Historia del hardware informático

Se han utilizado dispositivos para ayudar en el cálculo durante miles de años, a menudo utilizando una correspondencia uno a uno con los dedos . El primer dispositivo de conteo fue probablemente una forma de vara de conteo . El hueso de Lebombo de las montañas entre Eswatini y Sudáfrica puede ser el artefacto matemático más antiguo conocido. ^{[ 2 ]} Data de 35 000 a. C. y consta de 29 muescas distintas que fueron cortadas deliberadamente en la fíbula de un babuino . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Posteriormente, las ayudas para el registro en todo el Creciente Fértil incluían calculi (esferas de arcilla, conos, etc.) que representaban recuentos de artículos, probablemente ganado o granos, sellados en recipientes huecos de arcilla sin cocer. ^{[ b ] [ 6 ] [ c ]} El uso de varillas de conteo es un ejemplo. El ábaco se utilizó tempranamente para tareas aritméticas. Lo que ahora se llama ábaco romano se utilizó en Babilonia ya hacia el 2700-2300 a. C. Desde entonces, se han inventado muchas otras formas de tableros o mesas de cálculo. En una casa de contabilidad medieval europea , se colocaba un paño a cuadros sobre una mesa y se movían marcadores sobre él según ciertas reglas, como ayuda para calcular sumas de dinero.

En la antigüedad y la Edad Media se construyeron varias computadoras analógicas para realizar cálculos astronómicos. Entre ellas se encuentran el astrolabio y el mecanismo de Anticitera, del mundo helenístico (c. 150-100 a. C.). ^{[ 8 ]}

Una cerradura de combinación griega de bronce del período augusteo o adriánico funcionaba con una forma primitiva de lógica mecánica: el pestillo central se bloqueaba físicamente para que no se retrajera hasta que las muescas de dos diales giratorios independientes estuvieran correctamente alineadas. ^{[ 9 ]} En el Egipto romano , Herón de Alejandría (c. 10-70 d. C.) fabricó dispositivos mecánicos, incluidos autómatas y un carro programable . ^{[ 10 ]} La flauta automática a vapor descrita en el Libro de los Dispositivos Ingeniosos (850) de los hermanos persas-baghdadíes Banū Mūsā pudo haber sido el primer dispositivo programable. ^{[ 11 ]}

Otros dispositivos mecánicos primitivos utilizados para realizar uno u otro tipo de cálculos incluyen el planisferio y otros dispositivos de cálculo mecánicos inventados por Al-Biruni (c. 1000 d. C.); el ecuador y el astrolabio universal independiente de la latitud de Al-Zarqali (c. 1015 d. C.); las computadoras analógicas astronómicas de otros astrónomos e ingenieros musulmanes medievales; y la torre del reloj astronómico de Su Song (1094) durante la dinastía Song . El reloj del castillo , un reloj astronómico mecánico accionado por agua inventado por Ismail al-Jazari en 1206, fue la primera computadora analógica programable . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} Ramon Llull inventó el Círculo Lulliano: una máquina conceptual para calcular respuestas a preguntas filosóficas (en este caso, relacionadas con el cristianismo) mediante combinatoria lógica. Esta idea fue retomada por Leibniz siglos después, y es, por lo tanto, uno de los elementos fundacionales de la informática y la ciencia de la información .

El matemático y físico escocés John Napier descubrió que la multiplicación y la división de números podían realizarse mediante la suma y la resta, respectivamente, de los logaritmos de dichos números. Al elaborar las primeras tablas logarítmicas, Napier tuvo que realizar numerosas multiplicaciones tediosas ^. Fue entonces cuando diseñó su « ábaco », un dispositivo similar a ^{un ábaco que} simplificó enormemente los cálculos de multiplicación y división.

Dado que los números reales pueden representarse como distancias o intervalos en una línea, la regla de cálculo se inventó en la década de 1620, poco después del trabajo de Napier, para permitir que las operaciones de multiplicación y división se realizaran de forma significativamente más rápida que antes. ^{[ 15 ]} Edmund Gunter construyó un dispositivo de cálculo con una sola escala logarítmica en la Universidad de Oxford . Su dispositivo simplificó enormemente los cálculos aritméticos, incluyendo la multiplicación y la división. William Oughtred lo mejoró notablemente en 1630 con su regla de cálculo circular. Posteriormente, en 1632, desarrolló la regla de cálculo moderna, esencialmente una combinación de dos reglas de Gunter , sostenidas con las manos. Las reglas de cálculo fueron utilizadas por generaciones de ingenieros y otros profesionales que trabajaban con matemáticas, hasta la invención de la calculadora de bolsillo . ^{[ 16 ]}

En 1609, Guidobaldo del Monte creó un multiplicador mecánico para calcular fracciones de grado. Basado en un sistema de cuatro engranajes, la rotación de un índice en un cuadrante corresponde a 60 rotaciones de otro índice en el cuadrante opuesto. ^{[ 17 ]} Gracias a esta máquina, se pueden evitar errores en el cálculo de primeros, segundos, terceros y cuartos de grado. Guidobaldo fue el primero en documentar el uso de engranajes para el cálculo mecánico.

Wilhelm Schickard , un polímata alemán , diseñó en 1623 una máquina calculadora que combinaba una versión mecanizada de las varillas de Napier con la primera máquina sumadora mecánica del mundo integrada en la base. Debido a que utilizaba un engranaje de un solo diente, en ocasiones su mecanismo de arrastre se atascaba. ^{[ 18 ]} Un incendio destruyó al menos una de las máquinas en 1624 y se cree que Schickard quedó demasiado desanimado como para construir otra.

En 1642, siendo aún adolescente, Blaise Pascal comenzó un trabajo pionero en máquinas de calcular y, tras tres años de esfuerzo y 50 prototipos ^{[ 19 ],} inventó una calculadora mecánica . ^{[ 20 ] [ 21 ]} Construyó veinte de estas máquinas (conocidas como calculadoras de Pascal o pascalinas) en los diez años siguientes. ^{[ 22 ]} Nueve pascalinas han sobrevivido, la mayoría de las cuales se exhiben en museos europeos. ^{[ e ]} Existe un debate continuo sobre si Schickard o Pascal deben ser considerados el "inventor de la calculadora mecánica" y la gama de cuestiones a considerar se discute en otra parte. ^{[ 23 ]}

Gottfried Wilhelm von Leibniz inventó la calculadora escalonada y su famoso mecanismo de tambor escalonado alrededor de 1672. Intentó crear una máquina que pudiera usarse no solo para la suma y la resta, sino que también utilizara un carro móvil para permitir la multiplicación y la división. Leibniz dijo una vez: «Es indigno de los hombres excelentes perder horas como esclavos en el trabajo de cálculo que podría delegarse con seguridad a cualquier otra persona si se usaran máquinas». ^{[ 24 ]} Sin embargo, Leibniz no incorporó un mecanismo de acarreo completamente exitoso. Leibniz también describió el sistema numérico binario , ^{[ 25 ]} un ingrediente central de todas las computadoras modernas. Sin embargo, hasta la década de 1940, muchos diseños posteriores (incluidas las máquinas de Charles Babbage de 1822 e incluso la ENIAC de 1945) se basaron en el sistema decimal. ^{[ f ]}

Hacia 1820, Charles Xavier Thomas de Colmar creó lo que, a lo largo del resto del siglo, se convertiría en la primera calculadora mecánica de producción masiva exitosa: el aritmómetro Thomas . Podía utilizarse para sumar y restar, y, gracias a un carro móvil, el operador también podía multiplicar y dividir mediante un proceso de multiplicación y división largas. ^{[ 26 ]} Utilizaba un tambor escalonado de diseño similar al inventado por Leibniz. Las calculadoras mecánicas se mantuvieron en uso hasta la década de 1970.

En 1804, el tejedor francés Joseph Marie Jacquard desarrolló un telar cuyo patrón se controlaba mediante una cinta de papel fabricada con tarjetas perforadas . Esta cinta podía cambiarse sin modificar el diseño mecánico del telar. Este fue un hito en la programación. Su máquina representó una mejora con respecto a telares similares. Las tarjetas perforadas fueron precedidas por las bandas perforadas, como en la máquina propuesta por Basile Bouchon . Estas bandas inspirarían la grabación de información para pianos automáticos y, más recientemente, para máquinas herramienta de control numérico .

A finales de la década de 1880, el estadounidense Herman Hollerith inventó el almacenamiento de datos en tarjetas perforadas que luego podían ser leídas por una máquina. ^{[ 27 ]} Para procesar estas tarjetas perforadas, inventó la tabuladora y la perforadora de tarjetas . Sus máquinas utilizaban relés y contadores electromecánicos . ^{[ 28 ]} El método de Hollerith se utilizó en el censo de los Estados Unidos de 1890. Ese censo se procesó dos años más rápido que el anterior. ^{[ 29 ]} La empresa de Hollerith finalmente se convirtió en el núcleo de IBM .

Para 1920, las máquinas tabuladoras electromecánicas podían sumar, restar e imprimir totales acumulados. ^{[ 30 ]} Las funciones de la máquina se dirigían insertando docenas de puentes de cable en paneles de control extraíbles . Cuando Estados Unidos instituyó la Seguridad Social en 1935, los sistemas de tarjetas perforadas de IBM se utilizaron para procesar los registros de 26 millones de trabajadores. ^{[ 31 ]} Las tarjetas perforadas se volvieron omnipresentes en la industria y el gobierno para la contabilidad y la administración.

Los artículos de Leslie Comrie sobre métodos de tarjetas perforadas ^{[ 32 ]} y la publicación de W.J. Eckert de Punched Card Methods in Scientific Computation en 1940 describieron técnicas de tarjetas perforadas suficientemente avanzadas como para resolver algunas ecuaciones diferenciales o realizar multiplicaciones y divisiones utilizando representaciones de punto flotante, todo ello en tarjetas perforadas y máquinas de registro unitario . ^{[ 33 ]} Dichas máquinas se utilizaron durante la Segunda Guerra Mundial para el procesamiento estadístico criptográfico, ^{[ 34 ]} así como para una gran cantidad de usos administrativos. La Oficina de Computación Astronómica de la Universidad de Columbia realizó cálculos astronómicos que representaban el estado del arte en computación . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

En el siglo XX, las calculadoras mecánicas, las cajas registradoras, las máquinas de contabilidad, etc., se rediseñaron para usar motores eléctricos, con la posición del engranaje como representación del estado de una variable. La palabra "computadora" era un título laboral asignado principalmente a mujeres que usaban estas calculadoras para realizar cálculos matemáticos. ^{[ 37 ]} En la década de 1920, el interés del científico británico Lewis Fry Richardson en la predicción del tiempo lo llevó a proponer computadoras humanas y análisis numérico para modelar el clima; hasta el día de hoy, se necesitan las computadoras más potentes de la Tierra para modelar adecuadamente su clima usando las ecuaciones de Navier-Stokes . ^{[ 38 ]}

Empresas como Friden , Marchant Calculator y Monroe fabricaron calculadoras mecánicas de escritorio desde la década de 1930 que podían sumar, restar, multiplicar y dividir. ^{[ 39 ]} En 1948, el inventor austriaco Curt Herzstark presentó la Curta . Era una pequeña calculadora mecánica de manivela y, como tal, descendiente del Stepped Reckoner de Gottfried Leibniz y del Arithmometer de Thomas .

La primera calculadora de escritorio totalmente electrónica del mundo fue la Bell Punch ANITA británica , lanzada en 1961. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Utilizaba tubos de vacío , tubos de cátodo frío y Dekatrons en sus circuitos, con 12 tubos "Nixie" de cátodo frío para su pantalla. La ANITA se vendió bien ya que era la única calculadora de escritorio electrónica disponible, y era silenciosa y rápida. La tecnología de tubos fue reemplazada en junio de 1963 por la Friden EC-130 fabricada en EE. UU., que tenía un diseño totalmente transistorizado, una pila de cuatro números de 13 dígitos mostrados en un CRT de 5 pulgadas (13 cm) , e introdujo la notación polaca inversa (RPN). 

La era de la informática moderna comenzó con un intenso desarrollo antes y durante la Segunda Guerra Mundial. La mayoría de las computadoras digitales construidas en este período eran electromecánicas: interruptores eléctricos accionaban relés mecánicos para realizar los cálculos. Estos componentes mecánicos tenían una baja velocidad de funcionamiento debido a su naturaleza mecánica y, con el tiempo, fueron reemplazados por componentes totalmente eléctricos mucho más rápidos, que inicialmente utilizaban tubos de vacío y, posteriormente, transistores .

La Z2 fue uno de los primeros ejemplos de una computadora digital de funcionamiento eléctrico construida con relés electromecánicos y fue creada por el ingeniero civil Konrad Zuse en 1940 en Alemania. Representó una mejora con respecto a su anterior Z1 mecánica ; si bien utilizaba la misma memoria mecánica , reemplazó la lógica aritmética y de control con circuitos de relés eléctricos . ^{[ 73 ]}

En ese mismo año, criptólogos británicos construyeron dispositivos electromecánicos llamados bombes para ayudar a descifrar los mensajes secretos cifrados con la máquina Enigma alemana durante la Segunda Guerra Mundial . El diseño inicial de la bombe fue creado en 1939 en la Escuela de Códigos y Cifrado del Gobierno del Reino Unido en Bletchley Park por Alan Turing , ^{[ 74 ]} con una importante mejora ideada en 1940 por Gordon Welchman . ^{[ 75 ]} El diseño de ingeniería y la construcción fueron obra de Harold Keen de la British Tabulating Machine Company . Fue un desarrollo sustancial de un dispositivo que había sido diseñado en 1938 por el criptólogo de la Oficina de Cifrado Polaca Marian Rejewski , y conocido como la " bomba criptológica " ( en polaco : "bomba kryptologiczna" ).

En 1941, Zuse continuó su máquina anterior con la Z3 , ^{[ 73 ]} la primera computadora digital totalmente automática, programable y electromecánica en funcionamiento del mundo. ^{[ 76 ]} La Z3 fue construida con 2000 relés , implementando una longitud de palabra de 22 bits que operaba a una frecuencia de reloj de aproximadamente 5–10 Hz . ^{[ 77 ]} El código del programa y los datos se almacenaban en película perforada . Era similar a las máquinas modernas en varios aspectos, siendo pionera en numerosos avances como los números de punto flotante . El reemplazo del sistema decimal difícil de implementar (utilizado en el diseño anterior de Charles Babbage ) por el sistema binario más simple significó que las máquinas de Zuse eran más fáciles de construir y potencialmente más confiables, dadas las tecnologías disponibles en ese momento. ^{[ 78 ]} A pesar de carecer de ejecución condicional explícita, Raúl Rojas demostró en 1998 que la Z3 era una máquina teóricamente Turing-completa . ^{[ 79 ]} 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 Manchester Baby totalmente electrónico . ^{[ 80 ]} 

Zuse sufrió reveses durante la Segunda Guerra Mundial, cuando algunas de sus máquinas fueron destruidas en el transcurso de los bombardeos aliados . Al parecer, su trabajo permaneció prácticamente desconocido para los ingenieros del Reino Unido y Estados Unidos hasta mucho después, aunque al menos IBM lo conocía, ya que financió su empresa emergente de posguerra en 1946 a cambio de una opción sobre las patentes de Zuse.

En 1944, se construyó el Harvard Mark I en los laboratorios Endicott de IBM. ^{[ 81 ]} Era una computadora electromecánica de propósito general similar a la Z3, pero no era completamente Turing-completa.

El término digital fue sugerido por primera vez por George Robert Stibitz y se refiere a cuando una señal, como un voltaje, no se usa para representar directamente un valor (como sería en una computadora analógica ), sino para codificarlo. En noviembre de 1937, Stibitz, que entonces trabajaba en Bell Labs (1930–1941), ^{[ 82 ]} completó una calculadora basada en relés que luego denominó " Modelo K " (por " mesa de cocina ", sobre la que la había ensamblado), que se convirtió en el primer sumador binario . ^{[ 83 ]} Normalmente las señales tienen dos estados: bajo (que generalmente representa 0) y alto (que generalmente representa 1), pero a veces se usa lógica de tres valores , especialmente en memoria de alta densidad. Las computadoras modernas generalmente usan lógica binaria , pero muchas máquinas antiguas eran computadoras decimales . En estas máquinas, la unidad básica de datos era el dígito decimal, codificado en uno de varios esquemas, incluidos el decimal codificado en binario o BCD, biquinario , exceso-3 y código dos de cinco .

La base matemática de la computación digital es el álgebra booleana , desarrollada por el matemático británico George Boole en su obra Las leyes del pensamiento , publicada en 1854. Su álgebra booleana fue perfeccionada en la década de 1860 por William Jevons y Charles Sanders Peirce , y fue presentada sistemáticamente por primera vez por Ernst Schröder y A.N. Whitehead . ^{[ 84 ]} En 1879, Gottlob Frege desarrolló el enfoque formal de la lógica y propuso el primer lenguaje lógico para ecuaciones lógicas. ^{[ 85 ]}

En la década de 1930, el ingeniero electrónico estadounidense Claude Shannon y el lógico soviético Victor Shestakov , trabajando de forma independiente, demostraron una correspondencia biunívoca entre los conceptos de la lógica booleana y ciertos circuitos eléctricos, ahora denominados puertas lógicas , que son omnipresentes en las computadoras digitales. ^{[ 86 ]} Demostraron que los relés e interruptores electrónicos pueden implementar expresiones del álgebra booleana . ^{[ 87 ]} Esta tesis sentó las bases del diseño práctico de circuitos digitales . Además, el artículo de Shannon proporciona un diagrama de circuito correcto para un sumador binario digital de 4 bits. ^{[ 88 ]}

Los elementos de circuitos puramente electrónicos pronto reemplazaron a sus equivalentes mecánicos y electromecánicos, al mismo tiempo que el cálculo digital reemplazaba al analógico. Máquinas como la Z3 , la computadora Atanasoff-Berry , las computadoras Colossus y la ENIAC se construían a mano, utilizando circuitos con relés o válvulas (tubos de vacío), y a menudo empleaban tarjetas perforadas o cintas de papel perforadas para la entrada de datos y como medio de almacenamiento principal (no volátil). ^{[ 89 ]}

El ingeniero Tommy Flowers se unió a la rama de telecomunicaciones de la Oficina General de Correos en 1926. Mientras trabajaba en la estación de investigación de Dollis Hill en la década de 1930, comenzó a explorar el posible uso de la electrónica para la central telefónica . El equipo experimental que construyó en 1934 entró en funcionamiento cinco años después, convirtiendo una parte de la red de la central telefónica en un sistema electrónico de procesamiento de datos, utilizando miles de tubos de vacío . ^{[ 61 ]}

En Estados Unidos, en 1940, Arthur Dickinson (IBM) inventó la primera computadora electrónica digital. ^{[ 90 ]} Este dispositivo de cálculo era completamente electrónico: control, cálculos y salida (la primera pantalla electrónica). ^{[ 91 ]} John Vincent Atanasoff y Clifford E. Berry de la Universidad Estatal de Iowa desarrollaron la computadora Atanasoff-Berry (ABC) en 1942, ^{[ 92 ]} el primer dispositivo de cálculo digital electrónico binario. ^{[ 93 ]} Este diseño era semielectrónico (control electromecánico y cálculos electrónicos) y utilizaba unos 300 tubos de vacío, con condensadores fijados en un tambor giratorio mecánico para la memoria. Sin embargo, su lector/escritor de tarjetas de papel no era fiable y el sistema de contacto regenerativo del tambor era mecánico. La naturaleza de propósito especial de la máquina y la falta de un programa almacenado y modificable la distinguen de las computadoras modernas. ^{[ 94 ]}

Los ordenadores cuya lógica se construyó principalmente utilizando tubos de vacío se conocen ahora como ordenadores de primera generación .

Durante la Segunda Guerra Mundial, los criptógrafos británicos de Bletchley Park , a 64 km al norte de Londres, lograron varios éxitos al descifrar las comunicaciones militares enemigas cifradas. La máquina de cifrado alemana Enigma fue atacada inicialmente con la ayuda de las bombas electromecánicas . ^{[ 95 ]} Descartaron posibles configuraciones de Enigma mediante cadenas de deducciones lógicas implementadas eléctricamente. La mayoría de las posibilidades conducían a una contradicción, y las pocas restantes podían comprobarse manualmente. 

Los alemanes también desarrollaron una serie de sistemas de cifrado de teletipo, bastante diferentes de Enigma. La máquina Lorenz SZ 40/42 se utilizó para comunicaciones de alto nivel del Ejército, con el nombre en clave "Tunny" por los británicos. Las primeras interceptaciones de mensajes de Lorenz comenzaron en 1941. Como parte de un ataque a Tunny, Max Newman y sus colegas desarrollaron la Heath Robinson , una máquina de función fija para ayudar en el descifrado de códigos. ^{[ 96 ]} Tommy Flowers , un ingeniero sénior de la Estación de Investigación de la Oficina Postal ^{[ 97 ]} fue recomendado a Max Newman por Alan Turing ^{[ 98 ]} y pasó once meses desde principios de febrero de 1943 diseñando y construyendo la computadora Colossus, más flexible (que reemplazó a la Heath Robinson ). ^{[ 99 ] [ 100 ]} Después de una prueba funcional en diciembre de 1943, Colossus fue enviado a Bletchley Park, donde fue entregado el 18 de enero de 1944 ^{[ 101 ]} y atacó su primer mensaje el 5 de febrero. ^{[ 102 ]} Para cuando Alemania se rindió en mayo de 1945, había diez Colossi trabajando en Bletchley Park. ^{[ 103 ]}

Colossus fue la primera computadora electrónica digital programable del mundo . ^{[ 61 ]} Utilizaba una gran cantidad de válvulas (tubos de vacío). Tenía entrada de cinta de papel y era capaz de configurarse para realizar una variedad de operaciones lógicas booleanas en sus datos, ^{[ 104 ]} pero no era Turing-completa . La entrada de datos a Colossus se realizaba mediante la lectura fotoeléctrica de una transcripción en cinta de papel del mensaje interceptado cifrado. Esto estaba dispuesto en un bucle continuo para que pudiera leerse y releerse varias veces, ya que no había almacenamiento interno para los datos. El mecanismo de lectura funcionaba a 5000 caracteres por segundo con la cinta de papel moviéndose a 40 ft/s (12,2 m/s; 27,3 mph) . Colossus Mark 1 contenía 1500 válvulas termoiónicas (tubos), pero Mark 2, con 2400 válvulas y cinco procesadores en paralelo, era cinco veces más rápido y sencillo de operar que Mark 1, acelerando enormemente el proceso de decodificación. Mark 2 se diseñó mientras se construía Mark 1. Allen Coombs asumió el liderazgo del proyecto Colossus Mark 2 cuando Tommy Flowers pasó a otros proyectos. ^{[ 105 ]} El primer Colossus Mark 2 entró en funcionamiento el 1 de junio de 1944, justo a tiempo para la invasión aliada de Normandía en el Día D.   

La mayor parte del uso de Colossus consistía en determinar las posiciones iniciales de los rotores Tunny para un mensaje, lo que se denominaba "ajuste de rueda". Colossus incluía el primer uso de registros de desplazamiento y matrices sistólicas , lo que permitía cinco pruebas simultáneas, cada una con hasta 100 cálculos booleanos . Esto permitía examinar cinco posibles posiciones iniciales diferentes para un solo paso de la cinta de papel. ^{[ 106 ]} Además del ajuste de rueda, algunos Colossus posteriores incluían mecanismos destinados a ayudar a determinar patrones de pines conocidos como "ruptura de rueda". Ambos modelos eran programables mediante interruptores y paneles de conexión, algo que sus predecesores no habían podido hacer.

Sin el uso de estas máquinas, los Aliados se habrían visto privados de la valiosa inteligencia obtenida al descifrar la enorme cantidad de mensajes telegráficos cifrados de alto nivel entre el Alto Mando Alemán (OKW) y sus mandos militares en toda la Europa ocupada. Los detalles de su existencia, diseño y uso se mantuvieron en secreto hasta bien entrada la década de 1970. Winston Churchill ordenó personalmente su destrucción en pedazos no mayores que la palma de una mano, para mantener en secreto que los británicos eran capaces de descifrar los cifrados Lorenz SZ (de las máquinas de cifrado de flujo de rotor alemanas) durante la inminente Guerra Fría. Dos de las máquinas fueron transferidas al recién formado GCHQ y las demás fueron destruidas. Como resultado, las máquinas no se incluyeron en muchas historias de la informática. ^{[ g ]} Una copia funcional reconstruida de una de las máquinas Colossus se exhibe actualmente en Bletchley Park.

La ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) fue la primera computadora electrónica programable construida en los Estados Unidos. Aunque la ENIAC utilizaba tecnología similar a la de la Colossi , era mucho más rápida y flexible, y era Turing-completa. Al igual que la Colossi, un "programa" en la ENIAC se definía por el estado de sus cables de conexión e interruptores, muy diferente de las máquinas electrónicas de programa almacenado que surgieron posteriormente. Una vez que un programa estaba listo para ejecutarse, debía configurarse mecánicamente en la máquina mediante el reinicio manual de los conectores e interruptores. Las programadoras de la ENIAC eran mujeres con formación matemática. ^{[ 108 ]}

Combinaba la alta velocidad de la electrónica con la capacidad de ser programada para muchos problemas complejos. Podía sumar o restar 5000 veces por segundo, mil veces más rápido que cualquier otra máquina. También tenía módulos para multiplicar, dividir y calcular la raíz cuadrada. La memoria de alta velocidad estaba limitada a 20 palabras (equivalente a unos 80 bytes). Construida bajo la dirección de John Mauchly y J. Presper Eckert en la Universidad de Pensilvania, el desarrollo y la construcción de ENIAC duraron desde 1943 hasta su plena operación a finales de 1945. La máquina era enorme, pesaba 30 toneladas, utilizaba 200 kilovatios de energía eléctrica y contenía más de 18 000 tubos de vacío, 1500 relés y cientos de miles de resistencias, condensadores e inductores. ^{[ 109 ]} Una de sus principales proezas de ingeniería fue minimizar los efectos de la quema de tubos, que era un problema común en la fiabilidad de las máquinas en ese momento. La máquina estuvo en uso casi constante durante los siguientes diez años.

La Manchester Baby (Máquina Experimental a Pequeña Escala, SSEM) fue la primera computadora electrónica con programa almacenado del mundo . Fue construida en la Universidad Victoria de Manchester por Frederic C. Williams , Tom Kilburn y Geoff Tootill, y ejecutó su primer programa el 21  de junio de 1948. ^{[ 114 ]}

La máquina no estaba destinada a ser una computadora práctica, sino que fue diseñada como un banco de pruebas para el tubo Williams , el primer dispositivo de almacenamiento digital de acceso aleatorio . ^{[ 115 ]} Inventado por Freddie Williams y Tom Kilburn ^{[ 116 ] [ 117 ]} en la Universidad de Manchester en 1946 y 1947, era un tubo de rayos catódicos que utilizaba un efecto llamado emisión secundaria para almacenar temporalmente datos binarios electrónicos , y se utilizó con éxito en varias de las primeras computadoras.

Descrita como pequeña y primitiva en una retrospectiva de 1998, la Baby fue la primera máquina funcional que contenía todos los elementos esenciales de una computadora electrónica moderna. ^{[ 118 ]} Tan pronto como demostró la viabilidad de su diseño, se inició un proyecto en la universidad para desarrollarlo y convertirlo en una computadora más utilizable, la Manchester Mark 1. La Mark 1, a su vez, se convirtió rápidamente en el prototipo de la Ferranti Mark 1 , la primera computadora de propósito general disponible comercialmente en el mundo. ^{[ 119 ]}

El Baby tenía una longitud de palabra de 32 bits y una memoria de 32 palabras. Dado que fue diseñado para ser el ordenador de programa almacenado más simple posible, las únicas operaciones aritméticas implementadas en hardware eran la resta y la negación ; las demás operaciones aritméticas se implementaban en software. El primero de los tres programas escritos para la máquina encontraba el mayor divisor propio de ^2¹⁸ (262.144), un cálculo que se sabía que tardaría mucho tiempo en ejecutarse —y así demostrar la fiabilidad del ordenador— probando cada entero desde 2¹⁸ ⁻ 1 hacia abajo, ya que la división se implementaba mediante la resta repetida del divisor. El programa constaba de 17 instrucciones y se ejecutó durante 52 minutos antes de producir la respuesta correcta de 131.072, después de que el Baby hubiera realizado 3,5 millones de operaciones (para una velocidad efectiva de CPU de 1,1 kIPS ). Las sucesivas aproximaciones a la respuesta se mostraban como un patrón de puntos en el tubo de rayos catódicos de salida que reflejaba el patrón almacenado en el tubo Williams utilizado para el almacenamiento.      

El SSEM condujo al desarrollo del Manchester Mark 1 en la Universidad de Manchester. ^{[ 120 ]} El trabajo comenzó en agosto de 1948, y la primera versión estuvo operativa en abril de 1949; un programa escrito para buscar números primos de Mersenne se ejecutó sin errores durante nueve horas la noche del 16 al 17 de junio de 1949. El funcionamiento exitoso de la máquina fue ampliamente difundido en la prensa británica, que utilizó la frase "cerebro electrónico" para describirla a sus lectores.

La computadora es especialmente significativa históricamente debido a su innovadora inclusión de registros de índice , una innovación que facilitó a un programa la lectura secuencial a través de una matriz de palabras en la memoria. Treinta y cuatro patentes resultaron del desarrollo de la máquina, y muchas de las ideas detrás de su diseño se incorporaron en productos comerciales posteriores como la IBM 701 y 702 , así como la Ferranti Mark 1. Los diseñadores principales, Frederic C. Williams y Tom Kilburn , concluyeron a partir de sus experiencias con la Mark  1 que las computadoras se usarían más en funciones científicas que en matemáticas puras. En 1951 comenzaron el trabajo de desarrollo de Meg , la sucesora de la Mark  1, que incluiría una unidad de punto flotante .

El otro candidato a ser la primera computadora digital de programa almacenado reconociblemente moderna ^{[ 121 ]} fue la EDSAC , ^{[ 122 ]} diseñada y construida por Maurice Wilkes y su equipo en el Laboratorio Matemático de la Universidad de Cambridge en Inglaterra en la Universidad de Cambridge en 1949. La máquina se inspiró en el primer borrador de un informe sobre la EDVAC de John von Neumann y fue una de las primeras computadoras electrónicas digitales de programa almacenado realmente operativas . ^{[ h ]}

EDSAC ejecutó sus primeros programas el 6  de mayo de 1949, cuando calculó una tabla de cuadrados ^{[ 125 ]} y una lista de números primos . EDSAC también sirvió de base para la primera computadora de aplicación comercial, la LEO I , utilizada por la empresa de fabricación de alimentos J. Lyons & Co. Ltd. EDSAC 1 fue finalmente desactivada el 11 de julio de 1958, habiendo sido reemplazada por EDSAC 2, que permaneció en uso hasta 1965. ^{[ 126 ]}

Puede que algún día el «cerebro» [la computadora] se adapte a nuestro nivel [el de la gente común] y nos ayude con los cálculos de impuestos y contabilidad. Pero esto es pura especulación y, hasta el momento, no hay indicios de que vaya a suceder.

Los inventores de ENIAC, John Mauchly y J. Presper Eckert, propusieron la construcción del EDVAC en agosto de 1944, y el trabajo de diseño para el EDVAC comenzó en la Escuela de Ingeniería Eléctrica Moore de la Universidad de Pensilvania , antes de que el ENIAC estuviera completamente operativo. El diseño implementó una serie de importantes mejoras arquitectónicas y lógicas concebidas durante la construcción del ENIAC, y una memoria de acceso serie de alta velocidad . ^{[ 112 ]} Sin embargo, Eckert y Mauchly abandonaron el proyecto y su construcción fracasó.

Finalmente, fue entregada al Laboratorio de Investigación Balística del Ejército de los Estados Unidos en el Campo de Pruebas de Aberdeen en agosto de 1949, pero debido a una serie de problemas, la computadora no comenzó a funcionar hasta 1951, y solo de forma limitada.

La primera computadora electrónica comercial fue la Ferranti Mark 1 , construida por Ferranti y entregada a la Universidad de Manchester en febrero de 1951. Estaba basada en la Manchester Mark 1. Las principales mejoras con respecto a la Manchester Mark 1 radicaban en el tamaño del almacenamiento primario (que utilizaba tubos Williams de acceso aleatorio ), el almacenamiento secundario (que utilizaba un tambor magnético ), un multiplicador más rápido e instrucciones adicionales. El tiempo de ciclo básico era de 1,2 milisegundos, y una multiplicación podía completarse en aproximadamente 2,16 milisegundos. El multiplicador utilizaba casi una cuarta parte de los 4050 tubos de vacío (válvulas) de la máquina. ^{[ 128 ]} La Universidad de Toronto adquirió una segunda máquina , antes de que el diseño se revisara y se convirtiera en la Mark 1 Star . Al menos siete de estas máquinas posteriores se entregaron entre 1953 y 1957, una de ellas a los laboratorios de Shell en Ámsterdam. ^{[ 129 ]}

En octubre de 1947, los directores de J. Lyons & Company , una empresa británica de catering famosa por sus salones de té pero con gran interés en las nuevas técnicas de gestión de oficinas, decidieron participar activamente en la promoción del desarrollo comercial de las computadoras. La computadora LEO I (Lyons Electronic Office) entró en funcionamiento en abril de 1951 ^{[ 130 ]} y ejecutó el primer trabajo rutinario de oficina del mundo . El 17 de noviembre de 1951, la empresa J. Lyons comenzó a operar semanalmente un trabajo de valoración de panadería en la LEO, la primera aplicación empresarial en ejecutarse en una computadora con programa almacenado. ^{[ i ]}

En junio de 1951, la UNIVAC I (Universal Automatic Computer) fue entregada a la Oficina del Censo de los Estados Unidos . Remington Rand finalmente vendió 46 máquinas a más de US$1 millón cada una (US$ 12.4 millones en 2025 ). ^{[ 131 ]} UNIVAC fue la primera computadora "producida en masa". Utilizaba 5200 tubos de vacío y consumía 125 kW  de potencia. Su almacenamiento principal consistía en líneas de retardo de mercurio de acceso en serie, capaces de almacenar 1000 palabras de 11 dígitos decimales más signo (palabras de 72 bits).

En 1952, Compagnie des Machines Bull lanzó la computadora Gamma 3 , que se convirtió en un gran éxito en Europa, llegando a vender más de 1200 unidades, siendo la primera computadora producida en más de 1000 unidades. ^{[ 132 ]} La Gamma 3 tenía características innovadoras para su época, incluyendo una ALU de modo dual, conmutable por software, BCD y binaria, así como una biblioteca de punto flotante cableada para computación científica. ^{[ 132 ]} En su configuración ET, la memoria de tambor de la Gamma 3 podía almacenar aproximadamente 50 000 instrucciones para una capacidad de 16 384 palabras (alrededor de 100  kB), una cantidad considerable para la época. ^{[ 132 ]}

En comparación con la UNIVAC, IBM introdujo en 1954 una computadora más pequeña y asequible que resultó muy popular. ^{[ j ] [ 134 ]} La IBM 650 pesaba más de900  kg , la fuente de alimentación adjunta pesaba alrededor de1350  kg y ambos se encontraban en gabinetes separados de aproximadamente 1,5 × 0,9 × 1,8  m . El sistema costó US$500.000 ^{[ 135 ]} (US$ 5,99 millones a partir de 2025 ) o podía arrendarse por US$3.500 al mes (US$ 40.000 a partir de 2025 ). ^{[ 131 ]} Su memoria de tambor era originalmente de 2.000 palabras de diez dígitos, posteriormente ampliada a 4.000 palabras. Limitaciones de memoria como esta dominarían la programación durante las décadas siguientes. Las instrucciones del programa se obtenían del tambor giratorio a medida que se ejecutaba el código. La ejecución eficiente mediante la memoria de tambor se proporcionaba mediante una combinación de arquitectura de hardware (el formato de instrucción incluía la dirección de la siguiente instrucción) y software: el Programa de Ensamblaje Óptimo Simbólico , SOAP, ^{[ 136 ]} asignaba instrucciones a las direcciones óptimas (en la medida de lo posible mediante el análisis estático del programa fuente). De este modo, muchas instrucciones se ubicaban, cuando era necesario, en la siguiente fila del tambor que se iba a leer y se reducía el tiempo de espera adicional para la rotación del tambor. 

En 1951, el científico británico Maurice Wilkes desarrolló el concepto de microprogramación al darse cuenta de que la unidad central de procesamiento de una computadora podía controlarse mediante un programa informático miniatura y altamente especializado en una ROM de alta velocidad . La microprogramación permite definir o ampliar el conjunto de instrucciones básicas mediante programas integrados (ahora llamados firmware o microcódigo ). ^{[ 137 ]} Este concepto simplificó enormemente el desarrollo de la CPU. Wilkes lo describió por primera vez en la Conferencia Inaugural de Computación de la Universidad de Manchester en 1951, y posteriormente lo publicó de forma ampliada en IEEE Spectrum en 1955.

Se utilizó ampliamente en las CPU y unidades de punto flotante de mainframes y otras computadoras; se implementó por primera vez en EDSAC 2 , ^{[ 138 ]} que también utilizó múltiples "segmentos de bits" idénticos para simplificar el diseño. Se utilizaron conjuntos de tubos intercambiables y reemplazables para cada bit del procesador. ^{[ k ]}

La electrónica transistorizada mejoró no solo la CPU (Unidad Central de Procesamiento), sino también los dispositivos periféricos . Las unidades de almacenamiento de datos en disco de segunda generación podían almacenar decenas de millones de letras y dígitos. Junto a las unidades de almacenamiento en disco fijo , conectadas a la CPU mediante transmisión de datos de alta velocidad, se encontraban las unidades de almacenamiento en disco extraíble. Un paquete de discos extraíbles se puede intercambiar fácilmente por otro en cuestión de segundos. Aunque la capacidad de los discos extraíbles es menor que la de los discos fijos, su intercambiabilidad garantiza una cantidad de datos prácticamente ilimitada y siempre a mano. La cinta magnética proporcionó capacidad de archivo para estos datos, a un coste inferior al del disco.

Muchos procesadores de segunda generación delegaban las comunicaciones de los dispositivos periféricos a un procesador secundario. Por ejemplo, mientras el procesador de comunicaciones controlaba la lectura y perforación de tarjetas , el procesador principal ejecutaba los cálculos y las instrucciones de salto binario . Un bus de datos transportaba datos entre el procesador principal y la memoria principal a la velocidad del ciclo de búsqueda y ejecución del procesador , y otros buses de datos solían servir a los dispositivos periféricos. En el PDP-1 , el tiempo de ciclo de la memoria principal era de 5 microsegundos; por consiguiente, la mayoría de las instrucciones aritméticas tardaban 10 microsegundos (100 000 operaciones por segundo) porque la mayoría de las operaciones requerían al menos dos ciclos de memoria: uno para la instrucción y otro para la búsqueda de los datos del operando .

Durante la segunda generación, las unidades terminales remotas (a menudo en forma de teleimpresoras como la Friden Flexowriter ) experimentaron un aumento considerable en su uso. ^{[ l ]} Las conexiones telefónicas proporcionaron la velocidad suficiente para las primeras terminales remotas y permitieron una separación de cientos de kilómetros entre las terminales remotas y el centro de cómputo. Finalmente, estas redes informáticas independientes se generalizarían en una red interconectada de redes : Internet. ^{[ m ]}

A principios de la década de 1960 se produjo el auge de la supercomputación . El Atlas fue un desarrollo conjunto entre la Universidad de Manchester , Ferranti y Plessey , y se instaló por primera vez en la Universidad de Manchester y se puso en funcionamiento oficialmente en 1962 como uno de los primeros superordenadores del mundo , considerado el ordenador más potente del mundo en aquel momento. ^{[ 156 ]} Se decía que cada vez que el Atlas se desconectaba, se perdía la mitad de la capacidad informática del Reino Unido. ^{[ 157 ]} Era una máquina de segunda generación, que utilizaba transistores de germanio discretos . El Atlas también fue pionero en el Atlas Supervisor , «considerado por muchos como el primer sistema operativo moderno reconocible ». ^{[ 158 ]}

En los EE. UU., una serie de computadoras en Control Data Corporation (CDC) fueron diseñadas por Seymour Cray para usar diseños innovadores y paralelismo para lograr un rendimiento máximo de computación superior. ^{[ 159 ]} La CDC 6600 , lanzada en 1964, es generalmente considerada la primera supercomputadora. ^{[ 160 ] [ 161 ]} La CDC 6600 superó a su predecesora, la IBM 7030 Stretch , por un factor de aproximadamente 3. Con un rendimiento de aproximadamente 1 megaFLOPS , la CDC 6600 fue la computadora más rápida del mundo desde 1964 hasta 1969, cuando cedió ese estatus a su sucesora, la CDC 7600 .