Una computadora de tubos de vacío , ahora denominada computadora de primera generación , es una computadora que utiliza tubos de vacío para circuitos lógicos. Mientras que la historia de las ayudas mecánicas para la computación se remonta a siglos , si no milenios , la historia de las computadoras de tubos de vacío se limita a mediados del siglo XX. Lee De Forest inventó el triodo en 1906. El primer ejemplo del uso de tubos de vacío para computación, la computadora Atanasoff-Berry , se demostró en 1939. Las computadoras de tubos de vacío fueron inicialmente diseños únicos, pero se introdujeron modelos comerciales. en la década de 1950 y se vendía en volúmenes que iban desde un solo dígito hasta miles de unidades. A principios de la década de 1960, las computadoras de tubos de vacío quedaron obsoletas y fueron reemplazadas por computadoras transistorizadas de segunda generación .
Gran parte de lo que hoy consideramos parte de la informática digital evolucionó durante la era de los tubos de vacío. Inicialmente, las computadoras de tubos de vacío realizaban las mismas operaciones que las computadoras mecánicas anteriores, solo que a velocidades mucho más altas. Los engranajes y los relés mecánicos funcionan en milisegundos, mientras que los tubos de vacío pueden cambiar en microsegundos. La primera desviación de lo que era posible antes de los tubos de vacío fue la incorporación de grandes memorias que podían almacenar miles de bits de datos y acceder a ellos aleatoriamente a altas velocidades. Esto, a su vez, permitió el almacenamiento de instrucciones de máquina en la misma memoria que los datos: el concepto de programa almacenado , un avance que hoy es un sello distintivo de las computadoras digitales.
Otras innovaciones incluyeron el uso de cinta magnética para almacenar grandes volúmenes de datos en forma compacta ( UNIVAC I ) y la introducción del almacenamiento secundario de acceso aleatorio ( IBM RAMAC 305 ), el antepasado directo de todas las unidades de disco duro que utilizamos hoy. Incluso los gráficos por computadora comenzaron durante la era de los tubos de vacío con el registrador de datos IBM 740 CRT y el lápiz óptico Whirlwind . Los lenguajes de programación se originaron en la era de los tubos de vacío, incluidos algunos que todavía se utilizan en la actualidad, como Fortran & Lisp ( IBM 704 ), Algol ( Z22 ) y COBOL. Los sistemas operativos, como el GM-NAA I/O , también nacieron en esta era.
El uso de amplificadores de tubos de vacío de acoplamiento cruzado para producir un tren de pulsos fue descrito por Eccles y Jordan en 1918. Este circuito se convirtió en la base del flip-flop , un circuito con dos estados que se convirtió en el elemento fundamental de la electrónica digital binaria. ordenadores.
La computadora Atanasoff-Berry , cuyo prototipo se demostró por primera vez en 1939, ahora se considera la primera computadora de tubo de vacío. [1] Sin embargo, no era una computadora de uso general, ya que solo podía resolver un sistema de ecuaciones lineales y tampoco era muy confiable.
Durante la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron computadoras digitales de tubo de vacío de propósito especial, como Colossus, para descifrar los cifrados de máquinas alemanas (teleimpresoras) conocidos como Fish . La inteligencia militar recopilada por estos sistemas fue esencial para el esfuerzo bélico aliado. Al final de la guerra, 10 Mark II COLOSSI estaban en uso en Bletchley Park ; reemplazaron al Heath Robinson . Cada COLOS utilizó 1.600 tubos de vacío (Mark I) o 2.400 tubos de vacío (Mark II). [1] El descifrado de códigos en tiempos de guerra en BP se mantuvo en secreto hasta la década de 1970. [1]
También durante la guerra Konrad Zuse desarrolló ordenadores binarios electromecánicos . El establishment militar alemán durante la guerra no dio prioridad al desarrollo informático. En 1942 se desarrolló un circuito informático electrónico experimental con alrededor de 100 tubos, pero fue destruido en un ataque aéreo.
En Estados Unidos, el trabajo en la computadora ENIAC comenzó a finales de la Segunda Guerra Mundial. La máquina fue terminada en 1945. Aunque una aplicación que motivó su desarrollo fue la producción de mesas de tiro para artillería, uno de los primeros usos de ENIAC fue la realización de cálculos relacionados con el desarrollo de una bomba de hidrógeno . ENIAC se programó inicialmente con enchufes e interruptores en lugar de un programa almacenado electrónicamente. Una serie de conferencias de posguerra que revelaron el diseño de ENIAC y un informe de John von Neumann sobre un previsible sucesor de ENIAC, Primer borrador de un informe sobre el EDVAC , se distribuyeron ampliamente y tuvieron influencia en el diseño del vacío de posguerra. -computadoras de tubo.
Las primeras máquinas que se utilizaban para tabular tarjetas perforadas sólo podían sumar y restar. En 1931 IBM introdujo un punzón multiplicador electromecánico, el IBM 601 . Después de la Segunda Guerra Mundial, IBM fabricó una versión, el 603 , que utilizaba tubos de vacío para realizar los cálculos. [2] Sorprendido por la demanda del mercado, IBM introdujo en 1948 una versión más compacta, el 604 , que utilizaba 1250 tubos de vacío en miniatura en módulos enchufables extraíbles. Mucho más rápido que el 601, podría dividir y realizar hasta 60 pasos de programa en un ciclo de tarjeta. Se alquilaron o vendieron unas 5.400 unidades, lo que la convirtió en la primera aplicación comercial exitosa de la computación electrónica.
El Ferranti Mark 1 (1951) se considera el primer ordenador comercial de tubo de vacío con programa almacenado. Los primeros ordenadores producidos en masa fueron el Bull Gamma 3 (1952, 1.200 unidades) y el IBM 650 (1954, 2.000 unidades).
La tecnología de tubos de vacío requería una gran cantidad de electricidad. La computadora ENIAC (1946) tenía más de 17.000 tubos y sufría una falla en los tubos (que tardaría 15 minutos en localizarse) en promedio cada dos días. En funcionamiento, el ENIAC consumió 150 kilovatios de energía, [3] de los cuales 80 kilovatios se utilizaron para calentar tubos, 45 kilovatios para fuentes de alimentación de CC, 20 kilovatios para ventiladores y 5 kilovatios para equipos auxiliares de tarjetas perforadas.
Dado que el fallo de cualquiera de los miles de tubos de una computadora podía provocar errores, la fiabilidad de los tubos era de gran importancia. Se construyeron tubos de calidad especial para servicios informáticos, con estándares de materiales, inspección y pruebas más altos que los tubos receptores estándar.
Un efecto del funcionamiento digital que rara vez aparecía en los circuitos analógicos era el envenenamiento del cátodo . Los tubos de vacío que funcionaban durante intervalos prolongados sin corriente de placa desarrollarían una capa de alta resistividad en los cátodos, reduciendo la ganancia del tubo. Se requirieron materiales especialmente seleccionados para los tubos de computadora para evitar este efecto. Para evitar tensiones mecánicas asociadas con el calentamiento de los tubos a la temperatura de funcionamiento, a menudo se aplicaba lentamente a los calentadores de tubos su voltaje de funcionamiento completo, durante un minuto o más, para evitar fracturas de los calentadores catódicos relacionadas con la tensión. Para evitar ciclos térmicos, la energía del calentador podría dejarse encendida durante el tiempo de espera de la máquina, con los suministros de placas de alto voltaje apagados. Las pruebas marginales se integraron en subsistemas de una computadora de tubo de vacío; Al reducir los voltajes de la placa o del calentador y probar el funcionamiento adecuado, se podrían detectar componentes con riesgo de falla temprana. Para regular todos los voltajes de la fuente de alimentación y evitar que las sobretensiones y caídas de la red eléctrica afectaran el funcionamiento de la computadora, la energía se obtuvo de un conjunto de motor-generador que mejoró la estabilidad y regulación de los voltajes de la fuente de alimentación. [ cita necesaria ]
En la construcción de computadoras de tubos de vacío se utilizaron dos tipos generales de circuitos lógicos. El tipo "asíncrono" o directo con acoplamiento de CC utilizaba sólo resistencias para conectarse entre puertas lógicas y dentro de las propias puertas. Los niveles lógicos estaban representados por dos voltajes muy separados. En el tipo de lógica "síncrona" o "pulso dinámico", cada etapa estaba acoplada mediante redes de pulsos como transformadores o condensadores. A cada elemento lógico se le aplicó un pulso de "reloj". Los estados lógicos estuvieron representados por la presencia o ausencia de pulsos durante cada intervalo de reloj. Los diseños asincrónicos potencialmente podrían funcionar más rápido, pero requerían más circuitos para protegerse contra las "carreras" lógicas, ya que diferentes rutas lógicas tendrían diferentes tiempos de propagación desde la entrada hasta la salida estable. Los sistemas síncronos evitaron este problema, pero necesitaron circuitos adicionales para distribuir una señal de reloj, que podría tener varias fases para cada etapa de la máquina. Las etapas lógicas de acoplamiento directo eran algo sensibles a la deriva en los valores de los componentes o a pequeñas corrientes de fuga, pero la naturaleza binaria de la operación daba a los circuitos un margen considerable contra el mal funcionamiento debido a la deriva. [4] Un ejemplo de computadora de "pulsos" (síncrona) fue la MIT Whirlwind . Las computadoras IAS ( ILLIAC y otras) utilizaban etapas lógicas asincrónicas de acoplamiento directo.
Las computadoras de tubo utilizaban principalmente triodos y pentodos como elementos de conmutación y amplificación. Al menos un tubo de compuerta especialmente diseñado tenía dos rejillas de control con características similares, lo que le permitió implementar directamente una compuerta AND de dos entradas . [4] A veces se utilizaban tiratrones , como para controlar dispositivos de E/S o para simplificar el diseño de pestillos y registros de retención. A menudo, las computadoras con tubos de vacío hacían un uso extensivo de diodos de estado sólido ("cristal") para realizar funciones lógicas AND y OR , y solo usaban tubos de vacío para amplificar señales entre etapas o para construir elementos como flip-flops, contadores y registros. . Los diodos de estado sólido redujeron el tamaño y el consumo de energía de toda la máquina.
La referencia de 1950 Dispositivos de computación de alta velocidad describe varias formas de almacenar números utilizando tecnología contemporánea, con el objetivo de minimizar la cantidad de (costosos) tubos de vacío ( elección óptima de base ). Los números se pueden almacenar como el estado de un contador en anillo compuesto por varios triodos . Los contadores de anillo grandes con r estados requerían 2 r triodos dispuestos como r flip-flops , como en los contadores decimales de ENIAC , [5] : 23–25 que utilizan 20 triodos por dígito decimal. Los contadores de anillo pequeños con r menos de aproximadamente 7 estados requieren r triodos. [6] : 22-23 Algunas computadoras de tubo posteriores aprovechan este hecho y usan 7 triodos por dígito decimal, usando decimal codificado biquinario (un contador de anillo de 5 estados y un contador de anillo de 2 estados).
Algunas computadoras de tubo, como la computadora Harwell Dekatron , utilizan un solo tubo Decatron por dígito decimal.
Los primeros sistemas utilizaban una variedad de tecnologías de memoria antes de decidirse finalmente por la memoria de núcleo magnético . La computadora Atanasoff-Berry de 1942 almacenaba valores numéricos como números binarios en un tambor mecánico giratorio, con un circuito especial para actualizar esta memoria "dinámica" en cada revolución. El ENIAC en tiempos de guerra podía almacenar 20 números, pero los registros de tubo de vacío utilizados eran demasiado costosos de construir para almacenar más de unos pocos números. Una computadora con programas almacenados estaba fuera de nuestro alcance hasta que se pudiera desarrollar una forma económica de memoria.
En 1944, J. Presper Eckert propuso utilizar una memoria de línea de retardo de mercurio en un sucesor del ENIAC que se convertiría en el EDVAC . Eckert había trabajado anteriormente con memoria de línea de retardo para el procesamiento de señales de radar. Maurice Wilkes construyó EDSAC en 1947, que tenía una memoria de línea de retardo de mercurio que podía almacenar 32 palabras de 17 bits cada una. Dado que la memoria de la línea de retardo estaba inherentemente organizada en serie, la lógica de la máquina también era de bits en serie. [7] Eckert y John Mauchly utilizaron la tecnología en el UNIVAC I de 1951 y recibieron una patente para la memoria de línea de retardo en 1953. Los bits en una línea de retardo se almacenan como ondas sonoras en el medio, que viajan a una velocidad constante. El UNIVAC I (1951) utilizó siete unidades de memoria, cada una de las cuales contenía 18 columnas de mercurio, almacenando 120 bits cada una. Esto proporcionó una memoria de 1.000 palabras de 12 caracteres con un tiempo de acceso promedio de 300 microsegundos. [8] Este subsistema de memoria formó su propia sala de paso.
Los tubos Williams fueron el primer dispositivo de memoria de acceso aleatorio verdadero . El tubo Williams muestra una cuadrícula de puntos en un tubo de rayos catódicos (CRT), creando una pequeña carga de electricidad estática sobre cada punto. La carga en la ubicación de cada uno de los puntos se lee mediante una fina lámina de metal situada justo delante de la pantalla. Frederic Calland Williams y Tom Kilburn solicitaron patentes para el tubo Williams en 1946. El tubo Williams era mucho más rápido que la línea de retardo, pero adolecía de problemas de confiabilidad. El UNIVAC 1103 utilizó 36 tubos Williams con una capacidad de 1.024 bits cada uno, dando una memoria de acceso aleatorio total de 1.024 palabras de 36 bits cada una. El tiempo de acceso a la memoria del tubo Williams en el IBM 701 fue de 30 microsegundos. [8]
La memoria de tambor magnético fue inventada en 1932 por Gustav Tauschek en Austria. [9] [10] Un tambor consistía en un gran cilindro metálico que giraba rápidamente y estaba recubierto con un material de grabación ferromagnético . La mayoría de los tambores tenían una o más filas de cabezales fijos de lectura y escritura a lo largo del eje longitudinal del tambor para cada pista. El controlador del tambor seleccionó el parche adecuado y esperó a que los datos aparecieran debajo mientras el tambor giraba. El IBM 650 tenía una memoria de tambor de 1.000 a 4.000 palabras de 10 dígitos con un tiempo de acceso medio de 2,5 milisegundos.
La memoria de núcleo magnético fue patentada por A Wang en 1951. El núcleo utiliza pequeños núcleos de anillos magnéticos, a través de los cuales se pasan cables para escribir y leer información. Cada núcleo representa un bit de información. Los núcleos se pueden magnetizar de dos maneras diferentes (en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj), y la broca almacenada en un núcleo es cero o uno dependiendo de la dirección de magnetización de ese núcleo. Los cables permiten configurar un núcleo individual en uno o cero y cambiar su magnetización enviando pulsos de corriente eléctrica apropiados a través de cables seleccionados. La memoria central ofrecía acceso aleatorio y mayor velocidad, además de una confiabilidad mucho mayor. Rápidamente se puso en uso en computadoras como MIT/IBM Whirlwind , donde se instalaron inicialmente 1.024 palabras de memoria de 16 bits en sustitución de los tubos Williams. Asimismo, el UNIVAC 1103 se actualizó al 1103A en 1956, y la memoria central reemplazó los tubos Williams. La memoria central utilizada en el 1103 tenía un tiempo de acceso de 10 microsegundos. [8]
La década de 1950 vio la evolución de la computadora electrónica de un proyecto de investigación a un producto comercial, con diseños comunes y múltiples copias realizadas, [11] iniciando así una nueva e importante industria. Las primeras máquinas comerciales utilizaban tubos de vacío y una variedad de tecnologías de memoria, que convergieron en el núcleo magnético a finales de la década.
Muchas de las primeras máquinas comerciales procedían de máquinas únicas y fueron diseñadas para realizar cálculos matemáticos rápidos necesarios con fines científicos, de ingeniería y militares. Pero algunos fueron diseñados para cargas de trabajo de procesamiento de datos generadas por el gran ecosistema de tarjetas perforadas existente . IBM, en particular, dividió sus computadoras en líneas científicas y comerciales, que compartían tecnología electrónica y periféricos, pero tenían arquitecturas y software de conjuntos de instrucciones completamente incompatibles. Esta práctica continuó en sus máquinas de segunda generación (transistorizadas), hasta la reunificación por el proyecto IBM System/360 . Ver serie IBM 700/7000
A continuación se muestra una lista de estas computadoras comerciales de primera generación.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )