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HISTORIA DE LA COMPUTADORA

La computadora u ordenador es un invento que ha marcado un hito en la historia de la humanidad comparable con la rueda o el descubrimiento del fuego. Se trata de un ingenio capaz de ejecutar operaciones matemáticas y lógicas a una velocidad sorprendente. En CurioSfera.com te explicamos la historia de la

computadora y su

origen. También descubrirás quién inventó la

computadora y muchos más detalles, curiosidades y anécdotas.

Origen de la computadora Antes de conocer el origen de las computadoras debes saber que el mundo de los cálculos matemáticos y del manejo ágil de la información ha sido una preocupación fundamental para el ser humano desde hace muchísimos años. Es cierto que hace ya un par de siglos existían ciertos artefactos o máquinas mecánicas que eran capaces de realizar cálculos simples, pero fue en el siglo XX cuando la electrónica causa un auténtica revolución en estos ingenios. También es verdad que la invención de la máquina calculadora fue en 1645 por parte del francés Blaise Pascal (1623-1662) agilizaba las operaciones aritméticas complejas, pero aquello no resultaba suficiente. Siempre se sintió la necesidad de que la mano fuera tan rápida como el pensamiento, y es que la imaginación del hombre ha ido siempre por delante de sus posibilidades técnicas, al menos hasta mediados del siglo XX. El antecedente de la computadora más antiguo lo encontramos en el ábaco. Pero esto solo es el principio.

Las primeras máquinas de computar Los primeros ábacos, que muchas cronologías sitúan en 2500 a.C., consistían en una serie de piedras que se colocaban en hileras paralelas en el suelo y se movían de derecha a izquierda (los egipcios), o de izquierda a derecha (los griegos), para contar, sumar, restar y multiplicar. Instrumentos parecidos al ábaco aparecen en Babilonia y China en los años 1000 y 500 a.de C., pero aún son nada más que tablas de contar. Más parecido era el tablero de Salamis, encontrado en 1846 en la isla del mismo nombre y que se cree que fue usado por los babilonios en tomo al 300 a.de C. Leonardo de Pisa Fibonacci, inventor de la secuencia de Fibonacci, es el primero en usar la expresión abacus en su obra Líber Abad, de 1202, y durante mucho tiempo, ábaco y aritmética fueron equivalentes. El nombre, en griego, significa “tabla”, y probablemente procede del semita aqab, polvo o arena. Sin embargo, el ábaco, tal como lo conocemos nosotros, formado por una serie de cuentas que se deslizan sobre cuerdas o alambres, se populariza en China en torno a 1300, durante la dinastía Yuan. Entre 1610 y 1617 John Napier, estudioso del Apocalipsis e inventor de los logaritmos, desarrolla un sistema para calcular mediante varillas colocadas sobre un tablero, también llamadas huesos de Napier, precursoras de la regla de cálculo, que se inventa entre 1620-1630. Probablemente fue el matemático inglés William Oughtred, amigo de Napier, quien hacia 1621 desarrolló este instrumento, tanto en su versión rectilínea como circular. En 1624, el matemático alemán Wílhelm Schickard construye la primera calculadora mecánica a partir de los huesos de Napier, veinte años antes que Pascal. Se usa para cálculos astronómicos. En 1645, el matemático y físico francés Blaise Pascal construye la segunda calculadora mecánica de la historia, la Pascalina. Estuvo tres años construyendo la máquina, que sólo podía sumar y restar, para ayudar a su padre, que trabajaba en Hacienda.

Los inicios de la computación En 1670, Wilhelm Leibnitz inventa el sistema binario y descubre muchos de los aspectos matemáticos que se utilizarán en la computación moderna, se anticipa a Touring y diseña una máquina de calcular, la Stepped Reckoner, que realiza la cuatro operaciones básicas. En 1800, el matemático francés Joseph Jacquard desarrolla un sistema de tarjetas perforadas para controlar el dibujo formado en un telar. Estamos en plena revolución de la industria textil y según los agujeros de la tarjeta, la máquina actúa de una manera u otra. Presentó su proyecto en Lyon en 1805. En 1822, Charles Babbage presenta su proyecto de la máquina diferencial para evaluar polinomios en la Royal Astronomical Society. Babbage fue la primera persona en concebir un ordenador, pero nunca acabó de construir la máquina. En 1835, Babbage presenta una máquina analítica basada en el funcionamiento del telar de tarjetas perforadas de Jacquard, pero aunque trabajó en el proyecto entre 1833 y 1842, nunca consiguió acabarlo, como le pasó con la máquina diferencial. En 1855, el sueco Georg Scheutz construye con éxito una máquina diferencial, basada en el diseño de Babbage, que el Gobierno británico compra para su Oficina General del Registro en 1859, aunque finalmente, la falta de fondos frustró el proyecto. En 1859, el matemático y filósofo ingles George Boole publica su obra Ecuaciones Diferenciales y sienta las bases de la denominada álgebra booleana, una de las bases de la Ciencia Computacional. En 1885, Hermán Hollerith construye la máquina censadora o tabuladora, que por medio de tarjetas perforadas reducía el tiempo al realizar el censo. Es considerado el primer informático. En 1893, Leonardo Torres Quevedo presenta su Memoria sobre las máquinas algebraicas y al año siguiente presenta la primera máquina construida por él. Este ingeniero y matemático español construyó el primer transbordador aéreo que cruza las cataratas del Niágara, el Spanish Aerocar.

Historia de la computadora siglo XIX Se puede considerar que el pionero en esta lucha contra la limitación material y la capacidad espiritual fue el matemático y científico británico Charles Babbage (1791-1871). Fue él quien primero vio la posibilidad, en 1823, de crear una máquina que hiciera

posible

operaciones

matemáticas que el hombre no podría realizar a lo largo de una vida por existir. Eran cálculos matemáticos de tal

complejidad

que

no

pueden

emprenderse ya que nadie vive lo suficiente para verlos acabados. Babbage convenció al gobierno inglés para que financiara su “ingenio analítico” capaz de solucionar todo tipo de cálculos. (Tal vez te interese: La historia de los números). Los esfuerzos de Babbage se unieron a los de Herman Hollerith (1860-1929) que estaba confeccionando el censo de Estados Unidos y tenía el problema de que apenas había terminado el censo de un ciclo temporal ya tenía que comenzar el próximo, dada la cantidad de tiempo que llevaban los cálculos y tabulaciones. Herman Hollerith fue la persona que introdujo

las

tarjetas perforadas

primeras para

almacenar

información. Con este revolucionarios sistema para la época, consiguió reducir el tiempo a la mitad. Como curiosidad, existió una especie de computadora que funcionó a vapor. El programa de operaciones se almacenaba en una cinta perforada, método que todavía se seguía empleando en los años sesenta.

La idea procedía del sistema de cartulinas perforadas utilizado en el año 1801 por Joseph Marie Jacquard (1752-1834) para hacer que los telares urdiesen complicados tejidos.

Pero el primer ordenador nunca llegó a completarse; de cualquier forma, si hubiera sido desarrollado del todo no hubiera dado resultados ya

que

suficiente:

no

existía

tecnología

funcionaba

con

palancas, bielas, ruedas dentadas, engranajes pesado y lentos que no permitían realizar cálculos rápidos. Solo los electrones, cuya velocidad se aproxima a la de la luz, podrían llevar a cabo los sueños del padre del ordenador. Al finalizar, es posible que también te interese conocer quién inventó el teléfono.

Historia de la computadora siglo XX El primer esbozo de un computador moderno lo acometió en 1930 el ingeniero alemán Konrad Zuse (1910-1995). Construyó una calculadora que ya operaba según el modo binario: la Z1. Con aquel ingenio se podía realizar una multiplicación compleja en tres segundos. Primera computadora moderna: la Z1 de Konrad Zuse En 1940 propuso al gobierno alemán financiar su desarrollo, crear una máquina de pensar y resolver de forma rápida cualquier problema, pero Adolf Hitler no le hizo caso. Se considera que en 1942 John Vincent Atanassoff inventó la primera computadora digital. Por tanto, no si gran polémica y disputas, se considera al ingeniero electrónico estadounidense John Vincent Atanassoff (1903-1955) el

inventor de la computadora. Pero de ello hablamos con detalle un poco más abajo. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial los especialistas ingleses en cálculo buscaban la forma de decodificar los mensajes secretos alemanes y encargaron el asunto al húngaro Alan Mathison Turing (1912-1954) inventor de una máquina de calcular que lleva su nombre. La primera computadora se ensambló en 1943 en Bletchley, nos

referimos

al

electromecánico

computador llamado

Colossus. El enorme aparato podía tratar cinco mil caracteres por segundo, para lo que requería de más de dos mil lámparas. Esta máquina podía descifrar los mensajes

de

la

inteligencia

alemana, pero no era exactamente un ordenador. Al tiempo que Turing trabajaba en Londres, Estados Unidos buscaba la forma de poner al día la máquina de Babbage. En 1944 el ingeniero Howard H.Aiken (1900-1973) daba a conocer su máquina: el Harvard Mark 1, financiada por IBM y se mejoró la calculadora de Babbage. Paso importantísimo fue dado en 1946 con el computador electrónico ENIAC

o

Electronic

Numerical

Integrator and Computer de John Presper Eckert (1919-1995) y John William Mauchly (1907-1980). El invento se debió al encargo hecho a los científicos citados por el ejército norteamericano necesitado de una máquina rápida para calcular la trayectoria de los proyectiles. Como curiosidad, decir que aquel aparato era inmenso: pesaba 30 toneladas que ocupaban una superficie de 170 m2. Su cableado tenía varios kilómetros y

utilizaba 18.000 válvulas de radio (ver historia de la radio), que consumían gran cantidad de electricidad. Pero se calentaban tanto y tan deprisa que su refrigeración suponía un problema adicional. A pesar de todo, el armatoste tenía una capacidad de proceso mil veces inferior a la de un ordenador personal o PC de los años noventa, y no podía almacenar ni la milésima parte de información.

Pero la llegada e introducción de la electrónica hizo posible contar con un factor nuevo de capital importancia: la velocidad operativa. Un paso importantísimo dentro de la historia de la computadora y su evolución. El ordenador con programación almacenada nacería hacia 1948; lo lanzó IBM con una revolucionaria idea fruto de las investigaciones de John von Neumann (1903-1957) de la Universidad de Princeton, en New Jersey. La presentación de esta primera computadora electrónica de la Historia tuvo lugar en Nueva York, el 24 de enero de 1948: el modelo IBM SSEC, dotado de 13.500 lámparas al vacío y 21.000 relés. Consistiendo su primera prueba en sumar 3.500 números de 14 cifras decimales cada uno, en un solo segundo. Pero la computadora moderna solo fue posible con la invención del transistor en 1947. El término fue idea de Maurice Perret, científico francés a quien en 1955 pidió consejo un alto cargo de IBM sobre cómo llamar a aquellas nuevas máquinas.

Propuso el de computadora u ordenador, término que procedía de la Teología, donde figura como uno de los adjetivos que se aplicaban a Dios “Ordenador del mundo”. A principio de los años 60 los chips, microchips y circuitos integrados entraban en escena. Disminuyendo el tamaño de las computadoras y aumentando su potencia sensiblemente.

La década de 1970 fue la de las supercomputadoras o superordenadores, máquinas pensantes que en los años ochenta ya habían llegado a una gran perfección. El ETA 10 (1987) podía realizar 10.000 millones de operaciones por segundo. Poco tiempo después, en 1988, la empresa Cray creó la Y-MP creaba un supercomputador que costaba veinte millones de dólares y utilizaba tecnología de alta densidad y un sistema de refrigeración muy eficiente. El mundo de las computadoras es todavía un universo en expansión al que no se le ve límite porque su complejidad y posibilidades son infinitas. Prueba de ellos es que desde hace muchos años se viene cumpliendo la denominada Ley de Moore, una teoría que indica que aproximadamente cada dos

años

se

consigue

microprocesador.

duplicar

el

número

de

transistores

en

un

Quién inventó la computadora Lo cierto es que es muy complejo atribuir a una única persona el descubrimiento o la invención de las computadoras. Para muchos expertos, son diversas las personas que contribuyeron con sus creaciones, ideas y conocimientos para que este ingenio viese la luz. Muchos investigadores concentraron sus esfuerzos en el diseño de una máquina de cálculo digital. Pero si existe una persona a la que se le puede atribuir el primer prototipo de computadora al ingeniero electrónico y físico Estadounidense de origen Búlgaro John Vincent Atanassoff, nacido en New York el 4 de Octubre del año 1903. Atanassoff realizó diversos estudios y experimentos sobre la realización de cálculos matemáticos mediante aparatos o máquinas analógicas, ya que no había otra alternativa en su tiempo. Según palabras de Atanassoff, estos ingenios eran muy imprecisos y lentos. Por este motivo, era necesario la invención de una máquina de cálculo mucho más eficiente, veloz y fiable que las que existían. No dudó en ponerse manos a la obra y en 1933 comenzó un laborioso proceso de desarrollo e investigación sobre el tema. El objetivo final no era otro que conseguir lo que se conoce hoy en día como el primer computador u ordenador digital. Con

la

ayuda,

colaboración

y

asistencia

del

ingeniero

eléctrico

estadounidense Clifford Berry (1918-1963), enfocaron sus esfuerzos en cuatro pilares o conceptos: 1. Electrónica para los componentes operativos 2. Sistema binario para la realización de cálculos 3. Condensadores para el almacenamiento de datos 4. Sistema lógico para la realización de cálculos.

Tras unos pocos años, en 1942 se presentó

el

primer

prototipo

de

computadora. Le pusieron el nombre de ABC (acrónimo de Antanassoff-Berry Computers).

Dicho

artefacto

considerado

como

la

es

primera

computadora digital del mundo. Como curiosidad, decir que Antanassoff cometió el error de no patentar su invento al momento. Esto provocó que Jhon Mauchly (1907-1980) intentara adelantarse y les llevara a ambos a un extenso proceso judicial. Finalmente, en el año 1972, se le otorgó el mérito de ser el padre de la computadora a Antanassoff.

Historia del ordenador personal y su inventor Un ordenador es una máquina que procesa y almacena datos según determinadas instrucciones. Aunque los ábacos o las calculadoras mecánicas podrían entrar dentro de esta categoría, se consideran ordenadores aquellos aparatos que se pusieron a funcionar a mediados del siglo XX. Eran máquinas gigantes destinadas a trabajos

muy

específicas

y

que

consumían unas cantidades enormes de energía. Pero, como ocurre con todo, poco a poco se fueron mejorando los diseños y la tecnología, y aquellos monstruos se fueron convirtiendo en más y más pequeños. Sin embargo, en aquel tiempo a nadie le pasaba por la cabeza tener un ordenador en casa. Simplemente, no veían ninguna utilidad. Los ordenadores, que también se llamaban computadoras o, incluso, cerebros electrónicos, eran útiles para los científicos, que hacían cosas muy complicadas, o para enviar una nave a la Luna, o quizás tenía aplicaciones militares, para decodificar mensajes cifrados del enemigo. ¿Pero en casa?

De hecho, el concepto de ordenador personal no apareció hasta 1964, cuando, en un artículo en la revista New Scientist, Arthur L. Samuel escribió: “hasta que no sea viable obtener una educación en casa a través de nuestro ordenador personal, la naturaleza humana no habrá cambiado.”

En aquel tiempo se estaban empezando a aplicar los circuitos integrados que darían lugar a una nueva generación de ordenadores, y en los años setenta aparecieron

unos

microordenadores

que había que conectar a la pantalla del televisor y que servían básicamente para jugar. Los juegos eran muy sencillos vistos desde la perspectiva actual, pero aquellas máquinas tuvieron dos efectos: se perdió el miedo de los ordenadores y apareció una generación de jóvenes a los que les interesaba la informática. Todo ello permitió que en 1981 IBM hiciera historia con su primer PC. De hecho, el éxito fue tan grande que el término ordenador personal pasó a querer decir “ordenador compatible con un IBM”. En realidad, los ordenadores Apple habían triunfado un poco antes con un ordenador, el Apple II, que fue un gran éxito en Estados Unidos. IBM tuvo la vista de copiar las características de la Apple, pero con un sistema de ventas y promoción más efectivo.

En pocos años las empresas se llenaron de ordenadores,

que

permitían

hacer

automáticamente mucha del trabajo que se hacía a mano. La diferencia principal con los grandes ordenadores militares o científicos era que estas nuevas máquinas no servían para nada en concreto y servían para todo en general. Los ordenadores de los cohetes Apolo podían llevar una nave hasta la Luna calculando la trayectoria, la velocidad o la aceleración, pero no servían para nada

más. En cambio, los ordenadores personales estaban a tu disposición preparados para funcionar según los programas que pusieras. Esta versatilidad hacía que el mismo ordenador el utiliza el niño para jugar, el empresario para controlar pedidos, el escritor para escribir una novela o el científico para hacer sus cálculos.

El Ordenador accionado por voz El primer ordenador capaz de comprender mensajes orales y responder con una voz sintética, diseñado por los norteamericanos B. Martins y R. B. Cox en 1973, fue realizado dos años más tarde, en 1975, por la firma británica E.M.I.Threshold. Las vibraciones que constituyen la voz humana pueden descomponerse en varias sinusoides, aplicando las transformadas de Fourier; a continuación, mediante un sistema de filtros, se miden la frecuencia y la energía de cada punto de la sinusoide y se traducen a lenguaje binario. Cada punto corresponde a una serie de señales (1 y 0) que reflejan la presencia o la ausencia de 32 características fonéticas agrupadas en cinco familias, conforme a los principios de la lingüística: vocales, consonantes, pausas largas, pausas cortas e implosivas. El ordenador equipado con este sistema de análisis incluye una memoria con 220 palabras de la lengua de que se trate. Cada palabra se descompone a continuación en 16 intervalos iguales, lo que corresponde a 16 x 32 = 512 bits. Para aprender a identificar la voz y la elocución de su usuario, el ordenador graba la misma palabra diez veces seguidas y de ello extrae una media normativa que le permite identificar las palabras pronunciadas (por supuesto, dentro de un vocabulario limitado), aunque la voz del usuario varíe de tonalidad o de cadencia. Los registros medios de cada palabra quedan grabados en un casete y la máquina puede utilizarlas a su vez para emitir las respuestas. Este sistema, que fue estudiado en Francia (donde no despertó ningún interés por parte de las firmas comerciales), ha experimentado desde entonces un notable desarrollo y constituye uno de los principales rasgos de la nueva generación de ordenadores.

El Microordenador La aparición del microordenador es fruto, esencialmente, de la concurrencia de dos factores: la invención del microprocesador y la irritación que las dificultades de acceso a los grandes ordenadores producía en los aficionados a la informática. En 1974 apareció el primer prototipo, diseñado por David Ahl, un empleado de la D.E.C., segunda firma mundial de ordenadores después de I.B.M. El aparato tenía el tamaño de un gran televisor (de hecho, incluía una pantalla de televisión) conectado a un teclado. Ahí lo presentó a la D.E.C., donde no despertó el más mínimo interés. Al año siguiente, Steve Wozniak concibió independientemente un nuevo prototipo, pero tampoco tuvo éxito. Hicieron falta nueve años para que este invento consiguiera imponerse.

HISTORIA BASICA DE LA ELECTRONICA

Hoy en día tenemos a nuestro alcance instrumentos y dispositivos que han modificado sustancialmente los hábitos y costumbres de la vida cotidiana, cuyo funcionamiento se rige por las leyes de la electrónica: teléfonos móviles, ordenadores, televisores, equipos de audio, etc. Con la excepción de algunos equipos de sonido, todos ellos están fabricados con circuitos integrados, que a su vez, están compuestos por miles de millones de transistores. Pero esto no siempre ha sido así, antes de la invención del transistor también había multitud de equipos que utilizaban las propiedades de los electrones para funcionar y cumplir determinadas tareas. En este artículo repaso el mundo de la electrónica antes del transistor, centrándome principalmente en los dispositivos que posibilitaron aplicaciones tan decisivas como la radio, la televisión o el radar. Un viaje que recorrerá un período comprendido entre finales del siglo XIX y mediados del XX.

1. La era pre-electrónica Podemos definir la electrónica como la rama de la física que estudia el comportamiento de los electrones y de los dispositivos que se construyen utilizando las propiedades de conducción de estos; desde esta perspectiva, la electrónica como tal nació con el descubrimiento del electrón (partícula de la que toma su nombre) debido a Joseph J. Thompson (1856-1940) en 1897. No obstante, con anterioridad a esa fecha hubo descubrimientos científicos e invenciones que pueden catalogarse como específicamente electrónicos, el más directamente relacionado con el objeto de este artículo es el conocido como “Efecto Edison”, descubierto por Thomas A. Edison en 1883. Lo que descubrió fue que la corriente eléctrica no necesita cables para poder circular, ya que los portadores de carga pueden moverse a través de un gas o del vacío. Ese fenómeno no tuvo explicación hasta comienzos del siglo XX, cuando el físico británico Owen W. Richardson (1879-1959) lo analizó y describió en profundidad; desde entonces se denomina emisión termoiónica. Como dato complementario,

hay que decir que el efecto Edison es la única contribución del inventor a la ciencia propiamente dicha, ya que Edison no fue un científico en sentido estricto.

2. Los primeros dispositivos electrónicos: las válvulas de vacío Se puede decir que la electrónica comienza con la válvula de vacío, un dispositivo que es lo que su nombre indica: un tubo de vidrio dentro del que se ha hecho el vacío; al poner en sus extremos contactos eléctricos y bajo ciertas condiciones de trabajo, se puede obtener una corriente eléctrica. La invención de la válvula se debió a John. A. Fleming (1849-1945). Fleming fue asesor de la compañía que fundó Gugliemo Marconi dedicada a las comunicaciones de radio (Marconi’s Wireless Telegraph Co.) y en 1901 diseñó junto al científico italiano el transmisor que instalado en Poldhu (Cornualles, Gran Bretaña), posibilitó que una señal de radio atravesara el océano Atlántico por primera vez en la historia. Con posterioridad, Fleming trabajó en el campo de los receptores de ondas de radio; fruto de esa actividad, en 1904 obtuvo una patente en Estados Unidos (US 803684) para un nuevo tipo de detector, que Fleming denominó “thermionic valve” (válvula termoiónica) también conocido como diodo o válvula de vacío. En ese dispositivo, la corriente circula exclusivamente en una dirección, lo que es crítico para el correcto funcionamiento de los detectores de ondas de radio, que debían convertir corriente alterna en continua. De este modo, el dispositivo de Fleming encontró aplicación práctica inmediata en la incipiente industria de la radio que se desarrollaba por aquellos años.

Un año clave en la historia de la electrónica fue 1907, ya que fue entonces cuando Lee De Forest (1873-1961) patentó (US 879532) el primer dispositivo que era capaz de amplificar una señal electrónica, dispositivo que él llamó audión y que hoy conocemos como triodo de vacío. Su dispositivo no solo forzaba la corriente en una única dirección, como en el diodo de Fleming, si no que podía amplificarse su valor durante su recorrido por el tubo; para lograrlo, De Forest instalo una rejilla metálica en medio del tubo. Mediante una pequeña corriente aplicada a esta rejilla, De Forest logró controlar el flujo de la corriente entre los contactos de los extremos, mucho más intensa que la primera. Esa posibilidad de transformar corrientes débiles en corrientes elevadas fue crucial para nuevas aplicaciones hasta ese momento no imaginadas. De hecho, los Bell Labs hicieron uso de esos dispositivos para sus sistemas de comunicación de costa a costa de los EEUU, inauguradas en 1914; además el triodo encontró aplicación en dispositivos tan dispares como audífonos, radios y televisiones. A raíz de su invención, se considera a Lee de Forest como el padre de la electrónica.

Como curiosidad, cabe decir que hoy en día todavía se fabrican y utilizan válvulas de vacío, principalmente para equipos de alta fidelidad. Este interesantísmo vídeo muestra el trabajo artesanal de obtención de una de ellas:

3. La tímida aparición de los semiconductores En la década de los años 30 y 40, los tubos de vacío representaban el máximo desarrollo en los equipos de radio y de teléfono. En algunas ocasiones, se habían

intentado sustituir por cristales de semiconductores, pero eran tan imprevisibles en su funcionamiento, que casi era un milagro que trabajaran correctamente; los tubos de vacío eran simples y funcionaban siempre y la mayoría de los científicos consideraban que el futuro de la radio y de las comunicaciones telefónicas pasaba por mejorar estos dispositivos. Sin embargo, un científico de los Bell Labs, Russell Ohl (1898-1987), no creía en las excelencias de los tubos de vacío y se dedicó de lleno al estudio de las propiedades de los semiconductores, teniendo que pelearse de vez en cuando con sus jefes para que le dejaran continuar. Los cristales semiconductores de silicio fabricados en aquellos años mostraban un comportamiento errático e irreproducible, pero Ohl creía que se debía a la presencia de impurezas no controladas y no a un problema inherente al propio semiconductor. Pensó, de manera premonitoria, que si se purificaba bien el silicio, los semiconductores proporcionarían las propiedades que todos estaban buscando para mejorar las comunicaciones telefónicas. Los trabajos de Ohl abrieron en los Bell Labs la idea de que los cristales de semiconductores podían llegar a sustituir a las válvulas de vacío. Pero para que esas ideas cristalizaran, quedaba más de una década, durante la que las válvulas siguieron dominando la electrónica de los instrumentos que la Segunda Guerra Mundial (en lo que sigue, II GM) impulsaría decisivamente: el radar y las primeras calculadoras electrónicas. Sobre el radar de esos años escribiré un texto en otra ocasión; en el siguiente apartado analizaré una de las grandes computadoras construida con válvulas de vacío.

4. Los inicios de la computación: los monstruos de válvulas (ENIAC) Con la válvula de vacío en todas sus variantes (triodos, pentodos, etc.) se podían realizar todas las funciones electrónicas imaginables. Sin embargo, las limitaciones del dispositivo eran también bastante claras en cuanto a su tamaño, consumo de energía, tiempo de vida medio y fiabilidad. Uno de los puntos claves a eliminar era el filamento, que al estar necesariamente incandescente producía dos efectos negativos: un consumo de potencia excesivo y un calentamiento que disminuía la fiabilidad, volviendo al dispositivo frágil. Estas limitaciones se

pusieron claramente de manifiesto con los intentos de realizar computadores numéricos, como veremos a continuación. Inicialmente motivado por las necesidades militares impuestas por la II GM, el ejército de los Estados Unidos promovió en 1943 la construcción de una máquina capaz de calcular con precisión las trayectorias de los proyectiles de artillería. Fruto de esos trabajos nació ENIAC, acrónimo de “Electronic Numerical Integrator And Computer” (Computador e Integrador Numérico Electrónico), que fue el primer ordenador de propósito general, aunque no se terminó de construir hasta 1946. Era bastante similar a la computadora Colossus, utilizada por los británicos durante la guerra para descifrar el código de comunicaciones del ejército alemán, la máquina Enigma.

La ENIAC representa el máximo apogeo de los instrumentos construidos con válvulas y también puso en evidencia sus grandes limitaciones. Fue construida en la Universidad de Pensilvania, podía realizar cerca de 5000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo y era un verdadero monstruo: ocupaba una superficie de 167 m², pesaba 27 Toneladas, medía 2,4 m x 1 m x 30 m. Su estructura estaba integrada por 17.500 tubos de vacío, 7.200 diodos, 1.500 relés, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores y cinco millones de soldaduras. Cuando funcionaba, requería la operación manual de unos 6.000 interruptores, consumía 160 kW, elevaba la temperatura del local donde estaba instalada a 50 °C y presentaba una tasa de fallos muy elevada, debido al funcionamiento inherente a las válvulas. Finalmente, ENIAC fue desactivada en 1955.

5. Lo que vino después: el transistor El sistema teóricamente más simple de controlar la corriente en un material semiconductor, de un modo parecido a como se hace en una válvula de vacío, es el denominado efecto campo. Mediante una estructura metal-aislantesemiconductor, la corriente longitudinal que circula por el semiconductor puede ser controlada por un campo eléctrico transversal producido desde el metal. Basándose en este efecto, el científico ucraniano Julius E. Lilienfeld (1882-1963; en el año de su nacimiento, su ciudad natal, Lvov, pertenecía al Imperio AustroHúngaro) propuso y patentó en 1930 un dispositivo basado en este efecto. Sin embargo nunca lo pudo realizar prácticamente:

Patente de Lilienfeld de 1930, con el esquema de un transistor de efecto campo. Tendrían que pasar 30 años hasta que la tecnología microelectrónica alcanzara un grado de madurez suficiente como para construir un dispositivo basado en esa idea; dicho dispositivo se denomina MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Ya antes de la II GM en los Laboratorios Bell se investigaba en esta dirección, tratando de llevar a la práctica las ideas de Lilienfeld. Sin embargo todos los intentos resultaron infructuosos debido a que, en esos años, el conocimiento de la física de los semiconductores era incompleto y la tecnología de estos materiales, inadecuada. Tras la II GM, Bell Labs se propuso resolver el problema, creando un grupo de trabajo multidisciplinar, integrado por físicos, ingenieros, químicos, etc. Tras dos años de arduo trabajo, descubrieron el transistor de puntas de contacto, siendo

sus artífices John Bardeen (1908-1991) y Walter H. Brattain (1902-1987), tal y como he contado en este artículo. Para fabricarlo, Brattain pego una tira de papel de oro en la esquina de un triángulo de plástico, un material aislante. Con una cuchilla de afeitar, corto el oro justo en el borde del triángulo, consiguiendo que los extremos estuvieran separados tan solo por el ancho de un cabello. El triángulo con los hilos de oro adosados en sus lados se colocó entonces encima de una pieza de un semiconductor (germanio), presionando ligeramente su superficie por medio de un muelle. Este montaje funcionó como el primer amplificador con semiconductores de la historia. La figura muestra a sus inventores, junto con un esquema del dispositivo, auténticamente artesanal:

Este dispositivo tenía un comportamiento muy poco reproducible y era muy ruidoso. El jefe del equipo, Wiliam B. Shockley (1910-1989), ideo otro dispositivo más fiable, que permitió fabricar transistores con comportamiento reproducible; pero esa es otra historia, que he relatado en este otro artículo. Lo que vino después fue la consolidación del transistor como dispositivo de referencia en el campo de la electrónica, el circuito integrado, etc.

RESISTENCIA Y TIPOS La resistencia eléctrica (R) es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente. Es una propiedad de todos los componentes del circuito, y una magnitud esencial en electrónica, puesto que muchos componentes soportan poca corriente. Esta magnitud se mide en Ohmios (Ω), aunque en electrónica se usan más frecuentemente resistores del orden de kiloohmios (kΩ). La resistencia de un componente se mide con el óhmetro, multimetro o con el polímetro.

TIPOS Convencionalmente, se han dividido los componentes electrónicos en dos grandes grupos: componentes activos y componentes pasivos, dependiendo de si éste introduce energía adicional al circuito del cual forma parte. Componentes pasivos son las resistencias, condensadores, bobinas, y activos son los transistores, válvulas termoiónicas, diodos y otros semiconductores. El objetivo de una resistencia es producir una caída de tensión que es proporcional a la corriente que la atraviesa; por la ley de Ohm tenemos que V = IR. Idealmente, en un mundo perfecto, el valor de tal resistencia debería ser constante independientemente del tiempo, temperatura, corriente y tensión a la que está sometida la resistencia. Pero esto no es así. Las resistencias actuales, se aproximan mejor a la resistencia "ideal", pero insisto, una cosa es la teoría y otra muy diferente la vida real, en la que los fenómenos físicos son mucho más complejos e intrincados como para poder describirlos completamente con una expresión del tipo de la Ley de Ohm. Esta nos proporciona una aproximación muy razonable, y válida para la gran mayoría de circuitos que se diseñan. Por su composición, podemos distinguir varios tipos de resistencias: 

De hilo bobinado (wirewound)



Carbón prensado (carbon composition)



Película de carbón (carbon film)



Película óxido metálico (metal oxide film)



Película metálica (metal film)



Metal vidriado (metal glaze)

Por su modo de funcionamiento, podemos distinguir: 

Dependientes de la temperatura (PTC y NTC)



Resistencias variables, potenciómetros y reostatos

Resistencias de hilo bobinado.- Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico.

Las aleaciones empleadas son las que se dan en la tabla, y se procura la mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga el valor en ohmios independientemente de la temperatura. metal Aluminio Cobre Constantan Karma Manganina CromoNíquel Plata

resistividad relativa Coef. Temperatura (Cu = 1) a (20° C) 1.63 + 0.004 1.00 + 0.0039 28.45 ± 0.0000022 77.10 ± 0.0000002 26.20 ± 0.0000002 65.00 ± 0.0004 0.94

+ 0.0038

La resistencia de un conductor es proporcional a su longitud, a su resistividad específica (rho) e inversamente proporcional a la sección recta del mismo. Su expresión es:

En el sistema internacional (SI) rho viene en ohmios·metro, L en metros y el área de la sección recta en metros cuadrados. Dado que el cobre, aluminio y la plata tienen unas resistividades muy bajas, o lo que es lo mismo, son buenos conductores, no se emplearán estos metales a no ser que se requieran unas resistencias de valores muy bajos. La dependencia del valor de resistencia que ofrece un metal con respecto a la temperatura a la que está sometido, lo indica el coeficiente de temperatura, y viene expresado en grado centígrado elevado a la menos uno. Podemos calcular la resistencia de un material a una temperatura dada si conocemos la resistencia que tiene a otra temperatura de referencia con la expresión:

Los

coeficientes

de

temperatura

de

las

resistencias

bobinadas

son

extremadamente pequeños. Las resistencias típicas de carbón tienen un coeficiente de temperatura del orden de decenas de veces mayor, lo que ocasiona que las resistencias bobinadas sean empleadas cuando se requiere estabilidad térmica. Un inconveniente de este tipo de resistencias es que al estar constituida de un arrollamiento de hilo conductor, forma una bobina, y por tanto tiene cierta inducción, aunque su valor puede ser muy pequeño, pero hay que tenerlo en cuenta si se trabaja con frecuencias elevadas de señal. Por tanto, elegiremos este tipo de resistencia cuando 1) necesitemos potencias de algunos watios y resistencias no muy elevadas 2) necesitemos gran estabilidad térmica 3) necesitemos gran estabilidad del valor de la resistencia a

lo largo del tiempo, pues prácticamente permanece inalterado su valor durante mucho tiempo.

Resistencias de carbón prensado.- Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura.

Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponian unas bornas a presión con patillas de conexión. Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.

Resistencias de película de carbón.- Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.

Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo. Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas. Resistencias de película de óxido metálico.- Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido

metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.

Resistencias de película metálica.- Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.

Resistencias de metal vidriado.- Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios. Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in line).

Resistencias dependientes de la temperatura.- Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura negativo. A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de "avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima que puede soportar. A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se les denomina NTC (negative temperature coefficient). A los dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les denomina PTC (positive temperature coefficient). Una aplicación típica de un NTC es la protección de los filamentos de válvula, que son muy sensibles al "golpe" de encendido o turn-on. Conectando un NTC en serie protege del golpe de encendido, puesto que cuando el NTC está a temperatura ambiente (frío, mayor resistencia) limita la corriente máxima y va

aumentando la misma según aumenta la temperatura del NTC, que a su vez disminuye su resistencia hasta la resistencia de régimen a la que haya sido diseñado. Hay que elegir correctamente la corriente del dispositivo y la resistencia de régimen, así como la tensión que caerá en sus bornas para que el diseño funcione correctamente.

NTC

PTC