Camino al futuro (6 page)

El sistema binario es sencillo, pero es tan vital entender el modo como trabajan las computadoras, que vale la pena detenerse a explicarlo mas extensamente.

Imaginemos que queremos iluminar una habitación con 250 vatios de electricidad y que deseamos que la luz se pueda regular de manera que pase desde los cero vatios de iluminación (oscuridad total) hasta toda su potencia. Un modo de realizar esto es mediante un interruptor de graduación progresiva de luz conectado a una bombilla de 250 vatios. Si queremos conseguir la oscuridad completa, giramos el interruptor para apagar totalmente la bombilla, de forma que conseguimos cero vatios de luz. Cuando queramos obtener la máxima luminosidad giraremos la perilla del interruptor totalmente en el sentido de las agujas del reloj hasta obtener los 250 vatios. Cuando deseemos un nivel de iluminación intermedia, giraremos la perilla del interruptor hasta una posición intermedia, Este sistema es fácil de utilizar, pero tiene sus limitaciones. Cuando la perilla o interruptor está en una posición intermedia —por ejemplo, la luz para una cena íntima—, sólo podemos adivinar cuál debe ser el nivel de iluminación. Realmente no sabemos cuántos vatios se están utilizando o cómo describir el nivel de ajuste con precisión. La información es sólo aproximada, lo que hace difícil almacenarla o reproducirla. ¿Qué ocurriría si quisiéramos reproducir exactamente el mismo nivel de iluminación a la semana siguiente?

Podríamos hacer una señal en el interruptor, de manera que supiéramos hasta dónde había que girarlo, pero eso difícilmente puede ser preciso.

¿Y qué ocurre si queremos una graduación diferente?, ¿qué pasa si un amigo desea volver a tener o reproducir el mismo nivel de iluminación? Le podemos decir: «gira la perilla aproximadamente una quinta parte en el sentido de las agujas del reloj, gira la perilla hasta que la flecha esté más o menos en la posición de las dos en el reloj». Pero la reproducción de nuestro amigo sólo se aproximará a la nuestra. ¿Qué ocurriría si nuestro amigo pasase luego la información a otro amigo que, a su vez, la volviese a pasar a otro? Cada vez que se manipula la información disminuyen las posibilidades de que siga siendo precisa.

Esta constituye un ejemplo de información almacenada en forma analógica.

La posición del interruptor proporciona una analogía para conseguir el nivel de iluminación de la bombilla. Si se gira la mitad, se presume que conseguiremos la mitad de la iluminación total. Cuando medimos o describimos hasta dónde ha de girarse la perilla estamos realmente almacenando información sobre la analogía (la posición de la perilla) más que sobre el nivel de luz. La información analógica se puede recopilar, almacenar y reproducir, pero tiende a ser imprecisa y se corre el riesgo de que sea menos precisa cada vez que se transfiere.

Veamos ahora un modo totalmente distinto de describir la manera de iluminar la habitación, un método digital en vez de analógico para almacenar y transmitir información. Todo tipo de información puede convertirse en números constituidos por ceros y unos, en el sistema binario.

Una vez que la información se ha convertido a ceros y unos, se puede introducir y almacenar en computadoras en forma de largas cadenas de bits. Éstos son los números que se conocen con la expresión de información digital.

Supongamos que en lugar de una sola bombilla de 250 vatios tenemos ocho bombillas y cada una de ellas tiene una potencia doble de la precedente en una sucesión que va desde uno hasta 12S vatios. Cada una de estas ocho bombillas está conectada a su propio interruptor, y la de menos potencia está a la derecha.

Al pasar estos interruptores a las posiciones de encendido y de apagado, podemos ajustar el nivel de iluminación en incrementos de voltajes de 1 vatio a partir de O vatios que es cuando están todos los interruptores en posición de apagado, hasta 255 vatios, cuando están iodos los interruptores en posición de encendido. Esto nos proporciona 256 posibilidades precisas. Si deseamos tener tal luz que proporciona un vatio, giramos el interruptor que tenemos más a la derecha, que enciende la bombilla de un valió. Si deseamos tener la luz que proporcionan dos vatios, encendemos sólo la bombilla de dos vatios. Cuando deseamos tener la luz correspondiente a tres vatios, giramos los interruptores correspondientes a las bombillas de uno y de dos vatios, porque con uno más dos tenemos los tres vatios que queremos. Si queremos contar con la iluminación correspondiente a cuatro vatios, giramos el interruptor correspondiente a la bombilla de cuatro vatios. Cuando deseamos tener la luz correspondiente a cinco vatios, giramos los interruptores correspondientes a las bombillas de cuatro y de un vatio. Cuando queremos tener una iluminación de 250 vatios, encendemos todas las bombillas menos la de cuatro y las de un vatio.

Si decidimos que el nivel ideal de iluminación para la cena es de 137 vatios, encendemos las bombillas de 128, de ocho y de un vatio de la siguiente manera:

Este sistema hace fácil el registrar un nivel de iluminación exacto para una posterior utilización, o para comunicarlo a otros que tengan el mismo dispositivo de interruptores y bombillas. Como quiera que el modo como registramos la información binaria es universal —el número bajo a la derecha, el número alto a la izquierda y siempre cada uno duplicando al anterior, no tenemos que escribir los valores de las bombillas en vatios.

Simplemente registramos la estructura de las conexiones de la siguiente manera: encendido, apagado, apagado, apagado, encendido, apagado, apagado, encendido. Con esta información, un amigo puede reproducir fielmente los 137 vatios de iluminación en su habitación. De hecho, como todos verifican dos veces la precisión de lo que hacen, el mensaje puede pasar a través de un millón de manos y al final todo el mundo tendrá la misma información y podrá conseguir exactamente una iluminación correspondiente a 137 vatios de luz.

Si queremos abreviar todavía más la anotación, podemos registrar cada apagado como cero y cada encendido como uno. Esto quiere decir que en lugar de escribir «encendido, apagado, apagado, apagado, encendido, apagado, apagado, encendido» —que significa (yendo de derecha a izquierda) que encendemos la primera, la cuarta y la octava bombillas, y dejamos apagadas las otras— podemos escribir la misma información como 1, O, O, O, 1, O, O, 1, ó 10001001, un número binario. En este caso se trata del 137. Podemos llamar a nuestro amigo y decirle; he conseguido el nivel perfecto de iluminación: es el 10001001, inténtalo. Nuestro amigo puede hacerlo perfectamente encendiendo una bombilla por cada número 1 y dejándolas apagadas por cada número 0.

Esto parece un modo muy complicado de describir la luminosidad de una fuente de luz, pero ilustra sobre el sistema binario, que es la base de todas las computadoras modernas.

El sistema binario hace posible la utilización de los circuitos eléctricos para fabricar calculadoras. Durante la Segunda guerra mundial, un grupo de matemáticos dirigidos por J, Presper Eckert y John Mauchiy en la Moore School of Eléctrica! Engineering de la Universidad de Pennsylvania, comenzaron a desarrollar una máquina informática electrónica, la Electronics Numerical Integrator and Calculator, llamada ENIAC. Su fin era acelerar los cálculos para los disparos de artillería.

ENIAC se parecía más a una calculadora electrónica que a una computadora, pero en lugar de representar un número binario con las secuencias encendido y apagado sobre ruedas como lo hacía una calculadora mecánica, utilizaba «conmutadores» de válvulas de vacío.

Soldados que el ejército asignó a la enorme máquina empujaban entorno a ella chirriantes carretillas de tenderos llenas de válvulas de vacío.

Cuando una válvula se quemaba, ENIAC se apagaba y comenzaba una carrera por localizar la válvula quemada y la remplazaría. Una explicación quizá algo apócrifa del hecho de que las válvulas tuvieran que remplazarse tan a menudo, fue que el calor y la luz que despedía atraían a las mariposas de la luz que se introducían en la enorme máquina y producían cortocircuitos. Si esto es verdad, se tiene un nuevo significado para el término
bugs
(bichos) que se refiere a los pequeños animalitos que podían caer como una plaga sobre el hardware y el software de la computadora.

Cuando todas las válvulas estaban en funcionamiento, un equipo de ingenieros podía montar la ENIAC de manera que resolviese un problema enchufando laboriosamente 6000 cables a mano. Si se quería que realizase otra función, el equipo tenía que reconfigurar el cableado cada vez. El papel principal en el hecho de haber encontrado un modo de resolver este problema le corresponde a un brillante personaje americano de origen húngaro. John von Neumann, conocido por muchas cosas, incluido el desarrollo de la teoría de los juegos y por sus contribuciones al armamento nuclear. Él fue quien creó el paradigma por el que todas las computadoras digitales siguen todavía. La «arquitectura von Neumann», como se conoce aún hoy, se basa en los principios que él articuló en 1945, incluido el hecho de que se podía evitar tener que cambiar el cableado de una computadora si se almacenaban instrucciones en su memoria. Cuando esta idea se puso en práctica, nació la computadora moderna.

Actualmente, los cerebros de la mayor parle de las computadoras descienden del microprocesador que nos dejó tan pasmados en los años setenta a Paúl Allen y a mí, y las computadoras personales se clasifican a menudo de acuerdo con la cantidad de bits de información (un interruptor en el ejemplo de la iluminación) que sus microprocesadores pueden procesar al mismo tiempo, o por cuántos bytes (un conjunto de ocho bits) de memoria o almacenamiento basado en disco tengan. ENIAC ocupaba una gran habitación y pesaba 30 toneladas. En su interior, los impulsos informáticos pasaban entre 1,500 relés electromecánicos y atravesaban más de 18.000 válvulas de vacío. Su encendido consumía 150.000 vatios de energía. Pero ENIAC sólo almacenaba el equivalente a unos 80 caracteres de información.

A principios de los años sesenta de este siglo, más de una década después del descubrimiento en los laboratorios Bell de que una delgada oblea de silicio podría realizar la misma función que la válvula de vacío, los transistores habían sustituido a las válvulas de vacío en la electrónica de consumo. Los transistores, al igual que las válvulas de vacío, actúan como conmutadores eléctricos, pero necesitan significativamente menos potencia para funcionar y, como consecuencia de ello, generan mucho menos calor y requieren mucho menos espacio. En un chíp sencillo podrían combinarse múltiples circuitos de transistores creando un circuito integrado.

Los chips de las computadoras que utilizamos hoy son circuitos integrados que contienen el equivalente de millones de transistores insertados en menos de una pulgada cuadrada de silicio.

En un artículo de Scientific American de 1977, Bob Noyce, uno de los fundadores de Intel, comparó el microprocesador de trescientos dólares con ENIAC, la máquina infestada de mariposas de la aurora de la edad informática. El delgadísimo procesador no sólo era más poderoso, sino que, como decía Noyce, «es veinte veces más rápido, tiene una memoria mayor, es miles de veces más fiable, consume la energía de una bombilla en lugar de la de una locomotora, ocupa 1/30.000 veces el volumen de la misma y cuesta 1/10.000 veces lo que ella. Se puede conseguir mediante un pedido efectuado por correo o en la tienda local de aficionados».

Por supuesto que el microprocesador de 1977 parece hoy un juguete. De hecho, muchos juguetes baratos contienen chips que tienen más potencia que los chips de los años setenta, con los que comenzó la revolución del microcomputador. Pero las computadoras de hoy día, cualesquiera que sean su tamaño o su potencia, manejan información almacenada en forma de números binarios.

Los números binarios se utilizan para almacenar texto en una computadora personal, música en un disco compacto y dinero en una red bancaria de cajeros automáticos. Antes de introducir la información en un computador tiene que convertírsela en números binarios. Podemos imaginarnos que cada dispositivo conecta interruptores en respuesta a los números binarios-que controlan el flujo de electrones. Pero los interruptores implicados, que por lo general están fabricados de silicio, son extremadamente pequeños y pueden conectarse aplicándoles de forma extraordinariamente rápidas cargas eléctricas para producir texto en la pantalla de un computador personal, música en un reproductor de discos compactos y las instrucciones de un cajero automático para dispensar dinero.

El ejemplo de las luces cuyo voltaje podía regularse puso de manifiesto que cualquier número puede representarse como número binario. He aquí cómo puede expresarse un texto como número binario. Convencionalmente, el número 65 representa una A, el número 66 una B, etc. Las letras minúsculas empiezan por el número 97. En un computador, la letra A, 65.

Se convierte en 0100Ü001. La letra B, 66, se convierte en 01000010. Un espacio se representa por el número 32 ó 00100000. De esta manera, la frase «Sócrates is a man» (Sócrates es un hombre) se convierte en la cadena de 136 dígitos formada por ceros y unos: 011Ü0101 01110011 00100000 01101001 01110011 00100O0O 01100001 0010000001101101 01100001 01101110

Si queremos comprender cómo se digitalizan otros tipos de información, consideremos otro ejemplo de información analógica. Un disco de vinilo es una representación analógica de las vibraciones del sonido. Almacena información audio en estrías microscópicas que rayan el disco en toda su longitud siguiendo surcos en espiral. Si la música tiene un pasaje grave, las estrías profundizan más en el surco y cuando la nota es aguda las estrías se disponen de forma más apretada. Las estrías del surco son análogas a las de las vibraciones originales (ondas de sonido captadas por un micrófono). Cuando la aguja de un tocadiscos recorre el surco, vibra en resonancia con las estrías. Esta vibración, que continúa siendo una representación analógica del sonido original, ha de amplificarse y enviarse a los parlantes para que reproduzcan la música. El disco de vinilo tiene inconvenientes a la ñora de almacenar información, al igual que todos los dispositivos analógicos. Polvo, huellas dactilares o arañazos en la superficie del disco pueden hacer que la aguja vibre de manera inadecuada y provocar ruidos extraños. Si el disco no gira a la velocidad exacta, la afinación de la música no será precisa. Cada vez que se pone un disco, la aguja desgasta las porciones más finas de las estrías del surco y la calidad de reproducción de la música se deteriora.