La computadora

Concebido originalmente como un instrumento de cálculo, el ordenador o computadora tiene en la actualidad una inmensa variedad de aplicaciones. Desde el superordenador al ordenador portátil, existe una gama muy diversificada de aparatos capaz de responder tanto a las necesidades de los usuarios corrientes como a las de los más avanzados y complejos proyectos de investigación científica.

En su sentido más habitual, una computadora u ordenador es una máquina electrónica programable capaz de procesar información. Consta de una parte material (hardware), formada por circuitos electrónicos integrados, y de otra no material (software), que gobierna los circuitos electrónicos. El hardware agrupa uno o más procesadores (la unidad central de proceso o CPU), la memoria y las unidades de entrada/salida, todo ello interconectado por medio del bus del sistema. Conforme a una serie de instrucciones dictadas por el software o programa, los dispositivos interconectados que constituyen el hardware procesan los datos introducidos o previamente almacenados por el usuario y presentan los resultados finales en los dispositivos de salida.

Clases de computadoras

Los datos que se procesan, sin embargo, pueden representarse de dos formas, y en función de ello tenemos dos tipos principales de computadoras: analógicas y digitales. Las computadoras analógicas procesan variables físicas que son proporcionales al valor instantáneo de una determinada propiedad. Es el caso de las máquinas de uso genérico empleadas en procesos de control de dispositivos y en el análisis de sistemas dinámicos, que usan variables de presión, voltaje eléctrico u otras.

Pese a la anterior distinción, actualmente los términos «ordenador» o «computadora» designan casi siempre los equipos informáticos que usamos en el trabajo y en los hogares, que son de tipo digital. Se denominan así porque procesan series de dígitos (0 y 1), o, en otras palabras, informaciones digitalizadas, es decir, codificadas en una serie de dígitos.

Las computadoras que manejamos diariamente, en efecto, procesan datos codificados según una representación binaria. Las variables de interés se transforman en largas series de dígitos cuyo valor individual es sólo 0 ó 1, de modo que estas secuencias son interpretadas y procesadas a gran velocidad por los elementos de cálculo de la máquina hasta transformarse en informaciones de salida que se transmiten finalmente al usuario en forma analógica (por ejemplo, como luz emitida por una pantalla). Los modelos que usan conjuntamente tecnologías analógicas y digitales reciben el nombre de computadoras híbridas, que se usan predominantemente en sistemas de simulación para aviones, naves espaciales, misiles teledirigidos y centrales nucleares.

En virtud de su tamaño, organización y prestaciones, pueden distinguirse tres categorías principales de computadoras. Los grandes sistemas, también llamados macrocomputadoras o, en inglés, mainframes, se basan en unidades de entrada-salida de datos de alta capacidad y en procesadores capaces de atender al mismo tiempo a numerosos usuarios, cada uno conectado a un equipo terminal. Por su parte, las minicomputadoras se destinan a su empleo por un número restringido de usuarios y poseen una capacidad de proceso menor que los grandes sistemas. Finalmente, las computadoras personales (PC, por sus siglas en inglés), ya sean fijas o portátiles, se reservaban en principio a su empleo por un único usuario que trabajaba de modo autónomo y contaba con un conjunto de recursos más restringido.

No obstante, el progresivo aumento de la capacidad de las PC y la posibilidad de su conexión en red incrementó enormemente sus posibilidades de manejo. Como resultado, la frontera entre minicomputadoras y computadoras personales en red se difuminó, por cuanto los modelos actuales de máquinas de estas dos categorías se solapan en potencia de proceso y prestación de servicios a grupos amplios de usuarios.

Desarrollo histórico

Las primeras máquinas de cómputo conocidas datan de los tiempos antiguos. El ábaco, un instrumento específico de cálculo basado en la anotación de cuentas por medio de una serie de cuerdas provistas de abalorios, era ya conocido en Asia hace cinco mil años. En el siglo XVII se idearon en Europa las primeras calculadoras mecánicas. En 1642, el filósofo francés Blaise Pascal inventó la sumadora que lleva su nombre, capaz de contar y sumar mediante una serie de engranajes, ruedas y palancas. Apenas tres décadas más tarde, el alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó este modelo para desarrollar una máquina que efectuaba además operaciones de multiplicación, división y raíz cuadrada.

A lo largo del siglo XIX se produjeron descubrimientos de importancia para el desarrollo de las computadoras. En 1822, el inglés Charles Babbage diseñó un prototipo de máquina calculadora inspirado en el método de las diferencias finitas, y propuso algunas ideas válidas para el avance de la tecnología informática. El estadounidense Herman Hollerith inventó en 1880 una máquina electromecánica que leía patrones de datos representados en tarjetas perforadas, de modo semejante a las pianolas y las máquinas textiles programadas. Este ingeniero fundó en 1896 la empresa Tabulating Machine Company, que habría de convertirse más tarde en International Business Machines Corporation (IBM), una firma de trascendental importancia en el desarrollo de las computadoras.

El diseño del primer ordenador electrónico digital, antecesor de las modernas computadoras, se debe al físico estadounidense John V. Atanasoff, quien entre 1937 y 1942 construyó un prototipo que se dio en llamar Computadora Atanasoff-Berry (ABC, por sus siglas en inglés). En 1943 se fabricó en Inglaterra el ordenador electrónico Colossus, y dos años más tarde inició su funcionamiento en los Estados Unidos la computadora llamada ENIAC .

Estas primeras máquinas electrónicas de cómputo automático poseían varios miles de tubos de vacío interconectados que interpretaban y procesaban las señales digitales de entrada según dos situaciones posibles: paso o interrupción de la corriente en cada elemento individual del dispositivo. Resultaban por ello muy voluminosas y particularmente proclives a errores y averías, sobre todo por las elevadas temperaturas que se alcanzaban en su interior. La máquina ENIAC, por ejemplo, contenía unos 18.000 tubos de vacío y medía 24 m de largo por 2,5 m de altura.

El extraordinario avance de la tecnología de computadoras producido durante la segunda mitad del siglo XX se derivó del progreso de la microelectrónica. Pronto las rudimentarias máquinas de mediados del siglo que compusieron la primera generación de computadoras fueron reemplazadas por otras más rápidas y sencillas. El invento del transistor dio paso, hacia 1960, al nacimiento de una segunda generación de ordenadores donde se sustituyeron los tubos de vacío por pequeños componentes de bajo consumo energético, alta fiabilidad y mayor duración. Los circuitos electrónicos diseñados con transistores dieron origen a las primeras memorias de núcleo magnético, en equipos capaces de procesar más de 100.000 instrucciones por segundo.

A finales de la década de 1960 se empezó a aplicar a las computadoras la tecnología de los circuitos integrados. Cada uno de estos circuitos contenía, sobre una placa rectangular de un material semiconductor de menos de 6,5 mm de lado, una disposición de cientos o miles de componentes electrónicos interconectados, como transistores, resistencias, diodos y otros. Con ello nació la tercera generación de computadoras, de capacidad de proceso muy superior a las anteriores con un tamaño y un costo notablemente reducidos.

El progreso de las tecnologías de miniaturización permitió incluir un número cada vez mayor de componentes electrónicos en las placas de circuitos integrados. Surgieron así las técnicas de integración a gran escala (LSI, por sus siglas en inglés), en las que se inspiró el diseño del primer microprocesador, en 1974, obra de la empresa estadounidense Intel Corp., y aparecieron las microcomputadoras formadas por microprocesador, memoria para almacenamiento de datos y elementos externos, llamados periféricos (monitor de visualización, teclado, lector de disquetes). En esta cuarta generación de computadoras, que aplicaron tecnologías de ultraminiaturización VLSI (con más de cinco mil componentes en cada placa de circuito), se sustentó la revolución de la informática personal y empresarial que caracterizó a las décadas de 1980 y 1990.

Las tendencias posteriores se centraron en el diseño de computadoras conectadas en redes y dotadas de capacidad de aprendizaje e iniciativa para la toma de decisiones, conocidas como máquinas de quinta generación.

Estructura de una computadora

El funcionamiento de una computadora se basa en la combinación de una serie de elementos físicos (hardware) y lógicos (software). En su diseño electrónico, consta esencialmente de una unidad central de proceso (UCP) y un conjunto de elementos periféricos para la comunicación con el usuario, ya sea para la entrada de datos o para la emisión de los resultados del proceso.

La UCP contiene una unidad de control, que coordina el funcionamiento de las unidades elementales de la máquina, y una aritmética y lógica (UAL), que ejecuta propiamente las instrucciones recibidas. A ella se asocia la memoria interna de la máquina, donde se almacenan temporalmente las instrucciones de programación y los datos de proceso.

Por su parte, los periféricos actúan a modo de unidades de entrada-salida, que permiten al usuario transmitir órdenes a la computadora o consultar las informaciones producidas. Los periféricos de entrada más comunes son el teclado, sucesión de teclas de letras y números inspirada en los modelos de las máquinas de escribir, y el ratón y otros dispositivos afines, usados para señalar y seleccionar visualmente elementos de la pantalla. El periférico de salida más habitual es la pantalla o monitor de visualización, que suele ser de tipo tubo de rayos catódicos (TRC), de cristal líquido (LCD, por sus siglas en inglés) o de plasma. Otra unidad de salida muy utilizada es la impresora, que muestra en un sustrato físico el resultado de un proceso informático. Las tecnologías más utilizadas de impresión son de tipo electromecánico (impresoras matriciales o de impacto), electroóptico (tecnología láser) y de inyección (por chorro de tinta).

En las computadoras más actuales se procesan tanto datos y texto como gráficos, sonido, imágenes estáticas y animadas o video. Para ello se emplean periféricos especiales de tipo multimedia, como son el escáner, que permite leer y digitalizar texto e imágenes impresos; las cámaras digitales, ya sean de fotografía o de video; micrófonos y altavoces; sintetizadores; tablas de ondas, etc. Estos elementos se conectan a la UCP a través de placas o tarjetas especiales.

Mención especial merecen las unidades de memoria y almacenamiento externo de datos. En su origen de tipo magnético (en discos y cintas), estas memorias incrementaron notablemente su capacidad con el empleo de medios ópticos de grabación y reproducción. Ello dio origen al uso de dispositivos que albergan miles de millones de informaciones binarias en superficies discoidales de apenas 12 cm de diámetro, como los CD-ROM y los discos versátiles digitales (DVD-ROM).

El software, o conjunto de elementos lógicos que gobiernan el funcionamiento de los ordenadores, se compone de programas o secuencias de instrucciones definidas con arreglo a conjuntos de reglas y principios llamados lenguajes de programación. Según la tecnología en que se inspiran, estos lenguajes se clasifican en ensambladores, que traducen instrucciones complejas a código comprensible directamente por la máquina; compilados, que se traducen por completo antes de su proceso por el sistema, e interpretados, que se van traduciendo a código máquina al tiempo que se ejecutan. Los grupos de programas específicamente concebidos para garantizar el funcionamiento de la computadora configuran el llamado sistema operativo de la máquina. En cambio, los que persiguen la ejecución de tareas productivas determinadas se denominan aplicaciones.

Aplicaciones de las computadoras

El uso de computadoras como instrumentos de mejora del rendimiento educativo, industrial, financiero, científico, etc., se extendió desde la década de 1980 a la práctica totalidad de los procesos productivos. Mientras que los grandes sistemas informáticos y las minicomputadoras se utilizan prioritariamente en grandes entidades financieras, industriales e institucionales, las computadoras personales inundan todos los ámbitos de la actividad profesional y personal a escala individual y colectiva.

Las grandes organizaciones hacen uso de computadoras para la administración de nóminas, control de inventarios, procesos financieros, previsión y proyección de actividades y, en general, administración de bases de datos. En el plano industrial, estos sistemas se aplican en combinación con procesos automatizados de producción para fabricar artículos y ensamblar componentes de forma óptima. También se usan supercomputadoras para resolución de problemas complejos de la ciencia y la ingeniería, así como sistemas especiales en actividades de funcionamiento ininterrumpido (por ejemplo, los mercados bursátiles).

Las computadoras personales y su versión profesional, también conocida como estaciones de trabajo, se emplean para la preparación de documentos, el diseño automatizado de productos, la contabilidad o la administración de bases de datos reducidas, entre otras muchas actividades. También se encuentra generalizado su empleo en acciones educativas y lúdicas, hasta el punto de que una de las industrias más rentables que se le asocian es la de fabricación de videojuegos.

Finalmente, numerosos productos industriales y comerciales poseen microcomputadoras integradas, que gobiernan su funcionamiento de forma programada. Algunos ejemplos de esta línea de aplicación son los microprocesadores presentes en los equipos de climatización, electrodomésticos, relojes, sistemas de alarma, agendas electrónicas, cámaras fotográficas y de video, máquinas-herramientas, etc.