Evolucion de la Informatica

Evolución de la Informática

Microprocesadores

Uno de los factores que mayor repercusión ha tenido en la gran difusión de la informática en los últimos años es, sin lugar a dudas, la aparición del microprocesador. En agosto de 1969, la empresa Busicom Corporation encargó a la americana Intel el diseño de un circuito integrado para una calculadora. Los requerimientos exigían entre 600 y 1200 transistores en cada pastilla (chip), claramente posibles con la tecnología MOS (Metal Oxide Semiconductor) de la época, que permitía ya la integración de unos 2.000 transistores por chip. Por decisión de los ingenieros de Intel, en lugar de un simple circuito integrado para calculadora que dispusiera de una limitada capacidad de programación, se diseñó un nuevo chip que cumpliera con todas las funciones principales de una verdadera computadora de propósito general de manera que, como caso particular, pudiera ser también utilizada como calculadora. Fue el primer microprocesador.

Características de un microprocesador

Un microprocesador reúne en un solo chip las principales funciones de la Unidad Central de Proceso (CPU). Alli se encuentran la Unidad de Control (UC), la Unidad Aritmético - Lógica y ciertos elementos de  memoria. Por ello el microprocesador tiene:

a) Un conjunto de informaciones disponibles ya sea en la memoria (a menudo externa al chip), los registros de entrada/salida y los registros propios de la CPU.

b) Una determinada capacidad de decodificación y ejecución de un conjunto de instrucciones que componen su Unidad de Control y su Unidad Aritmético - Lógica y que han sido determinadas por el fabricante (o por el usuario en caso de que se trate de un microprocesador microprogramable).

c) Unos algoritmos almacenados en su memoria en forma de programa.

La sofisticación y potencia de un microprocesador se valoran en función del número de estados internos que puede asumir, lo que se traduce en un cierto número de instrucciones que es capaz de interpretar y ejecutar. El conjunto de instrucciones básicas incluye operaciones lógicas, aritméticas, órdenes de carga y almacenamiento (LOAD, STORE, etc.), saltos condicionales e incondicionales, diversas formas de direccionamiento de memoria e instrucciones de control interno y de control de las entradas/salidas.

Las principales características de un microprocesador son la longitud de palabra, el conjunto de instrucciones que permite y los diversos modos de direccionamiento de memoria de que es capaz. También suele influir en la velocidad de proceso de un microprocesador el ciclo del reloj que le provee de los impulsos para sincronizar sus operaciones.

En cuanto a la longitud de palabra, los microprocesadores pueden ser de longitud de palabra fija, si la estructura de las informaciones se codifica en palabras de un determinado número de bits (4,8,16 o 32 bits son los más usuales), y de longitud de palabra variable (llamados también bit-slice), en los que el usuario liga varias unidades en paralelo para obtener una palabra de mayor longitud que la que ofrece el chip original. El mayor tamaño de palabra de un microprocesador le permite generalmente disponer de un mayor conjunto de instrucciones, y ello es indicación de su versatilidad.

Breve historia de los microprocesadores

Puede decirse que el primer sistema microprocesador completo apareció al anunciarse en junio de 1971, la familia MCS 4 de Intel centrada en torno al microprocesador CPU 4004, diseñado por F. Faggin. Se trataba de un microprocesador de 4 bits realizado con tecnología P-MOS con 16 registros de 4 bits cada uno, un registro contador de 16 bits y una pila (stack) de 4 registros de 12 bits. La familia MCS 4 completaba esta CPU con los chips 4001 (una ROM de 256 bytes con 4 líneas de entrada/salida), 4002 (una RAM de 320 bits y 4 líneas de entrada/salida) y el 4003 (registro de decalaje de 10 bits). Las comunicaciones entre los chips de la familia MCS 4 se realizaban a través de un bus de 4 bits. Al año de su aparición surgió por primera vez el término microprocesador para identificar el nuevo elemento.

Posteriormente, como resultado de un pedido procedente de Computer Terminals, Intel presentó en 1972 el microprocesador 8008, que es el primer procesador con palabra de 8 bits. Contiene una unidad aritmética, 7 registros de 8 bits, un stack y 45 instrucciones con un ciclo de instrucción de 20 microsegundos. Una de sus principales ventajas era la de poder ser conectado a productos de memoria estándar como la RAM 1101, las ROM 1601 y 1701 y la serie 1400 de registros de decalaje. Utilizaba 14 bits para direccionar la memoria, lo que le permitía llegar hasta 16.384 bytes de memoria.

Junto a Intel, otras empresas como Rockwell, Fairchild, Texas y Mosteck ofrecieron también ese año productos parecidos. En 1973, se presenta el General Purpose Controller/Processor (GPC/P) de National, que es el primer microprocesador programable por el usuario. Además van apareciendo los primeros sistemas completos para ayudar al desarrollo como son los ensambladores, simuladores, editores, compiladores, etc.

La segunda generación de microprocesadores pasa a utilizar la tecnología N-MOS, que proporciona una mayor velocidad de respuesta y una mayor densidad de integración que la tecnología P-MOS utilizada hasta entonces. Los representantes típicos son el 8080 de Intel, el 6800 de Motorola, el F-8 de Fairchild y el 2650 de Signetics, todos ellos de 8 bits y aparecidos en 1974.

El Z-80 deriva del 8080, diseñado por Masatoshi Shima en Intel, y realizado por el mismo diseñador para la empresa Zilog, que, junto con el 6502 de Mos Technology, han dominado largo tiempo el campo de las microcomputadoras para uso familiar. A mediados de 1974  ya existían hasta 19 microprocesadores diferentes, que llegaron a 54 en 1976. En los años siguientes, se utilizó una nueva evolución de la tecnología N-MOS. se trata de las tecnologías V-MOS y H-MOS. Esta última fue introducida por Intel en 1978 con el 8086 de 16 bits y permitía ya ejecutar una instrucción en 400 nanosegundos. Con este microprocesador se marca el inicio de una tercera generación en la que hay que incluir al Zilog Z-8000 y el Motorola 68000. Posteriormente la década de los 80 verá el surgimiento de los microprocesadores de 32 bits como los Intel 80386 y Motorola 68020

La rápida evolución y la creciente potencia de los microprocesadores hizo de ellos la base de una revolución tecnológica debido a una gran reducción de los costos de fabricación, una mayor fiabilidad con un menor costo de mantenimiento y una gran flexibilidad de la oferta ante demandas variables del mercado. Su primera utilización fue en el campo industrial para nuevos dispositivos de control de procesos, mejora de instrumentos (osciloscopios, voltímetros, analizadores, etc.), elementos de comunicaciones más compactos (modems, control de redes, etc.). Sin embargo, el efecto de mayor relevancia se ha dejado sentir en el campo de las calculadoras y de las computadoras personales, que abrieron un nuevo mercado a la informática que va desde los juegos y pasatiempos a servicios de documentación y bases de datos y su utilización en educación, gestión e instrumentos del hogar, del automóvil, etc.

Computadoras Personales

El uso de los microprocesadores, cuya descripción profundizaremos en capítulos siguientes, como Unidad Central de Proceso (CPU) y base de una computadora de uso general da lugar a la aparición de los llamados microordenadores, o también llamados más popularmente computadoras personales, a partir del nombre con el que IBM bautizó su primer microordenador anunciado en agosto de 1981: Pc (Personal Computer).

La configuración de una computadora personal queda definida por los diferentes bloques funcionales de que consta. Los elementos básicos son: el microprocesador como CPU, la memoria interna, los dispositivos de entrada/salida (generalmente un monitor y una impresora como elementos de salida y un teclado como periférico de entrada) y las memorias auxiliares o externas, que pueden  ser en forma de cassette, diskettes y disco duro (móvil o fijo). Pueden existir otros periféricos en función de las diversas utilizaciones de la computadora personal: elementos de comunicaciones (módem), mandos para juegos (joystick), dispositivo para navegar por la pantalla e indicar órdenes (mouse o ratón), sintetizadores acústicos, lápices ópticos, trazadores gráficos (plotter), etc.

En la arquitectura interna del microprocesador, los elementos están conectados a través de un bus o sistema de conexiones. Se distinguen: a) el bus de datos o conjunto de líneas por donde circulan los datos; b) el bus de direcciones, que comunica las direcciones enviadas por el microprocesador a los diferentes elementos a que éste está conectado y muy particularmente a la memoria, y c) el bus de órdenes por el que circulan las informaciones de control y de sincronización entre los diversos elementos conectados al microprocesador.

Junto al microprocesador y su potencia (generalmente asociada a la longitud de palabra del mismo), un elemento fundamental en la arquitectura de una computadora personal es la amplitud del bus de datos. Así un bus de 8 bits permite la circulación simultánea de 8 bits (1 byte). Un bus de 16 bits permite la transmisión simultánea de 2 bytes y un bus de 32 bits permite la simultaneidad en el envío de 4 bytes, incrementando con ello la velocidad de proceso general del sistema de la computadora personal.

Las computadoras personales disponen de una memoria “muerta” o memoria ROM (Read Only Memory), que contiene informaciones pre-grabadas que incluyen los sistemas de arranque, los programas de chequeo y detección de errores y otras características que no pueden ser modificadas por el usuario. Además disponen de una cantidad de memoria “viva” llamada RAM (Random Access Memory), que es la que puede ser utilizada para almacenar el sistema operativo y los programas del usuario.

Los periféricos anteriormente citados se conectan a través de interfaces especializadas. Algunos de estos conectores con elementos periféricos se han ido estandarizando con el tiempo, como son por ejemplo las conexiones RS232C para comunicaciones en serie.

Generalmente junto al microprocesador que hace las funciones de Unidad Central de Proceso (CPU), se encuentran otros chips especializados en funciones complementarias desarrollados para proveer a las necesidades más amplias del sistema completo constituido por la computadora personal. Así por ejemplo, la familia Intel 8086/8088 utilizada en el IBM-PC incluye junto al ya citado 8086 (o el 8088) otros chips como son: el 8087 como procesador especializado en instrucciones de cálculo científico, el 8089 como procesador de las entradas/salidas, el 8288 como controlador del bus local entre los 8086/8087/8089, y también otros chips especializados como elementos de interfaz con el bus general del microordenador: el 8282 como interfaz con el bus de direcciones y el 8286 como interfaz con el bus de datos. También existen otros chips que pueden ser utilizados como controladores programables de dispositivos externos, como ocurre con el controlador de interfaz para conexión en serie (8251), el controlador de interfaz para conexión en paralelo (8255), el controlador de diskettes (8272), etc. Estas especificaciones varían de acuerdo a los distintos modelos y a los adelantos tecnológicos que se van sucediendo.

Breve historia de las computadoras personales

El primer microordenador de los EE.UU. se dio a conocer en un anuncio en diciembre de 1974 en la revista Popular Electronics, en el que la empresa MITS ofertaba el modelo ALTAIR 8800 en dos versiones: en kit (desmontado) o ensamblado. Se trataba de un microordenador basado en un microprocesador Intel 8080 de 8 bits, con una memoria de 5 Kbytes ampliadas hasta 64 Kb, un sistema para entradas y salidas, una impresora e interfaz para cassette de audio y reloj. El programa estaba formado por un intérprete de BASIC. En 1976 la misma empresa ofertaba el ALTAIR 6800 equipado con un microprocesador Motorola 6800.

También en 1976 las compañías Commodore y Mos Technology presentaron el KIM, un microordenador de tamaño reducido con el microprocesador 6502, 1 Kbyte de memoria y un teclado hexadecimal. A éste seguiría en 1977 el popular PET 2001 con pantalla y cassette integradas que permitía llegar hasta 8 Kbytes de memoria y, posteriormente, los VIC 20 (1981) y Commodore 64 (1983) basados en un derivado del mismo microprocesador, el 6510, y con mayores capacidades de memoria RAM. Pero, pese a estos precedentes, de hecho se otorga el carácter de primer microordenador personal de gran éxito al APPLE I aparecido en 1977, fruto del trabajo de diseño de dos jóvenes norteamericanos: Steve Jobs y Steve Wozniak. El microordenador estaba basado en un microprocesador 6502 y su evolución natural, el APPLE IIe, se convertiría finalmente en el ejemplo clásico de microordenador personal multiuso de gran atractivo incluso para uso profesional. Posteriormente, APPLE contrató a un equipo de diseño procedente de Xerox para poner en funcionamiento un concepto revolucionario de sistema operativo para microordenadores basado en el manejo de iconos (símbolos en pantalla) y en el uso del ratón (mouse) en sustitución de las clásicas teclas de movimiento de cursor. El nuevo microordenador se llamó LISA (1982) y se basaba en un microprocesador Motorola 68000 de 32 bits de arquitectura interna pero que utilizaba 16 bits para el transporte de datos, y era capaz de direccionar una memoria RAM de hasta 1 Megabyte.

La evolución final del revolucionario concepto de gestión por iconos y ratón introducido en el LISA se concretó finalmente en el modelo MACINTOSH (1983) de APPLE, de precio más accesible, que utilizaba el mismo microprocesador Motorola 68000 y los nuevos diskettes de 3 ½ pulgadas como elemento básico de almacenamiento. Disponía también de una pantalla monocromática de 9 pulgadas con una gran capacidad de resolución gráfica.

También tuvieron especial éxito y difusión los modelos desarrollados por el británico Clive Sinclair como el ZX-80 (1980), basado en el microprocesador Zilog Z-80 y sus sucesores ZX-81 (1981) y SPECTRUM (1983), que utilizaban el mismo microprocesador, hasta llegar al QL (1984) basado en el Motorola 68008 de 32 bits.

El concepto surgido en el nuevo sistema de manejo de computadoras implementado en el LISA tuvo que enfrentarse al sistema, mucho más clásico y menos avanzado, que la poderosa compañía IBM adoptó cuando decidió entrar en el mercado de los microordenadores con su IBM-Pc anunciada en agosto de 1981. La potencia comercial de IBM logró imponer su producto en un mercado todavía incipiente, y se adoptó a partir de entonces un cierto estándar para las computadoras personales, basado precisamente en la IBM-Pc. En opinión de muchos especialistas, ello supuso probablemente un retraso de varios años en la adopción final de los nuevos conceptos de manejo por iconos y ratón que se han revelado como esenciales para incrementar la facilidad de utilización de los microprocesadores por usuarios no profesionales. Hoy en día, dichas funcionalidades ya han sido incorporadas en diversas forma a la IBM-Pc y sus derivadas.

La IBM-Pc inicial utiliza un microprocesador Intel 8088 que aunque perteneciente a la familia 8086 de 16 bits, en realidad utilizaba un bus de datos de 8 bits. Era capaz de direccionar hasta 1 Mbyte de memoria central. Como memorias externas utilizaba diskettes de 5 ¼ pulgadas con capacidades de 160 Kbytes a 360 Kbytes en función del uso de diferentes densidades de grabación, diferentes números de sectores por pista y según la grabación fuera en una o dos caras del diskette. La pantalla gráfica estándar (CGA) de 12 pulgadas permite una resolución de 640 x 200 puntos y hasta 4 colores. En 1983 se introduce el modelo IBM-XT que incorpora un disco rígido de 5 Mbytes que más tarde crece hasta 10 y 20 Megabytes.

Después del fracaso de un modelo reducido para uso doméstico como microordenador familiar (el Pc- Junior aparecido en 1983), en el verano de 1984 se anunciaba el modelo IBM-AT basado ya en el procesador Intel 80286. Se trata de un microprocesador de 16 bits con un conjunto mayor de instrucciones que el 8086 y que es capaz de direccionar mucha más memoria (hasta 16 Mbytes). El 80286 también puede manejar memoria virtual, y realizar multitareas (multitasking). La IBM-AT utiliza un nuevo bus de datos de 16 bits que permite utilizar efectivamente toda la potencia del nuevo microprocesador.

La aparición de la IBM-Pc con su arquitectura abierta y el éxito de las computadoras personales, llevó a que en los últimos años aparecieran muchas computadoras personales con mayor o menor grado de compatibilidad con el modelo de IBM, y capaces por lo tanto de utilizar la gran cantidad de variantes para el hardware y software, que diversas empresas habían desarrollado para dicho modelo. Se trata de los compatibles, también llamados clones del IBM-Pc, que han invadido el mercado por su menor precio y a veces, sus mayores prestaciones.

Sistemas operativos para computadoras personales

La aparición de las computadoras personales obligó al nacimiento de sistemas operativos reducidos para atender las necesidades de los nuevos equipos en cuanto a la asignación de recursos y la gestión del espacio en las memorias, la supervisión de la ejecución de los procesos, la carga y encadenamiento de los programas, el control de las entradas/salidas, etc. En ciertos casos, sobre todo en los inicios, se utilizaba como única interfaz, entre el hardware y el usuario final, el lenguaje BASIC, que se erige en un mismo tiempo como lenguaje de programación y como sistema operativo de alcance y capacidad reducida.

La mayoría de los sistemas operativos disponibles para computadoras personales se han utilizado para realizar un único programa a la vez, es decir, en modalidad mono-usuario y mono-tarea. Nuevas versiones presentan funcionalidades de multi-usuario (varias personas trabajando al mismo tiempo en diferentes pantallas) e incluso multitarea (ejecución “simultánea” en tiempo real de varias tareas distintas para un mismo usuario).

Junto con las extensiones del BASIC o los sistemas propios de un determinado fabricante, aparecieron otros sistemas operativos para computadoras personales que presentaron un cierto grado de generalidad en el sentido de que pudieron ser utilizados en varias computadoras personales. Los más conocidos en el entorno profesional fueron CP/M, PROLOGUE, diversas versiones de UNIX, MSX,  siendo el más utilizado en nuestros días el MS-DOS al cual me referiré con mayor profundidad más adelante.

El impresionante crecimiento que tuvieron las computadoras personales en su evolución hacia la Pentium y modelos posteriores, hicieron que fueran cada vez más fiables y económicas produciendo un impacto a escala universal que nos llevaría a lo que ya algunos llaman “La Era de la Información”.