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La idea del ordenador
Los algoritmos
Como todas las grandes tecnologías de la historia de la humanidad, el ordenador no fue «inventado» por una persona en concreto. Es el resultado de miles de ideas que fueron emergiendo a lo largo de miles de años. Seguramente, la más antigua de todas ellas es la idea de que algunos problemas se pueden solucionar siguiendo una serie de instrucciones que hoy en día denominamos «algoritmos».(1)
Es muy probable que el primer algoritmo de la historia fuera el conjunto de instrucciones que nuestros ancestros debían seguir para hacer fuego: 1. Apila un montón de hojas secas. 2. Sobre las hojas, pon un puñado de hierbas filamentosas también secas. 3. Golpea dos piedras, la una contra la otra, hasta que salte una chispa sobre la hojarasca. 4. Repite el tercer paso hasta que las hierbas se enciendan. 5. Una vez estas hayan prendido, añade una rama sobre la llama, etc. Y como la técnica de hacer fuego fue desarrollada por el Homo erectus, casi dos millones de años antes de que apareciéramos nosotros, los Homo sapiens, podemos afirmar sin ningún tipo de reparo que los algoritmos son más antiguos que la propia humanidad.
Hoy en día, usamos algoritmos constantemente y sin darnos cuenta: las recetas de cocina son algoritmos que nos permiten obtener un plato siguiendo unos pasos concretos; los protocolos de ingreso de pacientes en el servicio de urgencias de un hospital son algoritmos; las instrucciones para montar un Lego o muebles de Ikea son algoritmos; los pasos para cambiar una bombilla fundida, para poner una lavadora o para llenar el depósito del coche de gasolina son algoritmos.
Los primeros que pensaron que para resolver problemas matemáticos se podían seguir series de instrucciones (o algoritmos) fueron los antiguos griegos. Unos trescientos años antes de Cristo, Euclides, considerado el padre de la geometría, propuso un algoritmo[1] sencillo para encontrar el máximo común divisor(2) entre dos números enteros. Otro algoritmo famoso de la Grecia clásica es la llamada «criba de Eratóstenes», un método simple y eficiente para hallar los números primos(3) sin tener que probar todos los números uno por uno.
A pesar de que la idea de utilizar algoritmos para resolver problemas matemáticos proviene de los griegos, el término «algoritmo» hace referencia al matemático persa del siglo ix al-Juarismi. Al-Juarismi (cuya versión latinizada es «Algorithmi») fue un importante matemático, astrónomo y geógrafo, conocido porque introdujo los números arábigos (basado en las matemáticas indias) en la civilización occidental en sustitución de los números romanos y creó la rama de las matemáticas que conocemos como «álgebra». También se hizo famoso por haber demostrado que las ecuaciones sencillas se podían solucionar con una serie de instrucciones. Su libro Hissab al-jabr wa-l-muqàbala (cuya traducción podría ser «Libro conciso sobre el cálculo para completar las ecuaciones») dio nombre a los conceptos de algoritmo y álgebra.
Naturalmente, ni a los matemáticos griegos del siglo ii a. C., ni a los matemáticos persas del siglo ix d. C. se les ocurrió en ningún momento construir ordenadores. Pero la idea de encontrar soluciones a problemas matemáticos siguiendo instrucciones o algoritmos es un elemento fundamental de la informática actual, porque los ordenadores son máquinas que lo único que saben hacer es seguir instrucciones. Por lo tanto, todos los problemas que puedan ser resueltos con series de instrucciones son susceptibles de ser solucionados por un ordenador.
Por ejemplo, imaginaos que tenemos un conjunto de números y queremos identificar cuál de ellos es el mayor. Para hacerlo, podríamos seguir el siguiente algoritmo o conjunto de instrucciones:
1. Toma el primer número e introdúcelo en una caja.
2. Toma otro número y compáralo con el que hay dentro de la caja. Si es más alto, saca el que hay ahora e introduce este.
3. Repite el punto 2 hasta que acabes todos los números. Cuando los hayas acabado, ve al punto 4.
4. El número que está dentro de la caja es el mayor. Fin.
Como acabamos de ver, este problema se puede solucionar siguiendo las instrucciones que nos da el algoritmo. Por consiguiente, es un problema que podrá resolver un ordenador.
La idea de construir máquinas para aplicar la lógica
La segunda idea importante de la informática moderna que nos llega de la antigüedad es la posibilidad de utilizar máquinas para razonar de modo lógico y ordenado. Esa idea la aportó el misionero franciscano, filósofo, escritor, místico y teólogo mallorquín Ramon Llull. Nacido en Palma de Mallorca en 1232, Llull destacó por su sabiduría hasta el punto de que el rey Jaime I el Conquistador lo contrató para que fuera el maestro particular de su hijo. En aquella época, Mallorca era el punto de intersección de las culturas judía, islámica y cristiana. De ahí que Llull se pasara la vida discutiendo con filósofos musulmanes, como el racionalista cordobés Averroes, sobre la veracidad de la fe cristiana. A raíz de estas discusiones, Llull llegó a la conclusión de que los razonamientos intelectuales podían ser automatizados. Es decir, que a partir de unas premisas se podía llegar a unas conclusiones inapelables. Para poner en práctica esta idea, construyó una máquina llamada Ars Generalis Ultima.
El aparato consistía en unos discos concéntricos que giraban alrededor de un eje central. En uno de los discos escribió las cincuenta y cuatro ideas que consideraba fundamentales, simples y aceptadas por todo el mundo, a las que llamó «raíces» (y que nosotros denominaríamos «premisas»). En los otros discos escribió los sujetos, los predicados y las teorías mediante figuras geométricas consideradas perfectas (círculos, cuadrados y triángulos). Cuando se pedía a la máquina que descubriera una verdad, simplemente se movía un volante que hacía girar los discos concéntricos. Eso provocaba que las premisas y las teorías se movieran por unas guías hasta que se detenían en posición positiva (verdad) o negativa (falsedad). Según Llull, con aquella máquina se podía verificar si un postulado era verdadero o falso. Gracias a aquel mecanismo, Llull podía «demostrar» que la frase «El dios cristiano es el dios verdadero y único» era verdad, o que la frase «Los ángeles representan el mal» era falsa.
Llull creyó que con aquel aparato podría convencer a los musulmanes, como Averroes, de que la fe cristiana era la verdadera. No hace falta decir que las autoridades eclesiásticas no estaban de acuerdo con el uso de la máquina. Ellos opinaban que las mejores herramientas para solucionar el problema de los infieles no eran ni la lógica ni la razón, sino la tortura y las piras purificadoras. Y que la idea de demostrar las verdades divinas era un sacrilegio en sí misma, porque abría la puerta a dudar de la doctrina cristiana. Según la Iglesia, Dios comunicaba sus verdades a los humanos mediante los profetas, y su doctrina no debía ser demostrada ni deducida; simplemente tenía que ser creída. Los papas Gregorio IX y Pablo IV condenaron formalmente a Ramon Llull y toda su obra.
Imagen 1.1. Ars Generalis Ultima, de Ramon Llull.
Dejando a un lado la aplicación teológica que Llull hizo de su artefacto, lo importante es que él fue el primero en pensar que el razonamiento se podía implementar de manera artificial en artefactos mecánicos. Y no solo lo pensó, sino que construyó una máquina que, según él, lo hacía. Es decir, fue el primero en utilizar lo que hoy en día se conoce como «lógica computacional». E incluso podríamos decir que fue el primero que pensó en la posibilidad de crear una inteligencia artificial. Supongo que esta es la razón por la que Ramon Llull es, desde 2001, el patrón de los informáticos.[2]
La idea de construir máquinas para calcular
Una tercera idea antigua sobre la cual se fundamenta la informática actual es que las máquinas pueden realizar cálculos. Entre el 2700 y el 2300 a. C, los sumerios utilizaron el ábaco para sumar y restar. El ábaco es un instrumento que todavía hoy se usa en las escuelas de primaria para enseñar a los niños a realizar operaciones básicas, y que consiste en unas hileras metálicas, cada una de ellas con diez bolas. La primera hilera representa las unidades, la segunda las decenas, la tercera los millares, y así sucesivamente. De este modo, el número 14.895 se puede representar posicionando 5 bolas en la izquierda de la primera hilera, 9 bolas en la segunda, 8 en la tercera, 4 en la cuarta y finalmente 1 en la quinta.(4) A pesar de que facilitaba el cálculo, no podemos considerar el ábaco como una máquina que hiciera cálculos por sí misma, ya que era tan solo una herramienta que ayudaba a los humanos a calcular mentalmente.
Para encontrar la primera calculadora mecánica tenemos que viajar a la Francia del siglo xvii. Blaise Pascal nació a Clermont-Ferrand en 1623 y pasó a la historia como un genio de las matemáticas y la física. Seguro que en la escuela estudiasteis su teoría de la probabilidad en los juegos de azar. Sus estudios sobre la presión de los fluidos fueron tan influyentes que la unidad de medida de la presión lleva su nombre: un pascal equivale a la fuerza de 1 newton aplicada a una superficie de 1 metro cuadrado (Pa = 1 N/m²).
Pero antes de hacer todas estas contribuciones científicas, cuando Blaise tenía tan solo dieciséis años, su padre fue nombrado jefe de la agencia de recaudación de impuestos de la región de Normandía. Era un trabajo muy pesado porque requería millones de sumas y restas para calcular las recaudaciones fiscales. El joven Pascal, deseoso de ayudar a su padre, construyó la que se considera la primera calculadora mecánica de la historia: la pascalina o rueda de Pascal. Era un aparato del tamaño de una caja de zapatos con ocho ruedas dentadas. Cada rueda tenía diez dientes o grados, correspondientes a los diez dígitos del sistema decimal. Las dos primeras representaban los decimales y las otras seis, las unidades, las decenas, las centenas, etc. De este modo la máquina podía representar cualquier número entre el 0,01 y el 999.999,99.
Imagen 1.2. La pascalina de Blaise Pascal.
Por ejemplo, para representar el número 457,89 en la máquina, había que colocar la rueda de la derecha en el 9 (las centésimas), la segunda en el 8 (las décimas), la tercera en el 7 (las unidades), la siguiente en el 5 (las decenas) y la siguiente en el 4 (las centenas). Para realizar una suma, el usuario utilizaba una pequeña clave de vuelta que hacía girar la rueda un determinado número de veces. Por ejemplo, si a esta cifra le queríamos sumar 23,09, girábamos la rueda de las centésimas 9 unidades, la de las unidades 3 veces y la de las decenas 2 veces. Cuando una rueda pasaba del 9 al 0, movía un mecanismo que hacía avanzar la rueda contigua, igual que los cuentakilómetros antiguos de los coches (es decir, cuando la rueda de las unidades pasaba del 9 al 0 hacía avanzar un punto la rueda de las decenas). Este mecanismo permitía a la máquina realizar sumas de números de varios dígitos. La pascalina también servía para restar; solo había que girar las ruedas en sentido contrario. La pascalina fue una gran innovación, pero era tan frágil y cara que, desde el punto de vista comercial, fracasó. Además, tenía una limitación importante: servía para sumar y restar, pero no para multiplicar ni dividir.
El problema de multiplicar y dividir quedó resuelto medio siglo más tarde por obra de otro de los grandes genios del siglo xvii y padre del cálculo diferencial e integral: Gottfried Leibniz. La innovación de Leibniz fueron las ruedas dentadas con dientes de diferentes medidas. Al girar la rueda por el contacto con otra, la cantidad que se incrementaba o disminuía dependía de la longitud del diente de la rueda que entraba en contacto con la otra. Gracias a esta disposición, la rueda de Leibniz permitió realizar multiplicaciones y divisiones de manera mecánica y precisa. Al igual que la pascalina, la máquina de Leibniz tuvo muy poca repercusión práctica.
Explosión de la demanda de cálculos
El siglo xix fue el de la sofisticación de las sociedades. Los adelantos científicos y el progreso económico tuvieron como consecuencia que cada vez hubiera más gente con la necesidad de hacer cálculos más o menos complicados. Para aplicar sus teorías, los científicos tenían que calcular los valores de determinadas funciones complicadas, como las trigonométricas o las logarítmicas. Los bancos tenían que calcular los pagos mensuales a los acreedores y tenían que utilizar complicadas funciones de matemática financiera. Las aseguradoras tenían que calcular las primas de los asegurados. Los astrónomos tenían que predecir las trayectorias de las estrellas y los planetas. Los ingenieros y los arquitectos tenían que calcular las cargas estructurales o las medidas apropiadas de las diferentes piezas de una máquina o de un edificio. Y los navegantes tenían que calcular la posición de los barcos en alta mar.
Dado que ni la pascalina, ni la máquina de Leibniz ni ninguna otra calculadora podían realizar todos aquellos cálculos, la solución fue elaborar unas tablas en las que aparecían los valores asociados a dichas funciones. Es decir, unas personas humanas se dedicaron a calcular el coseno de cada uno de los ángulos entre 0 y 90 grados, y lo publicaron en una tabla llamada «tabla del coseno». Así, cada vez que uno quería saber el coseno de 37 grados, solo tenía que consultar la tabla. Se hizo lo propio con las otras funciones trigonométricas (el seno, la tangente, etc.), los logaritmos, las exponenciales, los intereses compuestos y el resto de las funciones para las cuales había mucha demanda. Estas tablas perduraron hasta finales del siglo xx. De hecho, recuerdo que en las últimas páginas de mis libros de matemáticas de bachillerato aparecían las tablas y los maestros nos enseñaban a utilizarlas.
Los militares eran unos de los principales usuarios de las tablas de cálculo. A principios del siglo xix, los cañones ya tenían suficiente potencia para disparar munición a más de un kilómetro de distancia. Sin embargo, para dar en el blanco, había que posicionarlos en el ángulo correcto. El problema es que el ángulo perfecto dependía de la temperatura ambiente, de la humedad, del viento y de la presión atmosférica. Los matemáticos podían representar la trayectoria de los proyectiles con un sistema de ecuaciones diferenciales muy complicado. Pero como los militares querían disparar a diestro y siniestro, no podían esperar a que los matemáticos resolvieran aquel complicado sistema de ecuaciones. Para ello, elaboraron unas tablas con el cálculo de los ángulos a los que se tenía que posicionar el cañón en cada situación meteorológica y para cada distancia. Este método funcionaba tan bien que las tablas se emplearon hasta muy entrada la Segunda Guerra Mundial. Pero presentaba un pequeño inconveniente: cada modelo de misil y de cañón requería un ángulo diferente, de modo que las computadoras humanas tenían que calcular unas tablas nuevas cada vez que los ingenieros militares diseñaban un producto nuevo. Había que encontrar, pues, un método más rápido para resolver aquellas ecuaciones tan complicadas.
Charles Babbage y Ada Lovelace
Quien entendió perfectamente la necesidad de encontrar una solución más rápida y automática fue el ingeniero, filósofo, matemático e inventor inglés Charles Babbage.[3] Con este objetivo, Babbage intentó crear una máquina a la que llamó «máquina diferencial» (difference engine), que debía calcular mecánicamente la solución a sistemas complejos. A la Royal Astronomical Society le gustó tanto la idea que decidió financiar el proyecto con recursos públicos. En el año 1822, Babbage empezó a construir una máquina de veinticinco mil piezas que pesaba 15 toneladas. Pero no funcionó. Veinte años después, viendo el poco progreso alcanzado, la Royal Astronomical Society retiró la confianza y la financiación al genio inglés. A pesar de que la máquina de Babbage no llegó a funcionar, en 1991 un grupo de historiadores construyeron una máquina siguiendo las especificaciones que Babbage había dejado escritas un siglo y medio antes. ¡Y cuál fue su asombro al comprobar que la máquina funcionaba!
Después de abandonar el proyecto de la máquina diferencial, Babbage centró sus esfuerzos en una máquina todavía más sofisticada y ambiciosa, a la que llamó «máquina analítica». Esta máquina iba a servir para todo tipo de cálculos, no solo para resolver sistemas de ecuaciones diferenciales. Si habéis leído De la sabana a Marte, recordaréis la historia de esta máquina, que aparece en el epílogo. Efectivamente, la máquina analítica fue el primer ordenador de la historia, y fue el motivo por el que la hija de lord Byron, Ada Lovelace, escribió el primer programa informático de todos los tiempos. Sin embargo, como también explicamos en De la sabana a Marte, la máquina analítica de Babbage tampoco llegó a ser construida.
La consecuencia fue que militares, banqueros, financieros, matemáticos, astrónomos, científicos, ingenieros, arquitectos, navegantes y estudiantes tuvieron que seguir empleando las tablas de cálculo, elaboradas manualmente por las computadoras humanas, hasta bien entrado el siglo xx. Pero la idea de Charles Babbage de construir una máquina que se pudiera utilizar para hacer «muchas cosas», y no solo para calcular, es decir, la idea de fabricar lo que hoy en día conocemos como «ordenador», perduró. Eso sí, tardó más de cien años en ser implementada.
La tarjeta perforada, el nacimiento de la informática… y de IBM
Una segunda consecuencia de la sofisticación experimentada por las sociedades del siglo xix fue la necesidad de procesar datos. Por ejemplo, la sección 2 del artículo primero de la Constitución de Estados Unidos dice que cada diez años hay que elaborar un censo para contabilizar cuántos habitantes tiene cada estado del país. Este recuento no se introdujo por simple curiosidad estadística, sino por sus importantes consecuencias políticas, puesto que el número de representantes que tiene cada estado en el Congreso de Estados Unidos depende de la población que está censada en él. Dado que el número total de representantes es fijo (435), los escaños se reparten según la población relativa de los estados. Si la población de un estado crece más rápidamente que la de otro, el primero puede ganar escaños a expensas del segundo, y ello puede determinar quién gana las elecciones y qué políticas económicas y sociales se acaban implementando.
Además, los gobiernos federal, estatal y local utilizan los datos del censo para planificar el servicio público (construcción de nuevas escuelas, hospitales, carreteras y otras infraestructuras). Los datos también se emplean para distribuir miles de millones de dólares en fondos federales cada año.
El problema fue que, a causa de las oleadas masivas de inmigrantes, durante el siglo xix la población de Estados Unidos creció exponencialmente, por lo que calcular el censo fue cada vez más difícil, largo y complicado, ya que los cálculos se hacían a mano. Solo por poner un ejemplo, la oficina del censo tardó ocho años en publicar los resultados del censo de 1880.
Ese mismo año, Herman Hollerith se graduó en la Escuela de Minas de la Universidad de Columbia y, con solo diecinueve años, entró como estadístico en la oficina del censo. Rápidamente dedujo que si habían tardado ocho años para tabular el censo de 1880, con el crecimiento exponencial de la inmigración, para elaborar el siguiente censo, el de 1890, tardarían trece. Por lo tanto, el censo nacería obsoleto porque se publicaría pasado el año 1900, que era la fecha que la Constitución marcaba para el censo siguiente. Hollerith decidió que había que automatizar el proceso de tabulación de aquella cantidad ingente de datos. Pero ¿cómo?
En aquella época, los ferrocarriles utilizaban tarjetas perforadas para evitar que la gente viajara sin pagar. Los billetes eran unas cartulinas enormes impresas con diferentes columnas: la primera representaba el sexo del viajero; la segunda, la edad; la tercera, el color del pelo; la cuarta, el color de los ojos, etc. El revisor utilizaba una máquina de perforar para marcar las características del pasajero propietario del billete de forma que, una vez perforado, ninguna otra persona podía utilizarlo.
Inspirándose en esta idea, Hollerith observó que la mayor parte de las preguntas contenidas en los censos se podían responder con un sí o no, y pensó en la posibilidad de utilizar una tarjeta perforada parecida a la de los billetes de tren. Es decir, cada tarjeta representaba a una persona, y la ubicación y el número de agujeros de la tarjeta representaban diferentes datos sobre ella (el sexo, la edad, el estado civil, la raza, la ocupación, etc.).
Para leer los datos de todas las tarjetas de manera automática, Hollerith diseñó una máquina que utilizaba impulsos eléctricos. Cuando se introducía la tarjeta en la máquina de Hollerith y se le hacía pasar un impulso eléctrico, la electricidad fluía solo a través de los espacios perforados. Si había un agujero en el apartado de casado, Nueva York, varón, origen italiano, raza blanca, cuarenta y tres años e ingresos de menos de 100 dólares, la máquina añadía una persona a cada categoría. La mecanización del censo fue una revolución: la velocidad de tabulación se multiplicó por diez respecto a la elaboración manual, y el censo de 1990 se completó en solo dos años y medio, lo que comportó un ahorro de millones de dólares al gobierno de Estados Unidos.
Imagen 1.3. La tarjeta perforada de Hollerith.
Esta invención fue la primera que trató automáticamente la información. Gracias a ella, hoy en día se considera a Hollerith el primer informático de la historia, puesto que la palabra «informática» es el resultado de la fusión de «información» y «automática».
Una vez elaborado el censo de 1890, Hollerith vio que podía obtener beneficios con su nueva máquina. Al fin y al cabo, la demanda de procesamiento de datos crecía en ámbitos económicos como la contabilidad, la banca, los seguros o la gestión de existencias. Utilizando máquinas tabuladoras como la de Hollerith, las empresas de estos sectores podrían aumentar la productividad, y por lo tanto los beneficios, de manera prodigiosa. Con este objetivo, Hollerith abandonó la oficina del censo y fundó la Tabulating Machine Company (TMC) en 1896. En 1911, TMC se fusionó con otras empresas que fabricaban máquinas comerciales, como básculas industriales, relojes de registro de tiempo y máquinas tabuladoras. El resultado de la fusión fue la Computing-Tabulating-Recording Company (CTR). En 1924, el director general de CTR, Thomas Watson Jr., cambió el nombre de la empresa y la denominó International Business Machines Corporation. Así nació el primer gigante informático de la historia: IBM.
Una idea a la que le había llegado su momento
Decía Victor Hugo que no hay nada más potente que una idea a la que le ha llegado su momento. No discutiré con el poeta francés sobre cuál es la cosa más potente del mundo —por la sencilla razón de que en el mundo hay cosas muy potentes—, pero sí coincido con él en que todas las ideas tienen un momento en el que les toca aparecer. Lo vimos en De la sabana a Marte cuando hablamos de la «gran casa de las ideas»: una casa donde cada idea está representada por una habitación. Las habitaciones tienen puertas y ventanas que, cuando se abren, muestran una nueva idea o habitación. Es decir, a medida que los científicos inventan ideas nuevas, la gran casa del conocimiento se va haciendo grande. Pero fijaos que para crear una habitación nueva hay que abrir la puerta o la ventana de la habitación adyacente. No se pueden abrir las puertas de habitaciones que están muy lejos. El sincrotrón no podía haber sido inventado en la Edad Media porque las habitaciones que hacían posible pensar en la aceleración de partículas todavía no estaban abiertas. Leonardo da Vinci hizo unos dibujos de máquinas de volar que parecían helicópteros, pero en el siglo xvi era imposible que alguien fabricara aquellos artilugios porque los conocimientos científicos y tecnológicos necesarios para hacer volar máquinas más pesadas que el aire todavía no existían.
Del mismo modo, a pesar de que Charles Babbage estaba convencido de que podía construir una máquina programable para hacer cálculos matemáticos complejos, en 1822 el mundo no estaba preparado para aquellos inventos: no existía ni la demanda, ni la ciencia ni las tecnologías necesarias para implementar aquella idea alocada. Por eso Babbage fracasó.
Sin embargo, cien años después la situación era muy diferente. El mundo era cada vez más complejo y la demanda de datos y de cálculos aumentaba exponencialmente, tal y como acabamos de explicar.
Además, durante el siglo xix la ciencia había evolucionado mucho en campos como el electromagnetismo, las matemáticas, la ingeniería mecánica y la electrónica. Las guerras de la electricidad entre Tesla y Edison habían desembocado en la domesticación de la electricidad. Samuel Morse había inventado el telégrafo en 1837 y Guglielmo Marconi había patentado la radio en 1876. Thomas Edison, uno de los inventores de la bombilla eléctrica, había fabricado los primeros tubos de vacío, que son unos componentes electrónicos encerrados dentro de un tubo de vidrio que se utilizaban para amplificar, conmutar o modificar una señal eléctrica mediante el control del movimiento de los electrones en un espacio vacío similar al de la bombilla de luz.
Es decir, durante las primeras décadas del siglo xx no solo había la necesidad de construir máquinas mecánicas de calcular y procesar datos, sino que también existían las herramientas para fabricarlas. O, dicho de otro modo, en la gran casa de las ideas las habitaciones contiguas a la de los ordenadores estaban muy abiertas y llenas de investigadores, universidades, centros de investigación e, incluso, gobiernos deseosos de abrir sus puertas e inventar, por fin, las máquinas automáticas de calcular. Estas máquinas ya no existían solo en la imaginación de un científico de ideas alocadas como Charles Babbage, sino que eran una idea «a la que le había llegado su momento». De hecho, había tanta gente y tantas instituciones interesadas y con posibilidades de fabricar máquinas de computación que el ordenador acabaría llegando tarde o temprano. Lo único que no estaba nada claro era la forma que adoptarían esas máquinas, ni quién sería el primero en construirlas.
Cuando digo que se desconocía qué forma tendrían los ordenadores me refiero a que no se sabía si estos serían digitales o analógicos, si utilizarían números decimales o binarios, si serían mecánicos, magnéticos o electrónicos, o si cada máquina tendría una tarea concreta (como las calculadoras) o se podría programar para llevar a cabo muchas otras. De alguna manera, las primeras décadas del siglo xx fueron para los ordenadores lo mismo que la década de los noventa significó para los teléfonos móviles. ¿Os acordáis? Empresas como Nokia, Erikson, Motorola o RIM competían con innovaciones que cambiaban el diseño del teléfono cada año. Unas fabricaban teléfonos cada vez más pequeños, otras los hacían cada vez más voluminosos. Unas diseñaban teléfonos plegables y otras, de una pieza. Unas dotaban a los teléfonos de teclados enteros, otras usaban el teclado numérico para simular textos. Unas intentaban incorporar juegos o cámaras de fotos para convertir los teléfonos en herramientas de entretenimiento, otras querían incorporar el correo electrónico para convertirlos en extensiones de nuestras oficinas. Hoy todo el mundo sabe que el final de la película se escribió en 2007, cuando Steve Jobs presentó el iPhone. Desde entonces, el nuevo aparato de Apple se convirtió en el molde a partir del cual se fabricaron todos los smartphones del mundo. A partir de entonces, todas las empresas han fabricado smartphones muy parecidos al iPhone original: de una sola pieza, sin teclado, con pantalla táctil, con una gran cantidad de aplicaciones que permiten la comunicación con la oficina, internet, redes sociales, etc.
Pues bien, a principios del siglo xx la mayor parte de los componentes estaban sobre la mesa, pero nadie sabía cómo juntarlos. Y, tal como ocurrió después con los teléfonos, hubo centenares de inventores que fabricaron prototipos de toda índole: unos eran mecánicos y otros electrónicos, unos eran digitales y otros analógicos, unos utilizaban el sistema decimal y otros el binario, unos eran programables y otros no. Hoy sabemos que los ordenadores son electrónicos, digitales, binarios y universales. Ahora bien, para llegar hasta ahí, hizo falta que muchos pensadores aportaran muchas ideas durante muchos años.
Analógico vs. digital
Vannevar Bush y el sintetizador diferencial
Vannevar Bush era un ingeniero del Massachusetts Institute of Technology (MIT) que quería encontrar la solución mecánica en los sistemas de ecuaciones diferenciales. En el año 1931 creó una máquina a la que llamó «sintetizador diferencial» (differential analyzer). El sintetizador diferencial era un tipo de computadora analógica que utilizaba un sistema de ruedas giratorias, ejes y engranajes que recordaba a la máquina de Ramon Llull. Pero a diferencia de la Ars Generalis Ultima, la máquina de Bush no servía para descubrir verdades teológicas, sino para resolver sistemas de ecuaciones que, como ya hemos explicado, son los que utilizan los militares para dirigir las bombas y los misiles, pero que también se pueden usar para predecir el movimiento de otros tipos de objetos como, por ejemplo, un balón cuando bota.
Para predecir el movimiento de un balón, antes deberíamos introducir sus propiedades (el peso, el volumen, etc.) y las fuerzas que actúan en él (la gravedad y la resistencia del aire); a continuación, el sintetizador diferencial calcularía la trayectoria en el tiempo.
A pesar de que era una máquina impresionante para la época, presentaba problemas de precisión (al estar hecha con componentes mecánicos, perdía exactitud con el desgaste de las piezas). Además, su tamaño era equivalente al de una habitación (no era fácil encontrar un lugar donde ponerla), era cara de mantener (solo estaba al alcance del ejército y de las universidades más ricas del mundo) y era muy lenta (no era útil para instituciones como el ejército, que necesitaban resultados casi instantáneos). Ah, y tenía un problema aún mayor: no se podía programar; es decir, cuando se quería cambiar la ecuación, era necesario volver a cablear todo el aparato, lo que requería conocimientos profundos de matemáticas, física e ingeniería. ¡La idea user friendly («amable con el usuario») todavía no había llegado al MIT!
Por todo ello, la contribución del sintetizador diferencial fue negativa: sus grandes limitaciones demostraron que la vía de los ordenadores analógicos era una vía muerta y que había que optar por la alternativa, que eran los ordenadores digitales. El problema es que, para poder desarrollar ordenadores digitales, faltaban aún adelantos en el campo de las matemáticas y en el de la electrónica.
Decimal vs. binario
Claude Shannon
Como ocurrió con muchos otros grandes maestros de la historia, la contribución más importante de Vannevar Bush llegó a través de los conocimientos que transmitió a sus alumnos. La lista de sus estudiantes destacados es larga, y entre ellos sobresale el nombre de Claude Shannon.
Hijo de un hombre de negocios y de una maestra de escuela, y nacido en un pueblo de Míchigan llamado Petoskey el 30 de abril de 1916, Claude estudió el bachillerato en Gaylord (también en Míchigan). Desde muy pequeño mostró un gran interés por la electrónica y construyó desde un barco controlado por radio hasta un sistema de telegrafía inalámbrica con el que se conectaba con un amigo que vivía en la otra punta de la ciudad, así como varias maquetas de aviones. En la Universidad de Míchigan obtuvo el doble grado de ingeniería eléctrica y matemáticas. En su último año universitario, entró como becario en el MIT, donde trabajó con el legendario Vannevar Bush, a quien ayudó en la construcción del sintetizador diferencial.
Una vez concluido el año como becario en el MIT, Shannon trabajó en los laboratorios Bell, un centro de investigación donde científicos teóricos e ingenieros prácticos interaccionaban e intercambiaban ideas e información. Allí, el joven norteamericano conoció cómo se investigaba en un área entonces puntera, como era la de los interruptores eléctricos que servían para redirigir llamadas telefónicas. Su mente prodigiosa percibió que los interruptores electrónicos que abrían o cortaban el paso a la corriente eléctrica se podían utilizar para escribir números y letras en un sistema binario. Veamos cómo.
Números binarios
En el sistema decimal, los números tienen 10 dígitos: del 0 al 9. Para expresar números mayores que 9, utilizamos dos dígitos: el primero representa las decenas y el segundo, las unidades. Con dos dígitos podemos representar 100 números: desde el 0 hasta el 99. Si queremos expresar un número mayor que 99, tenemos que usar tres dígitos. Por ejemplo, el número 237 quiere decir 2 centenas (o 200), 3 decenas (o 30) y 7 unidades. Si sumamos estas tres cantidades (200 + 30 + 7) obtenemos el 237. Cada columna es un múltiplo de 10.
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100as |
10as |
1s |
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2 |
3 |
7 |
En cambio, el sistema binario no tiene diez, sino dos cifras: el 0 y el 1. Pero del mismo modo que con el sistema decimal se pueden representar todos los números y no solo nueve, con el binario también se pueden representar todos los números y no solo el 0 y el 1. La forma de conseguirlo es básicamente la misma que la decimal, pero, en vez de que cada columna represente un múltiplo de 10, en el sistema binario cada columna representa un múltiplo de 2. Veamos, por ejemplo, el número 101 en binario en una tabla similar a la que hemos usado para los decimales, pero con múltiplos de 2:
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4’s |
2’s |
1’s |
|
1 |
0 |
1 |
El número binario 101 representa una vez el 4, cero veces el 2 y una vez el 1; es decir, 4 + 1 = 5. Tomemos ahora un número algo más largo; por ejemplo, el 11001001.
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128’s |
64’s |
32’s |
16’s |
8’s |
4s’s |
2’s |
1’s |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Este número es la suma de 128 más 64 más 8 más 1; es decir, 201. Por lo tanto, el número que en el sistema decimal se escribe 201, en binario se escribe 11001001. El mayor número que se puede escribir con 8 dígitos es el 11111111, que corresponde al 255. Es decir, con un bloque de 8 dígitos se pueden representar un total de 256 números, que van del 0 al 255.
Operaciones con números binarios
Recordemos que, para sumar números con el sistema decimal, sumamos cada columna individualmente empezando por las unidades. Si la suma de las unidades es mayor que 9, por ejemplo 11, entendemos que esto significa 1 decena y 1 unidad, por lo que tomamos esta decena y la añadimos a la columna de las decenas. Por ejemplo, para sumar 37 más 14, primero sumamos las unidades (7 + 4 = 11), que son 1 unidad y 1 decena. Colocamos la decena en la columna de las decenas («llevamos una») y la sumamos al 3 y al 1: 3 + 1 + 1 = 5. Por lo tanto, 37 + 14 = 51.
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10es |
1’s |
|
|
1 |
||
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3 |
7 |
|
|
+ |
1 |
4 |
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= |
5 |
1 |
Para sumar en el sistema binario hacemos exactamente lo mismo, pero teniendo en cuenta que si la suma en cualquier columna es superior a 1, «llevamos una» a la siguiente columna. Como ejemplo, realicemos la operación 37 + 14 en el sistema binario. El 37 en binario se escribe 00100101 (es decir, 32 + 4 + 1) y el 14 se escribe 00001110 (es decir, 8 + 4 + 2). Colocamos los dos números el uno encima del otro y sumamos columna a columna.
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128’s |
64’s |
32’s |
16’s |
8’s |
4’s |
2’s |
1’s |
(Decimal) |
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1 |
1 |
||||||||
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0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
(37) |
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+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
(14) |
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= |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
(51) |
En la columna de los 1 hay un 1 y un 0. Dado que 1 + 0 = 1, ponemos un 1 en la fila de la suma. En la columna de los 2 tenemos 0 + 1 = 1; por lo tanto, ponemos un 1 en la fila de la suma. En la columna de los 4 tenemos dos 1: 1 + 1 = 2. Como en el sistema binario no hay doses, el 2 se escribe 10. Por lo tanto, ponemos un 0 en la columna de los 4 y «llevamos una» a la columna de los 8. Ahora, en los 8 tenemos 1 + 0 + 1 = 2. Por lo tanto, ponemos un 0 y «llevamos una» a la columna de los 16. En esta columna tenemos 1 + 0 + 0 = 1; por lo tanto, ponemos un 1 y no llevamos ninguna a la columna de los 32, que queda 1 + 0 = 1. Puesto que en las columnas de los 64 y 128 solo hay ceros, la suma en estas columnas también es cero. El resultado es, pues, 00100101 + 00001110 = 00110011. Podemos comprobar que el resultado es correcto verificando a qué número decimal corresponde el 00110011. Es decir, un 1 en la columna de los 32, 12, 2 y 1. Hacemos la suma 32 + 16 + 2 + 1 y obtenemos el 51, que, efectivamente, es el resultado correcto.
Cada dígito binario (0 o 1) se llama «bit».(5) Como ya hemos explicado, los números binarios que tienen 8 bits pueden representar 256 valores (desde el 0 hasta el 11111111, que es el 255 en el sistema decimal). Seguramente recordaréis los primeros ordenadores que tuvisteis, que se llamaban «ordenadores de 8 bits». También recordaréis videojuegos con gráficos de 8 bits. Eso significa que aquellos aparatos primitivos hacían todas las operaciones en partes de 8 bits. Los ordenadores y videojuegos de 8 bits eran muy limitados, porque solo podían jugar con 256 números diferentes. Por ejemplo, los gráficos solo podían contener 256 colores, en vez de los millones de colores de los videojuegos o de los ordenadores actuales. Pero los grupos de 8 son una medida tan común en el mundo de la computación que se les ha asignado un nombre propio: «byte». Por consiguiente, 1 byte son 8 bits. Eso significa que 1.000 bytes (o 1 kilobyte) son 8.000 bits. Un megabyte (MB) son 1 millón de bytes u 8 millones de bits. Un gigabyte (GB) son 1.000 millones de bytes u 8.000 millones de bits. Seguramente, vuestro ordenador actual tiene una capacidad de memoria de 2 o 3 terabytes (TB), que son 1 billón de bytes u 8 billones de bits.(6)
Sin embargo, lo más probable es que vuestro ordenador actual no sea de 8 bits, sino de 32 bits o 64 bits, porque opera con grupos de 32 o 64 bits, respectivamente. Con 32 dígitos binarios se pueden representar alrededor de 4.300 millones de números. Y los de 64 bits pueden describir hasta 20 trillones de números (¡un dos y diecinueve ceros!). Y como hay números positivos y negativos, los expertos utilizan el primer bit de la secuencia para representar el signo: 0 significa positivo y 1 significa negativo. Los 63 números restantes representan el número.
Letras como números binarios: del ASCII al Unicode
Naturalmente, hoy en día los ordenadores no solo manipulan números. También manipulan letras y símbolos, como los interrogantes, los puntos, las exclamaciones o los símbolos matemáticos. Por ejemplo, ahora mismo estoy escribiendo este texto en un ordenador. Para representar letras y símbolos en el sistema binario, en 1962 los norteamericanos inventaron el código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) en el que cada letra y cada símbolo estaban representados por un número. Por ejemplo, la a minúscula (a) era el 97; la a mayúscula (A), el 65; el signo de interrogación (?), el 63, y el símbolo de la suma (+), el 43. Puesto que cada uno de esos números podía estar representado en binario (con 0 y 1), el código ASCII también permitía escribir el abecedario inglés con largas secuencias de ceros y unos. El problema del código ASCII es que solo contenía las letras y los símbolos utilizados en el idioma inglés. Es decir, no estaba la ñ ni otras letras utilizadas en otros idiomas. Tampoco contenía signos como ¿ o ¡ para abrir preguntas o exclamaciones, ni permitía escribir en lenguas que utilizan alfabetos no latinos (el griego, el cirílico o el árabe) o las lenguas que no utilizan alfabetos, como el chino o el japonés. Para solucionar el problema, en 1992 se introdujo el sistema Unicode. Este nuevo sistema hace lo mismo que el ASCII para el inglés, pero para todos los caracteres de cada uno de los ciento sesenta y un idiomas escritos de la historia: asocia cada carácter a un número. Actualmente, el Unicode puede representar un total de 149.186 caracteres con largas secuencias de ceros y unos. Eso significa que con el sistema binario basado en ceros y unos podemos representar todos los números y todas las letras de todos los alfabetos, todos los símbolos usados por todas las lenguas escritas del mundo y de la historia, todos los caracteres utilizados por las lenguas no alfabéticas, todos los símbolos matemáticos e, incluso, todos los emojis que utilizamos hoy en día cuando enviamos wasaps.
Pero la cosa no acaba aquí, porque, del mismo modo que ASCII y Unicode usan números para codificar letras, es posible usar sistemas similares para codificar los colores del píxel de una fotografía digital o los sonidos de una canción. Así pues, el sistema binario se puede utilizar para manipular números, letras, símbolos, caracteres, imágenes o sonidos. Y todo ello, en largas secuencias de ceros y unos.
La lógica es matemática: el álgebra de Boole
Volvamos a Claude Shannon y, más en concreto, a la época en la que estuvo en los laboratorios Bell. El joven matemático de Míchigan, deslumbrado por los relés electromagnéticos que permitían el paso o no de la corriente eléctrica, como un grifo que abre o corta el paso del agua, pensó que el momento en que el relé estaba abierto y dejaba pasar la corriente eléctrica podía representar el número 1, y el momento en que estaba cerrado podía representar el 0. De este modo, podía utilizar los relés para representar todos los números, todas las letras y todos los símbolos de todas las lenguas.
Pero Shannon fue un poco más allá y consideró que con un sistema binario también era factible representar funciones lógicas. Para conseguirlo, recuperó una rama de las matemáticas que había desarrollado George Boole hacía noventa años, la llamada «álgebra» o «lógica booleana».
George Boole fue un matemático británico autodidacta nacido en 1815 cuyo trabajo se centró en deducir verdades matemáticas a partir de ecuaciones lógicas. En el álgebra normal que todos estudiamos en el colegio, los valores de las variables son números y las operaciones son las operaciones aritméticas que todos conocemos (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones, etc.). Por el contrario, en el álgebra booleana las variables son «verdadero» o «falso», y hay tres operaciones básicas que, en inglés, son: and («y»), or («o») y not («no»).
Empecemos por la operación and. Imaginemos que una afirmación es cierta solo si las dos premisas lo son. Pongamos por caso que digo: «Me llamo Xavier y soy profesor de economía». Como, en efecto, me llamo Xavier y (and) también soy profesor de economía, la frase es verdadera. Lo es porque las dos afirmaciones contenidas en la frase lo son; pero si una de las dos afirmaciones fuera falsa, la frase sería falsa. Por ejemplo, la frase «me llamo Manuel y soy profesor de economía» es falsa, aunque yo sea profesor de economía, porque no me llamo Manuel. Asimismo, la frase «me llamo Xavier y soy profesor de baile» también es falsa porque me llamo Xavier, pero no soy profesor de baile. Finalmente, la frase «me llamo Manuel y soy profesor de baile» es falsa porque ni me llamo Manuel, ni soy profesor de baile.
La operación and se puede resumir en una tabla lógica del siguiente modo:
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Operación AND |
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Input 1 |
Input 2 |
Resultado |
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Verdadero |
Verdadero |
Verdadero |
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Verdadero |
Falso |
Falso |
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Falso |
Verdadero |
Falso |
|
Falso |
Falso |
Falso |
Solo si los dos inputs (las dos premisas) son verdaderos, la frase que combina la primera parte y (and) la segunda también lo es. Si uno de los dos inputs es falso o ambos lo son, entonces la combinación del primero y el segundo es falsa.
La segunda operación lógica de Boole es or. Imagina ahora que una afirmación es verdadera si al menos una de las premisas lo es. Por ejemplo, la frase «me llamo Xavier o soy profesor de economía» es verdadera porque las dos partes de la afirmación lo son. La frase «me llamo Manuel o soy profesor de economía» también es cierta porque, aunque no me llamo Manuel, sí soy profesor de economía. Del mismo modo, la frase «me llamo Xavier o soy profesor de baile» también es verdadera porque, aunque no soy profesor de baile, sí me llamo Xavier. Por último, la frase «me llamo Manuel o soy profesor de baile» es falsa porque ni me llamo Manuel, ni soy profesor de baile. La tabla lógica que resume la operación or es la siguiente:
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Operación OR |
||
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Input 1 |
Input 2 |
Resultado |
|
Verdadero |
Verdadero |
Verdadero |
|
Verdadero |
Falso |
Verdadero |
|
Falso |
Verdadero |
Verdadero |
|
Falso |
Falso |
Falso |
La tercera operación fundamental del álgebra booleana es la negación not. Esta operación simplemente cambia lo verdadero por falso y viceversa.
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Operación NOT |
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Input |
Output |
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Verdadero |
Falso |
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Falso |
Verdadero |
En su libro The Mathematical Analysis of Logic, publicado en 1847, Boole demostró que la lógica se podía tratar sistemáticamente desde las matemáticas y, por lo tanto, se podía desarrollar manipulando ecuaciones basadas en las tres operaciones lógicas básicas: «y», «o» y «no».
Interruptores electrónicos
La grandeza de Claude Shannon fue darse cuenta de que, si asociamos el dígito 1 a «verdadero» y el 0 a «falso», toda aquella rama de la matemática podía aplicarse directamente mediante un sistema binario de ceros y unos.
Imagen 1.4. Circuito abierto. Circuito cerrado.
Imaginemos que tenemos un circuito electrónico (representado en la imagen 1.4) con un interruptor que puede estar abierto o cerrado. Cuando está abierto y deja pasar la corriente, decimos que tiene el valor 1, y cuando está cerrado, la corriente no pasa y decimos que tiene el valor 0. Si en la salida de este interruptor fluye la corriente, el output es 1, y si no fluye, el output es 0. Cuando el output es 0, decimos que el resultado es falso, y cuando es 1, decimos que es verdadero.
Intentemos construir un transistor que reproduzca la operación lógica and. En vez de un interruptor que abra y cierre las puertas, ponemos dos, el uno detrás del otro, como los de la imagen 1.5.
Imagen 1.5A. Circuito «y» (and) con dos interruptores abiertos.
En el esquema A de la imagen 1.5 tenemos el caso en el que los dos inputs son 0 y, por lo tanto, ambos mantienen los dos interruptores cerrados. En este caso, los electrones no fluyen y el output es 0. Vemos que este sistema de interruptores reproduce el resultado de la lógica de Boole que hemos visto antes para el caso de la operación «y»: si las dos premisas o inputs son falsas, el resultado también es falso.
Imagen 1.5B. Circuito «y» (and) con un interruptor abierto y uno cerrado.
En el esquema B tenemos el mismo gráfico, pero en el caso en que el input 1 (abierto) es 1 y el 2 (cerrado) es 0. En este caso, los electrones fluyen a través de la primera puerta, pero se detienen en la segunda, que está cerrada. El resultado es que la electricidad no llega al final y, por consiguiente, el resultado es 0. De nuevo, vemos que el circuito reproduce la lógica de Boole para el caso de la operación «y»: si una de las dos premisas es falsa, entonces el resultado es falso.
Imagen 1.5C. Circuito «y» (and) con un interruptor abierto y uno cerrado.
En el esquema C tenemos el caso en que el input 1 es 0 (falso) y el 2 es 1 (verdadero). La electricidad se detiene en la primera puerta porque está abierta. Aunque la segunda puerta esté cerrada, la electricidad no fluye hacia el final del circuito y, por lo tanto, el output también es 0.
Imagen 1.5D. Circuito «y» (and) con dos interruptores abiertos.
Por último, el esquema D representa el caso en que los dos inputs tienen el valor 1 (son verdaderos), lo que significa que las dos puertas permiten el paso de la corriente y, en consecuencia, el output es 1. Fijaos en que este circuito tan simple nos da como resultado 1 (verdadero) solo cuando los dos inputs son 1 (los dos son verdaderos) y nos da como resultado 0 si uno, el otro o ambos son 0 (o falsos). Con este circuito sencillo, pues, podemos reproducir la tabla lógica de la operación and.
Para construir un transistor que ejecute la operación or, en lugar de disponer los interruptores en serie, los colocamos en paralelo, tal y como muestra la imagen 1.6.
Imagen 1.6. Circuito «o» (or) con dos puertas abiertas.
Observad que, en este caso, la electricidad puede fluir por la parte de arriba o por la parte de abajo del circuito. Si las dos puertas están cerradas (si los dos inputs son 0), la electricidad no fluye y el output es 0. Ahora bien, si una de las dos puertas está abierta, o las dos lo están, la electricidad fluye y el output es 1. Es decir, a diferencia de la operación and, con la operación or solo hace falta que uno de los dos inputs sea verdadero para que la frase entera sea verdadera. Solo en el supuesto de que ambas sean falsas, la frase entera también será falsa. Fijaos en que con este circuito con interruptores hemos conseguido reproducir la tabla lógica del or.
Pues bien, Claude Shannon vio que podía representar toda la lógica matemática desarrollada por Charles Boole con simples circuitos electrónicos que tuvieran interruptores similares a los que hemos mostrado aquí. Este hallazgo, que Shannon escribió en la tesina del máster[4] en 1937, resultó fundamental para la historia de los ordenadores. De hecho, su tesina se convirtió en la más importante de todos los tiempos, puesto que estableció las bases sobre las que se fundamenta toda la informática moderna, y acabó con el debate sobre si los ordenadores tenían que utilizar el sistema decimal o el sistema binario. A partir del trabajo de Claude Shannon (que demostró que el sistema binario no solo podía escribir todos los números y todas las letras de todos los abecedarios del mundo, sino que también podía realizar todas las operaciones aritméticas tradicionales y aplicar toda el álgebra lógica de Boole), la informática se convirtió en una ciencia que solo trabajaba con ceros y unos.
Mecánico vs. electrónico
Howard Aiken y el Harvard Mark I
Claude Shannon dejó claro que se podían construir ordenadores basados en el sistema binario de ceros y unos siempre y cuando hubiera un mecanismo que actuara como interruptor o puerta que dejara pasar selectivamente la electricidad en función de si los inputs eran 1 o 0. En este punto, su experiencia en el centro de investigación de la compañía telefónica Bell resultó fundamental, ya que las centrales telefónicas automáticas de la época utilizaban relés mecánicos que desempeñaban esta función. Los relés mecánicos eran dispositivos que funcionaban como interruptores controlados mediante señales eléctricas que los activaban o los desactivaban para abrir o cerrar circuitos.
Dentro de un relé mecánico había una bobina de inducción que, cuando pasaba corriente, generaba un campo magnético. Este campo magnético atraía una palanca de hierro que estaba unida a uno o más contactos. Cuando la palanca se movía, abría o cerraba circuitos, y, por lo tanto, permitía o interrumpía el flujo de corriente. ¡Justo eso era lo que Shannon buscaba!
A pesar de que los relés mecánicos todavía se utilizan en numerosas aplicaciones, en muchos casos han sido reemplazados por versiones electrónicas más modernas, como los relés de estado sólido, que no tienen partes móviles y son más rápidos, fiables y duraderos.
Mientras Shannon escribía su tesina en 1937, un estudiante de doctorado en la Universidad de Harvard, Howard Aiken, decidió construir una máquina de calcular a gran escala. Pidió financiación a la universidad para desarrollar el proyecto, pero las autoridades de Harvard consideraron que era demasiado caro. Aiken encontró el apoyo financiero de la compañía IBM, que en aquel momento ya no estaba dirigida por Hollerith, sino por el legendario Thomas J. Watson. La máquina se empezó a construir en 1943 en la fábrica de IBM en Endicott, Nueva York, y se terminó en 1944. La máquina resultante, conocida con el nombre de Harvard Mark I, era un coloso de acero que medía 15,5 metros de longitud por 4 metros de altura. Pesaba aproximadamente 5 toneladas. Tenía más de setecientos cincuenta mil componentes, entre los que había tres mil quinientos relés mecánicos, que se podían ver desde el exterior gracias a las cubiertas de vidrio transparente.
La Harvard Mark I fue presentada oficialmente en 1944 en la Universidad de Harvard y fue utilizada hasta 1959 para varios tipos de cálculos científicos y militares. El problema principal de la Harvard Mark I eran precisamente los relés mecánicos. Aunque hacían su trabajo de abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica cuando correspondía, era preciso mover la palanca mecánica cada vez que se abría y se cerraba, lo que hacía sus movimientos necesariamente lentos. Los mejores relés mecánicos de la época se podían abrir y cerrar unas cincuenta veces por segundo. Esto puede parecer una gran velocidad, pero si la comparamos con los miles de millones de veces que lo hacen los mecanismos actuales, los relés mecánicos eran insoportablemente lentos.
La Harvard Mark I era capaz de realizar tres sumas o tres restas por segundo, tardaba unos seis segundos en hacer una multiplicación, quince segundos en hacer una división y más de un minuto para ejecutar operaciones más complejas como, por ejemplo, calcular el valor de funciones trigonométricas como los senos o los cosenos. Otra limitación de los relés mecánicos era que, al moverse de manera física, se rompían con facilidad y dejaban de funcionar muy rápidamente. De los tres mil quinientos relés con que contaba la Harvard Mark I, cada día había que cambiar uno o dos, lo que suponía un grave problema, sobre todo a la hora de realizar cálculos complicados que requerían días y los relés se rompían a media operación. Por si esto no fuera suficiente, había un tercer problema con los relés mecánicos: su movimiento provocaba calor, y el calor atraía todo tipo de insectos.(7) En septiembre de 1947, la máquina dejó de funcionar. Las operadoras —lo digo en femenino porque quienes operaban los ordenadores en la época eran mujeres— repasaron cada uno de sus tres mil quinientos relés. En medio de este tedioso proceso, Grace Hopper encontró una polilla muerta enganchada en uno de ellos. A partir de aquel día, cuando algo no funciona en un ordenador se dice que tiene un bug (insecto) y el proceso de solucionar el problema se denomina debugging (depuración de insectos).
Tubos de vacío
Los problemas de la Harvard Mark I demostraron que había que encontrar una alternativa a los relés mecánicos. Afortunadamente, la alternativa ya existía desde hacía muchos años: el tubo de vacío. El tubo de vacío, también conocido como «válvula electrónica», lo había inventado el ingeniero y físico inglés John Ambrose Fleming en 1904.
La válvula electrónica de Fleming era un tubo. En uno de sus extremos tenía una estructura metálica denominada «cátodo» que, al calentarse, liberaba electrones; en el otro extremo había una estructura llamada «ánodo», con carga positiva, que atraía a los electrones liberados por el cátodo. En el año 1906, Lee De Forest, un inventor norteamericano, añadió un tercer componente: una reja que podía controlar el flujo de electrones entre el cátodo y el ánodo. Si la reja tenía carga negativa, repelía los electrones y les impedía llegar al ánodo, con lo que el tubo «se apagaba»; si la reja no tenía carga, los electrones podían atravesarla y llegar al ánodo, con lo que el tubo «se encendía».
Esta capacidad de encender y apagar rápidamente el tubo permitía a los tubos de vacío llevar a cabo la función de interruptor que hasta entonces hacían los relés mecánicos. Pero con una ventaja sustancial: abrían y cerraban el grifo de la electricidad sin intervención de ningún componente mecánico. Por eso los tubos de vacío se podían encender y apagar mucho más rápidamente que los relés mecánicos y, además, no se rompían con tanta facilidad. Ah, y como los movimientos de electrones tenían lugar dentro de una especie de bombilla de vidrio, los insectos atraídos por el calor generado no podían interferir en su funcionamiento. De este modo, los tubos de vacío sustituyeron a los relés mecánicos y los ordenadores pasaron a ser, definitivamente, electrónicos.
Una pregunta interesante para los historiadores de las ideas y la innovación es la siguiente: ¿por qué Aiken, que construyó la Harvard Mark I en 1944, no utilizó tubos de vacío si estos ya existían desde 1906? No lo sabemos. Su propuesta inicial fue construir un ordenador con relés mecánicos y cuando alguien le sugirió que empleara tubos de vacío, él se negó. Este es uno de los problemas frecuentes de los grandes innovadores: la cabezonería que los lleva a persistir hasta lograr el éxito juega en su contra cuando, por esta misma terquedad, se obstinan en no cambiar de idea cuando se demuestra que su intuición original era errónea. En cualquier caso, la negativa de Aiken a cambiar de opinión hizo que la Harvard Mark I naciera obsoleta.
Bletchley Park: Enigma y Colossus
Durante la Segunda Guerra Mundial, los ingleses tenían un gran interés en descifrar los mensajes encriptados de los alemanes. Se trataba de una tarea de enorme importancia para el esfuerzo de los aliados, increíblemente compleja y que requería mucho tiempo y muchos recursos humanos. La máquina de cifrado que utilizaban los alemanes era la Lorenz SZ40/42, que producía un código bastante más complejo que el de la máquina Enigma,(8) la más conocida. Los británicos conocían los mensajes cifrados con Lorenz con el nombre de código Tunny. Y la tarea de descifrarlos recayó en el Govern Code and Cypher School (GC&CS) ubicado en Bletchley Park, una mansión situada en el pueblo de Milton Keynes, en el Reino Unido.
El encargado de liderar el Colossus —que es el nombre del proyecto de construir una máquina capaz de descifrar códigos alemanes— fue Tommy Flowers, un ingeniero de telecomunicaciones de la Post Office Research Station de Londres. Antes del Colossus, los británicos habían fabricado un aparato llamado Heath Robinson, pero este presentaba problemas de fiabilidad y velocidad porque utilizaba relés mecánicos. La principal novedad del Colossus fue el uso de tubos de vacío, más rápidos y fiables.
El Colossus no era programable —en el sentido moderno del término—, pero los operadores podían alterar su comportamiento cambiando el cableado y los conmutadores, lo cual permitía a la máquina ejecutar diferentes tareas de desencriptado. Por esta razón, algunos historiadores afirman que el Colossus fue el primer ordenador electrónico programable del mundo.
Gracias al Colossus, el personal de Bletchley Park pudo proporcionar a las fuerzas aliadas información valiosa sobre las intenciones y las estrategias de los alemanes, lo que contribuyó indudablemente a la victoria. A pesar del éxito, nadie tuvo conocimiento de la existencia del proyecto Colossus hasta tres décadas después de haber finalizado la contienda. Por alguna razón misteriosa, Winston Churchill quiso mantener el secreto, hasta el punto de ordenar destruir ocho de las diez máquinas que se habían construido y obligar a quienes habían trabajado en el proyecto a guardar silencio sobre su actividad en Bletchley Park.
La orden de Churchill tuvo dos consecuencias. La primera es que, aunque durante la guerra el programa de computación del Reino Unido estaba más avanzado que el de Estados Unidos, después de la guerra los británicos se quedaron atrás. La segunda es que la importancia del Colossus en la historia de la informática y las contribuciones de los científicos británicos que intervinieron en el proyecto permanecieron ocultas hasta que los historiadores las redescubrieron ya en la década de los setenta. A veces, las decisiones que toman los políticos para supuestamente proteger la seguridad nacional traen consecuencias incalculables para la ciencia y para los científicos. La arbitraria decisión de Churchill apartó a su país de la carrera para construir el primer ordenador real de la historia.
Función única vs. universal
Alan Turing
Alan Turing es una de las figuras clave de la historia de la informática y de la inteligencia artificial. Su familia pertenecía a la baja nobleza británica después de que, en 1638, el rey de Inglaterra otorgara una baronía a uno de sus antepasados, John Turing. El paso de las generaciones y de las sucesivas herencias habían dejado a los padres de Alan Turing sin tierras y sin más privilegios que el de ser funcionarios de rango medio de la burocracia británica destinados a las colonias de las Indias Orientales. Y allí, en la ciudad india de Chhatrapur, fue concebido Alan. Nueve meses más tarde, el 23 de junio de 1912, Alan nació en Londres durante unas vacaciones de sus padres en Inglaterra. Cuando sus progenitores tuvieron que regresar a la India a trabajar, dejaron a Alan y a su hermano con un coronel retirado del ejército y su mujer, porque creyeron que la colonia no era el lugar más indicado para criar a unos niños británicos. Así, con tan solo un año, el pequeño Alan se separó de sus padres.
A la edad de trece años, Alan fue a un internado llamado Sherborne School. Tenía tantas ganas de ir que, cuando supo que no podía asistir al primer día de clase por culpa de una huelga general en Inglaterra, se subió a la bicicleta y recorrió él solo los 100 kilómetros que separaban su casa del internado. ¡Pedaleó durante dos días!
En Sherborne descubrió uno de los aspectos de su personalidad que marcaron el resto de su vida, la homosexualidad. En el internado se enamoró locamente de un compañero de escuela rubio, alto y delgado, que se llamaba Christopher Morcom. Parece, no obstante, que su amor nunca fue correspondido. Alan no sobresalía demasiado en lo académico, porque la escuela ponía mucho énfasis en los estudios clásicos, y a él lo que le gustaba eran las matemáticas y las ciencias. Fuera de las horas de clase leía libros por su cuenta, y fue así como, a los dieciséis años, descubrió a Einstein y a Planck, dos de los genios que habían revolucionado la física a finales del siglo xix y principios del xx. A Alan le encantaba discutir las lecturas con su amado y admirado Christopher. Un año antes de graduarse, Morcom falleció, víctima de la tuberculosis bovina que había contraído bebiendo leche de vaca infectada cuando era pequeño. La muerte de su amigo aumentó la determinación de Alan de estudiar matemáticas. Por lo menos, eso fue lo que escribió en una carta a la madre de Christopher, en la que afirmaba que la muerte de su amigo le haría estudiar todavía más «porque eso es lo que a él le habría gustado».[5]
Sin embargo, las notas obtenidas en Sherborne no fueron brillantes, de modo que no pudo acceder a su primera opción universitaria, el Trinity College. Ahora bien, su talento matemático le permitió matricularse en el King’s College de la Universidad de Cambridge, donde estudió entre 1931 y 1934. En aquel centro sí sobresalió porque se pudo dedicar a las matemáticas y a las ciencias. El joven poseía tanto talento y tanta autoconfianza que en 1936, justo después de graduarse, decidió enfrentarse a uno de los problemas matemáticos más difíciles del momento y que tenía un nombre tan espectacular como incomprensible: Entscheidungsproblem, que en alemán significa el «problema de decisión».
En matemáticas, un problema de decisión es una pregunta que tiene una respuesta, o bien afirmativa, o bien negativa, de sí o no. Por ejemplo, la pregunta «¿es cierto que 2 + 2 es igual a 4?» es un problema de decisión, porque la respuesta es sí. Otro ejemplo: «¿Es cierto que 5 3 3 es igual a 22?» también es un problema de decisión y la respuesta es, evidentemente, no. Un tercer ejemplo: «¿Es cierto que 9661 es un número primo?». Ahí, la respuesta no es tan evidente, pero en cualquier caso es un problema de decisión porque la respuesta solo puede ser sí o no (efectivamente, es sí).
¿Cómo sabemos que las respuestas a las preguntas cuya respuesta es un sí o un no son correctas? Pues porque podemos seguir unos procedimientos, o algoritmos, que nos lo confirman. Para responder a la pregunta de si 2 + 2 son 4, solo debemos seguir el procedimiento de la suma: tomamos el número 2, le añadimos 2 unidades más y el resultado es 4. Por lo tanto, si podemos seguir un algoritmo y llegar a la conclusión de que la respuesta es sí, el problema es «decidible». La segunda pregunta también es «decidible», ya que podemos encontrar un procedimiento para llegar a la solución. El procedimiento consiste en multiplicar 3 por 5, es decir, sumar tres veces 5. Si lo hacemos, obtendremos el resultado de 15 (y no 22). Por lo tanto, existe un procedimiento que nos permite llegar a la respuesta del no.
La respuesta a la tercera pregunta es un poco más complicada. Ya hemos explicado más arriba que un número primo es aquel que solo es divisible por 1 y por sí mismo. El número 3 es primo porque solo es divisible por 1 y por 3. El número 8, en cambio, no es primo porque es divisible por 1, por 8, pero también por 2 y por 4. Para saber si un número es primo, podemos seguir un procedimiento muy sencillo: dividimos el número 9661 por todos los números empezando por el 2, y si resulta divisible por alguno de ellos, la respuesta es no. Si no es divisible por ningún otro número, excepto por 1 y por sí mismo, la respuesta es sí. Este procedimiento, o algoritmo, puede ser largo y tedioso, pero la pregunta no es si el algoritmo es largo o tedioso. La pregunta es si podemos encontrar la respuesta siguiendo un procedimiento. Pues bien, la respuesta a la pregunta de si un número es o no primo se puede hallar siguiendo el algoritmo que he indicado. Por consiguiente, la pregunta «¿es X un número primo?» es un problema «decidible».
En el año 1928, el matemático alemán David Hilbert se planteó la siguiente pregunta: ¿todos los problemas de decisión matemáticos son «decidibles»?; es decir, ¿se pueden resolver siguiendo algoritmos o procedimientos? Este era el Entscheidungsproblem. Cabe decir que era un problema de gran magnitud, al que Hilbert nunca encontró la respuesta. De hecho, nadie había encontrado una respuesta a este problema hasta que el joven Alan Turing, recién graduado en la Universidad de Cambridge, decidió afrontarlo. Era una tarea descomunal, solo al alcance de genios de los que aparecen uno en cada generación.
Para solucionar el problema, Turing «imaginó» que tenía una máquina capaz de resolver problemas matemáticos siguiendo procedimientos o algoritmos, como la que acabamos de ver para comprobar si un número es primo. Eso sí, esa máquina, que hoy se conoce con el nombre de «máquina de Turing universal», podía aplicar cualquier procedimiento que uno pudiera imaginar. Es importante destacar que Turing no «fabricó» ninguna máquina. La suya era una idea abstracta, y aunque la llamaba «máquina», no era más que una abstracción matemática.
Pues bien, Turing consideró que si todos los problemas de decisión matemática se podían resolver con su máquina universal (es decir, se podían resolver siguiendo algún tipo de procedimiento), entonces la respuesta al Entscheidungsproblem era que sí: todos los problemas matemáticos son «decidibles». Si lograba encontrar un solo problema de decisión que no pudiera ser resuelto por la máquina, la respuesta al Entscheidungsproblem sería un no rotundo. Y eso fue lo que hizo Turing: encontró un ejemplo de problema de decisión que su máquina teórica no podía solucionar y, por lo tanto, demostró que no todos los problemas matemáticos se pueden solucionar con algoritmos.
Con este ejercicio, Turing pasó a la historia de las matemáticas por haber resuelto el problema de decisión de Hilbert. Pero esto no es lo más importante. Lo más importante es que, en el proceso de resolver el problema, se convirtió en el padre de la informática porque fue el primero en plantearse la posibilidad de idear una máquina capaz de aplicar todo tipo de algoritmos para resolver problemas. Justo es decir que, en los años treinta del siglo xx, la idea de construir una máquina que pudiera ejecutar todo tipo de recetas se antojaba imposible. Pero, en realidad, Turing estaba describiendo lo que hoy en día son los ordenadores. A diferencia de las calculadoras, que realizan una única tarea (cálculos matemáticos), los ordenadores pueden ejecutar cualquier tipo de procedimiento: realizan cálculos, procesan textos, envían correos electrónicos o reproducen imágenes, vídeos y música, todo ello con una misma máquina. Actualmente, a los procedimientos los llamamos «programas informáticos». La máquina de Turing universal que describió el joven matemático inglés marcó el camino de la informática: en el futuro, los ordenadores tendrían que ser universales, en el sentido de que debían ser capaces de programar y reprogramar para poder ejecutar cualquier tipo de programa. La visión del joven Alan tuvo un impacto tan grande en el desarrollo de los ordenadores que cuando la Association for Computing Machinery (Asociación de Maquinaria de Computación) creó el equivalente al Premio Nobel para la ciencia informática en 1966, le dio el nombre de Turing Award.
La contribución de Alan Turing al mundo de la informática no acaba en la máquina universal. Él mismo formó parte del equipo de Bletchley Park que había descifrado los códigos secretos alemanes durante la Segunda Guerra Mundial y que fue popularizado por la película The Imitation Game (Descifrando Enigma), en 2014, dirigida por Morten Tyldum y protagonizada por Benedict Cumberbatch, y que obtuvo ocho nominaciones a los Oscar de Hollywood. Por si eso no fuera suficiente, Alan Turing también hizo una contribución fundamental a la inteligencia artificial (de la que hablaremos en el capítulo 6).
Para acabar esta sección, quiero referirme al final de la vida de Alan Turing. En 1952, Arnold Murray, un chico de diecinueve años, entró a robar en su casa. Después de investigar el caso, la policía descubrió que el joven ladrón era, en verdad, el amante de Turing. Como en aquella época en Gran Bretaña la homosexualidad estaba considerada un crimen y una enfermedad mental, Turing fue condenado por indecencia grave. El castigo fue la castración química, el despido de todos sus empleos y el ostracismo social. Dos años más tarde, Alan Turing fue encontrado muerto en su casa. A su lado tenía una manzana bañada en cianuro con un solo mordisco.(9) La causa oficial de la muerte, el suicidio. Solo tenía cuarenta y un años.(10)
El primer ordenador
Hasta aquí hemos visto que, gracias a las contribuciones teóricas de Vannevar Bush, Alan Turing o Claude Shannon, entre otros, en los años treinta del siglo pasado se empezó a decidir que los ordenadores acabarían siendo máquinas digitales (no analógicas), binarias (no decimales), electrónicas (no mecánicas) y universales (no específicas). Pero una cosa era la teoría y otra, la realidad: faltaba que los ingenieros pudieran construir máquinas que reunieran estas características. Es decir, las ideas flotaban en el ambiente, pero había que ejecutarlas y convertirlas en realidad. Y, a partir de aquel momento, muchos inventores de todo el mundo se pusieron manos a la obra. A continuación, nos referiremos a los más destacados.
George Stibitz
En 1939, un colega de Claude Shannon de los laboratorios Bell, George Stibitz, se llevó a casa varios relés e interruptores de la empresa. En la mesa de la cocina construyó un circuito lógico capaz de efectuar operaciones con números binarios. Su esposa llamó a aquel artilugio «modelo K» (por la inicial de kitchen, que en inglés significa «cocina»). Una vez construido, Stibitz llevó el aparato al trabajo para mostrar a sus jefes que era posible construir una calculadora digital y binaria, y pidió que le ayudaran a construir un aparato más sofisticado, al que denominaron «máquina de números complejos». Y lo consiguieron: la máquina de Stibitz contaba con unos cuatrocientos relés, y cada uno de ellos se podía abrir y cerrar veinte veces por segundo. Por lo tanto, era una máquina digital y binaria, pero no era electrónica porque utilizaba relés mecánicos. Por este motivo era lenta y frágil, puesto que los relés se desgastaban y la máquina se averiaba fácilmente. Tampoco era universal, en el sentido que solo podía hacer cálculos y, por consiguiente, se asemejaba más a una calculadora que a un ordenador.
Konrad Zuse
Ni los investigadores de la Universidad de Harvard ni los de los laboratorios Bell sabían que, desde el año 1937, un ingeniero alemán, Konrad Zuse, construía máquinas similares a las suyas. Zuse trabajaba para una compañía aeronáutica de Berlín. Su trabajo consistía en resolver complicados sistemas de ecuaciones. Como tanta gente en aquella época, pensó que las máquinas podrían simplificar su tarea. Tanto es así que el joven ingeniero decidió construir una en el piso de sus padres, que se encontraba cerca del aeropuerto berlinés de Tempelhof. Su primer prototipo, llamado Z1, era binario y programable, pero no era electrónico, sino mecánico. Y como todos los componentes estaban hechos a mano, el aparato se bloqueaba a menudo.
Un compañero de la universidad, Helmut Schreyer, le recomendó construir una nueva versión utilizando tubos de vacío en vez de interruptores mecánicos. Si lo hubiera hecho, Zuse habría pasado a la historia como el inventor del primer ordenador electrónico, binario y programable. Pero al no contar con el apoyo de ningún gran centro de investigación, como Bell, ni de ninguna gran universidad, como Harvard, Zuse consideró que no podría pagar los casi mil tubos de vacío necesarios para construir la versión mejorada de su máquina, de modo que optó para utilizar relés electromagnéticos de segunda mano, que eran más baratos. En 1941, Zuse había completado el Z3, el primer ordenador digital, binario y programable, si bien no era plenamente electrónico. En 1942 ofreció su invento al ejército alemán, pero los militares pensaron que ganarían la guerra antes de acabar de construir el ordenador, de manera que rechazaron la oferta y Zuse finalmente abandonó el proyecto de crear un ordenador de verdad. Los alemanes no solo no ganaron la guerra, sino que los bombardeos aliados sobre Berlín destruyeron todos los prototipos de ordenador que Zuse había dejado en el recibidor de casa de sus padres.
John Vincent Atanasoff
J. V. Atanasoff fue el primero de siete hijos de un inmigrante húngaro. Estudió ingeniería eléctrica en la Universidad de Florida, donde se graduó con el número uno de la promoción. Después de obtener el doctorado en Física en la Universidad de Wisconsin, accedió a una plaza de profesor en la Universidad Estatal de Iowa, donde empezó a trabajar en la construcción de una máquina que resolviera (¡no hace falta ni decirlo!) sistemas de ecuaciones. A diferencia de otras universidades, en las que había equipos de físicos, matemáticos e ingenieros, en Iowa él era el único interesado en confeccionar máquinas calculadoras. Y eso fue fatal para él. En 1939 empezó a construir un prototipo que podía solucionar sistemas de treinta ecuaciones con treinta variables. Un equipo de humanos podía tardar hasta diez semanas en solucionar un problema de aquella magnitud, de forma que una máquina que redujera el tiempo podía ser muy útil. Para conseguir financiación para su proyecto, Atanasoff mecanografió una propuesta de unas treinta y cinco páginas. Con papel carbón hizo seis copias de la propuesta y una de ellas se la envió a un abogado de Chicago para que solicitara una patente; sin embargo, no se sabe por qué, el abogado nunca lo hizo.
A diferencia del Harvard Mark I, de los modelos Z de Zuse o de la máquina de Stibitz, Atanasoff utilizó tubos en vez de relés mecánicos. En septiembre de 1942, su máquina, que contaba con trescientos tubos de vacío y tenía el tamaño de un escritorio, estaba casi finalizada, pero no acababa de funcionar correctamente. Como estaba solo en Iowa, sin un equipo de ingenieros al que pedir ayuda, intentó arreglar él solo el problema, pero no lo consiguió. Entonces fue reclutado por la marina de Estados Unidos y el ejército lo destinó a trabajar en la construcción de dragaminas. Su prototipo fue a parar a un trastero del sótano del Departamento de Física de la universidad. Tres años después de concluir la contienda, un estudiante de doctorado encontró la máquina y, como nadie sabía para qué servía, la desguazó y vendió sus componentes.
La máquina de Atanasoff habría pasado a la historia de las máquinas olvidadas si no fuera porque en junio de 1941, antes de ser reclutado por la marina, el ingeniero de origen húngaro había recibido la visita de un joven profesor de física de la Universidad de Pennsylvania interesado en su proyecto. El profesor se llamaba John Mauchly.
Mauchly y Eckert, y el ENIAC
Aunque había nacido en Cincinnati, Ohio, John Mauchly pasó toda su infancia en el lujoso barrio de Chevy Chase, en Washington D. C. Su padre era director de investigación del Departamento de Magnetismo Terrestre en la Fundación Carnegie de la capital de Estados Unidos. Gracias a la profesión de su padre, John creció rodeado de científicos de todo tipo. Fue un excelente estudiante en la Universidad Johns Hopkins, donde hizo la carrera y el doctorado en física. Su tesis fue sobre la espectroscopia de bandas luminosas. Mauchly era una persona con un magnetismo personal extraordinario y con una capacidad pedagógica fabulosa. Sus clases eran tan populares que la universidad le tuvo que ceder un anfiteatro para poder acoger a todos los alumnos —y también a curiosos y visitantes— que querían asistir a sus clases. Se subía a las mesas y gesticulaba con los brazos para enseñar diferentes aspectos de la física. Un día se rompió un brazo demostrando el fenómeno de acción y reacción al chocar con un patinete contra una pared.
A Mauchly le gustaba preguntar y aprender de todo el mundo. Por eso, cuando decidió fabricar una máquina de calcular que lo ayudara a relacionar las pautas meteorológicas con las manchas solares, se puso en contacto con todos los que en aquel momento trabajaban con el mismo objetivo. Fue a ver a Stibitz a los laboratorios Bell. La casualidad le llevó a conocer personalmente a Atanasoff en una reunión celebrada en la Universidad de Pennsylvania, en diciembre de 1940. Atanasoff le contó que estaba construyendo una máquina para resolver sistemas de ecuaciones y Mauchly quedó maravillado con sus explicaciones. Atanasoff lo invitó a Iowa y le prometió que, si hacía ese viaje, le enseñaría su máquina maravillosa. La visita se produjo en junio del año siguiente y duró cuatro días, durante los que Atanasoff le mostró todos los secretos del genial artefacto. A pesar de que Mauchly encontró interesantes algunos aspectos del aparato, le decepcionó un poco el hecho de que no fuera completamente electrónico ni tampoco universal, ya que solo servía para solucionar sistemas de ecuaciones. Mauchly soñaba con una máquina electrónica y universal. Es decir, soñaba con fabricar un ordenador de verdad.
A diferencia de Atanasoff, que trabajaba solo en Iowa, Mauchly trabajaba en la Universidad de Pennsylvania y estaba rodeado de muy buenos matemáticos, físicos e ingenieros. Uno de sus profesores ayudantes era un brillante estudiante de veintidós años, John Presper Eckert. Hijo único de uno de los empresarios más ricos de Filadelfia, desde muy pequeño iba cada día al colegio con un chófer. A los doce años ganó un concurso de ciencia con un sistema de navegación para maquetas de barcos. En el instituto ya ganaba dinero construyendo y vendiendo radios y amplificadores. A pesar de que fue admitido en Harvard, su padre quiso que estudiara administración de empresas en la Universidad de Pennsylvania. Él aceptó ir a la Penn, pero no a estudiar ADE, sino ingeniería eléctrica. Sacó tan buenas notas que, mientras estudiaba, pasó a ser profesor ayudante de John Mauchly. Viendo su talento descomunal y su espíritu perfeccionista, Mauchly lo incorporó al equipo que trabajaba en la construcción del ordenador soñado. Eckert y Mauchly se complementaban a la perfección y formaban un equipo insuperable: Mauchly, un teórico preocupado por saberlo todo y averiguar las leyes de la física; Eckert, un ingeniero perfeccionista obsesionado con hacer las cosas y hacerlas bien.
El proyecto de Mauchly y Eckert se aceleró con el ataque a Pearl Harbor y la entrada de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial. A partir de aquel momento, el ejército norteamericano volvía a tener la urgencia para calcular las trayectorias de los misiles. Al enterarse de que en la Universidad de Pennsylvania se estaba construyendo un ordenador, el ejército invirtió mucho dinero en él.
Gracias a los recursos de los militares, Mauchly y Eckert empezaron a construir la máquina que llevaría el nombre de Integrador y Calculador Numérico Electrónico (ENIAC, por sus siglas en inglés de Electronic Numerical Integrator and Computer) en junio de 1943. Tardaron dos años en fabricarla. La máquina pesaba 30 toneladas, medía más de 30 metros de longitud, 2,5 metros de altura y 0,9 metros de ancho, contenía 17.468 tubos de vacío, 70.000 resistencias, 10.000 condensadores, 5 millones de soldaduras y un reloj interno de 200.000 pulsaciones por segundo. Aquel monstruo podía efectuar 3.000 sumas en un segundo (recordad que el Harvard Mark I, que funcionaba con relés mecánicos, solo realizaba 3 por segundo). Aunque llegó demasiado tarde para tener impacto en la guerra, el ENIAC representó un antes y un después en la historia de la informática. Durante los diez años que estuvo en funcionamiento, realizó más cálculos que toda la humanidad en toda su historia.
Los investigadores afirman que el ENIAC fue el primer ordenador de la historia, entendido como la primera máquina digital, electrónica y universal según el concepto de Turing. De hecho, en 1947, Mauchly y Eckert estaban tan convencidos de que habían sido los primeros que quisieron pedir una patente por su invento. No obstante, como la política de derechos de propiedad en la Universidad de Pennsylvania era poco clara, ambos abandonaron la institución y fundaron su propia empresa, a la que llamaron Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC). Desde allí solicitaron una patente para sus contribuciones al ENIAC aquel mismo año 1947. La Oficina de Patentes de Estados Unidos tardó en tomar una decisión, pero, finalmente, en 1964 les otorgó la patente OS 3.120.606, un documento que certificaba de manera legal que su ordenador había sido el primero de la historia.
Por desgracia para Mauchly y Eckert, la historia no acabó ahí. Cuando solicitaron el pago de los derechos de propiedad a las grandes empresas que utilizaban sus aparatos, se encontraron que aunque algunas de ellas, como los laboratorios Bell o IBM, pagaban sin problemas, otras se resistían a hacerlo. La que más se opuso al pago de royalties fue Honeywell, la cual contrató a un joven ingeniero, Charles Call, que también era abogado. El objetivo de Call era demostrar que el invento de Mauchly y Eckert no era original. A través de la información que le había proporcionado un amigo de Iowa, ¿adivináis con quién se puso en contacto Call? ¡Con Atanasoff! El profesor de la Universidad Estatal de Iowa, resentido con Mauchly porque estaba convencido de que este le había robado la idea, explicó al abogado de Honeywell que Mauchly lo había visitado en Iowa durante el verano de 1941 y que le había enseñado su máquina y su propuesta de treinta y cinco páginas. Además, le entregó toda la correspondencia en la que se demostraba que Mauchly sabía perfectamente en qué consistía y cómo funcionaba la máquina de Atanasoff. En el juicio, Mauchly intentó defender la idea de que las contribuciones de Atanasoff eran irrelevantes y que, por sí solas, no habrían conducido nunca a la creación de un ordenador. Al fin y al cabo, su máquina no llegó a funcionar nunca, hasta el punto de que había sido desmontada y vendida por partes. Eso demostraba que el joven profesor de Iowa no solo no había construido ningún ordenador, sino que ni siquiera iba bien encaminado para conseguirlo. Sin embargo, los argumentos de Mauchly no acabaron de convencer al juez federal Earl Larson, que decidió anular la patente OS 3.120.606.
Grace Hopper y la importancia de la programación
No cabe duda de que la máquina diseñada y construida por Mauchly y Eckert era superlativa, capaz de realizar cálculos a una velocidad vertiginosa. Ahora bien, si los ordenadores son máquinas digitales, binarias, electrónicas y universales, el ENIAC no fue el primer ordenador porque, si bien era digital, electrónico y universal, la base sobre la cual funcionaba no era 2 sino 10. Es decir, no era binario, sino decimal.
Eckert y Mauchly fueron conscientes de que la decisión de construir una máquina decimal no había sido la correcta cuando todavía no la habían acabado. De hecho, en 1944, un año antes de completarla, los dos científicos norteamericanos ya trabajaban en una versión más sofisticada y binaria.
Otra característica del ENIAC que sus creadores quisieron mejorar fue la programación. Si bien, en principio, el ENIAC era programable, para hacerlo había que reconectar infinidad de cables. Un ordenador de verdad, como los que había soñado Turing, tenía que poder realizar tareas diferentes sin necesidad de reconfigurarlo físicamente cada vez. Pensad qué hacemos hoy en día cuando queremos jugar a un videojuego como Tetris, Minecraft o Pokémon Go en nuestro ordenador, tableta o smartphone: no tenemos que abrir el aparato y reconectar un montón de cables; simplemente vamos a la página web donde figura el juego en cuestión, clicamos un par de veces y nos bajamos la aplicación. Bajarse la aplicación quiere decir que el programa donde está almacenado el juego se copia en la memoria de nuestra máquina, que ya nos permite jugar con la nueva aplicación y con la misma configuración de cables que tenía antes. De hecho, un ingeniero aeronáutico, una economista, una diseñadora gráfica y un novelista pueden comprar exactamente el mismo ordenador (por ejemplo, un Apple MacBook Air) y usarlo para sus respectivos trabajos. La diferencia entre los ordenadores de unos y otros no serán los componentes físicos de la máquina (el hardware), sino los programas que tendrán almacenados (el software). Pues bien, la idea de almacenar el software dentro del ordenador para poderlo reprogramar sin necesidad de cambiar el hardware ya les rondaba por la cabeza a Eckert y Mauchly en 1945, cuando aún no habían acabado de construir el ENIAC y empezaban a diseñar su sustituto.
El problema es que no sabían cómo almacenar los programas en la memoria. Quien más se había aproximado a la idea era el equipo de Harvard que había construido el Harvard Mark I. Por eso Eckert y Mauchly contrataron a la persona encargada de programar el Mark I: Grace Hopper. ¿Os acordáis de ella? Hopper era aquella chica que se dedicaba a conectar y reconectar cables en el Mark I y que un día encontró una polilla muerta pegada en uno de los relés. Hopper nació en Nueva York en 1906. Su padre era holandés y su madre, escocesa. Logró un doble grado de Matemáticas y Física en la prestigiosa universidad para mujeres Vassar College y obtuvo el máster y el doctorado en Matemáticas en la no menos prestigiosa Universidad de Yale. A pesar de su vocación de profesora y de que su primer trabajo fue en el Vassar College, cuando estalló la Segunda Guerra Mundial se alistó en el ejército estadounidense. Aunque no daba la talla para ser soldado —era bajita y demasiado delgada—, su mente prodigiosa le valió para ser aceptada en la marina, donde fue asignada a un programa de diseño de barcos que tenía en la Universidad de Harvard. Allí entró en contacto con Howard Aiken en la época en la que estaba construyendo el Harvard Mark I. Hopper no solo se encargó de programar aquella máquina monstruosa, sino que, gracias a su vocación docente, también escribió un manual de programación para que todo el mundo pudiera aprender el oficio.
Hopper era una mujer minuciosa que entendía que la programación debía ser muy cuidadosa y sistemática: la máquina necesitaba órdenes muy concretas como «toma estos dos números, multiplícalos y pon el resultado aquí», o «repite esta secuencia de pasos diez veces y el resultado lo pones allí». Una de las cosas que Hopper hizo en Harvard fue adoptar el concepto de «subrutina» de lady Lovelace. En programación, una subrutina es una secuencia de instrucciones a las que se puede hacer referencia más de una vez desde diferentes lugares de un programa. Es algo así como un «miniprograma» dentro de un programa mayor. Las subrutinas se crean con el objetivo principal de reutilizar el código y conseguir que el programa sea más estructurado y legible.
Vamos a ilustrarlo con un ejemplo. Imaginad que estáis escribiendo un libro de cocina. Cada receta del libro puede ser vista como una subrutina: tiene un nombre, unos ingredientes —que, en programación, equivalen a los parámetros— y unas instrucciones para cocinar el plato. Si en distintas recetas del libro hacéis referencia a una salsa en particular (por ejemplo, la mayonesa), en vez de escribir cada vez las instrucciones para elaborarla, podéis escribirla solo una vez en un apartado de la sección dedicada a las salsas y recurrir a ella cuando sea necesario. Este es el papel de las subrutinas en programación.
La mayor contribución de Hopper a la informática fue la idea del «compilador». Un compilador es un programa que traduce el código escrito en un lenguaje de programación de alto nivel (como Python, C++ o Java) a un lenguaje de máquina o código ejecutable, que permite al ordenador entender y ejecutar las instrucciones. Más adelante, Hopper creó un lenguaje de programación específico para empresas denominado Common Business Oriented Language (COBOL).
En definitiva, cuando Eckert y Mauchly contrataron a Hopper para que los ayudara a programar su máquina, en realidad ficharon a la estrella más rutilante de la programación. Y no solo de su época, sino de todos los tiempos.
Al llegar a Pennsylvania para trabajar en el nuevo proyecto, Hopper se rodeó de seis mujeres: Kay McNulty, Betty Jennings, Betty Snyder, Marlyn Wescoff, Frances Bilas y Ruth Lichterman. Este equipo pasó a la historia de la programación con el nombre de «las mujeres del ENIAC».
Hagamos un paréntesis para reflexionar sobre el hecho de que las expertas en programación informática de los años cuarenta del siglo pasado fueran mujeres. Creo que no se debe interpretar como que en aquella época no había discriminación femenina, pero tampoco debemos pensar que las mujeres tenían un papel mucho más importante que hoy. No, la discriminación femenina en los años cuarenta era rampante y seguramente el sexismo era mucho más acentuado y visible que ahora. Lo que ocurre es que en aquella época se consideraba que los problemas realmente acuciantes eran los relativos al hardware y que el tema del software era secundario. Por lo tanto, la programación era un trabajo menos importante, que los hombres no tenían que hacer. Esta es la razón por la que lo adjudicaban a las mujeres. No porque las respetaran, sino más bien al contrario.
John von Neumann
Otra pieza fundamental que Eckert y Mauchly incorporaron a su equipo fue uno de los gigantes intelectuales del siglo xx: John von Neumann. Nacido en 1903 en Budapest, hijo de un riquísimo banquero judío, János (que era su nombre original) fue un genio en todas las materias a las que se dedicó a lo largo de su prolífica vida. Hizo contribuciones importantes a la geometría, a la teoría de conjuntos, a la teoría de juegos, a la mecánica cuántica, a la arquitectura, al armamento nuclear, a la dinámica de fluidos… y ¡a la informática!
Desde muy pequeño fue considerado un niño prodigio. Demostró una habilidad innata, especialmente en las áreas de lengua, memorización y matemáticas. En las fiestas de clase alta organizadas por sus padres en Budapest, los invitados le daban páginas del listín telefónico que el niño memorizaba y recitaba ante la admiración de los asistentes. Cuando tenía seis años, ya sabía dividir dos números de ocho dígitos mentalmente. Y con solo ocho años dominaba el cálculo infinitesimal y el integral. Antes de cumplir veinte, János ya había escrito dos estudios de matemáticas de gran relevancia. Aunque no asistió a las clases, obtuvo notas excelentes en la Universidad de Budapest.
Cuando los comunistas llegaron brevemente al poder en Hungría en 1919, la familia Von Neumann se exilió en Viena, donde János obtuvo el grado de Ingeniería química en el Instituto Tecnológico de Zúrich, el mismo donde había estudiado Albert Einstein. Se doctoró en Matemáticas a los veintitrés años, y dos años después ya era reconocido como un genio en este campo. En el año 1930, János se incorporó como profesor de física cuántica en la Universidad de Princeton. Allí tradujo su nombre y pasó a llamarse John (aunque los amigos le llamaban Johnny). En el año 1933, cuando se fundó el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, se formó un equipo con siete de sus mejores profesores del momento: Albert Einstein, James Alexander, Marston Morse, Frank Aydelotte, Hermann Weyl, Oswald Veblen y John von Neumann.
La amplitud de conocimientos y su gran capacidad para trabajar y sobresalir en diferentes ámbitos de la ciencia nos podrían llevar a creer que Von Neumann era una rata de laboratorio que se pasaba el día trabajando. Pero nada más lejos de la realidad. A Von Neumann le encantaban las fiestas. Él y su mujer organizaban una o dos por semana en su mansión de New Jersey, donde John se convertía siempre en el centro de atención explicando chistes y recitando poemas en seis idiomas distintos, entre las risas y la admiración de los invitados. También le encantaban la buena comida y el buen vino, llevaba trajes caros y elegantes, y se compraba un Cadillac cada año. La mayoría de las veces lo hacía porque había estampado el coche anterior contra un árbol a consecuencia de su manera temeraria de conducir a gran velocidad.
En 1943, el gobierno estadounidense incorporó a Von Neumann al proyecto Manhattan, que tenía por objeto el desarrollo de la bomba atómica. Uno de los problemas a los que se enfrentaba el equipo era la insuficiencia de uranio 235 para fabricar el artefacto. Von Neumann recibió el encargo de encontrar la manera de comprimir plutonio 239. Para hacerlo, había que resolver ecuaciones complicadas que permitían calcular la compresión del aire y de otros materiales después de la explosión. Por esta razón se interesó, de repente, en todos los equipos de investigadores que por aquel entonces trabajaban en la construcción de los primeros ordenadores.
Von Neumann visitó los laboratorios Bell para entender la máquina que estaba fabricando George Stibitz, pero enseguida se dio cuenta de que era lenta y poco fiable. También visitó Harvard, donde Grace Hopper le mostró el Harvard Mark I, pero Von Neumann consideró que aquella máquina tampoco hacía cálculos con suficiente rapidez para satisfacer sus necesidades atómicas. Sin embargo, el Mark I le impresionó por la flexibilidad y la facilidad con las que se podía programar. Por su parte, Hopper quedó alucinada con la capacidad mental del joven húngaro, que siempre hacía predicciones sobre cuál sería el resultado que daría el ordenador y, según la científica, ¡lo adivinaba en el 99 % de las ocasiones! Von Neumann recomendó a Aiken que fabricara una nueva versión del Harvard Mark I sustituyendo los relés mecánicos por tubos de vacío. Pero no tardó en percibir que la obstinación de Aiken impediría al equipo de Harvard cambiar de rumbo, por lo que desechó la idea.
Cuando Von Neumann supo que un equipo de investigadores de la Universidad de Pennsylvania estaba construyendo una máquina capaz de realizar 3.000 sumas por segundo, fue a visitar a Mauchly y Eckert para que le explicaran los detalles. Von Neumann quedó encantado con la velocidad del ENIAC en la resolución de ecuaciones. No obstante, le decepcionó la lentitud en la programación, ya que, como hemos explicado, cada vez que se le quería encomendar una tarea distinta, esto es, cada vez que había que «reprogramarla», era preciso reconectar miles de cables. Johnny decidió que la mejor estrategia era ayudar a los dos científicos a encontrar una arquitectura que integrara los datos y las instrucciones en una única memoria compartida, lo que permitiría gestionarlas desde el mismo espacio. Puesto que los dos creadores del ENIAC ya habían pensado hacerlo así, aceptaron de buena gana que el profesor de Princeton se incorporara a su empresa como asesor externo. Así, Mauchly, Eckert, Hopper, las «seis programadoras del ENIAC» y Von Neumann trabajaron juntos unos meses en la creación del Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC).
EDVAC y UNIVAC
El progreso del equipo fue tan rápido que el ejército norteamericano no dudó en comprar por adelantado el primer EDVAC por un precio de 500.000 dólares (aproximadamente, unos 9 millones de dólares actuales). Sin embargo, antes de acabar de construirlo, la magia que unía al grupo se rompió. En junio de 1945, en una de sus frecuentes visitas al Laboratorio Nacional Los Álamos, donde se estaba construyendo la bomba atómica, Von Neumann aprovechó el largo viaje en tren para escribir un informe de la situación con relación a la nueva tecnología. En aquel escrito, el científico sintetizó las conversaciones del equipo y los progresos alcanzados durante los diez meses de trabajo conjunto. Von Neumann envió el artículo de cien páginas, titulado «First Draft of the Report on the EDVAC», a sus superiores del ejército, y estos lo hicieron circular por todas partes.
Cuando Mauchly y Eckert se enteraron de aquel artículo, pensaron que su compañero quería adueñarse de sus ideas. El episodio de Atanasoff les había hecho perder la patente del ENIAC y no querían permitir que ahora Von Neumann les robara la patente del EDVAC. Inmediatamente solicitaron una patente por la arquitectura que incorporaba los programas a la memoria del ordenador. Pero llegaron tarde. Los tribunales dictaminaron que la patente no se podía conceder porque la idea ya había sido previamente publicada por el científico húngaro. De hecho, no solo no pudieron patentar la idea, sino que aquella arquitectura pasó a ser conocida en todo el mundo como la «arquitectura Von Neumann», y no la «arquitectura Von Neumann-Mauchly-Eckert», que es lo que los dos frustrados creadores del ENIAC habrían deseado. Sea como fuere —y se llame como se llame—, esta arquitectura es la que los ordenadores aún utilizan hoy en día.
Pese a las peleas, el EDVAC se terminó en 1949 y entró en funcionamiento en 1951. El aparato tenía unos 6.000 tubos de vacío, 12.000 diodos, consumía 56 kilovatios, ocupaba 45,5 metros cuadrados y pesaba 7,8 toneladas. Tenía un lector grabador de cinta magnética, una unidad de control, una unidad para gestionar instrucciones y direcciones, una unidad computacional capaz de procesar operaciones aritméticas con dos números simultáneamente, un reloj y una unidad de memoria dual. Para mantenerlo en funcionamiento se necesitaban hasta treinta operarios trabajando en turnos de ocho horas. Aquel coloso fue el primer ordenador digital, binario, electrónico y universal de la historia.[6]
Medio año después de haber acabado el EDVAC, Eckert y Mauchly vendieron su compañía MECC a Remington RAND, la compañía que hoy se llama Unisys. Eckert y Mauchly siguieron trabajando en la empresa, que a partir de aquel momento se dedicó a fabricar una versión más atractiva para empresas a la que dieron el nombre de UNIVAC. Aunque solo se llegaron a vender un total de cuarenta y seis unidades, el UNIVAC ha pasado a la historia como el primer ordenador comercial de todos los tiempos.
Open Source vs. Closed Source: episodio I
Además de la polémica sobre qué nombre había que dar a la idea de incluir los programas y los datos en una única memoria compartida dentro del ordenador, la disputa de Von Neumann con Eckert-Mauchly es el primer episodio de una guerra que conoció muchas batallas a lo largo de la historia y que aún se disputa hoy en día en el ámbito de la inteligencia artificial. Es la guerra entre los que piensan que los descubrimientos en el campo de la informática deben estar abiertos a todo el mundo (como lo están los descubrimientos matemáticos) y los que creen que han de ser patentables y, por lo tanto, deben ser propiedad privada y exclusiva de sus inventores (como ocurre en el ámbito de los productos farmacéuticos). Cuando las ideas están patentadas y, por consiguiente, son propiedad exclusiva de sus inventores, reciben el nombre de «ideas de código cerrado» (closed source). Cuando se hacen públicas y están abiertas, de modo que todo el mundo las puede usar sin pagar, se denominan «ideas de código abierto» (open source).
Cuando se produjo la disputa sobre la arquitectura del EDVAC, Von Neumann creía que las ideas que él y el resto del equipo habían desarrollado tenían que estar abiertas a todo el mundo (open source). Por eso escribió un documento de cien páginas explicándolas que hizo circular sin cobrar nada por él. En cambio, Mauchly y Eckert querían patentar sus ideas porque pensaban que estas son propiedad de sus inventores y, por lo tanto, quien desee utilizarlas tiene que pagar, del mismo modo que si alguien quiere conducir un coche o comerse un bocadillo que no son suyos también los tiene que pagar (closed source).
En De la sabana a Marte explicamos que el debate existente entre economistas sobre si los sistemas abiertos generan más innovación que los sistemas cerrados dura desde hace siglos y todavía no ha sido resuelto. Es decir, no está claro si el sistema de patentes acelera o ralentiza el proceso de innovación. Por un lado, es cierto que, sabiendo que ganarán dinero, los innovadores tienen más incentivos para ser creativos y buscar nuevas ideas. Pero, por el otro, las ideas se construyen sobre otras ideas, y si uno no puede construir sobre una idea porque está patentada, el proceso de innovación se vuelve más lento. Supongo que este es el motivo por el que la discusión entre los innovadores que defienden el código abierto y los que defienden el código cerrado sigue más viva que nunca.
Así pues, ¿quién inventó el ordenador?
Después de toda esta historia, llegamos a la pregunta final de este capítulo: ¿quién inventó el ordenador? A todos nos gusta asociar los inventos con sus inventores y con momentos de inspiración divina. Nos resulta atractivo el relato de personas a quienes, en un momento de casualidad o de inspiración celestial, se les enciende la bombilla y hacen un descubrimiento que cambia el mundo. Como cuando a Isaac Newton le cayó en la cabeza la teoría de la gravitación universal en forma de manzana. O cuando Arquímedes, al meterse en la bañera, constató que el nivel del agua subía, exclamó «¡eureka!» y descubrió el principio que lleva su nombre. Y no solo esto; también nos gusta pensar que si esos gigantes de la ciencia y la tecnología no hubieran existido, hoy no tendríamos nada de todo lo que tenemos y viviríamos todavía en la Edad de Piedra.
Pero en el libro De la sabana a Marte ya hablamos de «la gran casa de las ideas», en la que cada idea está representada por una habitación llena de puertas. Cuando un inventor abre una puerta, aparece una nueva habitación que tiene más puertas que dan a más habitaciones. También vimos que cada vez que aparece una nueva habitación (o nueva idea), centenares de pensadores entran e investigan la forma de abrir las puertas y crear más habitaciones. Si no es un investigador quien consigue ser el primero en abrir la puerta, lo será otro, porque son muchos los que investigan al mismo tiempo en la misma habitación. También vimos que las ideas se construyen sobre otras ideas y que los inventores del presente observan el futuro sentados a hombros de los grandes sabios del pasado. Las grandes innovaciones que han dado forma a la historia de la humanidad, desde la domesticación de las plantas y los animales hasta el automóvil, pasando por la máquina de vapor o la electricidad, no aparecieron en un momento de iluminación de una persona concreta. Fueron el resultado de pequeñas ideas acumuladas, unas sobre otras, a lo largo de miles de años.
La principal lección de este capítulo es que el primer ordenador siguió el mismo camino que las otras grandes innovaciones: no hubo ningún inventor al que, sentado a solas a su mesa de trabajo, se le encendiera la bombilla y de pronto diseñara y fabricara desde cero una máquina digital, binaria, electrónica y universal. Como las otras grandes innovaciones del pasado, el ordenador fue el resultado de centenares de contribuciones realizadas a lo largo de miles de años. Quizá todo empezó con Euclides y los otros matemáticos griegos cuando, hace dos mil trescientos años, se dieron cuenta de que algunos problemas matemáticos se podían resolver con procedimientos precisos o algoritmos. Esta idea fue perfeccionada y aplicada a las ecuaciones (es decir, al álgebra) por el matemático y astrónomo persa del siglo ix al-Juarismi. Ramon Llull aportó la idea de que la lógica se podía sistematizar con aparatos como su Ars Generalis Ultima. Blaise Pascal y Gottfried Leibniz construyeron las primeras calculadoras mecánicas. Charles Babbage creó una máquina diferencial que nunca funcionó. Ada Lovelace escribió los primeros programas informáticos de la historia. Herman Hollerith aplicó las tarjetas perforadas que usaban los revisores de tren para alimentar una máquina para calcular el censo y, de paso, crear IBM, el primer gigante de la industria informática. Vannevar Bush construyó su sintetizador diferencial para resolver ecuaciones diferenciales. George Boole demostró que la lógica no era un ámbito que tenía que estar solo en manos de los filósofos, sino que se podía tratar con ecuaciones matemáticas. Claude Shannon tomó el álgebra que había desarrollado Boole y demostró que podía ser aplicada en máquinas que solo procesaban ceros y unos mediante interruptores eléctricos. Howard Aiken construyó el Harvard Mark I utilizando relés mecánicos. John Fleming y Lee de Forest inventaron los tubos de vacío que se convirtieron en los interruptores eléctricos soñados por Claude Shannon. El equipo de Bletchley Park, en el Reino Unido, construyó el Colossus, que habría podido ser el primer ordenador si Winston Churchill no hubiera ordenado destruirlo para preservar los secretos de guerra. Alan Turing postuló la existencia de una máquina universal que no solo pudiera efectuar cálculos (como la calculadora), sino también seguir cualquier tipo de instrucciones o algoritmos. George Stibitz construyó su modelo K (de kitchen) en la cocina de casa. En Alemania, Konrad Zuse creó la gama Z de máquinas calculadoras, pero las autoridades militares nazis no le hicieron caso. John Vincent Atanasoff construyó una máquina que nunca llegó a funcionar, pero que inspiró a John Mauchly y a Presper Eckert para construir el ENIAC. Gracias a su mente superlativa, Grace Hopper desarrolló la idea de Ada Lovelace de programar los ordenadores, juntamente con el equipo de «las seis mujeres del ENIAC». John von Neumann contribuyó a la creación de la arquitectura que lleva su nombre y que incorpora los programas en la misma memoria que los datos de los ordenadores.
Gracias a la participación de toda esta gente, más los centenares de pensadores e innovadores que no hemos mencionado por falta de espacio, se pudo fabricar el EDVAC, el primer ordenador.
Por lo tanto, la respuesta a la pregunta de quién fue el inventor del ordenador es: ¡nadie! La autoría del ordenador no se puede atribuir a nadie en un momento de inspiración arquimediana. Como tantas otras ideas a lo largo de la historia de la humanidad, el ordenador es la suma de contribuciones hechas por centenares de personas a lo largo de miles de años.