Computadoras analógicas
En la primera mitad del siglo XX, muchos consideraban que las computadoras analógicas eran el futuro de la informática. Estos dispositivos utilizaron los aspectos continuamente cambiantes de los fenómenos físicos, como las cantidades eléctricas , mecánicas o hidráulicas , para modelar el problema que se está resolviendo, en contraste con las computadoras digitales que representan cantidades variables simbólicamente, a medida que cambian sus valores numéricos. Como una computadora analógica no usa valores discretos, sino valores continuos, los procesos no se pueden repetir de manera confiable con equivalencia exacta, como ocurre con las máquinas de Turing.
La primera computadora analógica moderna fue una máquina de predicción de mareas , inventada por Sir William Thomson , más tarde Lord Kelvin, en 1872. Utilizaba un sistema de poleas y cables para calcular automáticamente los niveles de marea pronosticados para un período determinado en una ubicación particular y era de de gran utilidad para la navegación en aguas poco profundas. Su dispositivo fue la base para futuros desarrollos en computación analógica.
El analizador diferencial, una computadora analógica mecánica diseñada para resolver ecuaciones diferenciales mediante la integración utilizando mecanismos de rueda y disco, fue conceptualizado en 1876 por James Thomson , el hermano del más famoso Lord Kelvin. Exploró la posible construcción de tales calculadoras, pero se vio obstaculizado por el par de salida limitado de los integradores de bola y disco. En un analizador diferencial, la salida de un integrador impulsó la entrada del siguiente integrador, o una salida gráfica.
Un avance importante en la computación analógica fue el desarrollo de los primeros sistemas de control de fuego para el tiroteo de buques de largo alcance. Cuando los alcances de la artillería aumentaron drásticamente a finales del siglo XIX, ya no era una simple cuestión de calcular el punto de mira adecuado, dados los tiempos de vuelo de los proyectiles. Varios observadores a bordo del barco transmitirían las mediciones de distancia y las observaciones a una estación central de trazado. Allí, los equipos de dirección del fuego informaron la ubicación, la velocidad y la dirección del barco y su objetivo, así como varios ajustes para el efecto Coriolis , los efectos del clima en el aire y otros ajustes; la computadora generaría una solución de disparo, que se enviaría a las torretas para su colocación. En 1912, el ingeniero británico Arthur Pollen desarrolló la primera computadora analógica mecánica alimentada eléctricamente (llamada en ese momento el Reloj Argo). Fue utilizado por la Armada Imperial Rusa en la Primera Guerra Mundial. El sistema alternativo de control de incendios Dreyer Table se instaló en los barcos capitales británicos a mediados de 1916.
También se utilizaron dispositivos mecánicos para ayudar a la precisión de los bombardeos aéreos. Drift Sight fue la primera ayuda de este tipo, desarrollada por Harry Wimperis en 1916 para el Royal Naval Air Service; midió la velocidad del viento desde el aire y usó esa medida para calcular los efectos del viento en la trayectoria de las bombas. El sistema se mejoró más tarde con la mira de la bomba de ajuste del curso , y alcanzó un clímax con miras de bombas de la Segunda Guerra Mundial , la mira de bombas Mark XIV (RAF Bomber Command) y Norden (Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos).
El arte de la computación analógica mecánica alcanzó su cenit con el analizador diferencial, construido por HL Hazen y Vannevar Bush en el MIT a partir de 1927, que se basó en los integradores mecánicos de James Thomson y los amplificadores de par inventados por HW Nieman. Una docena de estos dispositivos se construyeron antes de que se hiciera evidente su obsolescencia; el más poderoso se construyó en la Universidad de Pensilvania Escuela Moore de Ingeniería Eléctrica, en el que el ENIAC fue construida.
Helmut Hölzer construyó una computadora analógica completamente electrónica en 1942 en el Centro de Investigación del Ejército de Peenemünde.
En la década de 1950, el éxito de las computadoras electrónicas digitales había marcado el fin de la mayoría de las máquinas de computación analógica, pero las computadoras analógicas híbridas , controladas por electrónica digital, se mantuvieron en uso sustancial durante las décadas de 1950 y 1960, y más tarde en algunas aplicaciones especializadas.
El advenimiento de la computadora digital
El principio de la computadora moderna fue descrito por primera vez por el científico informático Alan Turing, quien expuso la idea en su artículo seminal de 1936, «On Computable Numbers». Turing reformuló los resultados de 1931 de Kurt Gödel sobre los límites de la demostración y el cálculo, reemplazando el lenguaje formal universal basado en la aritmética de Gödel con los dispositivos hipotéticos formales y simples que se conocieron como máquinas de Turing. Demostró que alguna máquina de este tipo sería capaz de realizar cualquier cálculo matemático concebible si fuera representable como un algoritmo. Continuó demostrando que no había solución al problema de la Entscheidung mostrando primero que el problema de la detención de las máquinas de Turing es indecidible: en general, no es posible decidir algorítmicamente si una máquina de Turing determinada se detendrá alguna vez.
También introdujo la noción de una «máquina universal» (ahora conocida como máquina universal de Turing), con la idea de que dicha máquina podría realizar las tareas de cualquier otra máquina, o en otras palabras, es demostrablemente capaz de calcular cualquier cosa que es computable ejecutando un programa almacenado en cinta, lo que permite que la máquina sea programable. Von Neumann reconoció que el concepto central de la computadora moderna se debe a este artículo. Las máquinas de Turing son hasta el día de hoy un objeto central de estudio en la teoría de la computación. Excepto por las limitaciones impuestas por sus almacenes de memoria finitos, se dice que las computadoras modernas son Turing-complete, es decir, tienen un algoritmo y la capacidad de ejecución equivalente a una máquina de Turing universal.
Computadoras Electromecánicas
La era de la informática moderna comenzó con una oleada de desarrollo antes y durante la Segunda Guerra Mundial. La mayoría de las computadoras digitales construidas en este período eran electromecánicas: los interruptores eléctricos accionaban relés mecánicos para realizar el cálculo. Estos dispositivos tenían una velocidad de funcionamiento baja y finalmente fueron reemplazados por computadoras totalmente eléctricas mucho más rápidas, que originalmente usaban tubos de vacío.
El Z2 fue uno de los primeros ejemplos de una computadora de relé electromecánico, y fue creado por el ingeniero alemán Konrad Zuse en 1940. Fue una mejora en su anterior Z1; aunque usó la misma memoria mecánica, reemplazó la aritmética y la lógica de control con circuitos de relés eléctricos.
En el mismo año, los criptólogos británicos construyeron dispositivos electromecánicos llamados bombas para ayudar a descifrar los mensajes secretos encriptados por la máquina Enigma alemana durante la Segunda Guerra Mundial. El diseño inicial de la bomba fue creado en 1939 en la Escuela de Codificación y Cifrado del Gobierno del Reino Unido (GC&CS) en Bletchley Park por Alan Turing, con un refinamiento importante ideado en 1940 por Gordon Welchman. El diseño de ingeniería y la construcción fueron obra de Harold Keen de la Compañía Británica de Máquinas de Tabulación. Fue un desarrollo sustancial de un dispositivo que había sido diseñado en 1938 por el criptólogo polaco Marian Rejewski, y conocido como la «bomba criptológica».
En 1941, Zuse siguió a su máquina anterior con la Z3, la primera computadora digital electromecánica programable y totalmente automática en funcionamiento del mundo. El Z3 fue construido con 2000 relés, implementando una longitud de palabra de 22 bits que operaba a una frecuencia de reloj de aproximadamente 5-10 Hz. El código del programa y los datos se almacenaron en una película perforada. Era bastante similar a las máquinas modernas en algunos aspectos, siendo pionero en numerosos avances, como los números de coma flotante. Reemplazo del sistema decimal difícil de implementar (usado en el diseño anterior de Charles Babbage) por el sistema binario más simple significaba que las máquinas de Zuse eran más fáciles de construir y potencialmente más confiables, dadas las tecnologías disponibles en ese momento. Raúl Rojas demostró que la Z3 era una máquina completa de Turing en 1998. En dos solicitudes de patente de 1936, Zuse también anticipó que las instrucciones de la máquina podrían almacenarse en el mismo almacenamiento utilizado para los datos, la idea clave de lo que se conoció como la arquitectura von Neumann, implementada por primera vez en 1948 en Estados Unidos en el IBM SSEC electromecánico. y en Gran Bretaña en el totalmente electrónico Manchester Baby. Zuse sufrió reveses durante la Segunda Guerra Mundial cuando algunas de sus máquinas fueron destruidas en el curso de las campañas de bombardeo aliadas. Aparentemente, su trabajo permaneció en gran parte desconocido para los ingenieros en el Reino Unido y los EE.UU. Hasta mucho más tarde, aunque al menos IBM lo sabía, ya que financió su empresa emergente de posguerra en 1946 a cambio de una opción sobre las patentes de Zuse.
En 1944, el Harvard Mark I se construyó en los laboratorios Endicott de IBM. Era una computadora electromecánica de propósito general similar a la Z3, pero no era completamente una maquina de Turing completa.