¿Cuál fue el primer ordenador de la historia?

Dic 03 2019

Por  Rodrigo Díaz López

En un artículo anterior ya resolvimos el dilema sobre si fue primero el software o el hardware, indicando que los primeros programas de ordenador fueron elaborados en 1843 por Ada Lovelace. No obstante, dejamos flotando en el aire la respuesta a la pregunta sobre cuál fue el primer ordenador de la historia. Como ocurre en ciertas ocasiones, una pregunta sencilla puede ser muy difícil de responder. 

En primer lugar, los primeros ordenadores se construyeron durante la Segunda Guerra Mundial y algunos de ellos formaron parte de programas militares ultra-secretos. Además, varios de ellos fueron destruidos en la contienda, por lo que tan solo sabemos de ellos por referencias. 

En segundo lugar, es complicado definir qué es un ordenador (o computadora). Si utilizamos la definición de Alan Turing de máquina universal de Turing, un ordenador sería una máquina programable, de propósito general y completamente automática. 

Partiendo de esta premisa, vamos a tratar de determinar cuál de los varios candidatos en disputa tuvo el honor de ser el primer ordenador de la historia. 

ENIAC, el primer ordenador electrónico 

Durante la Segunda Guerra Mundial, los artilleros del ejército de los Estados Unidos apuntaban sus armas usando tablas de tiro, que contenían las trayectorias que podían seguir los proyectiles en función del tipo de arma, la zona geográfica o la dirección y velocidad del viento. Estas tablas se confeccionaban manualmente en la base militar de Aberdeen Proving Grounds, en Pensilvania. Cada tabla contenía unas tres mil trayectorias, y cada trayectoria necesitaba unos 750 cálculos. Debido a la gran cantidad de cálculos a realizar, el ejército de los Estados Unidos estableció un convenio con la Universidad de Pensilvania, donde ya trabajan con versiones primitivas de ordenadores, para que les ayudaran a elaborar estas tablas de tiro de artillería. 

De este modo, en 1943, se inició la construcción del primer ordenador de propósito general basado en circuitos electrónicos, el ENIAC (acrónimo de Electronic Numerical Integrator And Computer). 

El ENIAC se terminó de construir en 1945 y se presentó al público el 15 de febrero de 1946. Era un “monstruo” de 27 toneladas de peso, que ocupaba una superficie de 167 m² y que contaba con 17.500 válvulas de vacío, 7.200 diodos de cristal, 1.500 relés, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores y cinco millones de soldaduras. Las válvulas de vacío de la época no eran especialmente duraderas y, cuando una de ellas se fundía, dejaba al ENIAC totalmente inoperativo. Como la mayoría de estos fallos ocurrían durante los encendidos o apagados, se tomo la decisión de no apagarlo nunca. Con este sencillo truco consiguieron que los fallos se redujeran a sólo una válvula cada dos días, pero a costa de provocar frecuentes apagones en la ciudad de Filadelfia, donde estaba ubicado el ENIAC, ya que su consumo era de 160.000 W. 

El ENIAC era programable para realizar cualquier tipo de cálculo numérico (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones y raíces cuadradas), llegando a realizar 5.000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo, algo revolucionario para la época. No tenía sistema operativo, ni ningún programa almacenado, solo almacenaba los números que empleaba en sus operaciones. Usaba el sistema de numeración decimal, en lugar del sistema binario actual y podía manejar números de hasta 20 cifras. 

En los 10 años que estuvo en funcionamiento, con él se realizaron desde los citados cálculos para las tablas de tiro de artillería, hasta complejos cálculos físicos sobre la bomba de hidrógeno. En definitiva, que sus diseñadores, los ingenieros John W. Mauchly y John Presper Eckert, nunca fueron candidatos al Premio Nobel de la Paz. 

Ellos fueron los que se llevaron el mérito y la fama, pero fueron seis mujeres (Betty Snyder Holberton, Jean Jennings Bartik, Kathleen McNulty Mauchly Antonelli, Marlyn Wescoff Meltzer, Ruth Lichterman Teitelbaum y Frances Bilas Spence) las que lo programaron... y cayeron en el olvido. No aparecieron en los libros de historia de la informática hasta que su dura labor fue rescatada en los años 80 del siglo XX. Porque la programación del ENIAC no era especialmente sencilla. Requería de la operación manual de unos 6.000 interruptores y de la interconexión de los diferentes módulos mediante cables manguera (similares a los de las antiguas centralitas telefónicas), lo que permitía pasar datos de un módulo a otro y así encadenar varios cálculos. Una modificación en este “software” (si es que nos podemos tomar la licencia de denominarlo así) podía requerir de varias semanas de trabajo. 

Estas mujeres programadoras sentaron las bases para que la programación fuera más sencilla y accesible para todos: crearon el primer set de rutinas, las primeras aplicaciones de software y las primeras clases de programación. Su trabajo modificó drásticamente la evolución de la programación en las décadas de los 40 y 50 del siglo XX. 

El ENIAC marcó un hito en la historia de la informática y su arquitectura ha influido incluso en los ordenadores actuales… pero no fue el primero. 

Mark I, el primer ordenador electromecánico de los EE.UU. 

El IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), más conocido como Harvard Mark I o Mark I, fue el primer ordenador electromecánico de los Estados Unidos, construido en la sede de IBM y enviado posteriormente a la Universidad de Harvard en 1944, donde fue presentado el 7 de agosto obteniendo un gran éxito. 

El concepto original había sido presentado a IBM por Howard Aiken en noviembre de 1937, basándose en la máquina analítica que Charles Babbage había diseñado 100 años antes y que nunca logró llegar a construir. IBM comenzó su desarrollo en 1939 y les llevó casi 5 años concluir el trabajo. 

El Mark I medía 15,5 metros de largo, 2,40 metros de alto y 60 centímetros de fondo, y pesaba aproximadamente cinco toneladas. Tenía 760.000 engranajes y 800 kilómetros de cable en su interior. Funcionaba con relés y se programaba con interruptores. Empleaba señales electromagnéticas para mover las partes mecánicas, lo que ralentizaba sus cálculos (tardaba entre 0,3 y 0,5 segundos en realizar un cálculo). Podía ejecutar operaciones matemáticas básicas (suma, resta, multiplicación y división), lo que le permitía realizar cálculos complejos de ecuaciones sobre el movimiento parabólico. Leía los datos de entrada de cintas de papel perforado y los resultados producidos se imprimían usando máquinas de escribir eléctricas o perforadoras de tarjetas. Cuando el Mark I estaba en funcionamiento el ruido que producía era similar al que haría una habitación llena de personas mecanografiando de forma sincronizada. 

Se considera que Mark I era un “ordenador de propósito general”, es decir, que podía ser programado a gusto para que resolviese diferentes problemas. No obstante, la capacidad de programación era limitada. Solo se podía escoger entre varios algoritmos preprogramados, dado que su trabajo estaba restringido básicamente a la resolución de cálculos complejos relativos al movimiento parabólico de proyectiles. 

Como anécdota curiosa cabe mencionar que, gracias a su sucesor, el Mark II, se popularizó el concepto de “bug” informático. En 1947, los ingenieros que trabajaban con Mark II detectaron un error en unos de sus relés. Al revisarlo, se encontraron una polilla muerta atascada en el relé, así que pegaron el insecto en su libro de registro y lo etiquetaron como "el primer caso real de bug* encontrado". 

* En inglés, bug significa “insecto, bicho”. 

Solo por el detalle romántico de haber hecho realidad el sueño de Babbage, el Mark I merece un lugar preeminente en la Historia de la Informática. De hecho, durante años fue considerado como el primer ordenador de la historia, pero solo porque sus antecesores permanecieron ocultos por la niebla de guerra, ya que fueron construidos en Europa mientras se desarrollaba la mayor contienda de la historia. 

Colossus, el secreto mejor guardado de Winston Churchill 

Con el comienzo de la Segunda Guerra Mundial, en 1939, el Gobierno británico reunió en Bletchley Park a sus mejores científicos, entre los que se encontraban Alan Turing y Thomas H. Flowers, para que descifraran los mensajes de los alemanes. 

Turing diseñó un dispositivo electromecánico, denominado Bombe, que en 1940 permitió descifrar las señales cifradas por la máquina alemana Enigma, que era utilizada por distintas unidades de combate germanas. Para ello, los británicos contaron con la inestimable ayuda de un trabajo previo realizado por criptólogos polacos, e incluso contaban con una réplica de Enigma que éstos habían fabricado. 

No obstante, para las comunicaciones de alto nivel, la Alemania Nazi utilizaba la mucho más compleja máquina Lorenz SZ40/42. Y los británicos nunca habían visto una máquina de Lorenz. Ni siquiera en fotografía. Sin embargo, los criptógrafos británicos de Bletchley Park fueron capaces de deducir el funcionamiento interno de la máquina en enero de 1942. Esto fue posible gracias a un error cometido por un operador alemán. El 30 de agosto de 1941 se transmitió un mensaje de 4.000 letras, pero el mensaje no fue recibido correctamente del otro lado, con lo cual el receptor envió un mensaje en claro solicitando la retransmisión del mensaje original. El mensaje fue retransmitido con la misma configuración de clave (una práctica prohibida) y contenía pequeñas modificaciones, abreviaturas, lo que permitió desentrañar la codificación que realizaba la máquina. 

A continuación, los británicos se lanzaron a intentar construir una máquina que pudiera romper el código de la máquina de Lorenz. Primero lo intentaron con una máquina comparadora opto-mecánica denominada «Heath Robinson» y posteriormente un equipo encabezado por Thomas H. Flowers construyó, entre febrero y diciembre de 1943, el Colossus Mark I, un ordenador electrónico digital que podría ser programado por medio de paneles de cables (al igual que el posterior ENIAC). 

Colossus Mark I medía 2,25 metros de alto, 3 metros de largo y 1.20 metros de ancho. Disponía de 1.500 válvulas de vacío (al igual que el ENIAC), era totalmente automático, permitía saltos condicionales e incluso tenía memoria. Sus circuitos permitían efectuar operaciones aritméticas y booleanas en binario. 

Colossus Mark I entró en funcionamiento en enero de 1944 (adelantándose 7 meses al Harvard Mark I) y superó con éxito su primera prueba con un mensaje real cifrado. Poco después Colossus Mark I se mejoró y se construyeron otras nueve máquinas mejoradas, denominadas Colossus Mark II, con las que incluso se llegó a practicar la computación paralela. 

Colossus fue un proyecto ultra-secreto que tuvo un papel muy relevante para el desarrollo de la guerra. De hecho, el 1 de junio de 1944 descifró un mensaje entre Adolf Hitler y el alto mando alemán en el que se indicaba que se esperaba un ataque aliado en Calais. Con esta información, el general Eisenhower decidió el 6 de junio, según lo previsto, dirigir sus tropas a las costas de Normandía, en lo que significó el principio del fin de la Segunda Guerra Mundial. 

Al finalizar la guerra, Winston Churchill dio la orden directa de destruir 8 de los 10 Colossus. Otro sobrevivió hasta los años 50 y el último fue destruido en 1960, después de quemar todos sus planos y todos los diagramas de sus circuitos. El gobierno británico vetó toda la información sobre la máquina durante 30 años, por lo que Flowers nunca obtuvo el reconocimiento que merecía. Los motivos de este secretismo no fueron solo militares, sino también políticos. Una leyenda cuenta que un bombardeo alemán a una ciudad inglesa pudo haberse evitado gracias a Colossus, pero que se dejó actuar impunemente a la Luftwaffe para proteger su secreto. 

Colossus fue la primera máquina que combinaba un funcionamiento digital, electrónico y programable, aunque no era un ordenador de propósito general, ya que fue diseñado específicamente para tareas criptográficas. No obstante, en aquella época no se le daba mucha importancia a este aspecto. Claro que esto podría poner en duda su posición primigenia en la historia de la informática... si no fuera porque existe una máquina anterior digital, totalmente programable y de propósito general. 

And the winner is… 

El primer ordenador de propósito general, automático y completamente programable no fue ni el ENIAC, ni el Harvard Mark I, ni el Colossus. Fue una máquina muy poco conocida, que tiene nombre de coche deportivo, el Z3. 

Konrad Zuse fue un ingeniero alemán. Durante sus estudios de ingeniería, Zuse tenía que realizar muchos cálculos rutinarios a mano, lo que le resultaba muy aburrido. Esto le condujo a pensar en una máquina que pudiera realizar tales cálculos. Empezó a trabajar en ello en 1938, en la casa de sus padres en Berlín, hasta conseguir construir el Z1, una calculadora mecánica binaria operada con electricidad y con una programabilidad limitada. El Z1 leía instrucciones desde una cinta perforada. Sin embargo, el Z1 nunca funcionó demasiado bien debido a problemas mecánicos. 

 


 

En 1939, Zuse fue llamado a realizar el servicio militar, por lo que se interrumpió temporalmente el proyecto. No obstante, solicitó un permiso para poder continuar con el trabajo y la Wehrmacht se lo concedió, con lo que finalmente pudo construir el Z2. En septiembre de 1940, Zuse presentó el Z2, en el salón de la casa de sus padres, a expertos del Instituto Alemán de Investigación para la Aviación (DVL, por sus siglas en alemán). El Z2 era una versión revisada del Z1 que utilizaba relés telefónicos, en lugar de láminas de metal. El DVL quedó impresionado y aportó fondos con los que Zuse fundó la empresa Zuse KG. 

De este modo, en 1941, se concluyó la construcción del Z3, una máquina programable y completamente automática, es decir, el primer ordenador construido totalmente operativo. El Z3 era básicamente una calculadora binaria basada en relés telefónicos que podía realizar las operaciones de suma, resta, multiplicación, división y raíz cuadrada, con aritmética en coma flotante puramente binaria. El Z3, de tecnología electromecánica, pesaba 1 tonelada. Estaba construido con 2.300 relés, tenía una frecuencia de reloj de 5,33 Hz, y una longitud de palabra de 22 bits. Permitía programación con bucles, contaba con memoria para 64 palabras y con una unidad de cálculo. 

El 12 de mayo de 1941, Konrad Zuse presentó el Z3 a los científicos del DVL, esta vez ya en el taller de su empresa en Berlín. 


 

Sin embargo, el taller de Zuse, junto con el Z3, fue destruido en un ataque aéreo aliado a finales de 1943 y el piso de sus padres con el Z1 y el Z2, y sus planos originales, también fue destruido el 30 de enero del año 1944. No obstante, el sucesor Z4, que Zuse había comenzado a construir en 1942 en unas nuevas instalaciones, permaneció intacto… hasta que el 3 de febrero de 1945, los bombardeos aéreos aliados causaron la destrucción parcial del Z4 y la paralización completa del desarrollo de Zuse. El Z4, parcialmente destruido, se empaquetó y se trasladó el 14 de febrero de 1945 a Gotinga. El trabajo con el Z4 no pudo reanudarse en la Alemania de la posguerra, y no se retomó hasta 1949. Finalmente, Konrad Zuse terminó de construir el Z4, que se convirtió en 1950 en el primer ordenador en ser comercializado, venciendo a la británica Ferranti Mark I por cinco meses y a la estadounidense UNIVAC I por diez meses. El trabajo de Zuse pasó desapercibido en gran medida en el Reino Unido y en los Estados Unidos, debido a la Segunda Guerra Mundial. De hecho, la primera referencia documentada sobre el trabajo de Zuse en el mundo anglosajón fue la compra de alguna de sus patentes, por parte de IBM, en 1946. 

La empresa Zuse KG tuvo bastante éxito con la venta de ordenadores y, durante los años 60, pudo trabajar en la realización de una réplica completamente funcional del Z3, que hoy forma parte de la exposición permanente del Deutsches Museum de Munich. Por lo que respecta al original Z1, también fue reconstruido por el propio Konrad Zuse, aunque casi le va la vida en ello. Literalmente. En 1986, con la ayuda de dos estudiantes de ingeniería, inició la reconstrucción del Z1 usando algunas de las piezas del original. Zuse sufrió un ataque cardíaco a mitad del proyecto, pero consiguió terminó de reconstruir el dispositivo en 1989. Costó 800.000 marcos alemanes (unos 400.000 €). Hoy en día el Z1 reconstruido se expone en el Deutsches Technikmuseum en Berlín. 

Para que nos hagamos una idea de lo revolucionario del invento de Zuse solo hace falta hacer un breve repaso a algunas de sus características:  

  1. El primer diseño de un ordenador programable fue realizado por Charles Babbage a mediados del siglo XIX, pero este no pudo llevarse a cabo en aquellos momentos. En parte porque era decimal, y por lo tanto muy complicado, no binario y simple como el Z3. 
  2. Si Ada Lovelace fue la primera programadora teórica, escribiendo programas para una máquina que no existía, entonces Konrad Zuse fue el primer programador práctico.
  3. El ENIAC fue completado 4 años después que el Z3. Mientras que el ENIAC usaba válvulas de vacío, el Z3 usaba relés. El ENIAC todavía era decimal y el Z3 ya era binario. 
  4. Hasta 1948 programar el ENIAC significaba volver a soldar los cables. El Z3 leía los programas de tarjetas perforadas. 
  5. Hoy en día los computadores están basados en transistores en vez de válvulas o relés, pero su arquitectura interna es más parecida al Z3 que al ENIAC. 
  6. El Z3 era una máquina universal de Turing. Era posible construir bucles en el Z3, pero no había ninguna instrucción de salto condicional (aunque hubiera sido sencillo añadir una). No obstante, hay una manera de implementar una máquina de Turing en un Z3 (asumiendo una capacidad de almacenamiento infinita), como fue demostrado en 1998 por Raúl Rojas. Es una manera extraña, pero la propia máquina de Turing es extraña, estando diseñada para ser simple y universal, no eficiente.

Sirva este artículo de homenaje al genial Konrad Zuse (22 de junio de 1910 - 18 de diciembre de 1995), pionero de la informática. 

Rodrigo Díaz López

Rodrigo Díaz López


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