Sistema de computación
La computadora (del inglés: computer y este del latín: computare, ‘calcular’), también denominada computador u ordenador (del francés: ordinateur; y este del latín: ordinator), es una máquina electrónica digital programable que ejecuta una serie de comandos para procesar los datos de entrada, obteniendo convenientemente información que posteriormente se envía a las unidades de salida. Una computadora está formada por numerosos circuitos integrados y varios componentes de apoyo, extensión y accesorios, que en conjunto pueden ejecutar tareas diversas con suma rapidez y bajo el control de un programa (software).
La constituyen dos partes esenciales, el hardware, que es su estructura física (circuitos electrónicos, cables, gabinete, teclado, etc.), y el software, que es su parte intangible (programas, datos, información, documentación, etc).
Desde el punto de vista funcional es una máquina que posee, al menos, una unidad central de procesamiento (CPU), una unidad de memoria y otra de entrada/salida (periférico). Los periféricos de entrada permiten el ingreso de datos, la CPU se encarga de su procesamiento (operaciones aritmético-lógicas) y los dispositivos de salida los comunican a los medios externos. Es así, que la computadora recibe datos, los procesa y emite la información resultante, la que luego puede ser interpretada, almacenada, transmitida a otra máquina o dispositivo o sencillamente impresa; todo ello a criterio de un operador o usuario y bajo el control de un programa de computación.
El hecho de que sea programable le permite realizar una gran variedad de tareas sobre la base de datos de entrada ya que puede realizar operaciones y resolver problemas en diversas áreas de la actividad humana (administración, ciencia, diseño, ingeniería, medicina, comunicaciones, música, etc).
Básicamente, la capacidad de una computadora depende de sus componentes hardware, en tanto que la diversidad de tareas radica mayormente en el software que admita ejecutar y contenga instalado.
Si bien esta máquina puede ser de dos tipos, computadora analógica o sistema digital, el primer tipo es usado para pocos y muy específicos propósitos; la más difundida, utilizada y conocida es la computadora digital (de propósitos generales); de tal modo que en términos generales (incluso populares), cuando se habla de «la computadora» se está refiriendo a una computadora digital. Las hay de arquitectura mixta, llamadas computadoras híbridas, siendo también estas de propósitos especiales.
En la Segunda Guerra Mundial se utilizaron computadoras analógicas mecánicas, orientadas a aplicaciones militares, y durante la misma época se desarrolló la primera computadora digital, que se llamó ENIAC; ella ocupaba un enorme espacio y consumía grandes cantidades de energía, que equivalen al consumo de cientos de computadoras actuales (PC). Las computadoras modernas están basadas en circuitos integrados, miles de millones de veces más veloces que las primeras máquinas, y ocupan una pequeña fracción de su espacio.
Computadoras simples son lo suficientemente pequeñas para residir en los dispositivos móviles. Las computadoras portátiles, tales como tabletas, netbooks, notebooks, ultrabooks, pueden ser alimentadas por pequeñas baterías. Las computadoras personales en sus diversas formas son iconos de la llamada era de la información y son lo que la mayoría de la gente considera como «computadora». Sin embargo, los sistemas embebidos también constituyen computadoras, y se encuentran en muchos dispositivos actuales, tales como reproductores MP4, teléfonos celulares, aviones de combate, juguetes, robots industriales, etc.
En el español que se habla en América, así como el portugués, el alemán y el neerlandés, se utilizan términos derivados del inglés computer y este a su vez del latín computare «calcular». A partir de la raíz latina, también surgieron computator (lit., «computador»; c. 1600), ‘el que calcula’, y computist («computista»; finales del s. XIV), ‘experto en cómputo calendárico o cronológico’.
Según el Oxford English Dictionary, el primer uso conocido de la palabra computer en la lengua inglesa se encuentra en el libro The Yong Mans Gleanings (1613), del escritor Richard Braithwait, para referirse a un arithmetician (aritmético): «I haue [sic] read the truest computer of Times, and the best Arithmetician that euer [sic] breathed, and he reduceth thy dayes into a short number». Este término aludía a un «computador humano», una persona que realizaba cálculos o cómputos. Computer continuó con el mismo significado hasta mediados del siglo XX. A finales de este período, se contrataban a mujeres como computadoras porque se les podían pagar menos que a sus colegas masculinos. En 1943, la mayoría de las computadoras humanas eran mujeres; para referirse a ellas existía la forma femenina computress («computadora»), que con el tiempo se cambió a programmer («programadora»).
El Oxford English Dictionary registra que, a finales del siglo XIX, computer empezó a utilizarse con el significado de «máquina calculadora». El uso moderno del término para «computador electrónico digital programable» data de 1945, basándose en el concepto teórico de máquina de Turing publicado en 1937. ENIAC (1946), sigla de «computador e integrador numérico electrónico» (Electronic Numerical Integrator And Computer), generalmente se considera el primero de este tipo.
La palabra española «ordenador» proviene del término francés ordinateur y este a su vez del término latino ordinator. En parte por cuestiones de mercadeo, puesto que la descripción realizada por IBM para su introducción en Francia en 1954 situaba las capacidades de actuación de la máquina cerca de la omnipotencia, idea errónea que perdura hoy en día al considerar que la máquina universal de Turing es capaz de computar absolutamente todo. En 1984, académicos franceses reconocieron, en el debate Les jeunes, la technique et nous, que el uso de este sustantivo es incorrecto, porque la función de un computador es procesar datos, no dar órdenes. Mientras que otros, como el catedrático de filología latina Jacques Perret, conocedores del origen religioso del término, lo consideran más correcto que las alternativas. El uso de la palabra ordinateur se ha exportado a los idiomas de España: el aragonés, el asturiano, el gallego, el castellano, el catalán y el euskera.
Lejos de ser un invento de una persona en particular, la computadora es el resultado evolutivo de ideas de muchas personas relacionadas con áreas tales como la electrónica, la mecánica, los materiales semiconductores, la lógica, el álgebra y la programación.
Los principales hitos en la historia de la computación, desde las primeras herramientas manuales para hacer cálculos hasta las modernas computadoras de bolsillo.
Las tecnologías utilizadas en computadoras digitales han evolucionado mucho desde la aparición de los primeros modelos en los años 1940, aunque la mayoría todavía utiliza la Arquitectura de von Neumann, publicada por John von Neumann a principios de esa década, que otros autores atribuyen a John Presper Eckert y John William Mauchly.
La arquitectura de Von Neumann describe una computadora con cuatro (4) secciones principales: la unidad aritmético lógica, la unidad de control, la memoria primaria, principal o central, y los dispositivos de entrada y salida (E/S). Estas partes están interconectadas por canales de conductores denominados buses.
La unidad central de procesamiento (CPU, por sus siglas del inglés: Central Processing Unit) consta de manera básica de los siguientes tres elementos:
La memoria principal, conocida como memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas del inglés: Random-Access Memory), es un conjunto de celdas de almacenamiento organizadas de tal forma que se pueden acceder numéricamente a la dirección de memoria. Cada celda corresponde a un bit o unidad mínima de información. Se accede por secuencias de 8 bits. Una instrucción es una determinada acción operativa, una secuencia que indica a la ALU la operación a realizar (suma, resta, operaciones lógicas, etc). En los bytes de memoria principal se almacenan tanto los datos como los códigos de operación que se necesitan para llevar a cabo las instrucciones. La capacidad de la memoria viene dada por el número de celdas que contiene, medido en bytes o múltiplos. Las tecnologías empleadas para fabricar las memorias han cambiado bastante; desde los relés electromecánicos de las primeras computadoras, tubos con mercurio en los que se formaban los pulsos acústicos, matrices de imanes permanentes, transistores individuales hasta los actuales circuitos integrados con millones de celdas en un solo chip. Se subdividen en memorias estáticas (SRAM) con seis transistores integrados por bit y la mucho más utilizada memoria dinámica (DRAM), de un transistor y un condensador integrados por bit. La memoria RAM puede ser reescrita varios millones de veces; a diferencia de la memoria ROM, que solo puede ser grabada una única vez.
Los dispositivos de entrada permiten el ingreso de datos e información mientras que los de salida son los encargados de exteriorizar la información procesada por la computadora. Hay periféricos que son a la vez de entrada y de salida. Como ejemplo, un dispositivo típico de entrada es el teclado, uno de salida es el monitor, uno de entrada/salida es el disco rígido. Hay una gama muy extensa de dispositivos E/S, como teclado, monitor, impresora, ratón, unidad de disco flexible, cámara web, etc.
Las tres unidades básicas en una computadora, la CPU, la memoria y el elemento de E/S, están comunicadas entre sí por buses o canales de comunicación:
En los modernos computadores, un usuario tiene la impresión de que los computadores pueden ejecutar varios programas "al mismo tiempo", esto se conoce como multitarea. En realidad, la CPU ejecuta instrucciones de un programa y después tras un breve periodo de tiempo, cambia la ejecución a un segundo programa y ejecuta algunas de sus instrucciones. Dado que este proceso es muy rápido, crea la ilusión de que se están ejecutando varios programas simultáneamente; en realidad se está repartiendo el tiempo de la CPU entre los programas, uno a la vez. El sistema operativo es el que controla el reparto del tiempo. El procesamiento realmente simultáneo se realiza en computadoras que poseen más de un CPU, lo que da origen al multiprocesamiento.
El sistema operativo es el programa que gestiona y administra todos los recursos del computador, controla, por ejemplo, qué programas se ejecutan y cuándo, administra la memoria y los accesos a los dispositivos E/S, provee las interfases entre dispositivos, incluso entre el computador y el usuario.
Actualmente se suele incluir en las distribuciones del sistema operativo algunos programas muy usados; como navegadores de Internet, procesadores de texto, programas de correo electrónico, interfaces de red, reproductores de películas y otros programas que antes se tenían que conseguir e instalar separadamente.
Los primeros computadores digitales, de gran tamaño y coste, se utilizaban principalmente para hacer cálculos científicos. ENIAC se creó con el propósito de resolver los problemas de balística del ejército de Estados Unidos. El CSIRAC, el primer computador australiano, permitió evaluar patrones de precipitaciones para un gran proyecto de generación hidroeléctrica.
Con la fabricación comercial de computadoras, los gobiernos y las empresas sistematizaron muchas de sus tareas de recolección y procesamiento de datos, que antes eran realizadas manualmente. En el mundo académico, los científicos de todos los campos empezaron a utilizar los computadores para hacer sus análisis y cálculos. El descenso continuo de los precios de los computadores permitió su uso por empresas cada vez más pequeñas. Las empresas, las organizaciones y los gobiernos empezaron a emplear un gran número de pequeños computadores para realizar tareas que antes eran hechas por computadores centrales grandes y costosos.
Con la invención del microprocesador en 1970, fue posible fabricar computadores cada vez más baratos. Nació el microcomputador y luego apareció el PC, estos últimos se hicieron populares para llevar a cabo tareas rutinarias como escribir e imprimir documentos, calcular probabilidades, realizar análisis y cálculo con hojas de cálculo, comunicarse mediante correo electrónico e Internet. La gran disponibilidad de computadores y su fácil adaptación a las necesidades de cada persona, han hecho que se utilicen para una variedad de tareas, que incluyen los más diversos campos de aplicación.
Al mismo tiempo, los pequeños computadores de programación fija (sistemas embebidos) empezaron a abrirse camino entre las aplicaciones para el hogar, los automóviles, los aviones y la maquinaria industrial. Estos procesadores integrados controlaban el comportamiento de los aparatos más fácilmente, permitiendo el desarrollo de funciones de control más complejas, como por ejemplo los sistemas de freno antibloqueo (ABS). A principios del siglo XXI, la mayoría de los aparatos eléctricos, casi todos los tipos de transporte eléctrico y la mayoría de las líneas de producción de las fábricas funcionan con un computador.
Hacia finales de siglo XX y comienzos del XXI, los computadores personales son usados tanto para la investigación como para el entretenimiento (videojuegos), pero los grandes computadores se utilizan para cálculos matemáticos complejos, tecnología, modelado, astronomía, medicina, etc.
Tal vez el más interesante "descendiente" del cruce entre el concepto de la PC o computadora personal y los llamados supercomputadores sea la Workstation o estación de trabajo. Este término, originalmente utilizado para equipos y máquinas de registro, grabación y tratamiento digital de sonido, ahora hace referencia a estaciones de trabajo, que son sistemas de gran capacidad de cómputo, normalmente dedicados a labores de cálculo científico o procesos en tiempo real. Una Workstation es, en esencia, un equipo de trabajo personal con capacidad elevada de cálculo, rendimiento y almacenamiento, superior a los computadores personales convencionales.