Qué cambia cuando las instrucciones se guardan en memoria
Una máquina puede ser programable sin conservar su programa en una memoria electrónica. En la configuración inicial de ENIAC, las conexiones entre unidades y las posiciones de los interruptores organizaban las operaciones. Cambiar el método de cálculo exigía, por tanto, preparar y comprobar físicamente la máquina. Eso no impedía automatizar los cálculos ni disponer de una flexibilidad considerable para la época.
Con el programa almacenado, las instrucciones se convierten en información codificada que la máquina recupera de la memoria. El mismo equipo de cálculo puede seguir secuencias diferentes según las instrucciones cargadas. Sigue siendo necesario preparar el programa, introducir los datos y comprobar el resultado: la memoria no elimina el trabajo de programación.
Piensa en un ejemplo didáctico. Para pasar de calcular cuadrados a calcular sumas, una máquina programada mediante conexiones podría necesitar una nueva disposición del cableado. Con instrucciones en memoria, el cambio consiste principalmente en cargar otro programa. El ejemplo muestra una diferencia en la preparación; no mide el tiempo que requería cada tarea en un ordenador histórico concreto.
El artículo sobre la arquitectura de von Neumann explica el principio general. Aquí la dificultad es práctica: ¿cómo conservar las instrucciones el tiempo suficiente, leerlas sin perderlas y recuperarlas cuando hacen falta?
Esquema original de Bethemesh. Las flechas representan etapas de preparación y ejecución, no el cableado de una máquina. El ejemplo de la izquierda se inspira en la configuración inicial de ENIAC; no describe todos los ordenadores anteriores.
EDVAC y ACE: proyectos que difundieron nuevas ideas
El programa almacenado no nació de una sola demostración. Los trabajos en torno a ENIAC y a su sucesor previsto, EDVAC, reunieron, entre otros, a J. Presper Eckert, John Mauchly, Herman Goldstine, Arthur Burks y John von Neumann. La reflexión abarcaba tanto la organización de la máquina como los medios físicos para conservar la información.
En 1945, el First Draft of a Report on the EDVAC, firmado por von Neumann, contribuyó de forma decisiva a difundir este planteamiento. La importancia documental del informe no permite atribuir a su único firmante todas las ideas surgidas de las conversaciones del equipo. La biografía de John von Neumann sitúa su aportación en ese contexto colectivo.
En Gran Bretaña, Alan Turing trabajaba en el National Physical Laboratory en el proyecto ACE, Automatic Computing Engine. Sus propuestas de posguerra también exploraban la organización de un ordenador electrónico programable. Pilot ACE, una realización posterior de esa línea de trabajo, no debe confundirse con Baby ni con EDSAC.
Estos proyectos se alimentaban de la experiencia de cálculo, de la investigación sobre componentes y del intercambio científico. Construir una máquina operativa exigía después tomar decisiones de ingeniería: una arquitectura sobre el papel no garantizaba una memoria estable ni una ejecución correcta.
Manchester Baby: un ordenador para poner a prueba la memoria
Williams, Kilburn y Tootill
En Manchester, el punto de partida fue el almacenamiento electrónico. Frederic C. Williams desarrolló una técnica basada en tubos de rayos catódicos, dando continuidad a sus investigaciones en el Telecommunications Research Establishment. Tom Kilburn colaboró en su perfeccionamiento. Geoff Tootill participó en la construcción y las pruebas de la máquina experimental.
El proyecto también dependía de los medios técnicos disponibles tras la guerra. Los componentes, la experiencia con los circuitos y los instrumentos de medida importaban tanto como el principio de funcionamiento. La denominación habitual «tubo de Williams» no debería ocultar a Kilburn: tubo de Williams-Kilburn refleja mejor esa colaboración.
Mantener las cargas eléctricas
El haz de electrones de un tubo de rayos catódicos permite crear patrones de carga en su pantalla. El sistema distingue estados que representan bits. Las cargas no duran indefinidamente, de modo que es necesario leer y regenerar la información para conservarla.
No bastaba con mantener una imagen estable. La memoria de un ordenador debía admitir lecturas y escrituras repetidas mientras avanzaba el cálculo. Baby, cuyo nombre oficial era Small Scale Experimental Machine, se construyó precisamente para probar ese comportamiento dentro de una máquina completa.
Su memoria principal contenía 32 palabras de 32 bits, compartidas entre instrucciones y números. Son 1.024 bits, equivalentes a 128 bytes actuales, sin contar los demás elementos de almacenamiento de la máquina. La conversión sirve para apreciar la escala, no para sugerir que Baby direccionaba bytes como un ordenador moderno.
El 21 de junio de 1948: un programa que también comprobaba la resistencia
Kilburn escribió el primer programa que se ejecutó con éxito para buscar un divisor de un entero. El método probaba valores y realizaba restas sucesivas: así ejercitaba las instrucciones, los cambios en la secuencia de ejecución y la memoria durante un cálculo prolongado.
La célebre prueba con 2¹⁸, es decir, 262.144, no debe identificarse automáticamente con aquel primer éxito. La cronología conservada por Manchester distingue el funcionamiento del 21 de junio de las pruebas con ese número, alcanzadas en los días siguientes. El programa encontró su mayor divisor propio, 131.072, en unos 52 minutos. Esa duración mostraba que la memoria podía sostener un cálculo largo, más allá de una breve demostración.
No se trataba de descubrir una propiedad matemática desconocida. Un resultado previsible permitía comprobar el ordenador. Como al contrastar un instrumento científico con una medida conocida, lo valioso era la confianza que la prueba aportaba sobre su funcionamiento.
El programa se introducía mediante mandos manuales y los resultados se observaban en una pantalla de rayos catódicos. La escasa memoria y las limitadas entradas y salidas impedían considerar Baby un servicio de cálculo para muchos usuarios. En su carta a Nature de septiembre de 1948, los propios Williams y Kilburn lo presentaban como una máquina experimental, demasiado pequeña para ser una herramienta matemática útil.
De Baby al Manchester Mark 1 y a Ferranti
El éxito de Baby abrió el camino hacia un ordenador universitario más completo, el Manchester Mark 1. Durante 1949 se incorporaron una memoria mayor, un tambor magnético, entradas y salidas mediante cinta perforada y nuevas capacidades de cálculo. El demostrador de memoria pasó así a ser el punto de partida de una máquina con mayores posibilidades de uso.
Ya en abril de 1949, una versión intermedia estaba disponible para trabajos científicos de otros departamentos universitarios, antes de los primeros programas de EDSAC. Sin embargo, aún carecía de entradas y salidas en cinta y requería transferencias manuales con el tambor: su forma de utilización era distinta del servicio científico que se organizó progresivamente en torno a EDSAC.
El Ferranti Mark 1 corresponde a la siguiente etapa, la industrial. Desarrollado a partir de los trabajos universitarios, con aportaciones de personal de Manchester y de Ferranti, se entregó a la universidad en febrero de 1951.
Los nombres designan, por tanto, tres etapas diferentes: Baby, el demostrador de 1948; Manchester Mark 1, la máquina universitaria desarrollada en 1949; y Ferranti Mark 1, la realización comercial entregada en 1951. Llamarlos a todos simplemente «Mark 1» borraría diferencias esenciales.
EDSAC: un ordenador pensado para los investigadores
En Cambridge, Maurice Wilkes dirigía el Mathematical Laboratory con un objetivo de servicio: proporcionar medios de cálculo a los científicos de la universidad. Estudió los trabajos sobre EDVAC y asistió a las conferencias de la Moore School en 1946. EDSAC formaba parte de ese intercambio de conocimientos; no era una mera copia de un ordenador ya terminado.
EDSAC, Electronic Delay Storage Automatic Calculator, favorecía decisiones de diseño contrastadas frente a la búsqueda del máximo rendimiento. El ingeniero jefe William «Bill» Renwick dirigió la construcción. David Wheeler desempeñó un papel fundamental en los métodos de programación. Los técnicos y los demás miembros del laboratorio hicieron posibles el montaje, las pruebas y, después, el funcionamiento cotidiano.
El 6 de mayo de 1949, EDSAC ejecutó con éxito sus primeros programas, entre ellos el cálculo de una tabla de cuadrados. La cinta perforada permitía introducir un programa y el teletipo entregaba resultados legibles. Esos equipos eran parte de su utilidad: un ordenador científico debía recibir trabajos y devolver algo más accesible que un estado eléctrico interpretado por sus constructores.
Memoria de líneas de retardo de mercurio
EDSAC conservaba la información en líneas de retardo de mercurio. En un extremo del depósito, un transductor convertía impulsos eléctricos en ondas acústicas. En el otro, un segundo transductor las transformaba de nuevo en señales eléctricas. Los impulsos se regeneraban y se reintroducían: la información circulaba mientras el sistema la mantenía.
La memoria aprovechaba la propagación del sonido por el líquido. Las válvulas electrónicas realizaban las funciones de cálculo y control; no eran los depósitos de mercurio. Se trataba de componentes diferentes.
El sistema imponía una limitación temporal: para acceder a una información había que esperar a que llegara al punto de lectura. La memoria de tubos de rayos catódicos de Manchester utilizaba otro método de acceso. Ambas tecnologías necesitaban mantener la información, pero la recuperaban de maneras distintas.
La capacidad de EDSAC debe expresarse teniendo en cuenta el formato de las palabras y el estado de la máquina. Cambridge describe una memoria completa de 32 líneas de retardo, capaz de alojar 512 números largos de 35 bits o 1.024 posiciones cortas de 17 bits. Son dos formas de contar la misma capacidad, no una ampliación. La capacidad realmente utilizable también creció al entrar en servicio los bancos de memoria.
Programar, reutilizar y organizar un servicio de cálculo
Una cinta perforada no convierte por sí sola un programa en un programa almacenado: muchos tipos de máquinas la utilizaban. En EDSAC, aportaba los elementos del programa que se colocaban en memoria antes de ejecutarse. Un pequeño programa de arranque, las initial orders, iniciaba la carga. Un dispositivo electromecánico introducía esas primeras instrucciones en memoria al arrancar; a continuación, estas cargaban el programa de la cinta. Ese arranque mediante hardware no contradecía el principio del programa almacenado.
La preparación de programas se enriqueció con subrutinas reutilizables, a las que Wheeler contribuyó de forma decisiva. Una operación habitual podía prepararse, comprobarse y conservarse en cinta para utilizarla en distintos cálculos. Era necesario organizar el salto a la rutina y el regreso al programa que la había llamado.
Imagina un cálculo científico que repite la misma aproximación para muchos valores. Reutilizar una rutina ya comprobada evita reescribir esa parte en cada trabajo, aunque sigue siendo necesario respetar sus convenciones y verificar los resultados. La programación se vuelve más colectiva: un cálculo también depende del trabajo que otros han dejado preparado.
En 1951, Wilkes, Wheeler y Stanley Gill publicaron The Preparation of Programs for an Electronic Digital Computer, dedicado, entre otros asuntos, a EDSAC y al uso de una biblioteca de subrutinas. El libro refleja métodos que se estaban consolidando alrededor de la máquina, no un entorno de programación como los actuales.
Del primer resultado a un funcionamiento organizado
El éxito de un primer programa no bastaba para establecer un servicio regular. La cronología redactada por Wheeler y ampliada por David Hartley sitúa la formalización del servicio en 1950, con operadores encargados de ejecutar los programas. La fiabilidad y la organización del trabajo siguieron mejorando después de mayo de 1949.
Preparar y comparar cintas, aceptar rutinas en la biblioteca y diagnosticar interrupciones eran tareas del laboratorio. Eric Mutch intervenía en el control de calidad de la biblioteca; Gill desarrollaba, entre otras cosas, rutinas de cálculo numérico. EDSAC dependía de una infraestructura humana, además de su hardware.
Los trabajos incluían cálculos de genética, cristalografía y otras investigaciones numéricas. El avance no consistía solo en acelerar una operación: los equipos científicos podían plantearse series de cálculos mucho más laboriosas con tablas y calculadoras de sobremesa.
Comparar logros sin construir una clasificación
| Criterio |
Manchester Baby |
EDSAC |
| Primer funcionamiento satisfactorio |
21 de junio de 1948 |
6 de mayo de 1949 |
| Objetivo inicial |
Probar una memoria electrónica en una máquina que ejecutaba un programa |
Proporcionar medios de cálculo científico a los investigadores de Cambridge |
| Memoria principal |
Cargas regeneradas en una pantalla de rayos catódicos |
Impulsos acústicos que circulaban por líneas de retardo de mercurio |
| Programa |
Instrucciones y números en una pequeña memoria reescribible |
Instrucciones cargadas desde cinta y conservadas en memoria |
| Preparación y acceso |
Carga manual y observación en pantalla |
Cinta perforada, carga mediante initial orders y resultados en teletipo |
| Alcance del primer éxito |
Demostración experimental |
Inicio de un desarrollo hacia un servicio, formalizado en 1950 |
| Continuidad |
Manchester Mark 1 y después Ferranti Mark 1 |
Biblioteca de subrutinas, métodos de programación y servicio científico |
La comparación con Colossus responde a otro criterio. Su electrónica estaba especializada en criptoanálisis y se configuraba mediante conexiones e interruptores, sin un programa general guardado en una memoria de instrucciones. Esa especialización respondía a su misión; Baby no sustituyó a Colossus.
En el caso de ENIAC, importa el momento histórico. Su configuración inicial organizaba las operaciones físicamente, pero la transformación de 1948 le permitió leer instrucciones codificadas en bancos de interruptores. Era una solución distinta de la memoria electrónica reescribible de Baby y EDSAC. Afirmar sin más que ENIAC «nunca tuvo un programa almacenado» ocultaría esa evolución.
La prioridad de Baby debe precisarse con el criterio de ejecutar un programa desde una memoria electrónica reescribible; la importancia de EDSAC también reside en su uso científico y en el servicio organizado a su alrededor. Así pueden entenderse logros complementarios sin otorgar a una máquina, sin matices, el título de «primer ordenador del mundo».
Preguntas frecuentes
¿Por qué es célebre Baby si no estaba pensado para los investigadores?
Demostró que una memoria electrónica podía mantener instrucciones y números durante un cálculo real. Su pequeña memoria y sus limitadas entradas y salidas respondían a su finalidad experimental. Esa demostración permitió continuar hacia un ordenador más completo.
¿EDSAC inició un servicio regular el 6 de mayo de 1949?
La fecha corresponde a sus primeros programas satisfactorios. Después llegaron usos científicos, pero la fiabilidad y la organización del servicio se construyeron gradualmente. La cronología del laboratorio sitúa su formalización en 1950: el primer funcionamiento y el servicio organizado son hitos diferentes.
¿Los tubos de Williams y las líneas de retardo eran memorias permanentes?
No. Los primeros mantenían patrones de carga; las segundas hacían circular impulsos acústicos regenerados. Ambas dependían de que sus circuitos siguieran funcionando. «Almacenado» no significa que el programa se conservara después de apagar la máquina.
¿Un programa en cinta perforada es siempre un programa almacenado?
No. Hay que observar qué hace la máquina con la cinta. EDSAC cargaba las instrucciones en memoria para ejecutarlas. El soporte de entrada y la memoria de trabajo cumplían funciones diferentes: la cinta no define por sí sola la arquitectura.
¿Manchester Baby, Manchester Mark 1 y Ferranti Mark 1 eran el mismo ordenador?
No. Baby era el prototipo experimental de 1948. Manchester Mark 1 fue una máquina universitaria más completa, desarrollada en 1949. Ferranti Mark 1 fue un ordenador industrial de esa misma línea, del que se entregó un ejemplar en Manchester en febrero de 1951.