía escribir con una pluma. Al cambiar el número y el orden de sus ruedas internas, se podrían producir diferentes letras y, por lo tanto, diferentes mensajes. En efecto, podría "programarse" mecánicamente para leer instrucciones. Junto con otras dos máquinas complejas, la muñeca se encuentra en el Musée d'Art et d'Histoire de Neuchâtel, Suiza, y todavía funciona.

En 1831-1835, el matemático e ingeniero Giovanni Plana ideó una máquina de calendario perpetuo, que, aunque era un sistema de poleas y cilindros y más, podía predecir el calendario perpetuo para cada año desde el 0 d.C. (es decir, el 1 a.C.) hasta el 4000 d.C. realizar un seguimiento de los años bisiestos y la duración variable de los días. La máquina de predicción de mareas inventada por el científico escocés Sir William Thomson en 1872 fue de gran utilidad para la navegación en aguas poco profundas. Utilizaba un sistema de poleas y cables para calcular automáticamente los niveles de marea previstos durante un período determinado en una ubicación en particular.

El analizador diferencial, una computadora analógica mecánica diseñada para resolver ecuaciones diferenciales por integración, utilizó mecanismos de rueda y disco para realizar la integración. En 1876, Sir William Thomson ya había discutido la posible construcción de tales calculadoras, pero se había visto obstaculizado por el par de salida limitado de los integradores de bola y disco. En un analizador diferencial, la salida de un integrador impulsó la entrada del siguiente integrador, o una salida gráfica. El amplificador de par fue el avance que permitió que estas máquinas funcionaran. A partir de la década de 1920, Vannevar Bush y otros desarrollaron analizadores diferenciales mecánicos.

Primera computadora

Una parte del motor de diferencias de Babbage.

Charles Babbage, un ingeniero mecánico y erudito inglés, originó el concepto de una computadora programable. Considerado el " padre de la computadora ", conceptualizó e inventó la primera computadora mecánica a principios del siglo XIX. Después de trabajar en su revolucionario motor diferencial, diseñado para ayudar en los cálculos de navegación, en 1833 se dio cuenta de que era posible un diseño mucho más general, un motor analítico. La entrada de programas y datos debía ser proporcionada a la máquina a través de tarjetas perforadas, un método que se utilizaba en ese momento para dirigir telares mecánicos como el telar Jacquard. Para la salida, la máquina tendría una impresora, un trazador de curvas y una campana. La máquina también podría perforar números en tarjetas para leerlos más tarde. El motor incorporó una unidad lógica aritmética, control de flujo en forma de bifurcaciones y bucles condicionales, y memoria integrada, lo que lo convirtió en el primer diseño de una computadora de propósito general que podría describirse en términos modernos como Turing-completo.

La máquina se adelantó un siglo a su tiempo. Todas las piezas de su máquina tenían que hacerse a mano; este era un problema importante para un dispositivo con miles de piezas. Finalmente, el proyecto se disolvió con la decisión del gobierno británico de dejar de financiar. El fracaso de Babbage para completar el motor analítico se puede atribuir principalmente a dificultades políticas y financieras, así como a su deseo de desarrollar una computadora cada vez más sofisticada y avanzar más rápido de lo que nadie podría seguir. Sin embargo, su hijo, Henry Babbage, completó una versión simplificada de la unidad de computación del motor analítico (el molino) en 1888. Dio una demostración exitosa de su uso en tablas de computación en 1906.

Computadoras analógicas

Artículo principal: computadora analógica El tercer diseño de la máquina de predicción de mareas de Sir William Thomson, 1879-1881

Durante la primera mitad del siglo XX, muchas necesidades de computación científica fueron satisfechas por computadoras analógicas cada vez más sofisticadas, que utilizaron un modelo mecánico o eléctrico directo del problema como base para la computación. Sin embargo, estos no eran programables y generalmente carecían de la versatilidad y precisión de las computadoras digitales modernas. La primera computadora analógica moderna fue una máquina de predicción de mareas, inventada por Sir William Thomson (que más tarde se convertiría en Lord Kelvin) en 1872. El analizador diferencial, una computadora analógica mecánica diseñada para resolver ecuaciones diferenciales mediante la integración mediante mecanismos de rueda y disco, fue conceptualizado en 1876 por James Thomson, el hermano mayor del más famoso Sir William Thomson.

El arte de la computación analógica mecánica alcanzó su cenit con el analizador diferencial, construido por HL Hazen y Vannevar Bush en el MIT a partir de 1927. Esto se basó en los integradores mecánicos de James Thomson y los amplificadores de par inventados por HW Nieman. Una docena de estos dispositivos se construyeron antes de que se hiciera evidente su obsolescencia. En la década de 1950, el éxito de las computadoras electrónicas digitales había marcado el fin de la mayoría de las máquinas de computación analógica, pero las computadoras analógicas siguieron utilizándose durante la década de 1950 en algunas aplicaciones especializadas como la educación ( regla de cálculo ) y la aviación ( sistemas de control ).

Computadoras digitales

Electromecánica

En 1938, la Marina de los Estados Unidos había desarrollado una computadora analógica electromecánica lo suficientemente pequeña para usarla a bordo de un submarino. Este era el Torpedo Data Computer, que usaba trigonometría para resolver el problema de disparar un torpedo a un objetivo en movimiento. Durante la Segunda Guerra Mundial, también se desarrollaron dispositivos similares en otros países.

Replica de Zuse 's Z3, el (electromecánico) ordenador digital de primera totalmente automático,.

Las primeras computadoras digitales eran electromecánicas ; los interruptores eléctricos accionaban relés mecánicos para realizar el cálculo. Estos dispositivos tenían una velocidad de funcionamiento baja y finalmente fueron reemplazados por computadoras totalmente eléctricas mucho más rápidas, que originalmente usaban tubos de vacío. El Z2, creado por el ingeniero alemán Konrad Zuse en 1939, fue uno de los primeros ejemplos de una computadora de relé electromecánico.

En 1941, Zuse siguió su máquina anterior con la Z3, la primera computadora digital totalmente automática programable electromecánica en funcionamiento del mundo. El Z3 fue construido con 2000 relés, implementando una longitud de palabra de 22  bits que operaba a una frecuencia de reloj de aproximadamente 5-10  Hz. El código de programa se proporcionó en una película perforada , mientras que los datos se pudieron almacenar en 64 palabras de memoria o se proporcionaron desde el teclado. Era bastante similar a las máquinas modernas en algunos aspectos, siendo pionero en numerosos avances, como los números de coma flotante. En lugar del sistema decimal más difícil de implementar (utilizado en el diseño anterior de Charles Babbage ), el uso de un sistema binario significaba que las máquinas de Zuse eran más fáciles de construir y potencialmente más confiables, dadas las tecnologías disponibles en ese momento. El Z3 no era en sí mismo una computadora universal, pero podría extenderse para ser Turing completo.

Tubos de vacío y circuitos electrónicos digitales

Los elementos de circuito puramente electrónicos pronto reemplazaron a sus equivalentes mecánicos y electromecánicos, al mismo tiempo que el cálculo digital reemplazó al analógico. El ingeniero Tommy Flowers, que trabajaba en la Post Office Research Station de Londres en la década de 1930, comenzó a explorar el posible uso de la electrónica para la central telefónica. El equipo experimental que construyó en 1934 entró en funcionamiento cinco años después, convirtiendo una parte de la red de central telefónica en un sistema electrónico de procesamiento de datos, utilizando miles de tubos de vacío. En los Estados Unidos, John Vincent Atanasoff y Clifford E. Berry de la Universidad Estatal de Iowa desarrollaron y probaron la Computadora Atanasoff-Berry (ABC) en 1942, la primera "computadora digital electrónica automática". Este diseño también era totalmente electrónico y utilizaba alrededor de 300 tubos de vacío, con condensadores fijados en un tambor giratorio mecánicamente para la memoria.

Dos mujeres son vistas por la computadora Colossus. Colossus, el primer dispositivo informático programable digital electrónico, se utilizó para descifrar los cifrados alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. Se ve aquí en uso en Bletchley Park en 1943.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los descifradores de códigos británicos en Bletchley Park lograron una serie de éxitos al romper las comunicaciones militares alemanas cifradas. La máquina de cifrado alemana, Enigma, fue atacada por primera vez con la ayuda de bombas electromecánicas que a menudo eran dirigidas por mujeres. Para descifrar la máquina alemana Lorenz SZ 40/42 más sofisticada, utilizada para comunicaciones del ejército de alto nivel, Max Newman y sus colegas encargaron a Flowers la construcción del Coloso. Pasó once meses desde principios de febrero de 1943 diseñando y construyendo el primer Coloso. Después de una prueba funcional en diciembre de 1943, Colossus fue enviado a Bletchley Park, donde fue entregado el 18 de enero de 1944 y atacó su primer mensaje el 5 de febrero.

Colossus fue la primera computadora programable digital electrónica del mundo. Utilizaba una gran cantidad de válvulas (tubos de vacío). Tenía entrada de cinta de papel y podía configurarse para realizar una variedad de operaciones lógicas booleanas en sus datos, pero no era Turing completo. Se construyeron nueve Mk II Colossi (el Mk I se convirtió en un Mk II haciendo diez máquinas en total). El Colossus Mark I contenía 1.500 válvulas termoiónicas (tubos), pero el Mark II con 2.400 válvulas era 5 veces más rápido y más sencillo de operar que el Mark I, lo que aceleraba enormemente el proceso de decodificación.

ENIAC fue el primer dispositivo electrónico Turing completo y realizó cálculos de trayectoria balística para el Ejército de los Estados Unidos.

El ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fue el primer ordenador electrónico programable construido en los EE. UU. Aunque el ENIAC era similar al Colossus, era mucho más rápido, más flexible y era Turing completo. Al igual que el Colossus, un "programa" en el ENIAC se definía por los estados de sus cables de conexión e interruptores, muy lejos de las máquinas electrónicas de programas almacenados que vinieron más tarde. Una vez que se escribió un programa, se tuvo que configurar mecánicamente en la máquina con restablecimiento manual de enchufes e interruptores. Las programadoras de la ENIAC fueron seis mujeres, a menudo conocidas colectivamente como las "niñas ENIAC".

Combinó la alta velocidad de la electrónica con la capacidad de ser programado para muchos problemas complejos. Podría sumar o restar 5000 veces por segundo, mil veces más rápido que cualquier otra máquina. También tenía módulos para multiplicar, dividir y raíz cuadrada. La memoria de alta velocidad estaba limitada a 20 palabras (aproximadamente 80 bytes). Construido bajo la dirección de John Mauchly y J. Presper Eckert en la Universidad de Pennsylvania, el desarrollo y la construcción de ENIAC duró desde 1943 hasta su pleno funcionamiento a fines de 1945. La máquina era enorme, pesaba 30 toneladas, utilizaba 200 kilovatios de energía eléctrica y contenía más de 18.000 tubos de vacío, 1.500 relés y cientos de miles de resistencias, condensadores e inductores.

Computadoras modernas

Concepto de computadora moderna

El principio de la computadora moderna fue propuesto por Alan Turing en su artículo seminal de 1936, On Computable Numbers. Turing propuso un dispositivo simple al que llamó "máquina de cómputo universal" y que ahora se conoce como máquina de Turing universal. Demostró que una máquina de este tipo es capaz de calcular cualquier cosa que sea computable mediante la ejecución de instrucciones (programa) almacenadas en cinta, lo que permite que la máquina sea programable. El concepto fundamental del diseño de Turing es el programa almacenado, donde todas las instrucciones para la computación se almacenan en la memoria. Von Neumann reconoció que el concepto central de la computadora moderna se debe a este artículo. Las máquinas de Turing son hasta el día de hoy un objeto central de estudio en la teoría de la computación. Excepto por las limitaciones impuestas por sus almacenes de memoria finitos, se dice que las computadoras modernas son Turing-complete, es decir, tienen una capacidad de ejecución de algoritmos equivalente a una máquina universal de Turing.

Programas almacenados

Artículo principal: computadora con programa almacenado Tres estantes altos que contienen placas de circuitos electrónicos Una sección del Manchester Baby, la primera computadora electrónica con programa almacenado

Las primeras máquinas informáticas tenían programas fijos. Cambiar su función requirió el recableado y la reestructuración de la máquina. Con la propuesta de la computadora con programa almacenado esto cambió. Una computadora con programa almacenado incluye por diseño un conjunto de instrucciones y puede almacenar en la memoria un conjunto de instrucciones (un programa ) que detalla el cálculo. Alan Turing estableció la base teórica de la computadora con programa almacenado en su artículo de 1936. En 1945, Turing se unió al Laboratorio Nacional de Física y comenzó a trabajar en el desarrollo de una computadora digital electrónica con programa almacenado. Su informe de 1945 "Proposed Electronic Calculator" fue la primera especificación para tal dispositivo. John von Neumann de la Universidad de Pensilvania también hizo circular su Primer Borrador de un Informe sobre el EDVAC en 1945.

El Manchester Baby fue la primera computadora con programas almacenados del mundo. Fue construido en la Universidad de Manchester en Inglaterra por Frederic C. Williams, Tom Kilburn y Geoff Tootill, y ejecutó su primer programa el 21 de junio de 1948. Fue diseñado como un banco de pruebas para el tubo Williams, el primer almacenamiento digital de acceso aleatorio. dispositivo. Aunque la computadora se consideraba "pequeña y primitiva" según los estándares de su época, fue la primera máquina en funcionamiento que contenía todos los elementos esenciales para una computadora electrónica moderna. Tan pronto como el Baby demostró la viabilidad de su diseño, se inició un proyecto en la universidad para convertirlo en una computadora más utilizable, la Manchester Mark 1. Grace Hopper fue la primera persona en desarrollar un compilador para lenguaje de programación.

La Mark 1, a su vez, se convirtió rápidamente en el prototipo de Ferranti Mark 1, la primera computadora de uso general disponible comercialmente en el mundo. Construido por Ferranti, se entregó a la Universidad de Manchester en febrero de 1951. Al menos siete de estas máquinas posteriores se entregaron entre 1953 y 1957, una de ellas a los laboratorios Shell en Ámsterdam. En octubre de 1947, los directores de la empresa británica de catering J. Lyons amp; Company decidieron participar activamente en la promoción del desarrollo comercial de las computadoras. La computadora LEO I entró en funcionamiento en abril de 1951 y ejecutó el primer trabajo informático de oficina de rutina del mundo.

Transistores

Artículos principales: Transistor e Historia del transistor. Más información: computadora de transistores y MOSFET Transistor de unión bipolar (BJT)

El concepto de un transistor de efecto de campo fue propuesto por Julius Edgar Lilienfeld en 1925. John Bardeen y Walter Brattain, mientras trabajaban con William Shockley en Bell Labs, construyeron el primer transistor en funcionamiento, el transistor de contacto de punto, en 1947, que fue seguido por el transistor de unión bipolar de Shockley en 1948. A partir de 1955, los transistores reemplazaron a los tubos de vacío en los diseños de computadoras, dando lugar a la "segunda generación" de computadoras. En comparación con los tubos de vacío, los transistores tienen muchas ventajas: son más pequeños y requieren menos energía que los tubos de vacío, por lo que emiten menos calor. Los transistores de unión eran mucho más fiables que los tubos de vacío y tenían una vida útil más larga e indefinida. Las computadoras transistorizadas podrían contener decenas de miles de circuitos lógicos binarios en un espacio relativamente compacto. Sin embargo, los primeros transistores de unión eran dispositivos relativamente voluminosos que eran difíciles de fabricar sobre una base de producción en masa, lo que los limitaba a una serie de aplicaciones especializadas.

En la Universidad de Manchester, un equipo bajo la dirección de Tom Kilburn diseñó y construyó una máquina utilizando los transistores recientemente desarrollados en lugar de válvulas. Su primera computadora transistorizada y la primera en el mundo, estaba operativa en 1953, y una segunda versión se completó allí en abril de 1955. Sin embargo, la máquina hizo uso de válvulas para generar sus formas de onda de reloj de 125 kHz y en los circuitos para leer y escribir en su memoria de tambor magnético, por lo que no fue la primera computadora completamente transistorizada. Esa distinción corresponde al Harwell CADET de 1955, construido por la división de electrónica del Atomic Energy Research Establishment en Harwell.

MOSFET (transistor MOS), que muestra los terminales de puerta (G), cuerpo (B), fuente (S) y drenaje (D). La puerta está separada del cuerpo por una capa aislante (rosa).

El transistor de efecto de campo de óxido de metal-silicio (MOSFET), también conocido como transistor MOS, fue inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959. Fue el primer transistor verdaderamente compacto que se podía miniaturizar y -producido para una amplia gama de usos. Con su alta escalabilidad, un consumo de energía mucho menor y una densidad más alta que los transistores de unión bipolar, el MOSFET hizo posible la construcción de circuitos integrados de alta densidad. Además del procesamiento de datos, también permitió el uso práctico de transistores MOS como elementos de almacenamiento de celdas de memoria, lo que llevó al desarrollo de la memoria semiconductora MOS, que reemplazó la memoria de núcleo magnético anterior en las computadoras. El MOSFET condujo a la revolución de las microcomputadoras y se convirtió en la fuerza impulsora detrás de la revolución de las computadoras. El MOSFET es el transistor más utilizado en las computadoras y es el bloque de construcción fundamental de la electrónica digital.

Circuitos integrados

Artículos principales: Circuito integrado e Invención del circuito integrado. Más información: proceso plano y microprocesador

El siguiente gran avance en la potencia informática llegó con la llegada del circuito integrado (IC). La idea del circuito integrado fue concebida por primera vez por un científico de radar que trabajaba para el Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa, Geoffrey WA Dummer. Dummer presentó la primera descripción pública de un circuito integrado en el Simposio sobre el progreso en componentes electrónicos de calidad en Washington, DC el 7 de mayo de 1952.

Los primeros circuitos integrados en funcionamiento fueron inventados por Jack Kilby en Texas Instruments y Robert Noyce en Fairchild Semiconductor. Kilby registró sus ideas iniciales sobre el circuito integrado en julio de 1958, demostrando con éxito el primer ejemplo integrado funcional el 12 de septiembre de 1958. En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, Kilby describió su nuevo dispositivo como "un cuerpo de material semiconductor... en el que todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados ". Sin embargo, la invención de Kilby fue un circuito integrado híbrido (IC híbrido), en lugar de un chip de circuito integrado (IC) monolítico. El CI de Kilby tenía conexiones de cables externos, lo que dificultaba la producción en masa.

A Noyce también se le ocurrió su propia idea de un circuito integrado medio año más tarde que Kilby. La invención de Noyce fue el primer chip IC monolítico verdadero. Su chip resolvió muchos problemas prácticos que Kilby's no había resuelto. Producido en Fairchild Semiconductor, estaba hecho de silicio, mientras que el chip de Kilby estaba hecho de germanio. El CI monolítico de Noyce se fabricó utilizando el proceso plano, desarrollado por su colega Jean Hoerni a principios de 1959. A su vez, el proceso plano se basó en el trabajo de Mohamed M. Atalla sobre la pasivación de la superficie de semiconductores por dióxido de silicio a finales de la década de 1950.

Los circuitos integrados monolíticos modernos son predominantemente circuitos integrados MOS ( semiconductores de óxido de metal ), construidos a partir de MOSFET (transistores MOS). El primer MOS IC experimental que se fabricó fue un chip de 16 transistores construido por Fred Heiman y Steven Hofstein en RCA en 1962. General Microelectronics luego introdujo el primer MOS IC comercial en 1964, desarrollado por Robert Norman. Tras el desarrollo del transistor MOS de puerta autoalineada ( puerta de silicio) por Robert Kerwin, Donald Klein y John Sarace en Bell Labs en 1967, Federico Faggin en Fairchild desarrolló el primer MOS IC de puerta de silicio con puertas autoalineadas. Semiconductor en 1968. Desde entonces, el MOSFET se ha convertido en el componente de dispositivo más crítico de los circuitos integrados modernos.

El desarrollo del circuito integrado MOS condujo a la invención del microprocesador y anunció una explosión en el uso comercial y personal de las computadoras. Si bien el tema de qué dispositivo fue el primer microprocesador es controvertido, en parte debido a la falta de acuerdo sobre la definición exacta del término "microprocesador", es indiscutible que el primer microprocesador de un solo chip fue el Intel 4004, diseñado y realizado. por Federico Faggin con su tecnología MOS IC de puerta de silicio, junto con Ted Hoff, Masatoshi Shima y Stanley Mazor en Intel. A principios de la década de 1970, la tecnología MOS IC permitió la integración de más de 10,000 transistores en un solo chip.

System on a Chip (SoC) son computadoras completas en un microchip (o chip) del tamaño de una moneda. Pueden tener o no RAM y memoria flash integradas. Si no está integrada, la RAM generalmente se coloca directamente encima (conocido como Paquete en el paquete ) o debajo (en el lado opuesto de la placa de circuito ) del SoC, y la memoria flash generalmente se coloca justo al lado del SoC, todo esto se hace para Mejore las velocidades de transferencia de datos, ya que las señales de datos no tienen que viajar largas distancias. Desde ENIAC en 1945, las computadoras han avanzado enormemente, con los SoC modernos (como el Snapdragon 865) que tienen el tamaño de una moneda y al mismo tiempo son cientos de miles de veces más potentes que ENIAC, integran miles de millones de transistores y consumen solo unos pocos vatios. de poder.

Computadoras móviles

Las primeras computadoras móviles eran pesadas y funcionaban con la red eléctrica. El IBM 5100 de 50 libras fue un ejemplo temprano. Los portátiles posteriores, como el Osborne 1 y el Compaq Portable, eran considerablemente más livianos, pero aún debían enchufarse. Los primeros portátiles, como el Grid Compass, eliminaron este requisito al incorporar baterías y con la miniaturización continua de los recursos informáticos y los avances en los dispositivos portátiles. duración de la batería, las computadoras portátiles aumentaron en popularidad en la década de 2000. Los mismos desarrollos permitieron a los fabricantes integrar recursos informáticos en teléfonos móviles a principios de la década de 2000.

Estos teléfonos inteligentes y tabletas funcionan con una variedad de sistemas operativos y recientemente se convirtieron en el dispositivo informático dominante en el mercado. Estos funcionan con System on a Chip (SoC), que son computadoras completas en un microchip del tamaño de una moneda.

Tipos

Ver también: Clases de computadoras

Las computadoras se pueden clasificar de diferentes maneras, que incluyen:

Por arquitectura

Por tamaño, factor de forma y propósito

Hardware

Artículos principales: El hardware, hardware de ordenador personal, unidad de procesamiento central, y por microprocesador Archivo: Computer Components.webm Reproducir medios Video que muestra los componentes estándar de una computadora "delgada"

El término hardware cubre todas aquellas partes de una computadora que son objetos físicos tangibles. Los circuitos, chips de computadora, tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, memoria (RAM), placa base, pantallas, fuentes de alimentación, cables, teclados, impresoras y dispositivos de entrada "mouse" son todos hardware.

Historia del hardware informático

Artículo principal: Historia del hardware informático
Primera generación (mecánica / electromecánica) Calculadoras Calculadora de Pascal, Aritmómetro, Motor de diferencias, Máquinas analíticas de Quevedo
Dispositivos programables Telar Jacquard, motor analítico, IBM ASCC / Harvard Mark I, Harvard Mark II, IBM SSEC, Z1, Z2, Z3
Segunda generación (tubos de vacío) Calculadoras Computadora Atanasoff – Berry, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120
Dispositivos programables Coloso, ENIAC, Manchester Baby, EDSAC, Manchester Mark 1, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22
Tercera generación ( transistores discretos y circuitos integrados SSI, MSI, LSI) Mainframes IBM 7090, IBM 7080, IBM System / 360, BUNCH
Miniordenador HP 2116A, IBM System / 32, IBM System / 36, LINC, PDP-8, PDP-11
Computadora de escritorio HP 9100
Cuarta generación ( circuitos integrados VLSI ) Miniordenador VAX, IBM AS / 400
Microordenador de 4 bits Intel 4004, Intel 4040
Microordenador de 8 bits Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80
Microordenador de 16 bits Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802
Microordenador de 32 bits Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM
Microordenador de 64 bits Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64, ARMv8-A
Computadora integrada Intel 8048, Intel 8051
Computadora personal Computadora de escritorio, Ordenador, Ordenador portátil ordenador, asistente digital personal (PDA), ordenador portátil, PC de la tableta, computadora usable
Teórico / experimental Computadora cuántica, computadora química, computación de ADN, computadora óptica, computadora basada en espintrónica, computadora húmeda / orgánica

Otros temas de hardware

Dispositivo periférico ( entrada / salida ) Aporte Ratón, teclado, joystick, escáner de imágenes, cámara web, tableta gráfica, micrófono
Producción Monitor, impresora, altavoz
Ambos Disquete duro, unidad de disco duro, disco óptico de la unidad, teletipo
Autobuses informáticos Corto alcance RS-232, SCSI, PCI, USB
Largo alcance ( redes informáticas ) Ethernet, cajero automático, FDDI

Una computadora de propósito general tiene cuatro componentes principales: la unidad aritmética lógica (ALU), la unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada y salida (denominados colectivamente E / S). Estas partes están interconectadas por buses, a menudo hechos de grupos de cables. Dentro de cada una de estas partes hay miles o billones de pequeños circuitos eléctricos que se pueden apagar o encender por medio de un interruptor electrónico. Cada circuito representa un bit (dígito binario) de información de modo que cuando el circuito está encendido representa un "1" y cuando está apagado representa un "0" (en representación lógica positiva). Los circuitos están dispuestos en puertas lógicas para que uno o más de los circuitos puedan controlar el estado de uno o más de los otros circuitos.

Los dispositivos de entrada

Cuando se envían datos sin procesar a la computadora con la ayuda de dispositivos de entrada, los datos se procesan y se envían a los dispositivos de salida. Los dispositivos de entrada pueden operarse manualmente o automatizarse. El acto de procesamiento está regulado principalmente por la CPU. Algunos ejemplos de dispositivos de entrada son:

Dispositivos de salida

Los medios a través de los cuales la computadora da salida se conocen como dispositivos de salida. Algunos ejemplos de dispositivos de salida son:

Unidad de control

Artículos principales: Diseño de CPU y Unidad de control Diagrama que muestra cómo el sistema de control decodificaría una instrucción particular de arquitectura MIPS

La unidad de control (a menudo llamada sistema de control o controlador central) administra los diversos componentes de la computadora; lee e interpreta (decodifica) las instrucciones del programa, transformándolas en señales de control que activan otras partes de la computadora. Los sistemas de control en computadoras avanzadas pueden cambiar el orden de ejecución de algunas instrucciones para mejorar el rendimiento.

Un componente clave común a todas las CPU es el contador de programa, una celda de memoria especial (un registro ) que realiza un seguimiento de la ubicación de la memoria desde la que se leerá la siguiente instrucción.

La función del sistema de control es la siguiente: esta es una descripción simplificada, y algunos de estos pasos se pueden realizar simultáneamente o en un orden diferente según el tipo de CPU:

  1. Lea el código de la siguiente instrucción de la celda indicada por el contador del programa.
  2. Decodifica el código numérico de la instrucción en un conjunto de comandos o señales para cada uno de los otros sistemas.
  3. Incremente el contador del programa para que apunte a la siguiente instrucción.
  4. Lea los datos que la instrucción requiera de las celdas en la memoria (o quizás de un dispositivo de entrada). La ubicación de estos datos requeridos generalmente se almacena dentro del código de instrucción.
  5. Proporcione los datos necesarios a una ALU o regístrese.
  6. Si la instrucción requiere una ALU o hardware especializado para completarse, indique al hardware que realice la operación solicitada.
  7. Escriba el resultado de la ALU en una ubicación de memoria o en un registro o quizás en un dispositivo de salida.
  8. Vuelva al paso (1).

Dado que el contador del programa es (conceptualmente) solo otro conjunto de celdas de memoria, se puede cambiar mediante cálculos realizados en la ALU. Agregar 100 al contador del programa provocaría que la siguiente instrucción se lea desde un lugar 100 ubicaciones más abajo en el programa. Las instrucciones que modifican el contador del programa a menudo se conocen como "saltos" y permiten bucles (instrucciones que son repetidas por la computadora) y, a menudo, ejecución de instrucciones condicional (ambos ejemplos de flujo de control ).

La secuencia de operaciones que atraviesa la unidad de control para procesar una instrucción es en sí misma como un programa de computadora corto y, de hecho, en algunos diseños de CPU más complejos, hay otra computadora aún más pequeña llamada microsecuenciador, que ejecuta un programa de microcódigo que causa todos estos eventos sucederán.

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

Artículos principales: Unidad central de procesamiento y Microprocesador.

La unidad de control, ALU y los registros se conocen colectivamente como unidad central de procesamiento (CPU). Las primeras CPU estaban compuestas por muchos componentes separados. Desde la década de 1970, las CPU se han construido típicamente en un solo chip de circuito integrado MOS llamado microprocesador.

Unidad aritmética lógica (ALU)

Artículo principal: unidad lógica aritmética

La ALU es capaz de realizar dos clases de operaciones: aritmética y lógica. El conjunto de operaciones aritméticas que admite una ALU en particular puede limitarse a la suma y la resta, o puede incluir funciones de multiplicación, división, trigonometría como seno, coseno, etc., y raíces cuadradas. Algunos pueden operar solo con números enteros ( enteros ) mientras que otros usan punto flotante para representar números reales, aunque con precisión limitada. Sin embargo, cualquier computadora que sea capaz de realizar solo las operaciones más simples puede programarse para dividir las operaciones más complejas en pasos simples que pueda realizar. Por lo tanto, cualquier computadora puede programarse para realizar cualquier operación aritmética, aunque llevará más tiempo hacerlo si su ALU no respalda directamente la operación. Una ALU también puede comparar números y devolver valores booleanos de verdad (verdadero o falso) dependiendo de si uno es igual, mayor o menor que el otro ("¿64 es mayor que 65?"). Las operaciones lógicas involucran lógica booleana : AND, OR, XOR y NOT. Estos pueden ser útiles para crear declaraciones condicionales complicadas y procesar lógica booleana.

Las computadoras superescalares pueden contener múltiples ALU, lo que les permite procesar varias instrucciones simultáneamente. Los procesadores gráficos y las computadoras con características SIMD y MIMD a menudo contienen ALU que pueden realizar operaciones aritméticas en vectores y matrices.

Memoria

Artículos principales: memoria de computadora y almacenamiento de datos de computadora La memoria de núcleo magnético (usando núcleos magnéticos ) fue la memoria de computadora elegida en la década de 1960, hasta que fue reemplazada por la memoria semiconductora (usando celdas de memoria MOS ).

La memoria de una computadora se puede ver como una lista de celdas en las que se pueden colocar o leer números. Cada celda tiene una "dirección" numerada y puede almacenar un solo número. Se le puede indicar a la computadora que "ponga el número 123 en la celda numerada 1357" o que "agregue el número que está en la celda 1357 al número que está en la celda 2468 y ponga la respuesta en la celda 1595". La información almacenada en la memoria puede representar prácticamente cualquier cosa. Las letras, los números e incluso las instrucciones de la computadora se pueden guardar en la memoria con la misma facilidad. Dado que la CPU no distingue entre diferentes tipos de información, es responsabilidad del software dar significado a lo que la memoria ve como nada más que una serie de números.

En casi todas las computadoras modernas, cada celda de memoria está configurada para almacenar números binarios en grupos de ocho bits (llamados bytes ). Cada byte puede representar 256 números diferentes (2 8 = 256); ya sea de 0 a 255 o de −128 a +127. Para almacenar números más grandes, se pueden utilizar varios bytes consecutivos (normalmente, dos, cuatro u ocho). Cuando se requieren números negativos, generalmente se almacenan en notación en complemento a dos. Son posibles otros arreglos, pero generalmente no se ven fuera de aplicaciones especializadas o contextos históricos. Una computadora puede almacenar cualquier tipo de información en la memoria si se puede representar numéricamente. Las computadoras modernas tienen miles de millones o incluso billones de bytes de memoria.

La CPU contiene un conjunto especial de celdas de memoria llamadas registros que se pueden leer y escribir mucho más rápidamente que el área de memoria principal. Por lo general, hay entre dos y cien registros, según el tipo de CPU. Los registros se utilizan para los elementos de datos necesarios con más frecuencia para evitar tener que acceder a la memoria principal cada vez que se necesitan datos. Como se trabaja constantemente en los datos, la reducción de la necesidad de acceder a la memoria principal (que a menudo es lenta en comparación con la ALU y las unidades de control) aumenta enormemente la velocidad de la computadora.

La memoria principal de la computadora se presenta en dos variedades principales:

La RAM se puede leer y escribir en cualquier momento que la CPU lo ordene, pero la ROM está precargada con datos y software que nunca cambia, por lo que la CPU solo puede leer de ella. La ROM se utiliza normalmente para almacenar las instrucciones de inicio inicial de la computadora. En general, el contenido de la RAM se borra cuando se apaga la computadora, pero la ROM retiene sus datos indefinidamente. En una PC, la ROM contiene un programa especializado llamado BIOS que organiza la carga del sistema operativo de la computadora desde la unidad de disco duro en la RAM cada vez que la computadora se enciende o se reinicia. En las computadoras integradas, que con frecuencia no tienen unidades de disco, todo el software requerido puede almacenarse en ROM. El software almacenado en ROM a menudo se llama firmware, porque teóricamente se parece más al hardware que al software. La memoria flash desdibuja la distinción entre ROM y RAM, ya que retiene sus datos cuando se apaga, pero también es regrabable. Sin embargo, normalmente es mucho más lento que la ROM y la RAM convencionales, por lo que su uso está restringido a aplicaciones donde la alta velocidad es innecesaria.

En computadoras más sofisticadas puede haber una o más memorias caché RAM, que son más lentas que los registros pero más rápidas que la memoria principal. Generalmente, las computadoras con este tipo de caché están diseñadas para mover datos que se necesitan con frecuencia a la caché de forma automática, a menudo sin la necesidad de ninguna intervención por parte del programador.

Entrada / salida (E / S)

Artículo principal: Entrada / salida Las unidades de disco duro son dispositivos de almacenamiento comunes que se utilizan con las computadoras.

La E / S es el medio por el cual una computadora intercambia información con el mundo exterior. Los dispositivos que proporcionan entrada o salida a la computadora se denominan periféricos. En una computadora personal típica, los periféricos incluyen dispositivos de entrada como el teclado y el mouse, y dispositivos de salida como la pantalla y la impresora. Las unidades de disco duro, las unidades de disquete y las unidades de disco óptico sirven como dispositivos de entrada y salida. Las redes de computadoras son otra forma de E / S. Los dispositivos de E / S suelen ser computadoras complejas por derecho propio, con su propia CPU y memoria. Una unidad de procesamiento de gráficos puede contener cincuenta o más computadoras pequeñas que realizan los cálculos necesarios para mostrar gráficos en 3D. Las computadoras de escritorio modernas contienen muchas computadoras más pequeñas que ayudan a la CPU principal a realizar E / S. Una pantalla plana de la era de 2016 contiene sus propios circuitos informáticos.

Multitarea

Artículo principal: Computadora multitarea

Si bien se puede considerar que una computadora ejecuta un programa gigantesco almacenado en su memoria principal, en algunos sistemas es necesario dar la apariencia de ejecutar varios programas simultáneamente. Esto se logra mediante la multitarea, es decir, haciendo que la computadora cambie rápidamente entre la ejecución de cada programa. Un medio por el cual se hace esto es con una señal especial llamada interrupción, que periódicamente puede hacer que la computadora deje de ejecutar instrucciones donde estaba y haga otra cosa en su lugar. Al recordar dónde se estaba ejecutando antes de la interrupción, la computadora puede volver a esa tarea más tarde. Si varios programas se están ejecutando "al mismo tiempo". entonces el generador de interrupciones podría estar provocando varios cientos de interrupciones por segundo, provocando un cambio de programa cada vez. Dado que las computadoras modernas normalmente ejecutan instrucciones varios órdenes de magnitud más rápido que la percepción humana, puede parecer que muchos programas se están ejecutando al mismo tiempo, aunque solo uno se esté ejecutando en un instante dado. Este método de multitarea a veces se denomina "tiempo compartido", ya que a cada programa se le asigna una "porción" de tiempo a su vez.

Antes de la era de las computadoras económicas, el uso principal de la multitarea era permitir que muchas personas compartieran la misma computadora. Aparentemente, la multitarea haría que una computadora que cambia entre varios programas se ejecute más lentamente, en proporción directa a la cantidad de programas que está ejecutando, pero la mayoría de los programas pasan gran parte de su tiempo esperando que los dispositivos de entrada / salida lentos completen sus tareas. Si un programa está esperando que el usuario haga clic en el mouse o presione una tecla en el teclado, entonces no tomará un "intervalo de tiempo" hasta que haya ocurrido el evento que está esperando. Esto libera tiempo para que se ejecuten otros programas, de modo que muchos programas pueden ejecutarse simultáneamente sin una pérdida de velocidad inaceptable.

Multiprocesamiento

Artículo principal: multiprocesamiento Cray diseñó muchas supercomputadoras que utilizaban mucho el multiprocesamiento.

Algunas computadoras están diseñadas para distribuir su trabajo entre varias CPU en una configuración de multiprocesamiento, una técnica que alguna vez se empleó solo en máquinas grandes y potentes, como supercomputadoras, computadoras centrales y servidores. Las computadoras personales y portátiles multiprocesador y multinúcleo (varias CPU en un solo circuito integrado) están ahora ampliamente disponibles y, como resultado, se utilizan cada vez más en los mercados de gama baja.

Las supercomputadoras, en particular, a menudo tienen arquitecturas muy únicas que difieren significativamente de la arquitectura básica del programa almacenado y de las computadoras de propósito general. A menudo cuentan con miles de CPU, interconexiones personalizadas de alta velocidad y hardware informático especializado. Dichos diseños tienden a ser útiles solo para tareas especializadas debido a la gran escala de organización del programa que se requiere para utilizar con éxito la mayoría de los recursos disponibles a la vez. Las supercomputadoras suelen ser utilizadas en aplicaciones de simulación, representación gráfica y criptografía a gran escala, así como en otras tareas denominadas " vergonzosamente paralelas ".

Software

Artículo principal: software de computadora

El software se refiere a partes de la computadora que no tienen una forma material, como programas, datos, protocolos, etc. El software es la parte de un sistema informático que consta de información codificada o instrucciones de computadora, en contraste con el hardware físico del cual el sistema está construido. El software de computadora incluye programas de computadora, bibliotecas y datos no ejecutables relacionados, como documentación en línea o medios digitales. A menudo se divide en software de sistema y software de aplicación. El hardware y el software de la computadora se requieren mutuamente y ninguno de ellos puede usarse de manera realista por sí solo. Cuando el software se almacena en hardware que no se puede modificar fácilmente, como con la BIOS ROM en una computadora compatible con IBM PC, a veces se denomina "firmware".

Sistema operativo / Software del sistema Unix y BSD UNIX System V, IBM AIX, HP-UX, Solaris ( SunOS ), IRIX, Lista de sistemas operativos BSD
Linux Lista de distribuciones de Linux, Comparación de distribuciones de Linux
Microsoft Windows Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, Windows 10
DOS 86-DOS (QDOS), IBM PC DOS, MS-DOS, DR-DOS, FreeDOS
Sistemas operativos Macintosh Mac OS clásico, macOS (anteriormente OS X y Mac OS X)
Integrado y en tiempo real Lista de sistemas operativos integrados
Experimental Amoeba, Oberon - AOS, Bluebottle, A2, Plan 9 de Bell Labs
Biblioteca Multimedia DirectX, OpenGL, OpenAL, Vulkan (API)
Biblioteca de programación C biblioteca estándar, Standard Template Library
Datos Protocolo TCP / IP, Kermit, FTP, HTTP, SMTP
Formato de archivo HTML, XML, JPEG, MPEG, PNG
Interfaz de usuario Interfaz gráfica de usuario ( WIMP ) Microsoft Windows, GNOME, KDE, QNX Photon, CDE, GEM, Aqua
Interfaz de usuario basada en texto Interfaz de línea de comandos, interfaz de usuario de texto
Software de aplicación Sala de oficina Procesamiento de textos, Autoedición, Programa de presentación, Sistema de gestión de bases de datos, Programación y gestión del tiempo, Hoja de cálculo, Software de contabilidad
Acceso a Internet Navegador, cliente de correo electrónico, servidor web, agente de transferencia de correo, mensajería instantánea
Diseño y fabricación Diseño asistido por computadora, Fabricación asistida por computadora, Gestión de plantas, Fabricación robótica, Gestión de la cadena de suministro
Gráficos Editor de gráficos de trama, editor de gráficos vectoriales, modelador 3D, editor de animación, gráficos por computadora en 3D, edición de video, procesamiento de imágenes
Audio Editor de audio digital, reproducción de audio, mezcla, síntesis de audio, música de computadora
Ingeniería de software Compilador, ensamblador, intérprete, depurador, editor de texto, entorno de desarrollo integrado, análisis del rendimiento del software, control de revisión, gestión de la configuración del software
Educativo Edutainment, Juego educativo, Juego serio, Simulador de vuelo
Juegos Estrategia, Arcade, Puzles, Simuladores, Shooter en primera persona, Plataformas, Multijugador masivo, Ficción interactiva
Misc Inteligencia artificial, software antivirus, escáner de malware, sistemas de gestión de paquetes / instaladores, administrador de archivos

Idiomas

Hay miles de lenguajes de programación diferentes, algunos destinados a fines generales, otros útiles solo para aplicaciones altamente especializadas.

Lenguajes de programación
Listas de lenguajes de programación Cronología de lenguajes de programación, Lista de lenguajes de programación por categoría, Lista generacional de lenguajes de programación, Lista de lenguajes de programación, Lenguajes de programación no basados ​​en inglés
Lenguajes ensambladores de uso común BRAZO, MIPS, x86
Lenguajes de programación de alto nivel de uso común Ada, BASIC, C, C ++, C #, COBOL, Fortran, PL / I, REXX, Java, Lisp, Pascal, Object Pascal
Lenguajes de secuencias de comandos de uso común Script de Bourne, JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl

Programas

La característica definitoria de las computadoras modernas que las distingue de todas las demás máquinas es que pueden programarse. Es decir que se le puede dar algún tipo de instrucciones (el programa ) a la computadora, y las procesará. Las computadoras modernas basadas en la arquitectura de von Neumann a menudo tienen código de máquina en forma de lenguaje de programación imperativo. En términos prácticos, un programa de computadora puede ser solo unas pocas instrucciones o extenderse a muchos millones de instrucciones, al igual que los programas para procesadores de texto y navegadores web, por ejemplo. Una computadora moderna típica puede ejecutar miles de millones de instrucciones por segundo ( gigaflops ) y rara vez comete un error durante muchos años de funcionamiento. Los programas de computadora grandes que constan de varios millones de instrucciones pueden tardar años en escribir a los equipos de programadores y, debido a la complejidad de la tarea, es casi seguro que contengan errores.

Arquitectura de programa almacenado

Artículos principales: Programa informático y Programación informática Réplica del Manchester Baby, la primera computadora electrónica con programa almacenado del mundo, en el Museo de Ciencia e Industria de Manchester, Inglaterra

Esta sección se aplica a la mayoría de las computadoras basadas en máquinas RAM.

En la mayoría de los casos, las instrucciones de la computadora son simples: agregar un número a otro, mover algunos datos de una ubicación a otra, enviar un mensaje a algún dispositivo externo, etc. Estas instrucciones se leen de la memoria de la computadora y generalmente se llevan a cabo ( ejecutan ) en el orden en que fueron dados. Sin embargo, generalmente hay instrucciones especializadas para decirle a la computadora que salte hacia adelante o hacia atrás a algún otro lugar del programa y que continúe ejecutándose desde allí. Se denominan instrucciones de "salto" (o ramas ). Además, las instrucciones de salto se pueden hacer que sucedan condicionalmente de modo que se puedan usar diferentes secuencias de instrucciones dependiendo del resultado de algún cálculo previo o algún evento externo. Muchas computadoras soportan directamente subrutinas al proporcionar un tipo de salto que "recuerda" la ubicación desde la que saltó y otra instrucción para regresar a la instrucción que sigue a esa instrucción de salto.

La ejecución del programa puede compararse con la lectura de un libro. Si bien una persona normalmente leerá cada palabra y línea en secuencia, a veces puede saltar a un lugar anterior en el texto o saltarse secciones que no son de interés. De manera similar, una computadora a veces puede retroceder y repetir las instrucciones en alguna sección del programa una y otra vez hasta que se cumpla alguna condición interna. Esto se llama flujo de control dentro del programa y es lo que le permite a la computadora realizar tareas repetidamente sin intervención humana.

Comparativamente, una persona que usa una calculadora de bolsillo puede realizar una operación aritmética básica como sumar dos números con solo presionar unos pocos botones. Pero sumar todos los números del 1 al 1000 requeriría miles de pulsaciones de botones y mucho tiempo, con la casi certeza de cometer un error. Por otro lado, una computadora puede programarse para hacer esto con solo unas pocas instrucciones simples. El siguiente ejemplo está escrito en lenguaje ensamblador MIPS :

 begin: addi $8, $0, 0   # initialize sum to 0 addi $9, $0, 1   # set first number to add = 1 loop: slti $10, $9, 1000  # check if the number is less than 1000 beq $10, $0, finish  # if odd number is greater than n then exit add $8, $8, $9   # update sum addi $9, $9, 1   # get next number j loop     # repeat the summing process finish: add $2, $8, $0   # put sum in output register

Una vez que se le indique que ejecute este programa, la computadora realizará la tarea de adición repetitiva sin más intervención humana. Casi nunca cometerá un error y una PC moderna puede completar la tarea en una fracción de segundo.

Codigo de maquina

En la mayoría de las computadoras, las instrucciones individuales se almacenan como código de máquina y a cada instrucción se le asigna un número único (su código de operación o código de operación para abreviar). El comando para sumar dos números tendría un código de operación; el comando para multiplicarlos tendría un código de operación diferente, y así sucesivamente. Las computadoras más simples son capaces de ejecutar cualquiera de un puñado de instrucciones diferentes; las computadoras más complejas tienen varios cientos para elegir, cada una con un código numérico único. Dado que la memoria de la computadora puede almacenar números, también puede almacenar los códigos de instrucción. Esto lleva al hecho importante de que programas completos (que son solo listas de estas instrucciones) pueden representarse como listas de números y pueden manipularse ellos mismos dentro de la computadora de la misma manera que los datos numéricos. El concepto fundamental de almacenar programas en la memoria de la computadora junto con los datos con los que operan es el quid de la arquitectura de von Neumann, o programa almacenado. En algunos casos, una computadora puede almacenar parte o la totalidad de su programa en la memoria que se mantiene separada de los datos con los que opera. Esto se llama la arquitectura de Harvard en honor a la computadora Harvard Mark I. Las computadoras modernas de von Neumann muestran algunos rasgos de la arquitectura de Harvard en sus diseños, como en las memorias caché de la CPU.

Si bien es posible escribir programas de computadora como largas listas de números ( lenguaje de máquina ) y si bien esta técnica se usó con muchas computadoras tempranas, es extremadamente tedioso y potencialmente propenso a errores hacerlo en la práctica, especialmente para programas complicados. En cambio, a cada instrucción básica se le puede dar un nombre corto que sea indicativo de su función y fácil de recordar: un mnemónico como ADD, SUB, MULT o JUMP. Estos mnemónicos se conocen colectivamente como lenguaje ensamblador de una computadora. La conversión de programas escritos en lenguaje ensamblador en algo que la computadora realmente pueda entender (lenguaje de máquina) generalmente se realiza mediante un programa de computadora llamado ensamblador.

Una tarjeta perforada de la década de 1970 que contiene una línea de un programa de Fortran. La tarjeta dice: "Z (1) = Y + W (1)" y está etiquetada como "PROJ039" para fines de identificación.

Lenguaje de programación

Artículo principal: lenguaje de programación

Los lenguajes de programación proporcionan varias formas de especificar programas para que los ejecuten las computadoras. A diferencia de los lenguajes naturales, los lenguajes de programación están diseñados para no permitir ambigüedad y ser concisos. Son lenguajes puramente escritos y, a menudo, son difíciles de leer en voz alta. Por lo general, un compilador o un ensamblador los traduce a código de máquina antes de ejecutarse, o un intérprete los traduce directamente en tiempo de ejecución. A veces, los programas se ejecutan mediante un método híbrido de las dos técnicas.

Idiomas de bajo nivel
Artículo principal: lenguaje de programación de bajo nivel

Los lenguajes de máquina y los lenguajes ensambladores que los representan (denominados colectivamente lenguajes de programación de bajo nivel) son generalmente únicos para la arquitectura particular de la unidad central de procesamiento ( CPU ) de una computadora. Por ejemplo, una CPU con arquitectura ARM (como la que se puede encontrar en un teléfono inteligente o un videojuego portátil ) no puede entender el lenguaje de máquina de una CPU x86 que podría estar en una PC. Históricamente, se creó un número significativo de otras arquitecturas de CPU y se usó ampliamente, en particular, incluida la tecnología MOS 6502 y 6510 además del Zilog Z80.

Idiomas de alto nivel
Artículo principal: lenguaje de programación de alto nivel

Aunque considerablemente más fácil que en lenguaje de máquina, escribir programas largos en lenguaje ensamblador suele ser difícil y también es propenso a errores. Por lo tanto, la mayoría de los programas prácticos están escritos en lenguajes de programación de alto nivel más abstractos que pueden expresar las necesidades del programador de manera más conveniente (y por lo tanto ayudar a reducir los errores del programador). Los lenguajes de alto nivel generalmente se "compilan" en lenguaje de máquina (o algunas veces en lenguaje ensamblador y luego en lenguaje de máquina) usando otro programa de computadora llamado compilador. Los lenguajes de alto nivel están menos relacionados con el funcionamiento de la computadora de destino que el lenguaje ensamblador, y más relacionados con el lenguaje y la estructura de los problemas que se resolverán con el programa final. Por lo tanto, a menudo es posible utilizar diferentes compiladores para traducir el mismo programa de lenguaje de alto nivel al lenguaje de máquina de muchos tipos diferentes de computadora. Esto es parte de los medios por los cuales software como los videojuegos puede estar disponible para diferentes arquitecturas de computadora, como computadoras personales y varias consolas de videojuegos.

Diseño de programa

El diseño de programas pequeños es relativamente simple e implica el análisis del problema, la recopilación de entradas, el uso de construcciones de programación dentro de los lenguajes, la elaboración o el uso de procedimientos y algoritmos establecidos, proporcionando datos para dispositivos de salida y soluciones al problema según corresponda. A medida que los problemas se vuelven más grandes y complejos, se encuentran características como subprogramas, módulos, documentación formal y nuevos paradigmas como la programación orientada a objetos. Los programas grandes que involucran miles de líneas de código y más requieren metodologías de software formales. La tarea de desarrollar grandes sistemas de software presenta un importante desafío intelectual. La producción de software con una fiabilidad aceptablemente alta dentro de un calendario y un presupuesto predecibles ha sido históricamente difícil; la disciplina académica y profesional de la ingeniería de software se concentra específicamente en este desafío.

Insectos

Artículo principal: Error de software El primer error informático real, una polilla atrapada en un relé de la computadora Harvard Mark II

Los errores en los programas de computadora se denominan " errores ". Pueden ser benignos y no afectar la utilidad del programa, o tener solo efectos sutiles. Pero en algunos casos, pueden hacer que el programa o todo el sistema se " cuelgue ", dejando de responder a las entradas, como los clics del mouse o las pulsaciones de teclas, fallar por completo o bloquearse. De lo contrario, los errores benignos a veces pueden ser aprovechados con intenciones maliciosas por un usuario sin escrúpulos que escribe un exploit, un código diseñado para aprovechar un error e interrumpir la ejecución adecuada de una computadora. Los errores generalmente no son culpa de la computadora. Dado que las computadoras simplemente ejecutan las instrucciones que se les dan, los errores casi siempre son el resultado de un error del programador o un descuido realizado en el diseño del programa. A la almirante Grace Hopper, científica informática estadounidense y desarrolladora del primer compilador, se le atribuye haber utilizado por primera vez el término "errores" en la informática después de que se encontró una polilla muerta haciendo cortocircuito en un relé en la computadora Harvard Mark II en septiembre de 1947.

Redes e Internet

Artículos principales: Redes informáticas e Internet Visualización de una parte de las rutas en Internet

Las computadoras se han utilizado para coordinar información entre múltiples ubicaciones desde la década de 1950. El sistema SAGE del ejército de los EE. UU. Fue el primer ejemplo a gran escala de tal sistema, que dio lugar a una serie de sistemas comerciales para fines especiales, como Sabre. En la década de 1970, los ingenieros informáticos de las instituciones de investigación de los Estados Unidos comenzaron a vincular sus computadoras utilizando tecnología de telecomunicaciones. El esfuerzo fue financiado por ARPA (ahora DARPA ), y la red informática resultante se llamó ARPANET. Las tecnologías que hicieron posible Arpanet se difundieron y evolucionaron.

Con el tiempo, la red se extendió más allá de las instituciones académicas y militares y se conoció como Internet. La aparición de las redes implicó una redefinición de la naturaleza y los límites de la computadora. Los sistemas operativos y las aplicaciones de las computadoras se modificaron para incluir la capacidad de definir y acceder a los recursos de otras computadoras en la red, tales como dispositivos periféricos, información almacenada y similares, como extensiones de los recursos de una computadora individual. Inicialmente, estas instalaciones estaban disponibles principalmente para personas que trabajaban en entornos de alta tecnología, pero en la década de 1990 la difusión de aplicaciones como el correo electrónico y la World Wide Web, combinada con el desarrollo de tecnologías de red rápidas y baratas como Ethernet y ADSL, vio la creación de redes de computadoras. volverse casi omnipresente. De hecho, la cantidad de computadoras que están en red está creciendo de manera espectacular. Una gran proporción de computadoras personales se conectan regularmente a Internet para comunicarse y recibir información. Las redes "inalámbricas", que a menudo utilizan redes de telefonía móvil, han significado que las redes se están volviendo cada vez más omnipresentes incluso en entornos informáticos móviles.

Computadoras no convencionales

Artículo principal: Computadora humana Véase también: Harvard Computers

Una computadora no necesita ser electrónica, ni siquiera tener un procesador, ni RAM, ni siquiera un disco duro. Si bien el uso popular de la palabra "computadora" es sinónimo de una computadora electrónica personal, la definición moderna de una computadora es literalmente: " Un dispositivo que computa, especialmente una máquina electrónica programable [usualmente] que realiza operaciones matemáticas o lógicas de alta velocidad o que reúne, almacena, correlaciona o procesa la información ". Cualquier dispositivo que procese información califica como una computadora, especialmente si el procesamiento es intencional.

Futuro

Existe una investigación activa para fabricar computadoras a partir de muchos tipos nuevos y prometedores de tecnología, como computadoras ópticas, computadoras de ADN, computadoras neuronales y computadoras cuánticas. La mayoría de las computadoras son universales y pueden calcular cualquier función computable, y están limitadas solo por su capacidad de memoria y velocidad de operación. Sin embargo, los diferentes diseños de computadoras pueden ofrecer un rendimiento muy diferente para problemas particulares; por ejemplo, las computadoras cuánticas pueden potencialmente romper algunos algoritmos de encriptación modernos (por factorización cuántica ) muy rápidamente.

Paradigmas de arquitectura informática

Hay muchos tipos de arquitecturas informáticas :

De todas estas máquinas abstractas, una computadora cuántica es la más prometedora para revolucionar la computación. Las puertas lógicas son una abstracción común que se puede aplicar a la mayoría de los paradigmas digitales o analógicos anteriores. La capacidad de almacenar y ejecutar listas de instrucciones llamadas programas hace que las computadoras sean extremadamente versátiles, distinguiéndolas de las calculadoras. La tesis de Church-Turing es una declaración matemática de esta versatilidad: cualquier computadora con una capacidad mínima (siendo Turing-completa) es, en principio, capaz de realizar las mismas tareas que cualquier otra computadora puede realizar. Por lo tanto, cualquier tipo de computadora ( netbook, supercomputadora, autómata celular, etc.) es capaz de realizar las mismas tareas computacionales, con suficiente tiempo y capacidad de almacenamiento.

Inteligencia artificial

Una computadora resolverá problemas exactamente de la manera en que está programada, sin importar la eficiencia, las soluciones alternativas, los posibles atajos o los posibles errores en el código. Los programas informáticos que aprenden y se adaptan forman parte del campo emergente de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Los productos basados ​​en inteligencia artificial generalmente se dividen en dos categorías principales: sistemas basados ​​en reglas y sistemas de reconocimiento de patrones. Los sistemas basados ​​en reglas intentan representar las reglas utilizadas por los expertos humanos y tienden a ser costosos de desarrollar. Los sistemas basados ​​en patrones utilizan datos sobre un problema para generar conclusiones. Los ejemplos de sistemas basados ​​en patrones incluyen el reconocimiento de voz, el reconocimiento de fuentes, la traducción y el campo emergente del marketing en línea.

Profesiones y organizaciones

A medida que el uso de las computadoras se ha extendido por toda la sociedad, hay un número creciente de carreras relacionadas con las computadoras.

Profesiones relacionadas con la informática
Relacionado con el hardware Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Informática, Ingeniería de Telecomunicaciones, Ingeniería óptica, Nanoingenieria
Relacionado con el software Informática, Ingeniería Informática, edición electrónica, la interacción humano-ordenador, Tecnología de la información, Sistemas de información, la ciencia computacional, la ingeniería de software, industria de los videojuegos, el diseño Web

La necesidad de que las computadoras funcionen bien juntas y puedan intercambiar información ha generado la necesidad de muchas organizaciones, clubes y sociedades de estándares tanto de naturaleza formal como informal.

Organizaciones
Grupos de estándares ANSI, IEC, IEEE, IETF, ISO, W3C
Sociedades profesionales ACM, AIS, IET, IFIP, BCS
Grupos de software libre / de código abierto Free Software Foundation, Mozilla Foundation, Apache Software Foundation

Ver también

Referencias

Notas

enlaces externos

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