Apuntes: Clase 1

marzo 24, 2011

Apuntes: Clase 1

Para poder entender el objetivo de la materia, es necesario conocer sobre el origen y las necesidades que llevaron al desarrollo de los Sistemas de Bases de Datos.

Para ello vamos a realizar un breve paseo histórico y ver como evolucionaron los sistemas que ayudaron al ser humano a resolver problemas de manera rápida y sencilla.

El primero de los sistemas que fue utilizado para realizar cálculos de manera rápida, fue el ábaco. Éste dispositivo mecánico de contabilidad, disputan su origen entre China y Egipto y su antigüedad se remonta entre los años 3000 o 600 antes de Cristo, según a quien se le pregunte.

Ábaco Chino

A principios del siglo XVI, ya se había reemplazado por completo el sistema de numeración romano, por el arábigo para la realización de cálculos complicados. Esto llevó a que se tuviera que aprender como operaba el nuevo sistema y entonces se encontraban con el problema que operaciones simples como dividir, requerían de un profesional de las matemáticas.

John Napier (1550 - 1617), matemático escocés, descubrió los logaritmos y construyó las primeras tablas de multiplicar, ambos elementos facilitaron notablemente las operaciones con los números arábigos.

Napier Bones

Las tablas de multiplicar de Napier fueron publicadas justo antes de morir, en 1617. Era un juego de palitos para calcular, a las que llamó "Napier Bones." Así llamados porque estaban tallados con ramitas de hueso o marfil, los "huesos" incorporaron el sistema logarítmico. Eran tablillas rectangulares que contenían la tabla de multiplicar de un número, del uno al diez, divididas en nueve zonas; en la superior aparecía el número, mientras que las ocho restantes contenían sus sucesivos múltiplos, hasta el noveno. Las zonas de los múltiplos tenían separadas las cifras por una línea oblicua. Para multiplicar no hacía falta más que colocar alineadas las tablillas correspondientes a las cifras del número que se quería multiplicar y sumar adecuadamente las cifras coincidentes. Este procedimiento se extiende para multiplicar números de tantas cifras como se quiera, siempre que se disponga del suficiente número de tablillas.

Éste es un primer intento de facilitar las operaciones de cálculo con métodos mecánicos, aunque el fundamento del mecanismo sea la mano del hombre, y el procesamiento de la información, su cerebro.

Edmund Gunter (1581 - 1626), matemático y astrónomo inglés, y William Ougthred (1574 - 1660), construyeron las primeras regas de cálculo, que basadas el los logaritmos de Napier permitían realizar cálculos muy rápidamente y con mucha precisión.

Regla de Cálculo

Wilhelm Schickard, en Alemania, diseña en 1623 la primera calculadora mecánica, denominandola "Reloj de Cálculo".

Este artefacto se basaba en el movimiento de seis ruedas dentadas que se engranaban a una rueda "mutilada", la cual permitía, por cada vuelta completa, que la rueda a su derecha diera un décimo de una vuelta. El dispositivo contaba con una campana que se activaba cuando se producían errores de desbordamiento (es decir, cuando el resultado era un número de más de seis dígitos).

Reloj de Cálculo

Leonardo Da vinci (1452 - 1519), trazó la idea de una sumadora mecánica.

Dibujo original de Da Vinci de la Sumadora Mecánica

Basada en esa idea, en 1642, el filósofo y matemático francés Blaise Pascal (1623 - 1662), inventó y construyó la primera sumadora mecánica.

Se llamó Pascalina, y constaba de varias ruedas dentadas accionadas por una manivela arrojando el resultado de manera automática.

Pascalina

Gottfried von Leibniz (1646 - 1716), en 1673 construyó una máquina que además de sumar y restar como la Pascalina, era capaz de realizar multiplicaciones y divisiones mediante adiciones y sustracciones sucesivas.

Máquina de Leibniz

El siguiente paso fue dado en 1709 por Giovanni Poleni y su máquina aritmética, cuyos cálculos mecánicos re realizaban por el movimiento de caída de un peso. el operador solo se limitaba a introducir los datos y anotar el resultado.

Máquina Aritmética

Charles Mahon, conde de Stanhope, en 1777 inventa la primera máquina lógica. denominada "Demostrador Lógico", era un aparato de tamaño bolsillo que resolvía silogismos tradicionales y preguntas elementales de probabilidad.

La industria textil será la encargada de proporcionar el primer ejemplo de adquisición de datos variables, para el funcionamiento automático de una máquina.

El primer sistema fue ideado por Basile Bouchon en 1722, este sistema permitía seleccionar de manera automática los hilos a desplazar en el paso del huso para obtener el dibujo deseado. Disponiendo las agujas del telar de forma que encontraran en un extremo una cinta de papel perforada y dependiendo de si las agujas encontraran o no un agujero en la cinta, los hilos pasaban por encima o por debajo, formando el dibujo en la tela.

Telar de Boouchon

Falcon en 1728, perfeccionó el sistema, sustituyendo el cilindro por un eje de sección cuadrada, y la cinta de papel continua por unas láminas de cartón unidas entre si, que facilitaba el arrastre y el posicionamiento de los agujeros frente a las agujas.

Jacques de Vaucanson en 1745, consiguió que el movimiento del eje cuadrado, fuera el que se encargara de mover las agujas, eliminando la necesidad del operario para hacer avanzar el cilindro.

Pero fue Jean Marie Jacquard (1753-1834) el primero que reparó en que el sistema de cinta perforada era un sistema de introducción de datos para una máquina. En 1805 perfeccionó un telar de Vaucanson, de manera que fuese el mismo telar, mediante la lectura de la información contenida en la cinta perforada, el que decidiese qué agujas se levantaban y cuáles no. Los hilos estaban conectados a unas palancas y éstas a unos vástagos, que mediante muelles se ponían en contacto con la cinta perforada. El operario, mediante un pedal, accionaba un listón (la grifa) que tiraba de las palancas, según estuvieran levantadas o no, lo que era decidido por la introducción de los vástagos en los agujeros de la cinta de papel, realizándose el dibujo de la tela. Variando la cinta se conseguían unos u otros dibujos. La idea de Jacquard, que revolucionó el hilar de seda, formó la base de muchos aparatos de informática y de los lenguajes de programación.

Cinta Perforada

Charles Babbage (1793-1871), visionario inglés y profesor matemático de la Universidad de Cambridge, hubiera podido acelerar el desarrollo de las computadoras si él y su mente inventiva hubieran nacido 100 años después.

La idea que tuvo Babbage sobre un computador nació debido a que la elaboración de las tablas matemáticas era un proceso tedioso y propenso a errores. Adelantó la situación del hardware computacional al inventar la "máquina de diferencias", capaz de calcular tablas matemáticas. En 1822 construyó su máquina diferencial, un nuevo modelo de sumadora que permitía, utilizando el método de las diferencias, resolver polinomios de segundo grado. Era la primera máquina proyectada para hacer algo más que sumar y restar, aunque era eso lo que realmente hacía. Proporcionaba la solución a un problema matemático; y trabajando por aproximaciones representaba una manera de resolver distintos problemas.

Pero era un problema, y sólo uno, lo que la máquina diferencial de Babbage podía resolver. El siguiente paso era una máquina de propósito general, que permitiera introducir como datos tanto el problema como los datos del mismo propiamente dichos.

Maquina Analítica de Babbage

En 1834, cuando trabajaba en los avances de la máquina de diferencias, Babbage concibió la idea y diseñó sobre el papel una "máquina analítica", que resolvería problemas de todo tipo, pues contemplaba la posibilidad de introducir el programa (y el problema a tratar con él) al mismo tiempo que los datos, realizándose las operaciones en el centro de proceso (llamado molino). En esencia, ésta era una computadora de propósitos generales. Conforme con su diseño, la máquina analítica de Babbage podía sumar, restar, multiplicar y dividir en secuencia automática a una velocidad de 60 sumas por minuto. El diseño requería miles de engranajes y mecanismos que cubrirían el área de un campo de fútbol y necesitaría ser accionado por una locomotora. En palabras del mismo científico era una máquina que se “mordía la cola”.

Esta máquina, que fue diseñada mediante una generalización de la máquina de diferencias, tenía cuatro componentes básicos:

Un "almacenamiento" (memoria) con capacidad para guardar 50.000 dígitos decimales. Esta se usaba para guardar estados intermedios, variables y resultados.

Una "unidad de cómputo" puede recibir órdenes para hacer las cuatro operaciones básicas, y puede almacenar resultados en la memoria.

Una unidad de entrada (con tarjetas perforadas), la cual almacenaba el conjunto de órdenes que se deseaba ejecutar.

Una unidad de salida: tarjetas perforadas y salida impresa.

Perforando distintos conjuntos de instrucciones en las tarjetas de entrada, era posible que la máquina realizara distintas operaciones.

Los escépticos le pusieron el sobrenombre de "la locura de Babbage". Charles Babbage trabajó en su máquina analítica hasta su muerte. Los trazos detallados de Babbage describían las características incorporadas ahora en el computador electrónico moderno. Si Babbage hubiera vivido en la era de la tecnología electrónica hubiera adelantado el nacimiento del computador electrónico en varías décadas.

Irónicamente, su obra se olvidó a tal grado que algunos pioneros en el desarrollo del computador electrónico ignoraron por completo sus conceptos sobre memoria, impresoras, tarjetas perforadas y control de programa secuencial. Por su discernimiento, a Babbage hoy se le conoce como el "Padre de las Computadoras Modernas".

La cinta de papel perforado constituye la primera forma de introducción de datos en una máquina para que ejecute una acción mecánica. Viene a equivaler a las ruedas de la máquina de Babbage, donde el telar decide qué variables utilizar en función de los agujeros de la cinta para realizar una acción que no por repetitiva (tejer) resulta menos variada (varía el dibujo; la máquina de Babbage sólo resolvía polinomios de segundo grado, pero el polinomio a resolver variaba según la voluntad del operario; el telar de Jacquard sólo teje, pero el dibujo del tejido depende de la información suministrada por la cinta perforada).

De la unión de los dos (la cinta perforada y la máquina de calcular) surgirían las primeras máquinas que procesan datos.

Charles Babbage quiso aplicar el concepto de las tarjetas perforadas del telar de Jackard en su motor analítico. En 1843 Lady Ada Augusta Lovelace, hija de Lord Byron, sugirió la idea de que las tarjetas perforadas pudieran adaptarse de manera que propiciaran que el motor de Babbage repitiera ciertas operaciones. Debido a esta sugerencia algunas personas consideran a Lady Lovelace la primera programadora de la historia.

El proyecto de Babbage nunca pudo ser concluido debido a problemas con el hardware, que no pudieron ser solucionados hasta casi un siglo más tarde. Durante este tiempo, hubo diversos avances que permitieron el posterior desarrollo de la computación digital.

En 1991, un equipo del Museo de las Ciencias de Londres consiguió construir una máquina diferencial Nº 2 totalmente funcional, siguiendo los dibujos y especificaciones de Babbage.

En 1854 fue publicado por el lógico Inglés George S. Boole el desarrollo del Álgebra Booleana. La publicación se llamó "Una investigación sobre las leyes del pensamiento", describiendo un sistema de lógica simbólica y razonamiento (que sería la base del diseño de las computadoras digitales). El sistema de Boole redujo los argumentos lógicos a las permutaciones de tres operadores algebraicos básicos: "y", "o", y "'no". Gracias al desarrollo del Álgebra Booleana, Boole es considerado por muchos como el padre de la Teoría de la Información.

Las cuatro operaciones básicas de Bool

HERMAN HOLLERITH (1860-1929)

En los Estados Unidos existe la obligación constitucional de hacer un censo de población cada diez años. La oficina de censos estadounidense no terminó el censo de 1880 sino hasta 1888. La dirección de la oficina ya había llegado a la conclusión de que el censo de cada diez años tardaría más que los mismo 10 años para terminarlo.

La oficina de censos comisionó a Herman Hollerith, ingeniero de minas y estadístico de la Oficina del Censo de Estados Unidos, para que aplicara su experiencia en tarjetas perforadas y llevara a cabo el censo de 1890. En 1886 fue inventada por el Dr. Herman Hollerith la primera máquina tabuladora en usar una tarjeta agujerada de entrada del datos. Hollerith se dio cuenta de que muchas de las preguntas del Censo tenían una respuesta del tipo si/no. Y lo más importante, que este tipo de respuestas podían codificarse en forma de una ausencia o presencia de un agujero en una cinta o tarjeta de papel, que podía ser leída con métodos eléctricos. Conectado a la máquina lectora se encontraría un cuadro con los diales, donde se irían registrando los datos. La máquina de Hollerith fue probada con el censo de Baltimore en 1887 y, vista su completa funcionalidad, en el censo de los Estados Unidos de 1890.

Con el procesamiento de las tarjetas perforadas y el tabulador de tarjetas perforadas de Hollerith, el censo (en que se clasificó una población de 62,979,766) se terminó en sólo dos años y medio: en un tercio del tiempo, con un 25% más de información a procesar, y la oficina se ahorró alrededor de US$ 5.000.000. Así empezó el procesamiento automatizado de datos. El salto cualitativo es importante. Por primera vez se hacía uso de un código binario para el almacenamiento de la información. Además, el código es leído por procedimientos eléctricos, se utiliza un equipo estandarizado para el tratamiento de la información (las tarjetas deHollerith se han usado hasta hoy) y se produce el primer sistema de tratamiento de datos.

Hollerith no tomó la idea de las tarjetas perforadas del invento de Jaquard, sino de la "fotografía de perforación". Algunas líneas ferroviarias de la época expedían boletos con descripciones físicas del pasajero; los conductores hacían orificios en los boletos que describían el color de cabello, de ojos y la forma de nariz del pasajero. Eso le dio a Hollerith la idea para hacer la fotografía perforada de cada persona que se iba a tabular. Su ponche dejaba que un operador apuntara un indicador en una matriz de agujeros, después de lo cual se picaría en una tarjeta pálida un agujero al inverso de la máquina.

La tabuladora de Hollerith, además de constituir un éxito comercial, supone el final de la evolución de las máquinas calculadoras mecánicas. Hasta la máquina tabuladora, las calculadoras se han servido de mecanismos puramente mecánicos (los guijarros o cuentas del ábaco, las ruedas de Pascal, Leibniz y Babbage, las tarjetas perforadas de Hollerith) para efectuar cálculos sencillos. A partir de aquí comienza la época de las calculadoras electromecánicas.

Hollertih fundó en el año 1896 la compañía Tabulating Machine Company y vendió sus productos en todo el mundo. La demanda de sus máquinas se extendió incluso hasta Rusia. El primer censo llevado a cabo en Rusia en 1897 fue registrado con el Tabulador de Hollerith. En 1911, la Tabulating Machine Company, al unirse con otras dos Compañías, formó laComputing-Tabulating-Recording-Company (CTR & Co.).

Si bien la historia de la evolución no termina acá, en lo que respecta a nuestra materia, es con éste último invento, y previo a la intervención la electricidad y la electrónica, el que determina completamente la automatización en el manejo de las bases de datos.

Para tener una mejor perspectiva general de toda la evolución, los invito a ver los siguientes videos:

1- Historia de las computadoras, realizado por Areli Gómez Argüelles: