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Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticas

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembros de la Real Sociedad Española de Física

Tras la aparición de los primeros ordenadores electrónicos, ocurrido a lo largo de la década de 1940, los medios de almacenar información y de elaborar instrucciones de funcionamiento de los mismos se incrementaron muy significativamente y la imaginación de los científicos e ingenieros implicados en esta campo se puso rápidamente al servicio de estos objetivos, con éxitos dispares, como veremos en este artículo, tercero de una serie iniciada con las tarjetas perforadas y las cintas magnéticas, los medios más usuales de almacenar información durante la primera mitad del siglo XX.

1. Algunas ideas originales que no prosperaron

Los primeros ordenadores, que aparecieron en la década de 1940, utilizaron dispositivos de memoria realmente extraños por no decir auténticamente pintorescos -la palabra inglesa para definir estos artilugios lo dice casi todo: "bizarre"-, como por ejemplo las miles de válvulas de vacío que utilizaba el primer ordenador totalmente electrónico, el ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer; Computador e Integrador Numérico Electrónico). Este "monstruo"  pesaba 27 toneladas, ocupaba una habitación de unos 170 m² y consumía la friolera de 174 kW, por lo que necesitaba refrigeración mientras funcionaba, ya que elevaba mucho la temperatura de la sala donde estaba instalado. Estaba construido con 17.468 válvulas de vacío, la tecnología electrónica de referencia de los años cuarenta. ENIAC tenía una capacidad de memoria para guardar números de hasta 20 cifras, pero su uso requería utilizar más de la mitad de sus casi 18.000 válvulas:

Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticas

Izquierda: visión de una parte de ENIAC. Derecha: las válvulas, su elemento de trabajo, cálculo y almacenamiento

Los detalles de funcionamiento de ENIAC se pueden ver en este vídeo, con imágenes originales de la época:

 

Entre 1945 y 1954 y además de las válvulas de vacío, los ordenadores de la época utilizaron como elementos de almacenamiento de datos las denominadas líneas de retardo, los tambores magnéticos y los tubos Williams-Kilburn. Describo estos últimos a continuación.


1.1 Tubos Wiliams-Kilburn

La idea de este procedimiento fue propuesta en 1948 por el Profesor Fredrick C. Williams (1911-1977), quien junto a sus colaboradores, desarrollaron lo que se puede considerar la primera memoria de acceso aleatorio RAM (de sus siglas en inglés: Random Acess Memory) para almacenar instrucciones de programación de un ordenador, lo que permitió a su vez aumentar la velocidad de trabajo de la máquina.

Williams utilizó multitud de tubos de rayos catódicos -CRT, Cathode Ray Tube, un tipo particular de válvula de vacío, similar a los utilizados en las pantallas de los primeros televisores comerciales de los años 1950 y 1960, pero de menor tamaño- para actuar como interruptores de encendido/apagado y almacenar digitalmente 1024 bits de información. El principio de la operación de este dispositivo es el siguiente:

Mediante un haz de electrones enfocado hacia la pantalla de un CRT, se inducía en un pequeño punto de la superficie interna de la misma una carga; dirigiendo adecuadamente el haz de electrones, la carga se podía inducir en cualquier punto de la pantalla, que aparecía entonces como un mosaico de puntos brillantes (donde se inducía la carga) y oscuros (donde no se había enfocado el haz de electrones); cada uno de esos puntos brillantes u oscuros representaba un 1 o un 0. La carga de cada punto podía ser detectada por una placa metálica situada cerca de la pantalla CRT, en el exterior de la misma, "leyendo" de esta manera el "valor" de cada punto, es decir, el 1 o el 0. La siguiente imagen muestra el aspecto físico de un tubo de Wiliams-Kilburn, así como la imagen generada en la superficie interna de la pantalla de uno de tales tubos, que es un mosaico de puntos brillantes u oscuros que representan la información codificada:

Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticas

Izquierda arriba: Tubo de Wiliams. Izquierda abajo: el dispositivo con la placa metálica que detecta la información abatido delante de la pantalla. Derecha: imagen de la pantalla de uno de esos tubos, con puntos luminosos y zonas donde no hay; ese mosaico representa la información, que en el caso de la imagen son 256 bits.

El haz de electrones se podía dirigir a cualquier ubicación en la pantalla, lo que ofrecía un acceso aleatorio a los datos, siendo esa la base de cualquier memoria RAM. Un problema que tenía el dispositivo Wiliams-Kilburn es que la carga inducida se escapaba gradualmente de la cara interna del CRT, por lo que, para no perder la información, debía reescribirse continuamente [1]. A finales de 1947, Williams se mudó a la Universidad de Manchester, donde trabajando con Tom Kilburn pudieron almacenar 2048 bits con este procedimiento. En 1948, el ordenador Manchester Small Scale Experimental Machine, denominado coloquialmente Manchester "Baby" ejecutó el primer programa en un ordenador electrónico usando el procedimiento de almacenamiento descrito, conocido desde entonces como tubo Williams-Kilburn.

El siguiente vídeo muestra la historia de esta máquina, junto con una breve descripción gráfica del funcionamiento de los tubos Wiliams-Kilburn:

 

Las líneas de retardo y los tubos Wiliams-Kilburn tuvieron un recorrido muy efímero, por lo que no daré sucesivos detalles aquí y remito al lector interesado a ver los diversos enlaces que he vinculado en los párrafos precedentes.

Por lo que respecta a los tambores magnéticos, que analizo a continuación, podemos considerarlos los predecesores de los discos duros magnéticos, hoy día de uso habitual en la mayoría de ordenadores portátiles y de torre.

2. Memorias de tambores magnéticos

El tambor y la cinta magnética son los medios de almacenamiento más antiguos utilizados en ordenadores, todavía en uso hoy en día. La primera memoria de tambor magnético, un dispositivo de almacenamiento de datos y una forma temprana de memoria de ordenador, fue inventada por el ingeniero austriaco Gustav Tauschek (1899-1945) en 1932. Tauschek fue un ingeniero autodidacta que, además de la memoria de tambor, inventó también otros dispositivos, como un sistema para la maquinaria de tarjetas perforadas o la primera máquina OCR (reconocimiento óptico de caracteres) en 1928. Desgraciadamente, la Segunda Guerra Mundial acabó de manera prematura con su vida.

La memoria de tambor magnético era esencialmente un cilindro de aluminio, recubierto por una capa de material ferromagnético (habitualmente, óxido férrico), que tiene la capacidad de reorientar sus partículas al recibir la acción de un electroimán -como vimos en el artículo anterior de esta serie, es el mismo principio que utilizan las cintas magnéticas para grabar sonido-. Este cilindro puede girar alrededor de su eje de simetría a velocidades de hasta 8.000 revoluciones por minuto. En contacto con el cilindro y a lo largo de su eje longitudinal se colocan un conjunto de cabezales fijos de lectura/escritura que pueden grabar o leer la información guardada en las pistas de dicho cilindro:

Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticas

Izquierda: esquema básico de una memoria de tambor magnético. Derecha: dispositivo de memoria de tambor magnético utilizado en los primeros ordenadores como memoria principal de trabajo.

Uno de los dispositivos basados en esta tecnología, de gran capacidad, fue el fabricado por la empresa estadounidense Engineering Research Associates, que en 1950 comercializó un tambor de 22 cm de diámetro con 200 cabezas de lectura/escritura en el eje del tambor.

La memoria de tambor magnético fue un procedimiento relativamente común como medio de grabación de datos durante las décadas de 1950 y 1960. Como veremos en el próximo artículo de esta serie, los tambores magnéticos fueron desplazados por las memorias de núcleo magnético -también conocidas como memorias de ferrita- en la década de 1950 y por los discos duros magnéticos a partir de la década de 1960, aunque para cierta clase de aplicaciones continuaron en uso hasta bien entrada la década de 1980. La siguiente imagen muestra uno de estos dispositivos, que en ocasiones llegaron a alcanzar dimensiones notables:

Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticasIzquierda: trabajadores de la empresa Engineering Research Associates, junto con tambores magnéticos de diversos tamaños en 1955. Derecha: Tambor magnético IBM 650


3. Las cintas magnéticas

A fines de la década de 1940, algunos ingenieros de diseño de ordenadores entendieron que la tecnología de grabación de audio mediante cintas magnéticas, que ya vimos en el artículo anterior de esta serie, podría adaptarse para la grabación de datos digitales. La empresa estadounidense Eckert-Mauchly Computer Corporation, fundada por dos pioneros de la informática,  –John W. Mauchly (1907-1980) y John P. Eckert (1919-1995)– comenzó a desarrollar una grabadora con esta tecnología a comienzos de la década de 1950, lo que supuso un avance muy significativo en el campo del almacenamiento de datos. De esta forma, en 1951 se utilizó por primera vez una memoria basada en cinta magnética para grabar datos en el ordenador UNIVAC I -Universal Automatic Computer-, concebido por ambos científicos y fabricado por la empresa Remington Rand, que hoy en día, tras varios procesos de fusión y compras, se denomina Unysis, uno de los gigantes de la informática en la actualidad. El sistema permitió sustituir las tarjetas perforadas como procedimiento de introducir instrucciones en el ordenador, lo que de paso permitió incrementar la velocidad de trabajo del ordenador.

Como todos los ordenadores fabricados hasta bien entrada la década de 1960, UNIVAC-I empleaba alrededor de 5.000 válvulas de vacío para efectuar los cálculos, lo que contrastaba con las casi 18.000 que usaba el legendario ENIAC, lo que permitía que su tamaño fuera más reducido que éste último –las dimensiones de UNIVAC-I eran 3 × 4.20 × 2.70 metros, lo que le hacía relativamente pequeño para la época comparado con sus competidores en aquellos días–.

El sistema de almacenamiento del UNIVAC-I se denominaba UNISERVO-I y utilizaba como medio de almacenamiento una cinta delgada de metal de 13 mm de ancho, hecha de una aleación con propiedades de imanación permanente denominada Vicalloy, una aleación compuesta por Co, Fe y V. La cinta tenía 365 metros de longitud, con una densidad de almacenamiento de 40 bits/cm:

Los orígenes del almacenamiento de la información (III): Tubos de vacío, tambores y cintas magnéticas

Izquierda: unidad de memoria UNISERVO I. Derecha: vista general del ordenador UNIVAC I

 

La repercusión social que tuvo la construcción de esta máquina fue desorbitada, sobre todo tras realizar con éxito la predicción del ganador de las elecciones a Presidente de los EEUU en la convocatoria del año 1952: los expertos en política más relevantes de la época apostaban con toda seguridad como ganador del proceso por el candidato demócrata, Adlai E. Stevenson; durante la elección se hizo un programa especial, donde la empresa fabricante puso a prueba su nueva máquina y mostró todo su potencial de cálculo al público. Introdujeron multitud de datos de elecciones pasadas al UNIVAC-I y con tan solo los datos del 7% de los votantes, el ordenador predijo una victoria aplastante del candidato republicano, Dwight D. Eisenhower, como así sucedió en realidad.

Las cintas magnéticas todavía se utilizan hoy en día como un medio de archivo barato y reutilizable.

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[1] Como veremos en un artículo posterior, la necesidad de recargar continuamente la información almacenada es el mismo problema que tienen las memorias RAM modernas basadas en semiconductores.

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