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Ahora mismo estoy utilizando un ordenador para escribir. Usted lo estara utilizando para ver esta página. La tecnología eficaz es aquella que pasa inadvertida, el medio en sí mismo se hace transparente y sólo queda la finalidad de su uso: el ordenador pasa a segundo plano, simplemente hay que escribir o leer un correo o ver una película o escuchar música. Lo mismo pasa con los interfaces, como por ejemplo el control de volumen de una radio, el volante de un automóvil o un ratón de ordenador. Cuanto mejores son, cuanto mas transparentes, menos conscientes somos de ellos. Si pensamos 'voy a pinchar en ese enlace', no estamos pensando 'voy a deslizar el ratón sobre esta superficie para que el movimiento análogo del puntero acabe sobre el enlace y luego presionare este botón de la izquierda'. Simplemente lo llevamos a cabo de manera intuitiva. Sin embargo, uno puede preguntarse: ¿Y que narices esta pasando ahí dentro?

El microprocesador, el corazón de un ordenador, es una de las obras de ingeniería mas complejas que se hayan fabricado. Uno cabe fácilmente en la palma de la mano, pero curiosamente no se me ocurren muchos objetos que requieran tan enorme cantidad de esfuerzo y desarrollo en su producción. Por ello, entender como funciona un microprocesador, y por extensión un ordenador, es un tanto ambicioso en unos minutos. Sin embargo, no vamos muy desencaminados si decimos que un microprocesador realiza operaciones y que, a un nivel muy básico, los elementos que colaboran para realizarlas son sencillos. Me estoy refiriendo a las puertas lógicas, que podemos considerar el componente operacional fundamental de un microprocesador y de muchos otros aparatos que incorporen electrónica digital.

Una puerta lógica es una operación (o función) que toma uno o dos datos binarios como entrada y produce un valor binario de salida. Existen siete tipos, cada uno realiza una operación distinta. Por ejemplo la puerta lógica AND toma dos entradas A,B y su comportamiento es: Si A y B son 1 devuelve 1, en otro caso devuelve 0. El lector familiarizado con la lógica proposicional reconocerá en la puerta AND el conector lógico de conjunción.

Aunque sencillas, estas operaciones combinadas en configuraciones muy complejas dan como resultado una gran cantidad de posibilidades y, por lo tanto, una capacidad de computo general. Es parecido a nuestro alfabeto, que a pesar de tener solo 26 símbolos, puede expresar miles de significados una vez combinadas las letras apropiadamente. El ejemplo contrario sería la escritura china, que identifica símbolos con conceptos directamente y por lo tanto tiene miles de ideogramas (kanjis) para referirse a miles de significados.

Las puertas lógicas se implementan a través de transistores, de los que un microprocesador moderno tiene cientos de millones. De hecho, es frecuente que el término puerta lógica se refiera preferentemente a su implementación concreta con circuitos digitales en detrimento de su definición formal. En el párrafo anterior he utilizado el término como definición formal para así transmitir la idea de que la esencia de la computación y de la informática no es electrónica, ni eléctrica, ni física, sino simbólica. Esto no quita que luego esta esencia necesite de algún mecanismo físico para materializarse. Pero, como vamos a ver ahora, esta materialización es teóricamente posible de varias maneras.

Unas de las funciones más inmediatas que se construyen a partir de puertas lógicas es la de la aritmética y, en particular, la de la suma, que ni decir tiene es un elemento esencial para la operación de cualquier ordenador. En la imagen que encabeza este articulo podemos ver el esquema de un semisumador, con dos puertas logicas, XOR y AND. El semisumador es capaz de sumar dos bits. Nada impresionante, pero como hemos visto antes, la potencia se logra a través de la combinación de componentes básicos. ¿Y si le digo que cualquier objeto que implemente puertas lógicas de forma alternativa es igual de ordenador que el tiene usted delante? Veamos algunos ejemplos sorprendentes de estas ‘computadoras’.

Aquí podemos ver unas fichas de domino dispuestas de tal manera que conforman un semisumador. El cálculo ocurre en virtud del efecto dominó al caerse unas sobre otras. Estas fichas pueden calcular 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1 y 1 + 1 = 2. En el vídeo se ve el último caso. También se puede identificar en la imagen pausada como las fichas de dominó implementan puertas lógicas, aunque hay que fijarse:

El mismo caso que el anterior pero esta vez tomando como base un mecano (una variante llamada K-nex). Tiene la ventaja de que la computadora no se ‘destruye’ al realizar el cálculo como le pasa al dominó. También se pueden apreciar la implementación de las puertas lógicas que quedan resaltadas, aunque el esquema no es idéntico al que figura en esta página, por la dificultad de construir la puerta XOR.

Aquí vemos otra vez fichas de dominó y también canicas implementando algunas puertas lógicas. Además podemos ver como IBM esta investigando la posibilidad de utilizar átomos a modo de fichas de domino.

El ejemplo más potente con una construcción capaz de hacer repetidas sumas de números de 6 bits utilizando canicas.

Todos estos ejemplos son de juguete y no tienen ninguna utilidad práctica. Sin embargo, es teóricamente posible construir computadoras de uso general a partir de sus mecanismos, como también lo es a través de otros que no hemos visto aquí (como la máquina de Babbage de 1871). Esta conclusión tiene algunas consecuencias interesantes. Sabemos que la inteligencia artificial trata, en su versión mas ambiciosa, de crear computadoras pensantes. Vistas las equivalencias teóricas en cuanto a computación entre electrónica digital, mecanos, canicas y dominós, les dejo con una reflexión divertida. ¿Es posible que una caja con un montón de canicas circulando por carriles sea capaz de pensar?

*David Ruescas es físico e informático.

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