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1.2: Computadoras y Magia

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    Si bien la mayoría no lo admitiría, la gente cree que las computadoras en realidad obedecen las leyes de la magia. Las computadoras hacen cosas tan salvajes y milagrosas que de alguna manera todos creemos que las computadoras no son realmente máquinas en absoluto, pero hay algo muy extraño y mágico que debe encenderse dentro de una computadora. Las computadoras parecen hacer cosas que van más allá de las leyes físicas de la naturaleza. Y el crecimiento en la capacidad de los dispositivos que usamos todos los días, que son pequeños y sencillos de usar pero tan sorprendentes en lo que pueden hacer, refuerza esta idea de que las computadoras son realmente mágicas.

    En realidad, sabemos que las computadoras son simplemente máquinas. La primera máquina jamás diseñada que tenía toda la funcionalidad de una computadora moderna, el motor analítico, fue diseñada por Charles Babbage en 1838. El motor analítico debía ser puramente mecánico y diseñado para funcionar con vapor. Si bien nunca se implementó, es un diseño perfectamente realizable, e incorpora toda la funcionalidad necesaria de una computadora moderna.

    El motor analítico muestra que las computadoras pueden entenderse en términos puramente mecánicos. Para ayudar a entender las computadoras, este texto analizará el corazón de todas las computadoras, la Unidad Central de Procesamiento (CPU). El primer paso para entender la computadora es entender una CPU.

    Una CPU se compone completamente de cables y componentes lógicos llamados puertas. Estas puertas son muy, muy pequeñas, y muy, muy rápidas, pero son solo circuitos electrónicos que realizan operaciones sencillas. Las únicas operaciones que estas puertas necesitan proporcionar son los operadores booleanos AND, OR y NOT, que se explicarán en el Capítulo 4. Más sorprendentemente, las funciones AND, OR y NOT son más de lo que se necesita. Toda la lógica en una computadora se puede implementar usando solo un tipo de puerta, la puerta NO-AND o NAND. Así, una computadora es simplemente una colección de estos cables y compuertas, y puede explicarse completamente como un dispositivo mecánico que utiliza solo un tipo de elemento computacional, la puerta NAND. Esto realmente es casi tan increíble como las computadoras que están hechas de magia, pero mucho más útiles.

    Para simplificar la CPU, las colecciones de puertas AND, OR y NOT se organizan en componentes digitales (llamados Circuitos Integrados o CI) que se utilizan para construir la CPU. Estos CI digitales se denominan multiplexores, decodificadores, flip-flops (registros) y Unidades Lógicas Aritméticas (ALU). Algunos de estos componentes, como el ALU, están conformados por otros componentes digitales, como sumadores, restadores, comparadores y circuitos para hacer otro tipo de cálculos. Este libro cubrirá estos CI digitales, explicando cómo se usan en una CPU, mostrando cómo se hacen estos componentes digitales usando puertas simples, e implementando realmente los circuitos en una placa de pruebas usando chips IC.

    Una vez completado este libro, el lector debe tener un concepto de lo que es una CPU, una buena comprensión de las partes que componen una CPU y un concepto rudimentario de cómo funciona una CPU para convertir 1s y 0s en los increíbles dispositivos que son tan centrales para nuestro mundo.


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