Primera generación de computadoras

¿Qué es la primera generación de computadoras?

La primera generación de computadoras es la fase inicial en que se emplearon estas máquinas electrónicas, entre 1940 y 1956. Las computadoras utilizaban la tecnología de tubos de vacío tanto para el cálculo como para fines de almacenamiento y control.

Los tubos de vacío estaban hechos de vidrio y contenían un filamento en su interior. La evolución de la computadora comenzó a partir del siglo XVI hasta llegar a la forma en que se puede ver hoy. Sin embargo, la computadora actual también ha sufrido rápidos cambios durante los últimos 50 años.

Este período de evolución de la computadora se puede dividir en varias fases distintas, en función del tipo de circuitos de conmutación, conocidas como generaciones de computadoras.

Por tanto, las generaciones de computadoras son las diferentes etapas en la evolución de los circuitos electrónicos, hardware, software, lenguajes de programación y otros desarrollos tecnológicos.

Situación inicial de la primera generación de computadoras

Las primeras computadoras electrónicas se fabricaron durante la década de 1940. Desde entonces, se han producido una serie de avances radicales en la electrónica.

Estas computadoras eran tan grandes que ocupaban habitaciones enteras. Para hacer operaciones se basaban en el lenguaje de máquina, que era el lenguaje de programación de nivel más bajo que las computadoras entendían, y solo podían resolver un problema a la vez.

El tubo de vacío era un componente electrónico que tenía una eficiencia de trabajo muy inferior. Por tanto, no podía funcionar correctamente sin un gran sistema de enfriamiento para no dañarse.

El medio de entrada para las computadoras de primera generación se basaba en tarjetas perforadas, y la salida se mostraba en impresiones. A los operarios les llevaba días, o semanas, disponer el cableado para resolver un nuevo problema.

Origen e historia de la primera generación de computadoras

• Computadora. El matemático y físico John Atanasoff, buscando maneras de resolver ecuaciones automáticamente, se dedicó a aclarar sus pensamientos en 1937, anotando las características básicas de una máquina de computación electrónica. Esta máquina resolvía ecuaciones, aunque no se podía programar. Fue elaborada con el apoyo de Clifford Berry.
• La computación se vuelve electrónica. La Segunda Guerra Mundial actuó como partera del nacimiento de la computadora electrónica moderna. Las demandas militares de cálculos y los altos presupuestos de guerra estimularon la innovación. Las primeras computadoras electrónicas fueron máquinas construidas para tareas específicas. Configurarlas era engorroso y tomaba mucho tiempo. La primera computadora electrónica, llamada ENIAC, fue desclasificada al final de la Segunda Guerra Mundial, lo que provocó consultas de ingenieros de todo el mundo sobre cómo podrían construir una igual o mejor. El equipo que trabajó en ENIAC fue el primero en reconocer la importancia de tener el programa almacenado dentro de la computadora. Estas primeras máquinas generalmente se controlaban mediante un cableado que se conectaba a la placa base o mediante una serie de direcciones codificadas en cinta de papel. Así, aunque estas máquinas eran claramente programables, sus programas no se almacenaban internamente en la computadora.
• John von Neumann. Este matemático redactó un informe estableciendo el marco conceptual para las computadoras de programas almacenados. Incitó al IAS (Institute for Advanced Study) de no hacer solamente estudios teóricos, sino que pudiera llevarse a la práctica fabricando una computadora real.
• Escuela Moore. Esta escuela respondió en 1946 con una serie de conferencias. Los asistentes se enteraron de la ENIAC, las técnicas generales para construir computadoras y también la nueva idea de almacenar programas en la memoria, que nadie había hecho todavía. Uno de los asistentes, Maurice Wilkes, dirigió el equipo británico que construyó en 1949 la EDSAC en Cambridge. Por otro lado, Richard Snyder dirigió el equipo estadounidense que completó la EDVAC en la Escuela Moore. La computadora de programa almacenado desarrollada por von Neumann estuvo operativa en 1951. El IAS hizo que su diseño estuviera disponible gratuitamente. Esto propagó máquinas similares en todo el mundo.

Características de la primera generación de computadoras

– Resolver un problema a la vez. Las computadoras de primera generación se definían por el hecho de que las instrucciones de operación se hacían específicamente para realizar la tarea para la cual se iba a usar la computadora.

– Tecnología utilizada. Estas computadoras utilizaban tubos de vacío para los circuitos de la CPU y tambores magnéticos para el almacenamiento de datos, así como dispositivos de conmutación eléctrica. Como memoria principal se utilizaba una memoria de núcleo magnético. Los dispositivos de entrada eran cintas de papel o tarjetas perforadas.

– Velocidad de procesamiento. Las velocidades de la CPU eran sumamente bajas. Tenían un procesamiento lento, ineficiente y poco confiable debido a la baja precisión. Solo se podían realizar cálculos numéricos simples y directos.

– Costo. El funcionamiento de las computadoras era muy costoso. Las computadoras de esta generación eran de un tamaño muy grande, ocupando un espacio del tamaño de una habitación. Además, utilizaban una gran cantidad de electricidad, generando mucho calor, que causaba daños frecuentes.

– Lenguaje de programación. Estas computadoras recibían las instrucciones en lenguaje de máquina (0 y 1) o a través de señales eléctricas de encendido/apagado. No había lenguajes de programación. Posteriormente, se desarrolló el lenguaje ensamblador para utilizarse en las computadoras. Una vez que el mundo vio que un programa de computación estaba almacenado internamente fueron obvias las ventajas. Cada universidad, instituto de investigación y laboratorio quería una propia. Sin embargo, no había fabricantes de computadoras electrónicas comerciales con programas almacenados. Si se quería una, había que construirla. Muchas de estas primeras máquinas se basaban en diseños publicados. Otras se desarrollaban de forma independiente.

Software de la primera generación de computadoras

Para programar las primeras computadoras electrónicas se les daba las instrucciones en un lenguaje que pudieran entender fácilmente. Ese era el lenguaje de máquina, o binario.

Cualquier instrucción en este lenguaje se da en la forma de secuencias de 1 y 0. El símbolo 1 representa la presencia de un pulso eléctrico y el 0 representa la ausencia de pulso eléctrico. Una cadena de 1 y 0, tal como 11101101, tiene un significado específico para la computadora, a pesar de que parezca un número binario.

Escribir programas en lenguaje de máquina era muy engorroso, por lo cual solo era realizado por expertos. Todas las instrucciones y datos se enviaban a la computadora en forma numérica binaria.

• Programación de bajo nivel. Estas máquinas estaban destinadas a operaciones de bajo nivel. Los sistemas solo podían resolver un problema a la vez. No existía el lenguaje ensamblador ni tampoco el software del sistema operativo. Por tanto, la interfaz con las computadoras de primera generación se realizaba mediante los paneles de conexión y el lenguaje de máquina. Los técnicos cableaban los circuitos eléctricos conectando numerosos cables a los enchufes. Luego se metían en tarjetas perforadas específicas y se esperaba durante horas algún tipo de cálculo mientras se confiaba también que cada uno de los miles de tubos de vacío no se dañara durante el proceso, para no tener que volver a pasar por este procedimiento. El trabajo de la computadora se realizaba en lotes, por lo que en la década de 1950 el sistema operativo se llamaba sistema de procesamiento por lotes.
• Programa almacenado internamente. Las primeras computadoras compaginaban los cálculos con una gran velocidad, pero solo después de haberse realizado un cuidadoso proceso de configuración de los programas. Nadie sabe a quién se le ocurrió la solución innovadora de almacenar en la memoria de la computadora las instrucciones que le indican qué hacer. Fue el nacimiento del software, utilizado desde entonces por todas las computadoras. La máquina experimental Manchester fue la primera computadora en ejecutar un programa desde la memoria. Cincuenta y dos minutos fue el tiempo que esta computadora utilizó para ejecutar un programa de 17 instrucciones. Así, en 1948 había nacido la computadora de programa almacenado.

Hardware de la primera generación de computadoras

Además de tener miles de resistencias y condensadores, las computadoras de primera generación usaban hasta más de 18.000 tubos de vacío, lo que significaba que las instalaciones de computación ocupaban habitaciones enteras.

• Tubos de vacío. La principal pieza tecnológica para las computadoras de primera generación fue el tubo de vacío. Desde 1940 hasta 1956, los tubos de vacío se utilizaron ampliamente en las computadoras, dando como resultado la primera generación de computadoras. Utilizaban tubos de vacío para los fines de amplificación y conmutación de la señal. Estaban hechos de receptáculos de vidrio que estaban sellados, del tamaño de bombillas. El vidrio sellado permitía que la corriente fluyera de forma inalámbrica desde los filamentos a las placas de metal. El tubo de vacío fue inventado en 1906 por Lee De Forest. Esta tecnología fue fundamental durante la primera mitad del siglo XX, ya que se utilizaba para fabricar televisores, radares, máquinas de rayos X y una amplia variedad de otros dispositivos electrónicos. Los tubos de vacío comenzaban y terminaban los circuitos al encenderse y apagarse, cuando se conectaban o se desconectaban.
• Medios de entrada y salida. La entrada y salida se realizaba utilizando tarjetas perforadas, tambores magnéticos, máquinas de escribir y lectores de tarjetas perforadas. Inicialmente, los técnicos perforaban manualmente las tarjetas con agujeros. Esto se hizo más tarde usando computadoras. Para imprimir los informes se utilizaban máquinas de escribir electrónicas, programadas para escribir en una cinta de papel o un lector de tarjetas perforadas.

Ejemplos de computadoras de la primera generación

• ENIAC. La primera computadora electrónica operativa de propósito general, llamada ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), se construyó entre 1943 y 1945. Usaba 18.000 tubos de vacío y 70.000 resistencias. Fue la primera computadora a gran escala que funcionaba electrónicamente, sin ser frenada por ningún componente mecánico. Pesaba 30 toneladas. Tenía unos 30 metros de largo y se requería un gran espacio para instalarla. Podía calcular a razón de 1.900 sumas por segundo. Se programaba con un cableado que se enchufaba a la placa base. Era 1.000 veces más rápida que las computadoras electromecánicas anteriores, aunque un poco lenta cuando se intentaba reprogramarla. Fue diseñada y construida en la Escuela de Ingeniería Moore de la Universidad de Pensilvania por los ingenieros John Mauchly y Presper Eckert. La ENIAC se utilizó para realizar cálculos relacionados con la guerra, como los cálculos para ayudar en la construcción de la bomba atómica. También para predicciones meteorológicas.
• EDSAC. Fue desarrollada en Gran Bretaña. Se convirtió en 1949 en la primera computadora de programa almacenado que no era experimental. Utilizaba una memoria de líneas de retardo de mercurio, que proporcionaron memoria a muchas computadoras de primera generación.
• Modelo piloto ACE. Esta máquina fue completada por Alan Turing en Gran Bretaña en 1950. Aunque se construyó como una computadora de prueba, estuvo operando normalmente durante cinco años.
• UNIVAC. UNIVAC (Computadora Automática Universal) fue la primera computadora diseñada para un uso comercial y no militar. Entregada en 1951 a un cliente comercial, la oficina del censo de Estados Unidos, para contar la población general. Podía ejecutar diez veces más sumas por segundo que la ENIAC. En dólares actuales, costaba $4.996.000. Más tarde se usó para manejar nóminas, registros, e incluso para predecir los resultados de las elecciones presidenciales en 1952. A diferencia de los 18.000 tubos de vacío en ENIAC, UNIVAC I usaba algo más de 5.000 tubos de vacío. También era la mitad del tamaño de su predecesora, vendiéndose casi 50 unidades.

Ventajas y desventajas de la primera generación de computadoras

Ventajas

• Tubo de vacío. Esta tecnología hizo posible la fabricación de las computadoras electrónicas digitales. Los tubos de vacío eran los únicos dispositivos electrónicos disponibles durante esos días, que hicieron posible la informática.
• Rapidez. Estas computadoras fueron los dispositivos informáticos más rápidos de su tiempo. Tenían la capacidad de calcular datos en milisegundos.
• Ejecución de operaciones. Podían ejecutar problemas matemáticos complejos de manera eficiente.

Desventajas

• Tamaño. Las computadoras eran muy grandes. Pesaban unas 30 toneladas. Por tanto, no eran para nada portátiles.
• Daños. Se basaban en tubos de vacío, que se dañaban rápidamente. La computadora se recalentaba muy rápido debido a los miles de tubos de vacío. Por tanto, se necesitaba un gran sistema de enfriamiento. Se quemaba fácilmente el metal emisor de electrones en los tubos de vacío.
• Bajo almacenaje. Podían almacenar una pequeña cantidad de información. Se usaban tambores magnéticos, que proporcionaban muy poco almacenamiento de datos.
• Costosa. Tenían un uso comercial limitado, porque su producción comercial era muy costosa.
• Poco eficiente. La eficiencia del trabajo era poca. Los cálculos se realizaban a muy baja velocidad.
• Programación. Se utilizaban tarjetas perforadas para la entrada. Tenían capacidades de programación muy limitadas. Solo se podía utilizar el lenguaje de máquina.
• Mucha energía. Requerían una gran cantidad de consumo de energía.
• No eran muy confiables. Se requería un mantenimiento constante, además de que funcionaban de forma muy defectuosa.

Referencias

1. The Generations of Computers since 1940 to Present. Kenyaplex. Recuperado de kenyaplex.com.
2. Generations, Computers. Recuperado de encyclopedia.com.
3. The First Generation. Recuperado de computerhistory.org.
4. Generation of Computer and their Features. Recuperado de kullabs.com.
5. Five Generations of Computers. Recuperado de byte-notes.com.