Computación
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Por Devine

 > Un mono inmortal sería suficiente


Belleza fría y austera, como una escultura, sin muestra de
debilidad, sin ornamentos llamativos de pintura o sonidos, 
pero sublime o pura, capaz de una perfección severa
como solo el arte puede mostrar.
[~](https://es.wikipedia.org/wiki/Belleza_matem%C3%A1tica)


Así fueron diseñadas las primeras computadoras, diseñadas
para ser verdaderamente de propósito general. Cuando las
encendías aparecía en la pantalla un único mensaje:


> Ready


Y su cursor parpadeante esperando tus órdenes, una
invitación a ¡PROGRAMAR!. En ese momento te dabas
cuenta que esto no era un electrodoméstico, ¡es una puerta
abierta al descubrimiento intelectual!.

> La incansable fascinación de la computadora
> La incansable fascinación de la computadora
> La incansable fascinación de la computadora

Para crear sistemas excelentes y escalabes debes diseñar
cómo se comunicarán entre sus módulos en vez de definir
cuáles deberían ser sus propiedades y comportamientos
internos.[~](https://es.wikipedia.org/wiki/Belleza_matem%C3%A1tica)

No te enamores de la tecnología como hacen los defensores de
Forth o de Linux. Si te da una ventaja, si te permite hacer
las cosas más rápido, entonces, úsala. úsala pra construir
lo que siempre haz querido construir, y luego, enamórate de
eso. 
[~](no-te-enamores.html)


* [Construye una computadora digital funcional](https://archive.org/details/howtobuildaworkingdigitalcomputer_jun67)
* [Diseña sistemas](https://apenwarr.ca/log/20201227)
* [Archivo de calculadoras mecánicas portátiles](http://www.computercollector.com/archive/hhmechcalc/)


## Imagina una computadora que aproveche el comportamiento natural y utilice sus dinámicas para resolver ecuaciones.

Todos sabemos cuán laboriosos son los métodos para que alcancemos
conocimientos en artes y ciencias; Sin embargo con algo de
ingenio y un costo razonable una persona ignorante puede
llegar a escribir libros de filosofía, poesía, política,
leyes matemáticas y teología, sin más ayuda que su ingenio y
estudio.
[~](the-engine.html)



## Computadoras de color

Computadoras no electrónicas que funcionan coloreando,
siguiendo un conjunto simple de reglas. El folleto tiene
tres series de computadoras: las que comparan, las que
cuentan y las que juegan. Desde un punto de vista técnico,
todas son circuitos lógicos basados en compuertas NOR,
diseñadas utilizando tablas de verdad, mapas de Karnaugh y
expansiones de maxterms.

Desde una perspectiva social, política y ambiental, estas
computadoras son una exploración de la computación sin
electricidad ni semiconductores, un intento de reinventar
los sistemas digitales alejados de la eficiencia y
productividad, y un prototipo esperanador para exponer y
conocer el funcionamiento interno de las computadoras.
[~](https://ipfs.io/ipfs/QmYz7DPRWypGQcbAHr7Mi8EKB6ntSPsEnUsCXbAhBiHQZP/)




## Nomogramas

Un nomograma es un dispositivo gráfico e cálculo, consiste
en un diagrama bidimensional diseñado para permitir el
cálculo aproximado de una función de manera gráfica. Cada
variable se marca a lo largo de una escala, y una línea
trazada a través de los valores conocidos en las escalas (o
una regla colocada sobre ellos) cruzará el valor de la
variable desconocida. Esto es como las reglas de cálculo.
[~](https://wiki.xxiivv.com/site/slide_rule.html)

![Achivo Gif con Nomograma para conocer el índice de masa corporal](nomograma-imc.gif) 


## Multiplicación visual

El método consiste en realizar multiplicaciones colocando y
cruzando palitos de manera adecuada. Simplemente colocas
palitos de acuerdo con los valores posicionales de los
dígitos que se están multiplicando. Luego, cuentas la
cantidad de puntos donde estos palitos se cruzan. Por
ejemplo: 62x21 = 1302.

![Archivo Gif ilustracion de multiplicación visual](multiplicacion-visual.gif')


## Multpilicación con método de ceolosía

Este método utiliza una cuadrícula (o celosía) para
multiplicar dos números de varios dígitos. Por ejemplo:
64x17 = 1088.

![Archivo Gif con el gráfico de celosía](multiplicacion-celosia.gif)


## Regletas de Genaille-Lucas

El lado derecho del triángulo cubre los dígitos de las
unidades de un producto parcial, sumado a un posible acarreo
proveniente de la derecha. La esquina izquierda del
triángulo se coloca a una altura que corresponde a la cifra
de las decenas del producto parcial. La multiplicación se
realiza organizando las regletas para los números necesarios
y luego siguiendo las flechas de derecha a izquierda se
puede leer el resultado.

![Archivo Gif con un ejemplo de las regletas](regletas.gif]



## Bloques deslizantes

Una de los comportamientos intrigantes de este tipo de
lógica extraña y no determinista es que las señales pueden
fluir tanto hacia adelante como hacia atrás, de hecho ni
siquiera necesitan respetar las nociones normales de entrada
y salida.

Considera el mini-rompecabezas de la compuerta AND.
Supongamos que el objetivo es deslizar el bloque superior
que sobresale hacia la caja. La respuesta es primero el
bloque izquierdo y el bloque inferior deben deslizarse hacia
afuera una unidad. Esto permitirá que los bloque sinternos
se deslicen para liberar esppaci y que el bloque superior
pueda deslizarse hacia adentro. Por lo tanto, este
rompecabezas tiene efectivamente una propiedad similar a una
compuerta AND: tanto el bloque izquierdo como el inferior
deben deslizarse hacia afuera antes de que el bloque
superior pueda deslizarse hacia adentro. Los bloques grises
claros son separadores, que nunca necesitan moverse.
[~](https://groups.csail.mit.edu/mac/users/bob/sliding-blocks.pdf)

![Archivo Gif mostrando una serie de bloques deslizantes](bloques-deslizantes.gif)


## Microfluídos en papel

La fluídica es la construcción de sistemas de computación
utilizando fluídos. La microfluídica en papel no requiere
bombas externas ni fuentes de energía, puede ser pequeña,
portátil, desechable, fácil de distribuir, operar y de bajo
costo. Técnicamente simple de fabricar, solo necesitas
pequeñas cantidades de fluido muestra. Una configuración
mínima puede ser tan simple como calentar las líneas
dibujadas con crayón de cera en papel absorbente, y usar
gotas con colorante alimentario.

![Archivo Gif con un ejemplo de un artefacto de Fluídica](microfluidica.gif)


* [Nomografía](https://archive.org/details/traitdenomograp00ocaggoog/page/n21/mode/2up)
* [Cálculos muertos](https://deadreckonings.com/)
* [Teléfono de papel](https://specialprojects.studio/project/paper-phone)
* [Cámara de papel](https://kellianderson.com/books/thecamera.html)
* [Reproductor de Tarjeta](https://globalrecordings.net/en/cardtalk)
* [Cálculo con cocodrilos](http://worrydream.com/AlligatorEggs/)
* [Sadako](https://esolangs.org/wiki/Sadako)
* [Computadora con bloques deslizantes](https://groups.csail.mit.edu/mac/users/bob/sliding-blocks.pdf)
* [Azulejos Wang](https://grahamshawcross.com/2012/10/12/wang-tiles-and-turing-machines/)
* [Ciencias de la computación desenchufada](https://classic.csunplugged.org/activities/)
* [Plantillas cortar y doblar](https://www.cutfoldtemplates.com/)


## -0+

Computadora con "palabras-medidas" no en bits sino trits.
Utilizaremos un trybble de 3 trits, un tryte de 9 trits y
una palabra de 28 trits. La lógica de Kleene amplía los
valores convencionales de verdadero y falso de la lógica
booleana conun tercer valor: desconocido.

| Valor | Unsigned | Balanced | BCB |
| ----- | -------- | -------- | --- |
| False | 0        | -        |11   |
| unknow| 1        | 0        |00   |
| truth | 2        | +        |01   |




## Código binario balanceado (BCB)

El binario codificado balanceado (BCB) es una representación
que permite a las computadoras binarias manipular datos
[ternarios](https://wiki.xxiivv.com/site/ternary.html).
En el sistema ternario, un trit codifica 3 valores. Por lo
tanto, si usamos 2 bits por trit ternario codificado en binario. 

| Unsigned     | BCB  | Balanced     |
| ------------ | ---- | ------------ |
| Dec. | Tern. | no   | Tern. | Dec. |
| ------------ | ---- | ----- | ---- |
| 0    | 00    | 1111 | xx    | -4   |
| 1    | 01    | 1100 | -0    | -3   |
| 2    | 02    | 1101 | -+    | -2   |
| 3    | 10    | 0011 | 0-    | -1   |
| 4    | 11    | 0000 | 00    | 0    |
| 5    | 12    | 0001 | 0+    | 1    |
| 6    | 20    | 0111 | +-    | 2    | 
| 7    | 21    | 0100 | +0    | 3    |
| 8    | 22    | 0101 | ++    | 4    |



La ventaja de BCB sobre el BCT de 
[Douglas W. Jones](http://homepage.cs.uiowa.edu/~dwjones/ternary/bct.shtml) 
es que facilita la detección de acarreo, ya que 1+1=2 y 2+0=2
producen el mismo resultado, mientras que si sumas dos
valores que son 0, 1 y 3, nunca obtendrás la misma suma de
dos maneras diferentes. Para convertir a la forma sin signo,
puedes hacer (x+1)>>1, y para revertirlo, (x>>1)|x.

| Balanced Trite     |
| ------------------ |
| tri | -  | 0  | +  |
| bc1 | 11 | 00 | 01 |
| int | -1 | 0  | 1  |


| Balanced Trybble                |
| ------------------------------- |
| try | ---     | 000    | +++    |
| bc3 | 1111111 | 000000 | 010101 |
| int | -13     | 000    | 13     |




* ![Ternary Logic] http://homepage.cs.uiowa.edu/~dwjones/ternary/logic.shtml



## Computación en el que se realizan muchas operaciones simultáneamente.

Un programa concurrente necesita realizar varias tareas
posiblemente no relacionadas al mismo tiempo. En contraste,
un programa paralelo resuelve un solo problema.

Por definición, un programa concurrente se ocupa
continuamente de protocolos de red, bases de datos y
similares. Un programa paralelo típico tiende a estar más
enfocado: ingresa datos, los procesa por un tiempo y luego
los envía de vuelta.

Hay muchos aspectos en la ejecución paralela de un programa:
los hilos se crean, se ejecutan en un procesador,
transfieren datos hacia y desde procesadores remotos, y se
sincronizan con otros hilos. Gestionar todos estos aspectos
además de construir un algoritmo correcto y eficiente es lo
que hace que la programación paralela sea tan difícil.

*"Los eventos ocurren tanto en el tiempo como en el espacio.
Es posible que dos eventos ocurran en el mismo lugar uno
después del otro en el tiempo (es decir, secuencialmente), e
igualmente posible que ocurran en diferentes lugares al
mismo tiempo (es decir, concurrentemente o en paralelo)."*


## Divide y vencerás

Para resolver una instancia grande de un problema, divídelo
en instancias más pequeñas del mismo problema y utiliza las
soluciones de estas para resolver el problema original. El
factor de ramificación de un algoritmo de divide y vencerás
es el número de subproblemas en los que se divide un
problema. Un algoritmo de divide y vencerás es equilibrado
si divide el problema inicial en subproblemas de igual
tamaño.


## Procesos secuenciales comunicantes (CSP)

CSP es un álgebra de procesos que se utiliza para describir
programas paralelos. En este mundo, un programa es una red
de procesos conectados mediante canales. Un canal es un
enlace de comunicación punto a punto, unidireccional,
síncrono y sin búfer. Los procesos solo necesitan conocer
los canales que los conectan a otros procesos y cómo
comunicarse a través de esos canales (generalmente
utilizando el mismo protocolo que el proceso del otro
extremo).



## Mutex

En su forma más simple, un "semáforo binario" es una bandera
asociada a un recurso. Dos operaciones actúan sobre los
semáforos: WAIT y SIGNAL. WAIT verifica si el recurso está
disponible. Si lo está, se marca como "no disponible"; si
no, la CPU se libera para otras tareas hasta que el recurso
esté disponible. SIGNAL simplemente marca el recurso como
"disponible". Un verdadero mutex tiene un caso de uso y una
definición más específicos, ya que solo la tarea que bloqueó
el mutex debe desbloquearlo.

Cada tarea, antes de usar un recurso compartido, realiza un
WAIT en su semáforo, y después de usar el recurso, realiza
un SIGNAL. Esto es suficiente para garantizar que solo una
tarea pueda usar ese recurso en cualquier momento, y aún
así, si una tarea está bloqueada, las otras tareas pueden
ejecutarse normalmente.



## Sin bloqueos (Lock-free)

Las estructuras de datos sin bloqueos son estructuras de
datos seguras para hilos e interrupciones sin necesidad de
usar mecanismos de exclusión mutua. Las estructuras de datos
sin bloqueos son más útiles para la comunicación entre
procesos, pero debido a su eficiencia, también pueden usarse
de manera segura en aplicaciones de un solo hilo, lo que las
hace adecuadas para uso general.

*"Sin embargo, vale la pena reflexionar sobre el contraste
entre la naturaleza concurrente del mundo y la naturaleza
secuencial de la computadora digital. Dado que el propósito
principal de la computadora es modelar el mundo, parecería
haber una seria incompatibilidad."*


## Multitarea

*Round-robin* significa que cada tarea toma su turno en la
CPU, una a la vez, en una secuencia fija como un gran ciclo
de tareas. *Cooperativo* significa que cada tarea tiene la
CPU durante el tiempo que desee y la libera solo cuando está
lista.


* [El paralelismo y la concurrencia necesitan herramientas diferentes]
  (https://yosefk.com/blog/parallelism-and-concurrency-need-different-tools.html)

* [Programación concurrente y multicore, Haskell]
  (https://book.realworldhaskell.org/read/concurrent-and-multicore-programming.html)

* [Multitarea en Forth en pocas palabras]
  (https://www.bradrodriguez.com/papers/mtasking.html)

* [El diseño de lenguajes de programación paralela, Richard P. Gabriel]
   (https://dreamsongs.com/10ideas.html)


## La computación reversible es un modelo de computación en el que el tiempo es reversible.

Hasta donde se sabe, las leyes de la física son reversibles:
es decir, puedes ejecutarlas en reversa y recuperar
cualquier estado anterior del universo. Esto significa que,
desde una perspectiva física, la información nunca puede
destruirse, solo reorganizarse. Un proceso se considera
físicamente reversible si no resulta en un aumento de la
entropía física; es isentrópico.


## Lógica reversible

La primera condición para que cualquier dispositivo
determinista sea reversible es que su entrada y salida sean
únicamente recuperables una de la otra. Esto se llama
reversibilidad lógica. Si, además de ser lógicamente
reversible, un dispositivo puede realmente funcionar en
reversa, entonces se llama físicamente reversible, y la
segunda ley de la termodinámica garantiza que no disipa
calor.


|      CNOT      |
| :------------: |
| INPUT | OUTPUT |
| ----- | ------ |
| 0 | 0 | 0 | 0  |
| 0 | 1 | 0 | 1  | 
| 1 | 0 | 1 | 1  |
| 1 | 1 | 1 | 0  |


Para un bit de entrada, existen dos compuertas reversibles
posibles. Una de ellas es la compuerta NOT (NO). La otra es
la compuerta de identidad, que mapea su entrada a la salida
sin cambios. Para dos bits de entrada, la única compuerta no
trivial es la compuerta controlled NOT (NO controlada), que
aplica la operación XOR al primer bit y lo deja sin cambios,
mientras que el segundo bit se modifica según el valor del
primero.


| INPUT       | OUTPUT      |
|-------------|-------------|
| C | i1 | i2 | C | o1 | o2 |
|-------------|-------------| 
| 0 | 0  | 0  | 0 | 0  | 0  |
| 0 | 0  | 1  | 0 | 0  | 1  |
| 0 | 1  | 0  | 0 | 1  | 0  |
| 0 | 1  | 1  | 0 | 1  | 1  |
| 1 | 0  | 0  | 1 | 0  | 0  |
| 1 | 0  | 1  | 1 | 1  | 0  |
| 1 | 1  | 0  | 1 | 0  | 1  |
| 1 | 1  | 1  | 1 | 1  | 1  |




## Consumo de energía en la computación

El principio de Landauer establece que cualquier
manipulación lógicamente irreversible de la información,
como la eliminación de un bit o la fusión de dos rutas de
cálculo, debe ir acompañada de un aumento correspondiente de
la entropía en los grados de libertad no portadores de
información del aparato de observación.


| Self-Reversible     |
|---------------------|
| swp  ( a b -- b a ) |
| sign ( a -- -a )    |
| not  ( a-- ~a )     |
| cnot ( a b -- c d)  |

| Reversible                                     |
|------------------------------------------------|
| rot( a b c -- b c a ) | -rot( a b c -- c b a ) | 
| csr( a b -- a ~>b )   | csl( a -- a<~b )       |


| Reversible Arithmetic                             | 
|---------------------------------------------------| 
| add( a b -- a b+a )     | sub( a b -- a a-b )     |
| mad( a b c -- a+b*c c ) | dam( a b -- a%b a/b b ) |

Los microprocesadores que son reversibles a nivel de sus
compuertas lógicas fundamentales pueden potencialmente
emitir radicalmente menos calor que los procesadores
irreversibles, y algún día eso podría hacerlos más
económicos que los procesadores irreversibles. El
microprocesador Pendulum es una arquitectura de computadora
lógicamente reversible que se asemeja a una mezcla de PDP-8
y RISC.

La promesa de la computación reversible es que la cantidad
de pérdida de calor para arquitecturas reversibles sería
mínima incluso para un número significativamente grande de
transistores. En lugar de crear entropía (y, por lo tanto,
calor) a través de operaciones destructivas, una
arquitectura reversible conserva la energía realizando otras
operaciones que preservan el estado del sistema.

La eliminación de información en un sistema cerrado siempre
está acompañada de un aumento en el consumo de energía.



## Lógica lineal

Un [sistema lineal](http://tunes.org/~iepos/joy.html#linear)
excluye combinadores que tienen un efecto duplicativo, así 
como aquellos que tienen un efecto destructivo. Un lenguaje 
de computación basado en lógica lineal evita la necesidad de 
recolección de basura mediante la construcción y destrucción 
explícita de objetos. En una máquina reversible, la recolección 
de basura para reciclar almacenamiento siempre puede realizarse 
mediante un subcálculo invertido. El "problema de la referencia
colgante" no puede ocurrir en un lenguaje lineal porque la
única ocurrencia de un nombre para un objeto se utiliza para
invocar su destructor, y el destructor no devuelve el
objeto.

La mayoría de los operadores de Forth toman sus operandos de
la parte superior de la pila y devuelven sus valores a la
parte superior de la pila. La ausencia de nombres de
variables en el lenguaje es característica de los
[combinadores](https://wiki.xxiivv.com/site/logic.html), 
por lo que la programación de operadores de Forth puede verse 
como la construcción de combinadores más grandes a partir de 
otros más pequeños. Un Forth que incorpora solo operaciones 
de permutación de pila, como intercambiar, rotar y rodar, 
debe ser lineal porque no tiene operadores de copia o 
eliminación.[~](https://web.archive.org/web/20180704171411/http://home.pipeline.com/~hbaker1/ReverseGC.html)


Para un ejemplo de autómatas celulares reversibles, consulta
[Fractran](https://wiki.xxiivv.com/site/fractran.html#reversibility) 
y [Qu-Ants](https://wiki.xxiivv.com/site/qu-ants.html).

En 1949, Claude Shannon caracterizaba la pérdida de
información y necesitaba un término para describir el grado
en que la información se mezcla o desordena. Al visitar al
físico matemático John von Neumann, recibió el siguiente
consejo:

***"Deberías llamarlo entropía... nadie sabe realmente qué es
la entropía, así que en un debate siempre tendrás la
ventaja."***


* [Computadoras que pueden ejecutarse hacia atrás]
  (https://www.americanscientist.org/article/computers-that-can-run-backwards)

* [Simulador de software de procesador reversible con pila]
  (https://arxiv.org/pdf/1104.0924v2.pdf)

* [El cálculo Aleph]
  (https://arxiv.org/abs/2011.14989)



## Los estantes vertiginosos que obstruyen el día y sobre los cuales yace el caos.

Usamos software porque tenemos objetivos que alcanzar y
cosas que hacer. El software que utilizamos está codificado
por programadores que tienen sus propios objetivos; a veces
estos objetivos coinciden con los nuestros, pero con el
tiempo divergen. Las herramientas de las que dependemos
adquieren funciones que no usamos ni entendemos,
introduciendo errores que nos impedirán alcanzar nuestras
metas.

Tenemos la opción de intentar comprender el código y
corregirlo, la opción de probar otro programa y la opción de
programar el software nosotros mismos. Todas los caminos,
excepto la última, implican una [búsqueda](https://wiki.xxiivv.com/site/stack.html),
y evaluación interminables y una mayor desviación de nuestros 
objetivos.

* Implementamos según nuestros propios objetivos.
* Cometemos errores y aprendemos de ellos.
* Aprendemos cómo deben funcionar las herramientas de las que dependemos.
* Adquirimos una comprensión profunda de nuestro dominio de problemas.
* Adoptamos el intercambio de ideas y código.

Llamemos elegante a un programa si no existe un programa más
pequeño escrito en el mismo lenguaje de programación que
tenga la misma salida.

Jen entró para ver las increíbles creaciones de los ingenieros y
artistas. Todos estaban miraban fijamente un televisor conectado a
una consola de desarrollo para Sony PlayStation. Allí, en la pantalla 
sobre un fondo monocromático, había un triángulo negro.[~](https://web.archive.org/web/20120229000202/http://rampantgames.com/blog/2004/10/black-triangle.html)


***"Programar es una forma de crear mundos, en la que el programador 
define cómo funciona ese mundo"*** [~](https://www.chronicle.com/article/hello-worlds/)


* [Kit de inicio para subcomunes éticos](https://writing.kemitchell.com/2019/03/15/Ethical-Subcommons.html)
* [El pecado original del software libre](https://lipu.dgold.eu/original-sin)



## Una máquina virtual es un programa que actúa como una computadora.

Simula las instrucciones de un procesador junto con algunos
otros componentes de hardware, lo que le permite realizar
operaciones aritméticas, leer y escribir en la memoria e
interactuar con dispositivos de entrada/salida, al igual que
una computadora física. Lo más importante es que puede
entender un lenguaje de máquina que puedes usar para
programarla.

Las máquinas virtuales proporcionan una etapa de lenguaje
intermedio para la compilación. Sirven como puente entre el
alto nivel de un lenguaje de programación y el bajo nivel de
una máquina real. Las instrucciones de una máquina abstracta
están adaptadas a las operaciones específicas necesarias
para implementar las operaciones de un lenguaje fuente o una
clase de lenguajes fuente.


[Archivo Gif con un esquema bedroak](bedrock.gif)


Un nivel de abstracción fundamental se encuentra en todos
los sistemas humanos. Ningún fallo recuperable, sin importar
cuán catastrófico sea, requerirá intervención inteligente
por debajo de este nivel. Cuando una aplicación se bloquea,
podría dejar un volcado de memoria (core dump), pero nunca
un "volcado de compuertas lógicas" y mucho menos un "volcado
de transistores". Las compuertas lógicas y los transistores
están muy por debajo del nivel de abstracción fundamental de
cualquier computadora ordinaria.[~](http://www.loper-os.org/?p=55)

Para experimentar con la computación desde los primeros
principios, echa un vistazo a la 
[computadora de papel](https://wiki.xxiivv.com/site/paper_computer.html).

* [sbtcvm]
  (https://sbtcvm.blogspot.com/)

* [Máquinas abstractas para la implementación de lenguajes de programación]
  (https://www.rw.cdl.uni-saarland.de/people/diehl/private/pubs/articleDiehlHartelSestoft.pdf)



## Traducido del original:

https://wiki.xxiivv.com/site/computation.html