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AUTORES CIENTÍFICO-TÉCNICOS Y ACADÉMICOS
Los primeros tiempos
del software (parte I)
Prof. Doctor Félix García Merayo
Vicepresidente de ACTA
à
No hay atajo sin trabajo
Refrán
Introducción
E
n 1993 la National Academy of Engineering, Academia Nacional de
Ingeniería, concedió su premio Charles Stark Draper a John Backus.
¿Cuáles eran sus méritos para merecer tan apreciado galardón? Fue sin
duda su intervención en el desarrollo del lenguaje FORTRAN, primer lenguaje de ordenador de alto nivel y de propósito general. La decisión de la
Academia fue aplaudida por la mayor parte de los profesionales de la computación, muchos de los cuales sabían bien de la contribución que Backus
y su lenguaje FORTRAN habían tenido en el desarrollo de su propia profesión. Fortran (actualmente ya no se escribe con letras mayúsculas), aunque en uso hoy día, ha sido superado por otros lenguajes como C++,
Visual Basic o por sistemas de software como UNIX, AIX o Windows, que
reflejan mejor los cambios habidos en el hardware en general o en el entorno de los ordenadores personales y las estaciones de trabajo. Al aceptar el
premio, Backus reconoció que el lenguaje había sido el resultado de un trabajo en equipo. Estos fueron sus colaboradores, todos como él trabajando
en aquel momento para la compañía IBM: Ziller, Herrick, Beeber, Sheldon
Best, Goldberg, Mitchell, Nelson Sayre, Sheridan y Stern. También Hughes, del Libermore Lab, y Nutt, de la United Aircraft Corporation.
Donald Knuth fue considerado por muchos como el programador
más grande del mundo, The World’s Greatest Programmer. Alguna
vez dijo que siempre se levantaba por las mañanas con una idea
nueva que le capacitaba para añadir un par de líneas más a su programa del día anterior, lo que le proporcionaba una gran satisfacción.
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ACTA
Los primeros tiempos del software (parte I)
Añadía que eso mismo debía pasarles a los poetas, a
los músicos o a los pintores. A él, la programación le
producía ese sentimiento.
En uno de mis anteriores artículos preparado para
los Manuales de ACTA, concretamente el titulado La
larga vida de un lenguaje de programación, mencionaba, entre otras cosas, que acababa de cumplirse en
aquel momento el cincuentenario del diseño y creación del lenguaje FORTRAN con la producción de su
primer compilador (año 1957). En él se contaba su
historia, el desarrollo de las distintas versiones a lo
largo de los años y las aplicaciones hechas con ese
lenguaje. Añadiremos ahora que su utilización está
aún presente en todas las aplicaciones donde se hace
necesaria la colaboración de arquitecturas de altas
prestaciones, los supercomputadores, para resolver
problemas técnico-científicos de alta gama y de cálculo intensivo.
Volvamos al premio Draper. Fue instituido precisamente para dar a los ingenieros el prestigio y la
dotación económica que los Nobel conceden a los
científicos. En el caso que nos ocupa, fue concedido
a Backus, como hemos dicho, para reconocer el desarrollo de un software, es decir, algo que, por definición, no tiene esencia física, algo que no es hardware. Fue concedido también por algo que, en la época
del desarrollo de los primeros computadores, pocos
pensaban que sería necesario. Pero no sólo era necesario un software, sino que en la década de los
noventa su desarrollo y marketing sobrepasaron el
del propio hardware. Tanto es así que, en muchos
casos, se ha convertido en una utilidad barata y de
producción masiva. ¿Cómo ha emergido el software
y cuál ha sido su relación con la evolución del hardware? ¿Cuáles fueron sus etapas constructivas y su
orientación a lo largo de los primeros años de su
puesta en servicio? Estas son algunas de las cuestiones a las que tratamos de dar contestación a lo largo
de este escrito.
à
Una definición
Una definición simple del concepto software es la
siguiente: conjunto de instrucciones capaces de dirigir
al ordenador para realizar una tarea específica. Con
esa palabra indicamos una entidad única, separada
del hardware, capaz de trabajar, sin embargo, en colaboración con él para resolver un problema concreto.
Hemos dicho entidad única, pero ciertamente no es
así. Un sistema de computación es como una esfera
formada por capas sucesivas concéntricas, correspondiendo cada una de ellas a un tipo de software y
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todas ellas montadas sobre un núcleo de hardware.
Incluso en el centro de esa esfera, el denominado
nivel del procesador central, no existe una distinción
clara: chips que contienen microcódigo son capaces
de dirigir otros chips con el fin de realizar la mayor
parte de las operaciones básicas del procesador. Técnicamente esos códigos reciben el nombre de firmware, término que por sí sugiere una distinción más bien
borrosa.
Veamos un ejemplo con el que nos encontramos
a diario. Situemos el microcódigo en un extremo, y
pongamos en el otro un cajero, una máquina expendedora de billetes de un banco. Para servirse de esa
máquina, el usuario presionará una serie de teclas en
una secuencia determinada dando lugar con ello a
que el computador que gobierna esa máquina ejecute un conjunto de operaciones complejas pero de
forma correcta. Los diseñadores de tales máquinas
tienen claro que sus usuarios no tienen por qué conocer nada de ordenadores, pero lo cierto es que, en
este caso, el cliente del banco lo que hace (sin saberlo) es programar el computador que está detrás de la
máquina dispensadora. El uso de estas máquinas
comparte muchos de los atributos que le son comunes también a la programación. Por ejemplo, si el
cliente presiona una tecla errónea en una larga sucesión de ellas, la transacción quedará totalmente invalidada. Además, si las reglas son demasiadas, ello
pondrá en evidencia un pobre diseño de la máquina
y confundirá al usuario más experto. Tenemos otro
ejemplo similar cuando se trata de una grabadora de
vídeo casera, grabadoras que muchos usuarios
encuentran o han encontrado alguna vez dificultades
para programarlas.
Pues bien; la esencia del software se encuentra
precisamente entre esos dos extremos aludidos. Scott
Kim, diseñador de ordenadores personales, decía que
no existe diferencia fundamental entre la programación de computadores y la utilización del propio computador. El significado de sus palabras aplicado al
ejemplo de las capas concéntricas, indica que esas
capas son finas y continuas y se extienden desde el
microcódigo encastrado en el firmware hasta el menú
de comandos situados más al exterior, en la parte
periférica, como ocurre en la máquina expendedora
de moneda. El software está situado en algún lugar en
medio de las capas extremas.
Otros, sin embargo, no opinan así. La gente encargada del desarrollo de complejos sistemas de software
comentan con frecuencia que su trabajo tiene poco
que ver con la programación de computadores que se
enseña en las escuelas. Y lo que es aún peor; esa enseñanza, utilizando ejemplos demasiado simples, produ-
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Los primeros
tiempos del
software (parte I)
El ingeniero estadounidense Howard H.
Aitken nació en Hoboken, Nueva Jersey, el 9
de marzo de 1900. Sus primeros estudios superiores los cursa en la Universidad de WiscosinMadison, obteniendo más tarde, en 1939, su
grado de doctor en Harvard, donde fue profesor
de Física. Fue el alma del diseño de una calculadora electromecánica que le facilitara la solución
numérica de ciertas ecuaciones diferenciales que
había encontrado durante sus investigaciones.
Se la bautizó, en principio, con el nombre de
Automatic Sequence Controlled CalculatorASCC, conocida más tarde como Harvard Mark I.
Para su construcción se basó en la máquina de
Babbage y en la utilización de tarjetas perforadas. El proyecto de la máquina finalizó en 1944
cuando se contó con la ayuda financiera de IBM
y la colaboración como programadora de Grace
Hopper. Aunque los primeros trabajos se habían
llevado a cabo con fondos de la Universidad de
Harvard, se hicieron necesarias otras subvenciones para acabar el proyecto y éstas fueron efectivas cuando Aitken entró en contacto con Thomas Watson, presidente de IBM, y éste aceptó la
financiación. Aitken aprovechó la experiencia de
expertos de IBM trabajando, en particular, con
tres de sus más importantes ingenieros: Durface,
Hamilton y Lake.
En enero de 1943 el proyecto de Aitken se
hace realidad. La máquina electromecánica se
había terminado de construir en los laboratorios
que IBM tenía en Endicott, donde se hicieron las
primeras pruebas de funcionamiento. Pasó luego
a Harvard, dándose a conocer en 1944. Fue la
primera calculadora terminada, fiable y operativa. Sus dimensiones eran extraordinarias: 15
metros de largo y 2,5 de ancho; su peso era de
unas 5 toneladas. Empleaba relés electromecánicos. Su rendimiento: sumas en menos de un
segundo, 6 segundos para la multiplicación y 12
para la división.
Aitken continuó trabajando en el diseño de
máquinas más avanzadas que la Mark I. Siguieron
la Harvard Mark II, la Mark III y la Mark IV, calculadora, esta última, ya completamente electrónica
y con una memoria de núcleos de ferrita.
Aitken fue galardonado en 1970 con la Medalla Edison que concede la IEEE por una meritoria
carrera de contribuciones pioneras al desarrollo y
aplicación de los computadores digitales, así como
por su contribución a la enseñanza y formación en
ese mismo campo.
Aitken, como sucedió con Grace Hopper, también fue oficial pero, en su caso, de la Reserva
Naval de los Estados Unidos. Falleció el 14 de
marzo de 1973, en San Luis, Misuri.
ce en los estudiantes la falsa sensación de que la producción del software es mucho más simple de lo que
en realidad es. El desarrollo de un software de calidad
no se reduce a la escritura de buenos programas individuales. Consiste en escribir un conjunto de programas capaces de interactuar entre ellos y con todos en
su conjunto, dando lugar a un sistema complejo que
funcione. De eso se ocupa precisamente la ingeniería
del software: diseñar, producir y sintonizar.
La historia del software no debería tratarse de
forma separada de la historia del hardware. Muchos
ejemplos demuestran que se han dado innovaciones
en el software que han tenido poco o ningún impacto hasta que no han podido combinarse con las
correspondientes innovaciones del hardware habidas
en el tiempo. De la misma forma, el comentario tantas veces repetido de que el progreso del hardware
medido, por ejemplo, por el número de circuitos contenidos en un chip de silicio deja muy atrás el progreso del software, probablemente es falsa. Por supuesto
debe reconocerse que la tecnología del hardware
tiene que superar en ocasiones los propios límites de
la física, límites que contribuyen a que el diseño en
esa tecnología sea con frecuencia muy complejo.
Algunos conceptos relacionados
con el software
Software. Conjunto de programas que un
computador necesita y utiliza para realizar su trabajo. Es un término genérico con el que se indican
los componentes intangibles, no físicos, de un sistema de computación. Se refiere, por tanto, a los
programas ejecutados por el computador a diferencia de los componentes físicos del mismo. Es
necesario hacer una distinción entre el software de
sistemas y el software de aplicaciones.
Software de sistemas. También conocido
como software del sistema, es un tipo de software
ligado al hardware para proporcionar así un sistema de computación total y efectivo, dando lugar de
esa manera a un sistema aceptable y funcional
para el usuario final. Normalmente es suministrado
por el propio fabricante del computador. En este
tipo de software se incluyen el sistema operativo,
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Los primeros tiempos del software (parte I)
los compiladores, los intérpretes, programas de
servicio, programas de gestión de ficheros, etc.
Software de aplicaciones. También conocido como programas de aplicación. Se refiere a un
software específico con el que se lleva a cabo una
tarea determinada dentro de una organización
dada. Por ejemplo, el programa de nómina, el de
gestión de cuentas corrientes, el de diseño de
carreteras, etc. Con este software se lleva a cabo
un trabajo para un usuario concreto y se escribe
específicamente para él.
Ingeniería del software. Conjunto de actividades encaminadas al diseño, desarrollo, puesta a
punto y verificación del software. Se incluyen en
esta tarea general los requerimientos del usuario y
del propio software, el diseño detallado de la
arquitectura del producto, el desarrollo de programas empleando, por ejemplo, técnicas de programación estructurada, la validación del producto, el
análisis de rendimientos, etc. Todo ello encaminado a producir programas eficientes y confiables.
Programa. Conjunto de instrucciones y de
datos que utilizan esas instrucciones y que el ordenador se encarga de ejecutar secuencialmente
para llevar a cabo una determinada tarea. Para
poder ejecutar un programa éste tiene que almacenarse previamente en la memoria principal del
computador.
Instrucción. Elemento básico de un programa de ordenador que especifica, entre otras cosas,
la operación a realizar, dónde se encuentran los
datos con los que operar y dónde se almacenará el
resultado de la operación.
Sentencia. Unidad básica de un programa de
ordenador escrito mediante un lenguaje fuente
como Fortran, PL/1, COBOL, etc. Una sentencia
se compone de palabras clave, constantes, operadores simbólicos y nombres de variables. Una sentencia da lugar a varias instrucciones de máquina
cuando es compilada.
Compilador. Programa particular del software del sistema que traduce un programa de aplicación escrito en un lenguaje de alto nivel, como C
o Fortran, a código de máquina. Por eso se dice
que los lenguajes de alto nivel se compilan completos antes de ejecutarlos. El usuario escribe un
programa fuente en un cierto lenguaje y el compilador produce un programa objeto en lenguaje de
máquina como resultado de la compilación. Sólo
el programa objeto es ejecutable.
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Ensamblador. Programa traductor que toma
un programa fuente escrito en lenguaje ensamblador y produce un programa objeto en lenguaje de
máquina. Un lenguaje ensamblador es un lenguaje de bajo nivel cuyas sentencias son similares, en
forma, a las instrucciones del ordenador. La diferencia es que el lenguaje ensamblador emplea
mnemónicos para indicar los códigos de operación, para las direcciones donde se ubican datos y
resultados, etc., en lugar de números en binario
que son los utilizados por el propio lenguaje de la
máquina. Dado que cada ordenador tiene su propio código de máquina dependiente de su hardware, los lenguajes ensambladores son diferentes
de una máquina a otra de marca diferente, incluso
entre modelos de una misma marca.
Lenguaje de bajo nivel. Lenguaje cercano a
la máquina. Dispone de un conjunto de instrucciones fuente idéntico al que posee el computador y
que, por tanto, éste es capaz de ejecutar directamente.
Intérprete. Programa particular del software
del sistema que traduce un programa de aplicación escrito en un lenguaje de alto nivel capaz de
ser interpretado, como APL o algunos Basic, a
código de máquina. La diferencia con un compilador es que el intérprete traduce (interpreta) cada
sentencia y luego la ejecuta procediendo así hasta
alcanzar el final del programa.
à
Los comienzos (1944-1951)
Para poder programar la máquina electromecánica Harvard Mark I, los usuarios perforaban, por cada
instrucción, una serie de orificios alineados (hasta 24
por línea) sobre una cinta de papel. En el verano de
1944, año en que la máquina fue dada a conocer
públicamente, la Marina de los Estados Unidos ordenó a Grace Murray Hopper, que era una oficial de la
Navy trabajando en el Computation Lab, Laboratorio
de Computación, ayudar a Howard Aitken en la programación del Mark I. Grace había sido profesora de
matemáticas en el Vassar College y decidió abandonar ese empleo para trasladarse a la escuela de guardiamarinas Midshipmen School, donde quedó matriculada. Grace tenía ya varios galones en la
bocamanga de su uniforme cuando se vio por vez primera con Aitken y contaba así el encuentro: Aitken
me mostró, blandiéndolo en su mano, un objeto
ancho con tres cintas y me dijo: “esto es una compu-
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Los primeros
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software (parte I)
tadora”. Yo dije, “sí, señor”. ¿Qué otra cosa podía
decir? Me añadió que le gustaría que yo calculara los
coeficientes de la serie del arco tangente para el jueves siguiente. De nuevo, ¿qué podría contestarle? Sí,
señor. No sabía realmente lo que estaba pasando pero
así fue mi encuentro con Howard Hathaway Aitken.
tecleadas en un gran tablero a modo de máquina de
escribir y empleando una notación matemática ordinaria, siendo después traducidas a un código numérico que el Mark III ya era capaz de ejecutar. Esos
códigos se grababan en una cinta magnética, se leían
a continuación por la computadora y después se ejecutaban. Añadir que las secuencias utilizadas con más
frecuencia se almacenaban en un tambor magnético
para no tener que repetirlas. Es la misma idea que
tuvo Konrad Zuse en Alemania empleando cintas de
papel para introducir la secuencia de comandos en su
máquina Z4.
Harvard Mark I/IBM ASCC.
Este relato marca el comienzo de la programación
de computadores en los Estados Unidos. Grace escribió la secuencia de códigos para la serie pedida y más
tarde también para expresiones matemáticas mucho
más complicadas, entre ellas, formulaciones físicas
para el diseño de lentes.
Las secuencias de código que se empleaban con
gran frecuencia acabaron siendo cableadas dentro de
los circuitos del Mark I, aunque ello no presentaba
demasiada flexibilidad. Pero no debemos olvidar que
ese computador no tenía el programa almacenado,
por lo que Grace tuvo necesariamente que desarrollar
otras secuencias de instrucciones de menos uso en
sendas cintas de papel. Muy pronto se dio cuenta de
que de existir una manera de reutilizar las cintas ya
codificadas para otro problema, se ahorrarían
muchas horas de trabajo. Eso no lo permitía la
máquina en cuestión de una forma sencilla pero la
idea tomó raíces y progresó de manera que posteriores modificaciones permitieron que se montaran
carretes de cintas conectadas a la máquina.
Perforadora de cinta de papel.
Por ello, en un diseño posterior de la computadora, el Mark III, Aitken desarrolló un dispositivo encargado de recibir las instrucciones del programador,
Grace Murray Hopper.
Ninguna de las dos máquinas citadas eran capaces de almacenar los programas en su memoria interna, elemento que hoy conocemos como memoria
principal; pero de estos diseños primitivos nació la
idea de conseguir una computadora capaz de almacenar ella misma los programas y los datos con los
que debían ejecutarse esos programas. Se estaba
apuntando a la máquina de programa almacenado.
En este sentido, tanto la realidad de Grace Hopper
preparando cintas capaces de utilizarse más de una
vez como la de Rutishauser, que operaba en el Instituto Técnico Federal de Zürich con la Z4 en 1952,
que consideraba que la misma calculadora capaz de
resolver un problema debía ser la que preparase sus
propias instrucciones, constituyeron el momento crítico del nacimiento del software.
Con la aparición del computador de programa
almacenado, cualquier secuencia de instrucciones que
se necesitara más de una vez, se almacenaba en una
cinta de papel. Cuando un problema determinado
requería esa secuencia, el computador leía la cinta,
almacenaba en memoria interna dicha secuencia y la
insertaba en el lugar apropiado del programa general
o programa principal. Con este sistema, el programador podía escribir programas cada vez más complejos
y sofisticados sin tener que rescribir secuencias de instrucciones en binario ya escritas por él o por otros pro-
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gramadores: nacía así la biblioteca de rutinas, donde
podían encontrarse los códigos más usuales. Uno de
los primeros computadores de programa almacenado,
el EDSAC, en Cambridge, Inglaterra, hacía uso de
esta filosofía: poseía una amplia biblioteca de secuencias (hoy las llamamos subrutinas) escritas de antemano, desarrolladas, verificadas y perforadas en cintas de
papel que permitían al programador incorporarlas a
sus propios programas. Actualmente, esta mecánica
recibe el nombre de llamada a una subrutina, y se lleva
a cabo mediante una sentencia CALL que contiene el
nombre de la secuencia de código que se necesita (a
la que se llama).
à
Los compiladores UNIVAC (1952)
Decimos compilar para traducir el verbo inglés to
compile. Uno de los primeros significados que encontramos para esta palabra es: reunir información proveniente de lugares distintos y colocarla en un libro, en un
informe o en una lista; poner todo junto (Cambridge,
International Dictionary of English). Pero ¿de dónde
hemos heredado la palabra compilar y cuándo la
empleamos en cuestiones informáticas? Tal como
hemos dicho más arriba, las secuencias de código se
perforaban, primero en cintas de papel, luego en bloques de fichas de cartulina. De esa manera, un programa podía prepararse seleccionando los bloques de
fichas apropiados en los que se habían escrito, perforado, los códigos provisionales, los códigos de transición
(el programa fuente). Luego se agrupaba el resultado
en un nuevo bloque de fichas. Esa actividad recibió el
nombre de compilar. A principios de los cincuenta, los
usuarios de ordenadores desarrollaron programas que
aligeraron al computador en estas tareas, y esos programas recibieron el nombre de compiladores: había
nacido el software de sistemas. Precisamente, fue
Grace Hopper quien jugó un papel crucial, no sólo en
el desarrollo de esos compiladores, sino también en la
transmisión del concepto desde el laboratorio de la
Universidad de Harvard al mundo comercial.
El término compilador fue definido por Hopper
como una rutina constructora de programas capaz de
generar un programa determinado con el objeto de
resolver un problema específico. Hoy día recibe el
nombre de compilador aquel programa que traduce
las instrucciones escritas en un lenguaje familiar para
el usuario de ordenadores a un código binario que el
computador puede ejecutar posteriormente. Evidentemente este concepto no coincide con el que tenía
Hopper. Para ella, como se ha dicho, un compilador
tomaba y utilizaba subrutinas almacenadas en una
56
Tarjeta perforada de 90 columnas tipo IBM.
biblioteca. Entonces, y siguiendo la definición de
Grace, el modo como trabajaba un compilador era el
de un programa que copiaba el código contenido en
una subrutina en el lugar adecuado de un programa
principal, exactamente donde el programador sabía
que tenía que estar. Esas subrutinas tenían un alcance
limitado y solían estar restringidas a cálculos clásicos
como el del seno, el coseno, logaritmos y, sobre todo,
a operaciones aritméticas en coma flotante de cantidades expresadas en lo que hoy conocemos como notación científica. No obstante, los compiladores eran piezas de software muy complejas. Copiar una rutina
como, por ejemplo, la del cálculo del seno de un argumento, requería especificar la localización del valor de
ese argumento, así como la localización donde debería estar ubicado el resultado del cálculo, lugar que era
diferente para cada ejecución del programa principal
que se sirviera de tal subrutina. Por todo lo dicho,
resulta inapropiado utilizar, como se hace alguna vez,
la palabra ensamblar en lugar de compilar, para significar la construcción de un programa a base de bloques de subrutinas. La compilación integraba subrutinas en un flujo continuo de instrucciones.
Como se ha dicho, Grace era oficial de la Marina,
dedicándose a la computación en ese cuerpo; pero en
cierto momento fue persuadida por Jonh Mauchly
para que dejara su empleo y colaborara con él en su
trabajo de programación de la nueva máquina UNIVAC, Universal Automatic Computer, que se estaba
construyendo en aquel entonces. Grace Hopper
aceptó, pero sus sentimientos de fuerte vinculación
con la Marina (su bisabuelo también había pertenecido al mismo cuerpo) le hicieron regresar pronto, llegando a alcanzar el grado de contralmirante cuando
llegó su retiro definitivo.
Hopper dio el nombre de programación automática (automatic programming) a la actividad de diseñar y utilizar los compiladores. Produjo el compilador
A-0 para el UNIVAC en 1952 y más tarde, en 1953,
el A-1 y el A-2. Volveremos a referirnos a ella.
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El sistema Whirlwind de
Laning y Zierler (1954)
El primer sistema de programación que trabajaba
como un compilador moderno fue desarrollado a
principio de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachussets, MIT. La autoría se debió a
H. Laning y N. Zierler (le llamaron indistintamente
programa traductor o programa interpretativo), y se
trataba de un sistema para una computadora conocida con el nombre de Whirlwind del citado instituto.
Nunca se le dio nombre a tal sistema pero fue descrito en un manual titulado A Program for Translation of
Mathematical Equations for Whirlwind I; es decir, se
trataba de un sistema otra vez relacionado con las
matemáticas; esta vez, con la resolución de ecuaciones. John Backus lo calificó como un elegante concepto llevado a cabo elegantemente. A diferencia de
los compiladores UNIVAC, la filosofía de este sistema
estaba mucho más cerca de las tendencias informáticas modernas. En concreto, tomaba como input los
comandos del usuario y generaba como output,
como salida, un código de máquina equivalente que
no solamente era capaz de ejecutar los comandos originales sino también hacía un seguimiento de las
posiciones de memoria utilizadas, manejaba bucles
repetitivos, así como otras tareas. Los comandos de
este sistema algebraico de Laning y Zierler se escribían
utilizando una sintaxis análoga a la empleada por el
álgebra; se traducían luego al código de la máquina
Whirlwind con lo que ésta podía ya ejecutarlos.
El sistema realmente no fue, aunque pudiera
parecerlo, un lenguaje de programación de propósito
general, sino más bien un medio para resolver únicamente ecuaciones algebraicas. Por lo tanto, no presentaba ninguna utilidad para todos aquellos usuarios
del sistema UNIVAC que estaban interesados en solucionar aplicaciones de gestión y de negocio. Por ello,
Backus, después de sus piropos iniciales para el sistema, fue luego más realista al decir que, a pesar de la
publicidad que se hizo del mismo, fue totalmente
ignorado. Hemos leído que la razón que daba Backus
para esa ignorancia del producto en el mercado fue
que el sistema amenazaba lo que él denominaba el
“sacerdocio de los programadores”: poseían un perverso orgullo motivado por su habilidad para trabajar
en código de máquina utilizando siempre técnicas y
trucos que otros no podían descubrir. Donald Knuth,
que había examinado y analizado en 1980 varios sistemas de programación, veía otra razón: el sistema
era diez veces más lento que otros sistemas de codificación aparecidos para Whirlwind.
à
Ensambladores
Estos sistemas llegaron a conocerse como lenguajes de programación. La aparición de este término se
debe a que tenían algunos atributos comunes con los
lenguajes naturales con los que se expresa el hombre
como, por ejemplo, algunas reglas sintácticas para su
construcción. La historia del desarrollo del software
ha recorrido su camino, en muchas ocasiones, paralelamente a la historia de los lenguajes de programación de alto nivel. Entendemos por este tipo de lenguajes, aquellos que generan código de máquina (en
binario) a partir de códigos cercanos al álgebra o cercanos a la forma en que se describe un proceso.
Ahora bien, es necesario añadir que aunque los lenguajes de alto nivel se hicieron imprescindibles, la
programación en muchas instalaciones continuó
haciéndose a niveles mucho más bajos de programación y, por tanto, más cercanos a la máquina, incluso
bien entrada la década de los sesenta. Aunque se
denominaban lenguajes, la verdad es que estos códigos de bajo nivel generaban realmente una sola instrucción de máquina (o como mucho algunas pocas)
por cada instrucción original o fuente escrita por el
programador. Después, cada uno de los códigos
fuente se traducía, en una correspondencia uno-auno, al código binario correspondiente que el computador ejecutaba ya directamente. Debido a todas
estas acciones, se decía (y actualmente también) que
tales programas se ensamblaban pero no que se compilaban y el programa encargado de ese ensamblaje
recibió el nombre de programa ensamblador.
Veamos un ejemplo de la sintaxis de una instrucción, la suma, escrita en un lenguaje ensamblador.
INSTRUCCIONES PARA SUMAR
DOS CANTIDADES X + Y = Z
L
R1 , X
A
R1 , Y
ST
R1 , Z
La primera instrucción se indica con el mnemónico L, de LOAD, cargar. Traslada el contenido
de la posición de memoria que el programador ha
llamado X, y que es precisamente donde está el
primer sumando, al registro del procesador R1.
La segunda instrucción A, de ADD, suma el
contenido que ya tenía el registro R1 con el segundo dato que se encuentra en la posición de la
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memoria principal, conocida mnemónicamente
como Y. El resultado de la suma queda temporalmente en R1.
Por último, se lleva el resultado de la suma
desde R1 a una posición de memoria fuera del
registro del procesador, concretamente a la posición simbólica Z. Para ello se ha empleado la instrucción ST, STORE, almacenar.
En Z quedará, como hemos dicho, la suma de
las dos cantidades X e Y.
Puede verse que se emplean mnemónicos no
sólo para indicar códigos de operación, sino también para designar simbólicamente las posiciones
de memoria o los registros donde se ejecutan las
operaciones.
Aparecieron ampliaciones a esa correspondencia
uno-a-uno que dieron lugar a lo que actualmente se
denomina macro. Se trataba de instrucciones fuente
únicas pero que generaban más de una instrucción
de máquina. Muchas instalaciones comerciales
recientes mantuvieron extensas bibliotecas de macros
para realizar, por ejemplo, operaciones como la clasificación de datos o la intercalación de unos con otros.
Una de las tareas importantes del ensamblador
era, y lo es actualmente, distribuir la memoria total de
la máquina a la vista de todos los símbolos de las
variables que forman el programa, así como mantener un control de la memoria durante la ejecución de
dicho programa.
Tabuladora IBM-407.
Es importante mencionar aquí que un grupo de
usuarios de máquinas IBM en Estados Unidos,
SHARE, grupo del que hablaremos a continuación,
fue quien se encargó de diseñar y desarrollar un
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ensamblador para la máquina IBM 704. Ese leguaje,
con las consiguientes variaciones y mejoras, llegó
hasta los tiempos en que apareció en el mercado la
tercera generación de ordenadores con la máquina
System/360 de la compañía IBM. Los ensambladores
siguen siendo programas vitales para los programadores.
à
Grupos de usuarios
SHARE, GUIDE y GSE
Es curioso observar que mientras los fabricantes y
suministradores de computadores estaban muy interesados en el desarrollo de lenguajes de alto nivel para
sus máquinas, la corriente de las aún pequeñas comunidades de usuarios caminaba por otras sendas. En
1955, varios usuarios de la máquina IBM 701, ubicados en el área de Los Ángeles, pasaron a utilizar una
nueva máquina, migraron a la IBM 704, que ofrecía
mejores rendimientos y más capacidades, y todos ellos
se agruparon con el fin de compartir experiencias, considerando que ello sería mejor que trabajar sin relación
alguna. En agosto de 1955 mantuvieron el primer
encuentro en la sede de RAND Corporation (era un
lugar neutral), en Santa Mónica. A esa reunión acudieron representantes de compañías tan importantes
como la North America Aviation y la Lockheed. El
grupo se llamó SHARE (compartir), grupo con un crecimiento rápido y que muy pronto comenzó a desarrollar bibliotecas de rutinas variadas; entre otras, rutinas
orientadas al álgebra de matrices. Cada miembro del
grupo podía utilizar los desarrollos de los demás.
Esquema en papel mostrando el panel cableado
de una tabuladora de IBM.
IBM, que había comenzado el patrocinio de los
usuarios de sus equipos de tabulación, las tabulado-
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software (parte I)
ras de programa cableado en un panel, amplió ese
soporte, y aún sigue haciéndolo, al grupo SHARE,
que adquiría otro tipo de máquinas, sus computadores de programa almacenado. Sin duda alguna, la
creación del grupo fue una verdadera bendición para
IBM; en el grupo estaban todos los usuarios de los
grandes ordenadores de aquel entonces. En un solo
año, la asociación llegó a tener 62 miembros y se considera que la propia asociación ayudó a IBM a vender su ordenador 704. SHARE influía, y mucho, con
su opinión en las estrategias y futuras direcciones de
IBM. De modo que SHARE “se sentaba a la mesa”
con IBM para ayudar a tomar decisiones sobre los
futuros programas de producción, tanto de software
como de hardware.
Mucho más tarde, y a imitación de SHARE, nacieron otras asociaciones de usuarios. La de minis de
Digital Equipment se llamó DECUS y en Europa,
COMMON, reúne a los usuarios de minis de IBM.
Pero volviendo a SHARE, hemos de señalar la
aparición que de la misma se produjo en otros continentes. En lo referente a Europa, hemos vivido su historia y su actuación desde el año 1962, primero como
usuario de IBM y más tarde desde el mismo seno de
la compañía. En Europa agrupaba a los usuarios técnico-científicos, universidades, laboratorios de investigación, desarrollo y producción. A la sombra de
SHARE apareció en Europa otra asociación: GUIDE.
Agrupaba a usuarios de otro tipo: los de los grandes
centros de cálculo de empresas de gestión, comerciales y entidades financieras. Ambas asociaciones se
fundieron en una sola en 1995, mediante un acuerdo
firmado entre los presidentes de SHARE y GUIDE, en
Viena, con el reconocimiento de IBM. La fusión pasó
a denominarse GSE, GUIDE SHARE EUROPE, asociación que, con más de 4.000 asociados actualmente, aún permanece y que se ha establecido en casi
todos los países de Europa donde IBM tiene mercado. GSE mantiene estrechas relaciones e intercambios con SHARE de Estados Unidos. Finalizar diciendo que nos sentimos muy honrados al haber sido
elegido para presidir actualmente las Regiones de
España y Portugal en el seno de GSE.
à
La clasificación e
intercalación de datos
Las primeras instalaciones, tanto comerciales
como científicas, tuvieron que enfrentarse a una tarea
que era muy común y que estaba íntimamente ligada
al hardware, como era el manejo de conjuntos de
datos denominados ficheros. Estos ficheros estaban
formados por registros almacenados secuencialmente
en memorias externas, normalmente en carretes de
cintas magnéticas, que ofrecían grandes ventajas frente a la utilización común de las tarjetas perforadas,
aunque la técnica de almacenamiento fuera la
misma: registro tras registro en secuencia. Pero para
utilizar esos datos era necesario clasificarlos primero
en un cierto orden, alfabético, numérico, ascendente,
descendente. Con ello, y después de esa operación,
era sencillo encontrar un dato concreto en un fichero.
La clasificación de datos, ya fuera numérica o alfabética, dominó la computación, sobre todo la de tipo
comercial, desde los primeros años. En 1973 se estimó que ocupaba un 25% del tiempo total del ordenador. Se daba con frecuencia la situación de tener que
clasificar un gran fichero sólo para encontrar un par
de registros en el mismo, lo que suponía un alto coste
de tiempo del ordenador. Los analistas de sistemas
trataron de minimizar este tipo de situaciones, aunque no pudieron evitarlo completamente.
La programación tenía que sincronizarse con la
propia clasificación, ya que las tareas comunes en una
compañía consistían en un proceso de los datos, una
actualización de los ficheros y en la impresión de los
correspondientes informes de salida. Y entre las operaciones de proceso estaban embebidas las operaciones de clasificación de registros y de resultados impresos de acuerdo con una determinada clave, tareas que
se llevaban a cabo mediante programas de clasificación ad hoc. Los resultados en papel se encuadernaban y, a partir de esos legajos, era posible tener acceso a los datos corporativos de la empresa. Por
ejemplo, si un cliente de una compañía de seguros
deseaba conocer el estado de su póliza, el empleado
de esa compañía entraba en el listado correspondiente clasificado por número de cliente, y accedía así a la
información del peticionario. Todo esto nos indica que
la clasificación e intercalación de unos registros con
otros dentro de un mismo fichero se presentó en los
principios del procesamiento como algo inevitable y
dominante. Sólo cuando aparecieron en el mercado
los discos magnéticos como memoria externa del
computador, los tiempos de búsqueda en ficheros se
acortaron drásticamente, ya que con este soporte de
hardware, la búsqueda de un registro podía hacerse al
azar, es decir, de forma directa sin tener que recorrer
todo el fichero hasta llegar al registro requerido.
Cuando los métodos de acceso al disco fueron
madurando, la clasificación fue perdiendo protagonismo, aunque realmente esta operación no desapareció hasta bien llegado el final de la década de los
sesenta.
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ACTA
Los primeros tiempos del software (parte I)
Es curioso mencionar aquí a John von Newman:
se encargó de evaluar el diseño de la máquina
EDVAC de acuerdo con las posibilidades que presentaba para clasificar los datos. Este fue su razonamiento: si la EDVAC podía clasificar tan bien como
lo hacían las máquinas clasificadoras mecánicas,
aquella debería considerarse como una máquina de
propósito general. Un programa de clasificación
mecanografiado en 1945 por Von Newman en su
máquina de escribir y que más tarde fue procesado
por la EDVAC, fue probablemente el primer programa existente de clasificación preparado para un
computador de programa almacenado. Lo mismo
ocurrió con Eckert y Mauchly cuando comenzaron a
construir el UNIVAC. Entre sus tareas estaba el desarrollo de un software para la clasificación e intercalación de datos. Esto no lo hicieron solos; colaboró
con ellos Frances Betty Holberton, una de las personas que habían abandonado el proyecto ENIAC y
que había marchado con Eckert a la Eckert-Mauchly
Corporation. Betty tuvo allí la responsabilidad del
desarrollo del software para el UNIVAC. Hemos
dicho desarrollo del software. En aquellos tiempos
no se conocía esa tarea por el nombre que le hemos
dado; era más bien y simplemente un tipo de programación.
En 1952 apareció como resultado de los trabajos
de Betty uno de los primeros productos debido a su
colaboración. Se trataba de una rutina encargada de
leer y clasificar los datos almacenados en las cintas
del UNIVAC. Donald Knuth dijo del producto que era
la primera rutina importante del software para la programación automática que nunca antes se había desarrollado.
Las técnicas desarrolladas por Holberton para
aquella programación incipiente sirvieron de patrón
en el mundo de la computación durante muchos
años.
Es importante notar el hecho de que las cintas
albergaban más datos que los que podían almacenarse en la memoria. Téngase en cuenta que el computador no puede procesar información alguna que
antes no se haya almacenado en esa memoria principal. Por lo tanto, las rutinas debían leer la información
de las cintas contenida en un pequeño bloque de
registros, llevarlo a la memoria, clasificarlo internamente y volver a grabar en la cinta el bloque ya clasificado y así sucesivamente con el resto de los bloques
de la cinta magnética.
Para poder realizar las operaciones anteriores era
necesario utilizar simultáneamente dos carretes de
cintas que eran leídas hacía adelante y hacia atrás.
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Donald Knuth.
Para finalizar, añadir que las rutinas de software
desarrolladas en UNIVAC por Holberton y su equipo
constituyeron verdaderas piezas maestras, cada una de
ellas de un contenido con un alto grado de complejidad. Incluso ella misma reconoció este hecho cuando
comentaba que se hacía necesario disponer de rutinas
más sencillas que no dieran lugar a ese uso masivo de
operaciones de clasificación. Pero habría que esperar a
que determinados recursos físicos de los sistemas de
computación, particularmente las memorias, tuvieran
una mayor capacidad y su tecnología de fabricación las
abaratara; debería pasarse de la memoria de núcleos
de ferrita, que era la utilizada, a la de transistores. Y eso
aún tardaría en llegar algunos años. De todas formas,
con la aparición de los discos magnéticos mencionados
anteriormente, los problemas de tiempo se aliviaron
mucho. Apareció el concepto de listas encadenadas y,
como consecuencia, las correspondientes técnicas
mediante las cuales cada registro de una lista contenía
información del siguiente (o anterior) registro. Con ello
la clasificación fue perdiendo su importancia.
Para finalizar esta parte queremos añadir unas frases de Knuth que adornan de mérito todos los desarrollos habidos en el área del software: Siempre me
he dado cuenta de que la tarea de escribir un software es mucho más difícil que cualquier otra cosa que yo
haya hecho en mi vida. Tenía que retener muchas
cosas en mi cabeza al mismo tiempo. Y esto lo dijo
Donald Knuth, que fue uno de los mejores implantadores de reglas para la construcción del software y
uno de los más grandes programadores de todos los
tiempos, como ya se ha advertido.
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La aparición de
dos lenguajes clave
El uso de la palabra inglesa language podría resultar arriesgado en informática ya que implica mucho
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Los primeros
tiempos del
software (parte I)
más de lo que los primeros usuarios e inventores de
la misma pensaron. Se deriva del francés langue, lengua, lo que implica que es hablado. Pero los lenguajes de programación no se hablan, como los lenguajes
naturales, sino que se escriben de acuerdo con unas
determinadas reglas sintácticas muy precisas. Lo que
vamos a describir a continuación tiene mucho que
ver con esa noción de lenguaje de programación
que vamos a comenzar definiendo. Un algoritmo es
una secuencia de operaciones que se ejecutan sobre
un conjunto inicial de objetos para producir un conjunto final de otros objetos diferentes. Un lenguaje de
programación es un conjunto de convenciones para
escribir algoritmos. Un algoritmo expresado en un
lenguaje de programación es un programa.
Nos referiremos ahora a dos puntas de lanza dentro de esos lenguajes de programación pero de alto
nivel cuyos respetivos diseños se llevaron a cabo bien
entrada la década de los cincuenta: FORTRAN y
COBOL fueron sus nombres. El primero orientado a
las aplicaciones matemáticas y, como consecuencia, a
las técnico-científicas, y el segundo a las aplicaciones
de gestión. FORTRAN nació, como se ha señalado,
en IBM, y la iniciativa de COBOL se produjo en el
Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
En una publicación actual de la ACM, Fortran
Forum, en su número de diciembre de 2006 se recogía el siguiente comentario: En 1954, un equipo de
IBM liderado por John Backus comenzó a trabajar en
el primer lenguaje de programación de alto nivel,
FORTRAN, lo que fue anunciado a la comunidad del
mundo de la computación en la conferencia Western
Joint Computer Conference que tuvo lugar en los
Ángeles, California, en febrero de 1957. A mediados
de abril del mismo año aparece el primer documento
sobre el compilador FORTRAN, compilador construido y adaptado para la máquina IBM 704. FORTRAN,
escrito con mayúsculas hasta hace pocos años, significa Formula Translation, es decir, Traducción de fórmulas. Su nombre le viene del hecho de que su sintaxis (símbolos y reglas) era, y es, similar a la del
álgebra matemática.
Fortran, escrito con minúsculas como se hace ya
en la actualidad, causó un gran éxito en la comunidad de usuarios de IBM desde su comienzo y tal lenguaje, que aún hoy día se mantiene vivo y es ampliamente utilizado, como se ha dicho, sobre todo en el
procesamiento paralelo y en la supercomputación, ha
sido a lo largo de los años modificado, ampliado y
estandarizado en todas las sucesivas versiones que
han ido apareciendo.
Peter B. Sheridan, proyecto Fortran.
El 10 de noviembre de 1954, IBM publica a través
de su grupo de investigación para la programación un
primer informe titulado PRELIMINARY REPORT,
Specifications for the IBM Mathematical Formula
Translating System, FORTRAN, en el que se anunciaban los objetivos de tal lenguaje: El sistema de Traducción de Fórmulas Matemáticas de IBM, o
brevemente FORTRAN, comprenderá un amplio
conjunto de programas capaces de aceptar en el
IBM-704 la formulación concisa de un problema
basada en la notación matemática y de producir automáticamente un programa 704 de alta velocidad
encaminado a la solución del problema. Del comité
encargado del proyecto, de su estudio, diseño y desarrollo encabezado por John W. Backus, ya hablamos
en las primeras líneas de este artículo.
Irving Ziller, proyecto Fortran.
¿Cuáles fueron las razones del éxito de este lenguaje? En primer lugar, su adaptación al lenguaje natural de
las matemáticas constituía una sintonía casi perfecta,
con la utilización casi de los mismos símbolos de operación y la posibilidad del empleo de exponentes y subíndices. Los científicos y los ingenieros lo encontraron
totalmente familiar. En segundo lugar, IBM tuvo el acierto de editar unos manuales muy concisos, claros y de
fácil comprensión destinados a aprender el lenguaje y
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ACTA
Los primeros tiempos del software (parte I)
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producir con él los primeros programas. El sistema
FORTRAN (lenguaje fuente y compilador) era un sistema mucho más rápido que el desarrollado por Laning
y Zierler: se escribían los programas fuente en pocas
horas y éstos producían unos programas de máquina
que se ejecutaban en menos tiempo. Por supuesto que
la eficiencia de los códigos objeto era muy sobresaliente y superaba a los códigos máquina escritos por programadores directamente en ese lenguaje a nivel de
máquina. Backus y su equipo dotaron al lenguaje con
el uso de la aritmética de coma flotante de una forma
rápida y eficiente. Este tipo de aritmética es vital para
las aplicaciones tanto técnicas como científicas. Por último, y esto ha sido criticado siempre por muchos programadores de alto nivel (pero desconocedores de la
ingeniería y sus aplicaciones), el sistema Fortran escondía para el usuario los detalles más internos del hardware de la máquina, lo cual era algo superfluo para ese
tipo de usuarios, interesados sobre todo, y sólo, en producir aplicaciones de forma sencilla y rápida, es decir,
en concentrarse en la solución de su propio problema.
para aplicaciones comerciales, tales como el B-0,
también conocido con los nombres de MATH-MATIC
o FLOW-MATIC. Así mismo tuvo su influencia en el
COBOL un proyecto de IBM llamado Comercial
Translator. La compañía Honeywell también desarrolló otro lenguaje comercial, FACT, que en muchos
aspectos superaba al COBOL, pero no logró el reconocimiento del gobierno americano.
IBM, que ha sido líder del mercado de los ordenadores, también tuvo una posición dominante con el
éxito de este lenguaje. Todas las demás marcas anunciaron y pusieron a disposición de sus usuarios el sistema Fortran.
Este tipo de sintaxis parecía darle a COBOL la
posibilidad de convertirse en un lenguaje autodocumentado. Bastaba con leer sus sentencias para comprender el significado y la finalidad de la aplicación
total. La realidad es bastante diferente. Ni los creadores de un programa son capaces, con el paso de los
años, de recordar y saber con certeza el significado de
lo que escribieron.
A Grace Hopper se debe la idea de que en COBOL
se pudieran manejar nombres con gran número de
caracteres como se hace en un lenguaje natural. Por
ejemplo, en Fortran se escribe la sentencia,
IF A > B
para comparar dos variables y tomar la correspondiente decisión según el resultado de la comparación;
en COBOL podía hacerse mediante la sentencia
equivalente así:
IF HORAS-EMPLEADO IS
GREATER THAN MAXIMO
El éxito del lenguaje Fortran ocurrió paralelo al
desarrollo y aparición en el mundo comercial y de gestión del COBOL, Common Business Oriented Languaje, desarrollado pocos años más tarde y nacido,
como ya hemos dicho, en el Departamento de Defensa, que en mayo de 1959 formó un comité para estudiar la posibilidad de desarrollar un lenguaje de programación común para los negocios. El esfuerzo se
concentró en la producción de las especificaciones de
tal lenguaje, que aparecieron al final del mismo año.
Hechas públicas las bases, varios fabricantes procedieron a escribir compiladores para sus propios modelos
de máquinas. Al año siguiente, 1960, el gobierno de
los Estados Unidos anunció que todos los ordenadores deberían poder procesar aplicaciones escritas en
COBOL. Ello llevó a ese lenguaje a ser estandarizado
de tal forma que una aplicación escrita en COBOL
podía, sin cambios, ser ejecutada en cualquier máquina, cualquiera que fuese su proveedor. La cuestión de
si COBOL es un lenguaje bien diseñado y lo suficientemente potente para su campo de aplicaciones, es un
debate que ha llegado hasta nuestros días.
Fortran Forum, ACM Press, SIGPLAN.
Parte de las primeras versiones de COBOL se
debieron al trabajo y entusiasmo que Grace Hopper
puso en el desarrollo de los primeros compiladores
para el UNIVAC. Así, allá por el año cincuenta y seis,
Grace ya había desarrollado varios compiladores
Fundamental Algorithms, Serie The Art of Computer
Programming, Volumen 1, Donald E. Knuth,
Addison-Wesley, 1977.
Lo mismo que ha pasado con Fortran, también
COBOL ha sobrevivido a las distintas generaciones
de ordenadores y ha llegado hasta nuestros días.
Hemos arribado así hasta la década de los sesenta después de recorrer los hitos del software desde sus
primeros tiempos. Enlazaremos en una próxima ocasión con los hechos históricos descritos y los extenderemos en el tiempo más allá de 1960.
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Referencias
The Programming Language Landscape, Henry
Ledgard y Michael Marcotty, SRA Inc, 1981.
A History of Modern Computing, P. E. Ceruzzi, The
MIT Press, 2003.
Lenguajes de Programación, Allen B. Tucker,
McGraw-Hill, 1987.