Mira un subibaja. Cuando empujas hacia abajo un extremo de eso, aparece el otro. ¿Tiene que ser un organismo vivo para que eso suceda? No; Es solo una barra y un pivote, una máquina muy simple.
Entonces toma una palanca. Eso funciona de la misma manera que un balancín pero con el pivote muy cerca de un extremo. Ahora, cuando empujas hacia abajo, el otro extremo no se mueve tan lejos, pero ejerce más fuerza. Te has hecho mágicamente más fuerte. Pero la palanca tampoco está viva.
Ahora ve al pie de tus escaleras. Ahí tienes una computadora que responderá una pregunta. La pregunta es “¿en qué estado se encuentra el interruptor de la luz de aterrizaje del piso de arriba?” Ahora mira la luz de aterrizaje. Si la luz está encendida, entonces el interruptor de arriba está en el mismo estado que el de abajo. Si está apagado, el interruptor está en la posición opuesta. (En realidad, los electricistas no son tan cuidadosos. Hay un 50% de posibilidades de que la luz se encienda solo cuando los interruptores son diferentes, pero, una vez que sepa eso, aún puede responder la pregunta).
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¿Entonces sus interruptores de luz son organismos vivos? No, son solo trozos de cobre y resortes.
También hay una manera de conectarlo para que la luz esté encendida cuando cualquiera de los interruptores está encendido, y otra forma de encender la luz solo cuando todos los interruptores están encendidos. Esos no son tan útiles para los electricistas y propietarios de viviendas, pero son fáciles de averiguar cómo hacerlo si los necesita.
Ahora necesitamos una convención. Digamos que cuando la luz está encendida, decimos que significa 1 y cuando está apagada, decimos que significa 0. Eso está en nuestras cabezas; los interruptores y las luces no significan nada más que encender o apagar, pero ahora podemos usar esta computadora para contar hasta 1. Digamos que los interruptores están cableados para que la luz se encienda cuando son diferentes. Ahora veamos la tabla de suma en binario:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 10
El dígito binario de la derecha se comporta de la misma manera que nuestra luz de aterrizaje. Todo sale mal cuando necesita una respuesta superior a 1, porque solo hay una luz.
Pero el dígito de la izquierda es solo 1 (activado) cuando ambos interruptores son 1 (activado), y sabemos que podemos construir un circuito que lo haga. Entonces, si agregamos otra cosa de interruptor en los interruptores (otro “polo” en la jerga de los interruptores eléctricos) podemos conectarlo para encender otra luz. Entonces tenemos dos luces que suman dos números juntos. ¡Hemos construido una calculadora!
Ahora reemplace la luz con un electroimán y cree un widget que haga que el electroimán active otro interruptor. Las compañías de telégrafos hicieron exactamente eso en aproximadamente 1850 para extender el alcance de sus cables. Una señal que se debilitó al viajar millas por cables delgados fue lo suficientemente fuerte como para alimentar el electroimán y accionar el interruptor, y ese interruptor activó una nueva señal con plena potencia. Llamaron al dispositivo un relé, porque transmitió la señal por el nuevo cable.
Con los relés no estamos limitados a un conjunto de interruptores que controlan un conjunto de luces. Podemos en cascada muchas veces y hacer cálculos cada vez más complejos. Podríamos hacer uno que sume o reste. Podríamos agregar más dígitos.
Considere una pantalla de siete segmentos:
==
El | El |
–
El | El |
–
Si tenemos cuatro dígitos binarios, encontramos que ese segmento superior solo debe encenderse si el primer o segundo dígito es 1 o el tercer dígito es 0. Otros segmentos tendrán requisitos similares pero diferentes. Si construimos todos esos circuitos, entonces podemos tener una visualización decimal en nuestra calculadora.
Podemos alimentar la salida de un circuito a su entrada. Si decimos que una salida está encendida si su entrada “Reset” está apagada y su salida está encendida o su entrada “Set” está encendida, entonces ese circuito recordará cosas por nosotros. Si le enviamos un pulso corto en su entrada Set una vez, su salida permanecerá encendida todo el tiempo. Si enviamos un pulso a su entrada de reinicio, se apagará.
Esas entradas de Establecer y Restablecer son bastante incómodas de usar. Así que construyamos otro circuito en la parte delantera. Tendremos una entrada de datos y una entrada de reloj. Si los datos y el reloj están activados, la salida de configuración estará activada. Si los datos están apagados y el reloj está encendido, la salida de reinicio estará encendida. Cuando juntamos los dos circuitos tenemos una memoria que recordará el estado de la señal de datos cada vez que pulsamos la señal del reloj.
Ahora piense en un motor eléctrico que conduce una cámara que acciona un interruptor cada vez que gira. Podemos usar esto como una señal de reloj para hacer que nuestro circuito haga cosas diferentes en diferentes momentos. Podemos construir un circuito que cuente el número de pulsos del reloj y otro que reconozca cuándo el contador alcanza un número determinado. Por ejemplo, podríamos construir una calculadora que agregue repetidamente un número a sí mismo para que pueda multiplicar dos números juntos.
Ahora tenemos suficientes bits para construir una computadora real. Así que imaginemos tener una memoria enorme que almacenó 256 filas de dieciséis dígitos binarios. Tenemos otra memoria que llamamos “Puntero de instrucción” que solo contiene ocho dígitos binarios y que indican de dónde viene la siguiente instrucción en la memoria. También tenemos otros ocho dígitos que llamamos el “Acumulador” y dieciséis más que llamamos el “Registro de instrucciones”.
En cada tic del reloj, leemos en la ubicación de la memoria indicada por el puntero de instrucción y ponemos su contenido en el registro de instrucciones. El registro de instrucciones tiene dos mitades. Tomamos la mitad y leemos la ubicación de la memoria que indica y restamos ese valor del “Acumulador”. Luego, si el bit superior del acumulador es 1, escribimos el contenido de la otra mitad del Registro de instrucciones en el Puntero de instrucciones. Pero si es 0, simplemente agregamos 1 al contenido del puntero de instrucción.
Esa es una computadora real, tan poderosa como las que estamos usando ahora. Su memoria es muy pequeña, pero podemos solucionarlo dándole más bits en sus recuerdos. Solo conoce una instrucción: “Restar y saltar si es negativa”, pero podríamos solucionarlo agregando una lógica más compleja. Incluso con su única instrucción, puede ejecutar cualquier programa que cualquier otra computadora pueda.
Sería muy grande y costoso, porque esas unidades de memoria usan muchos relés y necesitamos muchos de ellos. (Su computadora probablemente tenga el equivalente de más de diez mil millones de ellos). También se descompondría muy a menudo porque los relés son mecánicos y se desgastan y ensucian. Sería lento porque los relés solo pueden cambiar unas diez veces por segundo. Lo que necesitamos es un reemplazo para los relés que es pequeño, barato y rápido y que no tiene piezas móviles que se desgasten.
Eso es un transistor. Hace exactamente el mismo trabajo que un simple relé, pero lo hace más rápido y de manera más confiable. También es muy, muy pequeño y barato, especialmente cuando está construido a granel en un circuito integrado.
Entonces, las computadoras que usamos hoy usan transistores en circuitos integrados. Pero están haciendo exactamente las mismas cosas que su luz de aterrizaje.
Y no están vivos.
