M. en C. Erika Vilches

Evolución de las
Computadoras
M. en C. Erika Vilches
1˚ Generación
Tubos de Vacío
ENIAC (Electronic Numerical Integrator
And Computer)
Diseñada y contruida por John Mauchly
y John Presper Eckert, Universidad de
Pennsylvania
Primer computador electrónico de
propósito general del mundo.
El proyecto fue una respuesta a necesidades
militares durante la Segunda Guerra Mundial.
BRL (Ballistics Research Laboratory) →
Agencia responsable del desarrollo de tablas de
tiro y de trayectoria para nuevas armas.
Dificultad para elaborarlas con exactitud y en
un tiempo razonable.
Sin las tablas → nuevas armas eran inútiles.
200 personas que con calculadoras de mesa
resolvían las ecuaciones necesarias.
Mauchly y Eckert proponen construir un
computador de propósito general usando
tubos de vacío para utilizarlo en las
aplicaciones de la BRL.
1943 → Propuesta aceptada por el
ejército
Se construye la ENIAC
ENORME!!!
Peso de 30 toneladas
Espacio de 15,000 pies cuadrados
18,000 tubos de vacío
Consumía 140 Kilowatios de potencia
5,000 sumas por segundo
ENIAC era una máquina decimal y no
binaria.
Su memoria consistía de 20 acumuladores,
cada uno capaz de contener un número
decimal de 10 dígitos.
Dígito → Anillo de 10 tubos de vacío
En un momento dado, solo 1 de los tubos
estaba en estado ON representando 1 de
los 10 dígitos.
Inconveniente → Tenia que ser
programado manualmente mediante
conmutadores y conectando y
desconectando cables.
ENIAC se terminó en 1946, demasiado
tarde para ser utilizado durante la guerra
Su primera misión → Realizar cálculos
para determinar la viabilidad de la bomba
de hidrógeno.
Su uso en una función distinta para la
que fue construido demuestra su
naturaleza de propósito general.
ENIAC fue desmontada en 1955
La máquina de von
Neumann
Cargar y modificar programas para la
ENIAC → Tarea extremadamente tediosa
Concepto del programa-almacenado →
Representar el programa de forma
adecuada para ser guardado en la memoria
junto con los datos
John von Neumann, 1945 → Propuesta
para un nuevo computador, EDVAC
(Electronic Discrete Variable Computer).
1946 → von Neumann inicia el diseño de
un nuevo computador de programaalmacenado → IAS
1952 → Se completa el IAS
Estructura general del computador IAS:
Una memoria principal que almacena
tanto datos como instrucciones
Una unidad aritmético lógica (ALU)
capaz de hacer operaciones con datos
binarios
Una unidad de control que interpreta las
instrucciones en memoria y provoca su
ejecución
Un equipo de entrada salida (E/S) dirigido
por la unidad de control
Estructura del computador IAS
Todos los computadores de hoy en día
tienen la misma estructura general y
funcionamiento.
La memoria del IAS → 1,000 posiciones de
almacenamiento llamadas palabras de 40
dígitos binarios (bits) cada una.
Tanto los datos como las instrucciones se
almacenan ahi
Los números se pueden representar en
forma binaria.
Cada instrucción tiene también un
código binario.
Formatos de memoria del IAS
Cada número se representa con un bit de
signo y 39 bits de valor.
Una palabra puede contener también dos
instrucciones de 20 bits
Cada instrucción consiste de:
Un código de operación de 8 bits (codop)
que especifica la operación a realizar
Una dirección de 12 bits que indica una
de las palabras de la memoria
(numeradas de 0 a 999)
La Unidad de Control dirige a la IAS
captando instrucciones de la memoria y
ejecutando una a una.
Tanto la Unidad de Control como la ALU
contienen posiciones de almacenamiento,
llamadas registros
Registro Temporal de Memoria (MBR,
Memory Buffer Register) → Contiene
una palabra que debe ser almacenada en
la memoria, o es usado para recibir una
palabra procedente de la memoria.
Estructura expandida de la computadora IAS
Registro de Dirección de Memoria (MAR,
Memory Address Register) → Especifica
la dirección en memoria de la palabra que
va a ser escrita o leída en MBR.
Registro de Instrucción (IR, Instruction
Register) → Contiene los 8 bits del
código de operación de la instrucción que
se va a ejecutar.
Registro Temporal de Instrucción (IBR,
Instruction Buffer Register) →
Empleado para almacenar
temporalmente la instrucción contenida
en la parte derecha de una palabra en
memoria.
Contador de Programa (PC, Program
Counter) → Contiene la dirección de la
próxima pareja de instrucciones que van a
ser captadas de la memoria.
Acumulador (AC) y Multiplicador cociente
(MQ , Multiplier Quotient) → Se emplean
para almacenar operandos y resultados de
operaciones de la ALU temporalmente.
Ej: multiplicar 2 números de 40 bits = un
número de 80 bits. Los más significativos
se almacenan en el AC y los menos
significativos en el MQ.
En los años 50’s → Nace la industria de
computadores con dos compañías Sperry e IBM
dominando el mercado.
En 1947 Eckert y Mauchly forman la EckertMauchly Computer Corporation para fabricar
computadores con fines comerciales.
Primera máquina de éxito → UNIVAC I
(Universal Automatic Computer)
Utilizada por la oficina del censo para sus
cálculos en 1950.
La Eckert-Mauchly Computer Corporation
formo luego parte de la división UNIVAC De la
Sperry-Rand Corporation → Siguieron
haciendo maquinas sucesoras de la primera.
UNIVAC I → Primer computador comercial de éxito.
Diseñada para aplicaciones tanto científicas como
comerciales.
Operaciones algebraicas con matrices, problemas
de estadística, reparto de primas para las
compañías de seguros de vida, problemas logísticos,
etc...
UNIVAC II → Más memoria y más aplicaciones.
Sale al mercado a final de los 50’s
Tendencias:
Los avances en la tecnología permiten construir
computadoras más potentes
Los programas escritos para las viejas máquinas
pueden seguirse ejecutando en las nuevas
La división UNIVAC inicia la serie de
computadoras 1100
Modelo UNIVAC 1103 y sus sucesores
estaban diseñados principalmente para
aplicaciones científicas que implicaban
cálculos largos y complejos.
Otras compañias se centraron en el
campo de la gestión, lo que conllevaba el
procesamiento de grandes cantidades de
textos.
Esta separación desapareció hace
muchos años pero fue patente durante
algunos años.
IBM
Construyó la Mark I y era entonces el
principal fabricante de equipos de
procesamiento con tarjetas perforadas.
701 → Su primer equipo con programas
almacenados electrónicamente, en 1953.
Diseñado para aplicaciones científicas.
702 → Presentados en 1955, tenían varias
característica de hardware que los hacían
adecuados para aplicaciones de gestión.
Los computadores 700/7000 situaron a
IBM como el fabricante de computadoras
dominante.
2˚ Generación
Transistores
Sustitución de tubos de vacío →
Transistores
Transistores
Más pequeños
Más baratos
Disipan menos calor
Pueden ser usados de la misma forma que
los tubos de vacío
Un tubo de vacío requiere cables, placas de
metal, una cápsula de cristal y vacío
Transistor →Dispositivo de estado sólido,
hecho con silicio
Inventado en 1947
Computadoras completamente
transistorizadas estuvieron disponibles
a final de los 50’s
IBM, NCR y RCA fueron los primeros
Se introdujeron:
Unidades lógicas y aritméticas y unidades de
control mas complejas
Uso de lenguajes de programación de alto
nivel
Soft ware del sistema con la computadora
Aparece la empresa DEC (Digital Equipment
Corporation)
Fundada en 1957
Saca su primera computadora → PDP-1
Iniciaron el desarrollo de los
minicomputadores
IBM 7094, representativa de las computadoras de
segunda generación
IBM 7094, diferencias con la IAS:
Uso de canales de datos
Canal de datos → Módulo de E/S independiente con su
propio procesador y su propio conjunto de
instrucciones.
El CPU no ejecuta instrucciones detalladas de E/S.
Instrucciones almacenadas en la memoria principal
Ejecutadas con un procesador de uso especifico para
el canal de datos mismo.
El CPU inicia una transferencia de E/S enviando
señales de control al canal de datos
El canal de datos realiza esta tarea
independientemente del CPU
Esto libera al CPU de una carga de procesamiento
considerable
El multiplexor → Punto de conexión
central de los canales de datos, el CPU y
la memoria
Organiza los accesos a la memoria
desde el CPU y los canales de datos
3˚ Generación
Circuitos Integrados
Componente discreto → Transistor simple y
autocontenido
Transistores, resistencias, capacidades, etc.
Se fabricaban separadamente,
encapsulados en sus propios contenedores.
Soldados o cableados juntos en tarjetas de
circuitos en forma de panel
Instalados en computadoras, osciloscopios
y otros equipos electrónicos.
Cuando un dispositivo necesitaba un
transistor, había que soldar el transistor
Tenia la forma de un pequeño tubo de metal
y contenía una pieza de silicio del tamaño
de la cabeza de un alfiler.
Proceso caro y engorroso.
Primeras computadoras de segunda
generación aprox. 10,000 transistores
Creció a cientos de miles de transistores
1958 → Se inventa el circuito integrado
Comienzo de la era de la microelectronica
Invención del circuito integrado
Significa literalmente “Pequeña electrónica”
Tendencia hacia la reducción del tamaño de los
circuitos electrónicos digitales.
Circuito entero → en un pequeño trozo de silicio
En vez de ensamblar componentes discretos hechos a
partir de trozos de silicio separados en el mismo
circuito.
Cientos e incluso miles de transistores al mismo tiempo
en una sola oblea de silicio
Pueden ser conectados con un proceso de
metalización para formar circuitos
Relación entre oblea, chip y compuerta
Se divide una fina oblea de silicio en una
matriz de pequeñas áreas, cada una de unos
pocos milímetros cuadrados
Se fabrica el mismo patrón de circuito para
cada área, y la oblea se divide en chips
Cada chip consiste en muchas puertas más
una serie de puntos para conexiones de
entrada y salida
Chip → Encapsulado en una carcasa que lo
protege y proporciona patas para conectar
dispositivos fuera del chip
Varios de estos elementos → tarjeta de
circuito impreso → Circuitos mas complejos
Inicialmente solo podían fabricarse y
encapsularse juntas unas pocas
compuertas o celdas de memoria.
Primeros circuitos integrados → de
pequeña escala de integración (SSI,
Small-Scale Integration)
Tiempo pasó → encapsular más y más
componentes en un mismo chip
Crecimiento en el número de transistores en el CPU
Ley de Moore
Ley de Moore
Propuesta por Gordon Moore,
cofundador de Intel en 1965
Obser vo que el numero de transistores
que se podrían integrar en un solo chip se
duplicaba cada año y se predecía
correctamente que esto continuaría en
un futuro cercano.
El ritmo disminuyó duplicándose cada 18
meses en los 70’s
Ha mantenido esta velocidad desde
entonces
Consecuencias de la Ley de Moore:
El precio de un chip ha permanecido
prácticamente invariable a través de este
periodo de rápido crecimiento en densidad
El costo de la lógica de la computadora y
de la circuitería de memoria ha caido a
una velocidad drástica
Los elementos de la lógica y la memoria
están más próximos en chips más
densamente encapsulados → Longitud de
las interconexiones eléctricas ha
disminuido → Incrementa la velocidad
operativa
La computadora es mas pequeña → más
adecuada para mas entornos
Reducción de las necesidades de potencia
y refrigeración
Las interconexiones de los circuitos
integrados son mucho mas fiables que las
conexiones soldadas → Con mas
circuitos en cada chip hay menos
conexiones entre chips
1974 → IBM tenía un firme dominio del mercado
con sus máquinas de la serie 7000
Anuncia el Sistema/360, una nueva familia de
productos de computadoras
Era INCOMPATIBLE con las máquinas IBM
anteriores
Transición difícil para los clientes
existentes
Paso difícil pero necesario
Romper con las limitaciones de la serie
7000
Producir un sistema capaz de evolucionar
con la nueva tecnología de circuitos
integrados
Estrategia exitosa tanto técnica como
financieramente
El 360 fue el éxito de la decada
Consolido a IBM como el dominante
absoluto en las ventas de computadoras
Cuota de mercado por encima del 70%
Con algunas modificaciones y ampliaciones,
la arquitectura del 360 permanece hasta
hoy en día en los grandes computadores →
Mainframes de IBM
Familia Sistema/360
Primera familia de computadores que se
planeo
Amplio rango de prestaciones y precios
Los distintos modelos eran compatibles
entre si
Un programa escrito para un modelo
se podia ejecutar en otro modelo de la
serie → Diferente tiempo de ejecución
Características de una familia
Conjunto de instrucciones similar o
idéntico
Sistemas operativos similares o
idénticos
Velocidad creciente
Número creciente de puertos de E/S
Tamaño de memoria creciente
Costo creciente
Características clave de la familia Sistema/360
DEC PDP-8
En el mismo año que IBM lanzo su primer
Sistema/360
La mayoría de las computadoras requerían una
habitación con aire acondicionado
Lo bastante pequeño para ser colocado en lo
alto de una mesa de laboratorio
No podía hacer todo lo que hacían las grandes
computadoras
16,000 dólares → Suficientemente barato
para que cada laboratorio tuviera uno
Las computadoras de la serie Sistema/360
costaban cientos de miles de dólares
El PDP-8 estableció el concepto de
minicomputador, abriendo el camino a una
industria de miles de millones de dólares
DEC → Vendedor de minicomputadores #1
Segundo fabricante de computadoras
detrás de IBM
Los últimos modelos del PDP-8 → La
estructura de bus
Bus PDP-8 → Omnibus
96 hilos conductores separados
Control, direccionamiento y datos
Todos los componentes del sistema
comparten un conjunto de caminos →
Uso controlado por el CPU
DEC PDP-8
Últimas Generaciones
Mas allá de la 3˚ Generación hay menos
acuerdo general en la definición de las
generaciones de computadoras.
Se sugieren la 4˚ y 5˚ Generación basadas
en los avances de la tecnología de los
circuitos integrados.
Integración a gran escala (LSI, Large Scale
Integration) → Más de 1,000
componentes en un simple chip de circuito
integrado
Integración a muy grande escala (VLSI,
Very-Large Scale Integration) → Más de
10,000 componentes por chip
Chips VLSI actuales → Más de 100,000
componentes
4˚ Generacion
El microprocesador
1971
Gilbert Hyatt patentó el microprocesador
Ted Hoff en Intel introduce el 4-bit 4004,
un VLSI de 2300 componentes para crear
un circuito para una calculadora.
IBM introduce el floppy de 8 pulgadas
Intel anunció la primer
microcomputadora, la MCS-4.
1972 - Intel produce los
microprocesadores de 8 bits, el 8008 y el
8080.
Gary Kildall escribe su programa para
controlar el microprocesador CP/M.
Sistema operativo para manejar los discos
flexibles para el micro de Intel.
Intel lo rechazó y entonces lo vendió por su
cuenta y pronto el CP/M se convirtió en el
SO estándar para las microcomputadoras
de 8 bits.
Bushnell creó el ATARI y el exitoso juego del
“pong”.
1973 - Robert Metcalfe en Xerox PARC
creo Ethernet como la base para las redes
de área local LAN, posteriormente fundó
3COM.
1974 - Xerox desarrolló
la estación de trabajo Alto.
ALTO
1976 – Steve Jobs y Steve
Wozniak desarrollan la
computadora personal Apple.
Alan Shugart introduce el
floppy de 5¼
1980 - IBM firma un
contrato con Microsoft Co.
para que las nuevas
computadoras tengan su
sistema operativo.
1984 - Apple Computer
introduce la Macintosh.
5˚ Generación
1991 - World-Wide Web (WWW) fue
desarrollado por Tim Berners-Lee y liberado por
CERN.
1993 – El primer navegador Web llamado Mosaic
fue creado por el estudiante Marc Andreesen y el
programador Eric Bina.
1994 - Netscape Navigator 1.0 fue liberado en
diciembre.
1996 - Microsoft no reconoció la importancia del
Web, pero finalmente liberó su navegador Explorer
3.0 en el verano.
Componentes
Principales de una
Computadora
Computadora
La computadora es un dispositivo
electrónico con las características:
Construida por diferentes dispositivos
electrónicos.
Contiene dispositivos de almacenamiento
para datos y programas.
Provista de unidades de entrada y salida.
Tiene un sistema de buses para comunicar
las diversas unidades.
Funciones
Procesar Datos
Interpretar y ejecutar comandos de entrada y salida
Realizar cálculos y operaciones lógicas
Almacenar Información
Datos
Programas
Transferir datos
Control de dispositivos
Componentes Principales
Unidad Central de Procesamiento
(procesador)
Controla el funcionamiento de la
computadora y lleva a cabo sus funciones
de procesamiento de datos.
Memoria Principal
Almacena Datos
Unidades de Entrada y Salida
Transfiere datos entre la computadora y
el entorno externo
Medios de interconexión
Mecanismo que proporciona la
comunicación entre los 3 componentes.
Unidad Central de
Procesamiento
El CPU consiste de uno o más
chips dispuestos dentro de la
“tarjeta madre” de la
computadora (motherboard)
El CPU controla todos los
dispositivos y lleva a cabo el
procesamiento de los datos,
de ahí que sea el componente
más interesante y a la vez
más complejo.
Componentes Principales
Unidad Central de Procesamiento
Unidad de Control
Unidad Aritmético Lógica
Registros
Interconexiones
Unidad Central de Procesamiento!
Unidad !
Aritmética Lógica!
do
ra!
m
Co
ta
u
p
Interconexión !
Interna!
Memoria!
Bus del
sistema
E/S!
CPU!
Unidad !
de Control!
Registros!
Unidad de Control (UC)
Controla la operación del CPU y por lo
tanto a la computadora
Unidad Aritmética Lógica (ALU)
Ejecuta las funciones de procesamiento
de datos
Registros
Proveen almacenamiento interno al CPU
Interconexiones del CPU
Mecanismos que facilitan la
comunicación entre los componentes.
Organización de los
Equipos Actuales
Fundamentos de
Sistemas Operativos
Sistema Operativo
Programa que administra los recursos de
la computadora, proporciona servicios a
los usuarios y planifica la ejecución de los
programas.
Objetivos:
Comodidad: Un SO hace que la
computadora sea más fácil y cómoda de
usar.
Eficiencia: Un SO permite que los recursos
de la computadora se utilicen de forma
eficiente.
Sistema Operativo como interfaz entre el
usuario y la computadora (Ser vicios)
Creación de programas: Proporciona una
variedad de servicios (utilerías) y medios
para ayudar al usuario (programador) en la
elaboración de programas.
Ejecución de programas: Para ejecutar un
programa es necesario realizar una serie
de tareas, tales como:
Cargar las instrucciones y los datos en
memoria principal.
Preparar los dispositivos de e/s y otros
recursos.
Operaciones de entrada y salida (e/s): Las
funciones de e/s se realizan a nivel de
hardware por lo que resultan complicadas
y difíciles de usar. El SO provee dichas
funciones de manera amigable, sólo debe
pensar en términos de lecturas y
escrituras.
Manejo del sistema de archivos: El sistema
operativo permite al usuario acceder y
manipular la información almacenada
utilizando nombres simbólicos, en lugar de
la localización física en el medio de
almacenamiento.
Acceso al sistema: En el caso de un
sistema compartido o público, el SO
controla el acceso como un todo y a los
recursos específicos.
Detección de errores y respuesta. El SO
debe responder de forma que se supere la
condición de error con el menor impacto en
la aplicación.
Abortar, reintentar, o simplemente
notificar el error.
Contabilidad: Almacena estadísticas de uso
de los recursos.
SO como Administrador
de Recursos
El Sistema Operativo se encarga de
controlar los recursos de la computadora
que le permiten mover, almacenar y
procesar información, así como controlar
estas funciones.
En otras palabras, el SO es un mecanismo
de control de las funciones básicas de la
computadora.
Visto como controlador de recursos, el SO
provee las siguientes funciones:
Manejo de Memoria.
Protección.
Asignación de recursos y planeación.
Contabilidad.
Procesamiento de
Información
Los sistemas operativos se pueden
clasificar dependiendo de:
Tipo de Acceso
Interactivo
Por lotes
Tipo de programación
Monoprogramación
Multiprogramación ó multitarea
Tiempo compartido
Tipo de Acceso
Interactivo
El usuario interactúa con el hardware
Si existía un error la computadora se detenía y
se indicaba la condición de error (tarjetas
perforadas).
Por lotes
El programa se introduce en una cola de lotes.
El lote es un conjunto de programas similares.
Cuando el programa termina, la salida es dada
al usuario.
Tipo de Programación
Monoprogramación
Trabaja en un solo programa.
La memoria se divide en dos partes:
Sistema Operativo
Programa
Multiprogramación ó multitarea
Varios programas
La memoria correspondiente al programa se
divide en varias partes para almacenar los
distintos programas.
Tiempo Compartido
Tiempo compartido
Se ejecutan varios trabajos pero no en
procesamiento por lote, sino de forma
interactiva.