Tubos al vacío
Necesito calcular el volumen aproximado que podría tener una calculadora de bolsillo de las más sencillas si fuera elaborada con tubos al vacío.
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Respuesta de Gabriel Martín
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Es difícil precisar el tamaño de una calculadora sencilla a base de tubos de vacío con exactitud; habría que diseñar una para conocer el dato.
Ya sabes que la disminución en el tamaño de las máquinas calculadoras (y de los ordenadores) ha sido exponencial conforme al progreso de la electrónica. El primer salto tecnológico fue el paso de los tubos de vacío (primera generación) a los transistores (segunda generación), después de los circuitos con transistores (y componentes semiconductores en general) aislados se pasó a los circuitos con transistores integrados (chips) (tercera generación y cuarta generación) y se fue aumentando la escala de integración: SSI, MSI, LSI, VLSI (Small, Médium, Large, Very Large, Scale Integration) llegándose finalmente al microprocesador (quinta generación).
Básicamente los circuitos integrados de una calculadora sencilla realizan las operaciones aritméticas básicas combinando circuitos más sencillos que utilizan la lógica binaria, esto es, 0 y 1 representados como tensión nula (0) o con un valor dado (1) en cada una de sus entradas y en función de estas entradas generan una tensión nula (0) o no nula (1) en la salida. Son las llamadas puertas lógicas y este tipo de electrónica que utiliza señales discretas (con dos valores posibles de tensión o señal) en lugar de señales analógicas (con cualquier valor de tensión en un rango continuo) se denomina electrónica digital. Las más utilizadas son las puertas NOR y NAND y el circuito que implementa cada una consta de unos pocos transistores y resistencias.
Combinando puertas lógicas se obtienen circuitos que suman, restan, multiplican o dividen en sistema binario. Son necesarios otros tipos de circuitos (tipo flip-flop) para constituir registros de memoria temporal donde almacenar las secuencias de 0s y 1s que constituyen los resultados intermedios de las operaciones que son a su vez entrada de otras; cada uno de ellos se compone también de unos pocos transistores. Como los números que introducimos en la calculadora y los que nos devuelve ésta como resultados son decimales son necesarios codificadores y descodificadores decimal/binario que también están compuestos por puertas lógicas. Los chips SSI contienen menos de 12 puertas, los MSI hasta 100, los LSI hasta 1000 y los VLSI hasta 10000.
Para construir una calculadora con tubos de vacío deberíamos reproducir todos estos circuitos integrados de la calculadora de bolsillo actual mediante puertas lógicas y registros tipo flip-flop construidos no a partir de diodos y transistores integrados en un chip, sino con válvulas de vacío aisladas conectadas sobre un circuito impreso con sus otros elementos necesarios: resistencias, condensadores, etc.
Nos podemos hacer una idea de lo que este proceso inverso de des-miniaturización supone si primero realizamos un paso intermedio utilizando transistores como componentes individuales, no integrados: necesitaríamos del orden de 3000 transistores para una calculadora que realizara las cuatro operaciones básicas (la primera calculadora completamente transistorizada data de 1964, la SHARP CS-10 y contenía 2830 transistores).
Con este dato y haciendo una equivalencia burda consistente en sustituir cada transistor por un tubo de vacío podemos estimar el orden de magnitud del tamaño de nuestra calculadora de válvulas. Para ello hacemos otra estimación grosera: estimamos el tamaño medio de un tubo de vacío en unos 10 cm3. El volumen neto de los 3000 tubos necesarios será por tanto de 30000 cm3. Pero como deben mantener una separación adecuada entre ellos estimamos un volumen doble de alojamiento, es decir, 60000 cm3.
El tamaño aún debe aumentar para tener en cuenta la disipación del gran calor generado por los tubos de vacío. Mientras que las tensiones de alimentación de los transistores son del orden de los 10 voltios, la de los tubos están alrededor de los 300 voltios, la fuente de alimentación debe ser de gran tamaño. Considerando otros factores como teclado y sus circuitos de adquisición de datos y presentación (las pantallas de cristal líquido y los LEDs deben sustituirse también por lámparas), nuestra estimación podría ser de unos 100000 cm3 = 0,1m3.
Esto es equivalente a una caja cuadrada de un metro de lado por 10cm de altura.
Insisto en que esta es una estimación muy burda y posiblemente poco conservativa, dada la gran disipación de calor generada por tal cantidad de válvulas. Una estimación más rigurosa requeriría mucho tiempo para desarrollar un diagrama de circuito completo con tubos de vacío específicos, ¿con sus especificaciones de tensión, potencia, volumen?
Ya sabes que la disminución en el tamaño de las máquinas calculadoras (y de los ordenadores) ha sido exponencial conforme al progreso de la electrónica. El primer salto tecnológico fue el paso de los tubos de vacío (primera generación) a los transistores (segunda generación), después de los circuitos con transistores (y componentes semiconductores en general) aislados se pasó a los circuitos con transistores integrados (chips) (tercera generación y cuarta generación) y se fue aumentando la escala de integración: SSI, MSI, LSI, VLSI (Small, Médium, Large, Very Large, Scale Integration) llegándose finalmente al microprocesador (quinta generación).
Básicamente los circuitos integrados de una calculadora sencilla realizan las operaciones aritméticas básicas combinando circuitos más sencillos que utilizan la lógica binaria, esto es, 0 y 1 representados como tensión nula (0) o con un valor dado (1) en cada una de sus entradas y en función de estas entradas generan una tensión nula (0) o no nula (1) en la salida. Son las llamadas puertas lógicas y este tipo de electrónica que utiliza señales discretas (con dos valores posibles de tensión o señal) en lugar de señales analógicas (con cualquier valor de tensión en un rango continuo) se denomina electrónica digital. Las más utilizadas son las puertas NOR y NAND y el circuito que implementa cada una consta de unos pocos transistores y resistencias.
Combinando puertas lógicas se obtienen circuitos que suman, restan, multiplican o dividen en sistema binario. Son necesarios otros tipos de circuitos (tipo flip-flop) para constituir registros de memoria temporal donde almacenar las secuencias de 0s y 1s que constituyen los resultados intermedios de las operaciones que son a su vez entrada de otras; cada uno de ellos se compone también de unos pocos transistores. Como los números que introducimos en la calculadora y los que nos devuelve ésta como resultados son decimales son necesarios codificadores y descodificadores decimal/binario que también están compuestos por puertas lógicas. Los chips SSI contienen menos de 12 puertas, los MSI hasta 100, los LSI hasta 1000 y los VLSI hasta 10000.
Para construir una calculadora con tubos de vacío deberíamos reproducir todos estos circuitos integrados de la calculadora de bolsillo actual mediante puertas lógicas y registros tipo flip-flop construidos no a partir de diodos y transistores integrados en un chip, sino con válvulas de vacío aisladas conectadas sobre un circuito impreso con sus otros elementos necesarios: resistencias, condensadores, etc.
Nos podemos hacer una idea de lo que este proceso inverso de des-miniaturización supone si primero realizamos un paso intermedio utilizando transistores como componentes individuales, no integrados: necesitaríamos del orden de 3000 transistores para una calculadora que realizara las cuatro operaciones básicas (la primera calculadora completamente transistorizada data de 1964, la SHARP CS-10 y contenía 2830 transistores).
Con este dato y haciendo una equivalencia burda consistente en sustituir cada transistor por un tubo de vacío podemos estimar el orden de magnitud del tamaño de nuestra calculadora de válvulas. Para ello hacemos otra estimación grosera: estimamos el tamaño medio de un tubo de vacío en unos 10 cm3. El volumen neto de los 3000 tubos necesarios será por tanto de 30000 cm3. Pero como deben mantener una separación adecuada entre ellos estimamos un volumen doble de alojamiento, es decir, 60000 cm3.
El tamaño aún debe aumentar para tener en cuenta la disipación del gran calor generado por los tubos de vacío. Mientras que las tensiones de alimentación de los transistores son del orden de los 10 voltios, la de los tubos están alrededor de los 300 voltios, la fuente de alimentación debe ser de gran tamaño. Considerando otros factores como teclado y sus circuitos de adquisición de datos y presentación (las pantallas de cristal líquido y los LEDs deben sustituirse también por lámparas), nuestra estimación podría ser de unos 100000 cm3 = 0,1m3.
Esto es equivalente a una caja cuadrada de un metro de lado por 10cm de altura.
Insisto en que esta es una estimación muy burda y posiblemente poco conservativa, dada la gran disipación de calor generada por tal cantidad de válvulas. Una estimación más rigurosa requeriría mucho tiempo para desarrollar un diagrama de circuito completo con tubos de vacío específicos, ¿con sus especificaciones de tensión, potencia, volumen?
