viernes, 9 de diciembre de 2016

Primeros ordenadores basados en arquitecturas Von Neumann

Primeros ordenadores basados en arquitecturas von Neumann

La primera saga se basaba en un diseño que fue utilizado por muchas universidades y empresas para construir sus equipos. Entre estos, sólo ILLIAC y ORDVAC tenían un conjunto de instrucciones compatible.

ORDVAC (U-Illinois) en Aberdeen Proving Ground, Maryland (completado en noviembre de 1951)


La ORDVAC o Ordnance Discrete Variable Automatic Computer fue la primera computadora construida por la Universidad de Illinois para el Ballistic Research Laboratory en Aberdeen Proving Ground. Estaba basado en la arquitectura IAS desarrollada por John von Neumann, que fue conocida como la Arquitectura de von Neumann. La ORDVAC fue la primera computadora en tener un compilador. Empezó a funcionar en la primavera de 1951 en Aberdeen Proving Ground en Maryland. Estaba diseñada para calcular trayectorias balísticas para el Ejército de Estados Unidos.

IAS machine en Princeton University (Jan 1952)

El IAS machine fue el primer computador digital construido por el Instituto para el Estudio Avanzado (IAS, por sus siglas en inglés de Institute for Advanced Study), en Princeton, NJ, Estados Unidos. El artículo que describe el diseño del IAS machine fue editado por John von Neumann, un profesor de matemáticas tanto en la Universidad de Princeton como en el Instituto de Estudio Avanzado. El computador fue construido a partir de 1942 hasta 1951 bajo su dirección. El IAS se encontraba en operación limitada en el verano de 1951 y plenamente operativo el 10 de junio de 1952.

La máquina era un computador binario con palabras de 40 bits, capaz de almacenar 2 instrucciones de 20 bit en cada palabra. La memoria era de 1024 palabras(5.1 Kilobytes). Los números negativos se representaban mediante formato "complemento a dos". Tenía dos registros: el acumulador (AC) y el Multiplicador/Cociente (MQ).

Aunque algunos afirman que el IAS machine fue el primer diseño para mezclar los programas y datos en una sola memoria, que se había puesto en práctica cuatro años antes por el 1948 Manchester Small Scale Experimental Machine (MSSEM).

MANIAC I en Laboratorio Cientifico Los Alamos(Mar 1952)

MANIAC I (por sus siglas en inglés Mathematical Analyzer, Numerical Integrator, and Computer o Mathematical Analyzer, Numerator, Integrator, and Computer, de acuerdo a una referencia) fue una de las primeras computadoras, fue construida bajo la dirección de Nicholas Metropolis en el Los Alamos Scientific Laboratory. Estaba basada en la arquitectura de von Neumann del IAS, desarrollada por John Presper Eckert y John William Mauchly. Como todas las computadoras de su era, era una máquina única en su tipo que no permitía intercambiar programas con otras computadoras (ni con otras máquinas IAS)

MANIAC operó con éxito en marzo de 1952. Siendo reemplazada por la máquina MANIAC II en 1957.

ILLIAC en la Universidad de Illinois, (Sept 1952)


AVIDAC en Laboratorios Argonne National (1953)


ORACLE en Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Jun 1953)


JOHNNIAC en RAND Corporation (Jan 1954)

El JOHNNIAC fue un ordenador creado por RAND Corp. basado en la Arquitectura de von Neumann, de la que fue pionera la IAS machine. Se llama así en honor a von Neumann, acortado JOHN v Neumann. Numerical Integrator and Automatic Computer (Ordenador automático e integrador numérico). Fue sin duda el equipo con más vida útil, siendo utilizado casi continuamente desde 1953 durante más de 13 años, hasta que finalmente se apagó el 11 de febrero de 1966, después de más de 50.000 horas de funcionamiento.

Actualmente se encuentra en el Museo de la Historia de los Computadores en Mountain View, California.

BESK en Estocolmo (1953)

BESK ( Binär Elektronisk SekvensKalkylator,en sueco traducido " la Computadora de Secuencia Binaria " ) fue el primer computador de Suecia, usando tubos vacíos en vez de relés. Fue desarrollado por Matematikmaskinnämnden ( el Consejo sueco para desarrollo de computadores ) y durante un tiempo fue el ordenador más rápido en el mundo. El ordenador fue completado en 1953 y se empleó hasta 1966. La tecnología de BESK fue más tarde continuada con los transistores FACIT EDB y FACIT EDB-3 , ambos software compatible con BESK. Máquinas no compatibles inspiradas por BESK eran SMIL hecho por la Universidad de Lund, y DASK hecho en Dinamarca.

BESM-1 en Moscú (1952)

BESM, siglas de "Gran (o rápida) Máquina de Computación Electrónica" en ruso БЭСМ (сокращение от Большая (или Быстродействующая) электронно-счётная машина), hace referencia a una serie de computadoras de gran tamaño o computadoras centrales desarrolladas en la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas en los años 1950 y 1960.

Se desarrollaron en el Instituto de Mecánica Precisión y Ciencias de la Computación de la URSS (ITM y VT) en Moscú bajo la dirección de Serguéi Alekseevich Lébedev. Fue una máquina diseñada para propósito general y participó en importantes campos de investigación como la energía nuclear, el desarrollo aeroespacial y planificación económica.

Fue desarrollado a partir de la computadora MESM y tuvo seis versiones diferentes, desde el primer modelo realizado con válvulas termoiónicas hasta los realizados en terciaria semiconductora integrada. Fueron predecesoras de las modernas computadoras Elbrus.

DASK en Dinamarca (1955)

El Dansk Algoritmisk Sekvens Kalkulator (DASK) fue el primer computador en Dinamarca. Fue encargado en 1955, diseñado y construido por Regnecentralen, primera empresa informática danesa, fundada el 12 de octubre de 1955, y comenzó a funcionar en septiembre de 1957. La empresa Regnecentralen estuvo a punto de no permitir el nombre, ya que DASK significa en danés "bofetada". Sin embargo, al final fue permitido porque se ajustaba al modelo del computador sueco BESK, que proporcionó la arquitectura inicial al DASK.

DASK remonta sus orígenes a 1947 y a un objetivo fijado por la Academia de Ciencias Aplicadas, que iba a seguir el desarrollo de los dispositivos de la computación moderna. La financiación inicial se obtuvo a través del Ministerio de Defensa (Dinamarca), ya que éstos habían dado a los Militares Daneses una subvención por el plan de Mariscal para máquinas de cifrado, para las cuales los militares no vieron ninguna necesidad inmediata.

Originalmente fue concebido para ser una copia del BESK, pero el rápido avance en el campo permitió realizar mejoras durante el desarrollo, de tal manera que al final no fue una copia de BESK. El DASK era un diseño único que tuvo lugar en una villa. La máquina llegó a ser tan grande que la planta tuvo que ser reforzada para soportar su peso de 3,5 toneladas métricas.

DASK es notable por ser el sujetode de una de las primeras implementaciones de ALGOL, denominado DASK ALGOL,que contó con Jørn Jensen y Peter Naur entre sus colaboradores.

PERM en Munich (1956)
 
Programmierbare Elektronische Rechenmaschine München o PERM es un ordenador de programa almacenado de Múnich, construido bajo la ayuda de Hans Piloty y Robert Sauer en el periodo de años de 1952 a 1956. Algunos en broma lo llamaron "Pilotys erstes RechenMonster" (El primer monstruo de cálculo de Piloty.)

La máquina actualmente se puede ver en la excibición de ciencias informaticas en el "Deutsches Museum München".

SILLIAC en Sydney (1956)

El SILLIAC es la versión de Sydney del ILLIAC. Fue construido por la Universidad de Sydney (Australia) y forma parte de la lista de los primeros ordenadores, está basado además de en el ya mencionado ILLIAC, en ordenadores ORDVAC desarrollados por la Universidad de Illinois, que a su vez estaban basados en la arquitectura IAS desarrollada por John von Neumann.

SILLIAC tuvo su origen a finales de 1953 cuando Harry Messel, el nuevo jefe dinámico de la Escuela de Física, y John Blatt, investigador recién llegado, comprendieron que la Escuela necesitaba un ordenador electrónico como instrumento para la física teórica. Mientras el primer ordenador en el hemisferio sur, el CSIR Mk 1, ya funcionaba en otra parte de la Universidad de Sydney, había varios impedimientos serios para su empleo por la Escuela de Física: por un lado estaba destinado en su totalidad a la investigación del CSIR cuya predisposición de personal según John Blatt no era favorable; y por otro lado, como un ordenador de arquitectura sucesivo, era demasiado lento para el tipo de problemas que Blatt y Messel querían plantear. Por lo que tomaron la decisión de que la solución para la Escuela era construir su propio ordenador.

WEIZAC en Rehovoth (1955)

WEIZAC (Weizmann Automatic Computer) fue el primer ordenador de Israel y uno de los primeros que almacenaba sus programas, del mundo.

Fue construido por el Instituto Weizmann de Ciencias durante 1954-1955, con base en el Institute for Advanced Study (IAS) mediante una arquitectura desarrollada por John von Neumann. El WEIZAC estuvo en funcionamiento hasta el 29 diciembre de 1963, y fue reemplazado por el GOLEM. Como otros ordenadores de este período, este fue un tipo de máquina que no podía intercambiar programas con otros ordenadores (incluidos otras máquinas del IAS).




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Generaciones de Von Neumann.

El desarrollo de las computadoras suele divisarse por generaciones.



Primera Generación (1951-1958)

En esta generación había un gran desconocimiento de las capacidades de las computadoras, puesto que se realizó un estudio en esta época que determinó que con veinte computadoras se saturaría el mercado de los Estados Unidos en el campo de procesamiento de datos. Esta generación abarco la década de los cincuenta. Y se conoce como la primera generación. Estas máquinas tenían las siguientes características:

  • 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.
  • Eran sumamente grandes, utilizaban gran cantidad de electricidad, generaban gran cantidad de calor y eran sumamente lentas.
  • Se comenzó a utilizar el sistema binario para representar los datos.


En esta generación las máquinas son grandes y costosas (de un costo aproximado de 10,000 dólares).
La computadora más exitosa de la primera generación fue la IBM 650, de la cual se produjeron varios cientos. Esta computadora que usaba un esquema de memoria secundaria llamado tambor magnético, que es el antecesor de los discos actuales.

Segunda Generación (1958-1964)

En esta generación las computadoras se reducen de tamaño y son de menor costo. Aparecen muchas compañías y las computadoras eran bastante avanzadas para su época como la serie 5000 de Burroughs y la ATLAS de la Universidad de Manchester. Algunas computadoras se programaban con cinta perforadas y otras por medio de cableado en un tablero.

Características de esta generación:

  •          Usaban transistores para procesar información.
  •          Los transistores eran más rápidos, pequeños y más confiables que los tubos al vacío.
  •          200 transistores podían acomodarse en la misma cantidad de espacio que un tubo al vacío.
  •       Usaban pequeños anillos magnéticos para almacenar información e instrucciones. cantidad de calor y eran sumamente lentas.
  •     Se mejoraron los programas de computadoras que fueron desarrollados durante la primera generación
  •    Se desarrollaron nuevos lenguajes de programación como COBOL y FORTRAN, los cuales eran comercialmente accesibles.
  •        Se usaban en aplicaciones de sistemas de reservaciones de líneas aéreas, control del tráfico aéreo y simulaciones de propósito general.
  •          La marina de los Estados Unidos desarrolla el primer simulador de vuelo, "Whirlwind I".
  •          Surgieron las minicomputadoras y los terminales a distancia.
  • ·      Se comenzó a disminuir el tamaño de las computadoras.

Tercera Generación (1964-1971)

La tercera generación de computadoras emergió con el desarrollo de circuitos integrados (pastillas de silicio) en las que 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. El ordenador IBM-360 dominó las ventas de la tercera generación de ordenadores desde su presentación en 1965. El PDP-8 de la Digital Equipment Corporation fue el primer miniordenador.

Características de esta generación:

  • 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.
  • Los circuitos integrados recuerdan los datos, ya que almacenan la información como cargas eléctricas.
  • Surge la multiprogramación.
  • Las computadoras pueden llevar a cabo ambas tareas de procesamiento o análisis matemáticos.
  • Emerge la industria del "software".
  • Se desarrollan las minicomputadoras IBM 360 y DEC PDP-1.
  • Otra vez las computadoras se tornan más pequeñas, más ligeras y más eficientes.
  • Consumían menos electricidad, por lo tanto, generaban menos calor.


Cuarta Generación (1971-1988)

Aparecen los microprocesadores que es un gran adelanto de la microelectrónica, son circuitos integrados de alta densidad y con una velocidad impresionante. Las microcomputadoras con base en estos circuitos son extremadamente pequeñas y baratas, por lo que su uso se extiende al mercado industrial. Aquí nacen las computadoras personales que han adquirido proporciones enormes y que han influido en la sociedad en general sobre la llamada "revolución informática".

Características de esta generación:

  •  Se desarrolló el microprocesador.
  • Se colocan más circuitos dentro de un "chip".
  • "LSI - Large Scale Integration circuit".
  •  "VLSI - Very Large Scale Integration circuit".
  • Cada "chip" puede hacer diferentes tareas.
  • Un "chip" sencillo actualmente contiene la unidad de control y la unidad de aritmética/lógica. El tercer componente, la memoria primaria, es operado por otros "chips".
  • Se reemplaza la memoria de anillos magnéticos por la memoria de "chips" de silicio.
  • Se desarrollan las microcomputadoras, o sea, computadoras personales o PC.
  • Se desarrollan las supercomputadoras.


Quinta Generación (1983 al presente)

En vista de la acelerada marcha de la microelectrónica, la sociedad industrial se ha dado a la tarea de poner también a esa altura el desarrollo del software y los sistemas con que se manejan las computadoras. Surge la competencia internacional por el dominio del mercado de la computación, en la que se perfilan dos líderes que, sin embargo, no han podido alcanzar el nivel que se desea: la capacidad de comunicarse con la computadora en un lenguaje más cotidiano y no a través de códigos o lenguajes de control especializados.

Japón lanzó en 1983 el llamado "programa de la quinta generación de computadoras", con los objetivos explícitos de producir máquinas con innovaciones reales en los criterios mencionados. Y en los Estados Unidos ya está en actividad un programa en desarrollo que persigue objetivos semejantes, que pueden resumirse de la siguiente manera:

  • Se desarrollan las microcomputadoras, o sea, computadoras personales o PC.
  • Se desarrollan las supercomputadoras.


Inteligencia artificial: La inteligencia artificial es el campo de estudio que trata de aplicar los procesos del pensamiento humano usados en la solución de problemas a la computadora.
Robótica: La robótica es el arte y ciencia de la creación y empleo de robots. Un robot es un sistema de computación híbrido independiente que realiza actividades físicas y de cálculo. Están siendo diseñados con inteligencia artificial, para que puedan responder de manera más efectiva a situaciones no estructuradas.

Sistemas expertos: Un sistema experto es una aplicación de inteligencia artificial que usa una base de conocimiento de la experiencia humana para ayudar a la resolución de problemas.

Redes de comunicaciones: Los canales de comunicaciones que interconectan terminales y computadoras se conocen como redes de comunicaciones; todo el "hardware" que soporta las interconexiones y todo el "software" que administra la transmisión.




John Von Neumann ¿Quién es?



John Von Neumann

John von Neumann fue un matemático húngaro-estadounidense que realizó contribuciones fundamentales en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, teoría de juegos, ciencias de la computación, economía, análisis numérico, cibernética, hidrodinámica, estadística y muchos otros campos. Es considerado como uno de los más importantes matemáticos de la historia moderna.



¿Cuál fue su aporte en las ciencias computacionales?


Von Neumann le dio su nombre a la arquitectura de von Neumann, utilizada en casi todos los computadores, por su publicación del concepto; aunque muchos piensan que este nombramiento ignora la contribución de J. Presper Eckert y John William Mauchly, quienes contribuyeron al concepto durante su trabajo en ENIAC. Virtualmente, cada computador personal, microcomputador, minicomputador y supercomputador es una máquina de von Neumann.

También creó el campo de los autómatas celulares sin computadores, construyendo los primeros ejemplos de autómatas autor-replicables con lápiz y papel. El concepto de constructor universal fue presentado en su trabajo póstumo Teoría de los autómatas autorreproductivos. El término «máquina de von Neumann» se refiere alternativamente a las máquinas autorreplicativas. Von Neumann probó que el camino más efectivo para las operaciones mineras a gran escala, como minar una luna entera o un cinturón de asteroides, es a través del uso de máquinas autorreplicativas, para aprovechar el crecimiento exponencial de tales mecanismos.

Además de su trabajo en arquitectura computacional, von Neumann ofreció una contribución al estudio de algoritmos. Donald Knuth considera a von Neumann el inventor, en 1945, del conocido algoritmo merge sort, en el cual la primera y segunda mitad de un array (vector) se clasifican recursivamente por separado y luego se fusionan juntas.

También participó en la investigación de problemas en el campo de la hidrodinámica numérica. Junto con R. D. Richtmyer desarrolló un algoritmo para definir la viscosidad artificial, que probó la esencia para el entendimiento de las ondas de choque. Puede decirse que no sería posible entender mucho de astronáutica y ni siquiera podrían haberse desarrollado los reactores y los motores espaciales sin ese trabajo. El problema era que cuando los computadores resuelven problemas hidro o aerodinámicos, buscan poner muchos puntos de rejilla (o malla, en inglés grid) computacionales en regiones con onda de choque de discontinuidad aguda. La viscosidad artificial era un truco matemático para suavizar levemente la transición del choque sin sacrificar la física básica.