Colossus para niños
Datos para niños Colossus |
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 Una computadora Colossus Mark II. El panel inclinado de la izquierda se usaba para establecer el número de patrones de pines de Lorenz. La cinta transportadora de papel está en la derecha.
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| Información | ||
| Tipo | Computadora de tubos de vacío | |
| Desarrollador | Alan Turing | |
| Fabricante | Post Office Research Station (Estación de Investigación de la Oficina Postal) | |
| Ubicación |  Reino Unido |
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Las máquinas Colossus fueron las primeras computadoras electrónicas usadas por el Reino Unido para leer mensajes secretos de Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. Colossus fue una de las primeras computadoras digitales.
Fue diseñada por Tommy Flowers en la Estación de Investigación de la Oficina Postal. El primer modelo, Colossus Mark I, empezó a funcionar en Bletchley Park en febrero de 1944. Una versión mejorada, el Colossus Mark II, se instaló en junio de 1944. Se construyeron unas diez máquinas Colossus antes de que terminara la guerra.
Las máquinas Colossus se usaron para descifrar mensajes secretos de Alemania. Estos mensajes se habían cifrado con una máquina llamada Lorenz SZ40/42. Colossus comparaba dos flujos de información y contaba las coincidencias. El mensaje cifrado se leía muy rápido desde una cinta de papel. El otro flujo de información se creaba dentro de la máquina, simulando la máquina Lorenz de forma electrónica.
Parte del trabajo de Colossus era imitar electrónicamente la máquina Lorenz. Para cifrar un mensaje con la máquina Lorenz, el texto original se mezclaba con una serie de BITs clave. Esta serie clave se generaba con doce ruedas. Cinco de estas ruedas se llamaban 
(chi), otras cinco 
(psi), y las dos restantes eran "ruedas motoras". Las ruedas chi giraban de forma regular con cada letra cifrada, mientras que las ruedas psi giraban de forma irregular, controladas por las ruedas motoras.
Contenido
¿Para qué se usó Colossus?
Las computadoras Colossus ayudaron a descifrar mensajes de radio interceptados. Estos mensajes habían sido cifrados con la máquina Lorenz SZ 40/42. Los alemanes llamaban a sus sistemas de radio "Sägefisch" (pez sierra). Por eso, los británicos llamaron a estos mensajes cifrados "Fish" y a la máquina desconocida "Tunny" (atún).
Antes de que los alemanes mejoraran la seguridad de sus operaciones, los expertos británicos descubrieron cómo funcionaba la máquina Lorenz. Incluso construyeron una copia a la que llamaron "Tunny británico".
Se descubrió que la máquina Lorenz tenía doce ruedas. Usaba una técnica de cifrado llamada Vernam con caracteres de 5 bits. Esto mezclaba los caracteres del texto en claro con una serie de caracteres clave usando una función lógica.
En agosto de 1941, un error de los operadores alemanes hizo que se enviaran dos versiones del mismo mensaje con la misma configuración de la máquina. Estos mensajes fueron interceptados en Bletchley Park. Primero, John Tiltman descifró una serie clave de casi 4000 caracteres. Luego, Bill Tutte usó esta serie clave para entender cómo funcionaba la máquina Lorenz. Descubrió que las doce ruedas se dividían en dos grupos de cinco, llamadas ruedas chi y psi, y dos ruedas "motor". Las ruedas chi avanzaban regularmente, mientras que las ruedas psi avanzaban de forma irregular, controladas por las ruedas motor.
Con una serie clave lo suficientemente aleatoria, el cifrado Vernam hace que el mensaje cifrado no muestre patrones. La máquina Tunny lo hacía bien. Sin embargo, los expertos descubrieron que al analizar los cambios de un carácter a otro en el mensaje cifrado, se podía encontrar una forma de acceder al sistema. Esto se logró con un proceso llamado "diferenciación". Después de la guerra, las fuerzas aliadas capturaron una máquina Tunny y vieron que era la máquina de cifrado electromecánica Lorenz SZ.
Colossus se usaba en Newmanry, la sección de Bletchley Park que se encargaba de los métodos mecánicos contra la máquina Lorenz. Esta sección estaba dirigida por el matemático Max Newman.
Colossus se desarrolló a partir de un proyecto anterior que creó una máquina llamada «Heath Robinson». El problema principal de la máquina Robinson era sincronizar dos cintas de papel perforadas. Una cinta tenía el mensaje cifrado y la otra representaba los patrones de la máquina Lorenz. Leerlas a más de 1000 caracteres por segundo era muy difícil. Colossus resolvió esto creando una de las cintas de forma electrónica. Así, la otra cinta podía leerse mucho más rápido y de forma más fiable.
¿Cómo se construyó Colossus?
Un equipo liderado por Tommy Flowers pasó diez meses (de febrero a diciembre de 1943) diseñando y construyendo la computadora Colossus. Esto ocurrió en la Estación de Investigación de la Oficina Postal, en Dollis Hill, cerca de Londres. Después de una prueba exitosa el 8 de diciembre de 1943, la máquina se desarmó y se envió a Bletchley Park. Allí se volvió a montar en el Bloque F durante la Navidad de 1943. La Colossus Mark 1 funcionó bien en su primera prueba con un mensaje real en enero de 1944.
Después se construyeron nueve máquinas Colossus Mark 2. La primera se instaló en junio de 1944, y la Mark 1 original se convirtió en una Mark 2. La undécima máquina Colossus se terminó justo al final de la guerra.
La Colossus Mark 1 tenía 1500 válvulas electrónicas. La Colossus Mark 2, con 2400 válvulas, era cinco veces más rápida y más fácil de usar que la Mark 1. Ambas características mejoraron mucho el proceso de descifrado. En comparación, la ENIAC de 1946 usaba 17.468 válvulas y la Manchester Mark I de 1949 usaba unas 4200.
Colossus usaba una segunda cinta que generaba los patrones electrónicamente. Procesaba 5000 caracteres por segundo, con la cinta de papel moviéndose a 12 metros por segundo. Los circuitos se sincronizaban con una señal de reloj, creada por las perforaciones de la cinta. La velocidad de cálculo estaba limitada por los mecanismos del lector de cinta. El diseñador Tommy Flowers probó el lector de cinta hasta 9700 caracteres por segundo antes de que la cinta se rompiera. Él estableció 5000 caracteres por segundo como la velocidad ideal. A veces, dos o más Colossus probaban diferentes combinaciones al mismo tiempo, lo que hoy se llama computación paralela. Esto aceleraba mucho el descifrado.
Colossus fue pionera en el uso de registros lineales y arrays sistólicas. Esto permitía hacer cinco pruebas al mismo tiempo, con más de 100 cálculos lógicos, en cada uno de los cinco canales de la cinta perforada.
Al principio, Colossus solo se usaba para encontrar las posiciones iniciales de las ruedas para un mensaje específico. El Mark 2 incluía mecanismos para ayudar a determinar los patrones de los dientes de las ruedas. Ambos modelos se podían programar usando interruptores y paneles, algo que la máquina Robinson no tenía.
¿Cómo funcionaba Colossus?
Colossus usaba tubos de vacío, tiratrones y fotomultiplicadores. Leía ópticamente una cinta de papel y luego aplicaba una función lógica programable a cada carácter. Contaba cuántas veces la función daba "verdadero". Aunque se sabía que las máquinas con muchas válvulas solían fallar, también se sabía que los fallos ocurrían al encenderlas. Por eso, las máquinas Colossus, una vez encendidas, nunca se apagaban a menos que empezaran a funcionar mal.
Colossus fue una de las primeras máquinas digitales en tener una capacidad de programación limitada. Sin embargo, no era una computadora de propósito general. No era una máquina Turing completa, aunque las Colossus se basaban en la definición de Alan Turing y él trabajó en Bletchley Park, donde se usaban las Colossus. En esa época, no era tan importante que las máquinas fueran Turing-completas. La mayoría de las primeras computadoras tampoco lo eran. La idea de una computadora como una máquina de propósito general, y no solo como una gran calculadora para problemas específicos, no se popularizó hasta años después.
Colossus fue precedida por otras computadoras. La Z3 de Konrad Zuse fue la primera computadora completamente programable, basada en relés electromecánicos. La ABC Computer era electrónica y digital, pero no programable. Colossus fue la primera máquina que combinó un funcionamiento digital, parcialmente programable y electrónico.
Aclarando ideas sobre Colossus
Un error común es creer que Colossus se usó contra la máquina Enigma. De hecho, hay muchas historias sorprendentes sobre Colossus en los libros de historia. Algunos han dicho que Colossus producía texto sin cifrar en inglés a partir del texto cifrado en alemán. Como ya se explicó, Colossus daba una serie de órdenes que indicaban la posición correcta de las ruedas de ajuste.
Otro gran error es sobre quién tuvo la idea de Colossus. Muchos creen que Alan Turing fue la figura clave en el diseño de la máquina. Sin embargo, el informe general de 1945 sobre Tunny deja claro que "el Colossus fue idea completamente del Sr. Flowers". En 1943, la electrónica era la pasión de Flowers desde hacía más de diez años y no necesitó ayuda de Turing. Además, Turing estaba en Estados Unidos a principios de 1943, cuando Flowers propuso su idea a Newman y diseñó Colossus. Flowers enfatizó en una entrevista que Turing "no hizo ninguna contribución" en el diseño de Colossus. Dijo: "Yo inventé el Colossus. Nadie más estaba capacitado para hacerlo".
Después de la guerra
Si Tommy Flowers hubiera patentado sus inventos para el proyecto Tunny, probablemente se habría hecho muy rico. A Newman le ofrecieron un reconocimiento por su contribución, pero lo rechazó. Tutte no recibió ningún reconocimiento público por su importante trabajo. En cuanto a Alan Turing, él sí aceptó un reconocimiento.
Al terminar la guerra, se ordenó desmantelar Colossus. Todas las personas involucradas con la máquina y el descifrado de Tunny tuvieron que guardar silencio debido a la Official Secrets Act, una ley que protege los secretos de estado. La existencia de Colossus debía ser secreta para siempre. Flowers describió su decepción:
"Cuando al terminar la guerra me dijeron que Colossus debía mantenerse en secreto indefinidamente, naturalmente estuve decepcionado. No tenía ninguna duda, una vez ya había triunfado, de que Colossus era un descubrimiento histórico, y su publicación habría colocado mi nombre en círculos de científicos e ingenieros -una convicción confirmada por la acogida pactada a ENIAC, el equivalente americano hecho público una vez terminó la guerra. Tuve que soportar todas las ovaciones que se le dieron a aquella empresa sin ser capaz de revelar que yo lo había anticipado. Lo que perdí en prestigio personal y los beneficios que comúnmente se acumulan en estas circunstancias, ahora sólo pueden ser imaginados. Pero en el momento, acepté la situación filosófica y, con la euforia de que habíamos ganado la guerra, perdí toda preocupación acerca de lo que podía pasar en el futuro."
El ENIAC, encargado por el ejército estadounidense en 1943, fue diseñado para calcular trayectorias de proyectiles. Aunque no estuvo operativo hasta finales de 1945 (dos años después de que Colossus funcionara por primera vez), ENIAC suele describirse como el primer ordenador electrónico digital. Flowers pensaba que ENIAC era solo un descodificador de números. Colossus, con sus funciones lógicas más avanzadas, era "mucho más un ordenador que el ENIAC".
La sección Newmanry se abrió al público al final de la guerra para convertirse en un centro de investigación científica. Los ingenieros de Newmanry adaptaron rápidamente el equipo para usos en tiempos de paz. La orden de desmantelar Colossus fue un golpe para la ciencia y la industria británica.
En abril de 1946, las operaciones de descifrado de códigos se trasladaron de Bletchley Park a Eastcote, un suburbio de Londres. En ese momento, el nombre de la organización cambió a 'Government Communication Headquarters' (GCHQ). Seis años después, hubo otro traslado, y entre 1952 y 1954, el GCHQ movió su personal y equipo, incluyendo las máquinas de descifrado, a Cheltenham. Dos de los Colossus se trasladaron de Bletchley Park a Eastcote y luego a Cheltenham. También se llevaron dos copias de la máquina Tunny. Uno de los Colossus, conocido como 'Colossus Blue', se desmanteló en 1959 después de 14 años de servicio en tiempos de paz. Se cree que el Colossus restante dejó de funcionar en 1960.
Es probable que los Colossus tuvieran usos adicionales después de la guerra. Quizás se usaron para contar caracteres de mensajes cifrados enemigos, o incluso contra máquinas Tunny alemanas que fueron capturadas.
Hasta los años 70, muy pocas personas sabían que la computación electrónica se había usado con éxito durante la Segunda Guerra Mundial. En 1975, el Gobierno británico hizo públicas algunas fotos de los Colossus. Hacia 1983, Tommy Flowers recibió permiso para publicar un informe sobre el hardware del primer Colossus. Los detalles de los Colossus posteriores aún se mantienen en secreto. Sin embargo, no se pudo publicar toda la información sobre cómo se usó la maquinaria de Flowers para descifrar códigos. Las autoridades británicas le dijeron a Flowers que podía describir "la descripción técnica de las máquinas como el Colossus", pero no podía revelar ninguna información sobre "las funciones que realizaron". También se le permitió describir algunos aspectos de Tunny, pero había una prohibición general de decir algo relacionado con "las debilidades que nos llevaron al éxito". De hecho, un censor objetó algunas partes del informe de Flowers y le ordenó que las eliminara antes de la publicación.
Estos asuntos permanecieron ocultos hasta 1996, cuando el Gobierno estadounidense desclasificó documentos de la época de la guerra que describían las funciones de la máquina. Estos habían sido enviados a Washington durante la guerra por oficiales estadounidenses en Bletchley Park. Sin embargo, el documento más importante siguió siendo secreto: el Informe General de 500 páginas sobre Tunny, escrito en Bletchley Park por Jack Good, Donald Michie y Geoffrey Timms. Gracias a las campañas de Michie, el informe fue desclasificado por el Gobierno británico en junio del año 2000, poniendo fin a los secretos.
Colossus y la computadora moderna
Hoy en día, para que una computadora haga lo que queremos, abrimos el programa adecuado desde su memoria. Pero no siempre fue tan sencillo. Colossus no guardaba programas en su memoria. Para preparar Colossus para una nueva tarea, era necesario cambiar manualmente algunos de los cables de la máquina, usando enchufes e interruptores. Colossus, ENIAC y máquinas similares se llaman computadoras de control de programas, para diferenciarlas de las computadoras modernas que guardan programas.
La idea principal de la computadora moderna, que es controlar las operaciones de la máquina con un programa de instrucciones guardado en su memoria, fue propuesta por Alan Turing en 1936. En ese momento, Turing era un estudiante en la Universidad de Cambridge. Su "máquina computadora universal", como él la llamaba, pronto se conoció como máquina universal. Turing imaginó una máquina abstracta de computación digital que pudiera calcular "todos los números que pudieran considerarse naturalmente como calculables".
La máquina universal de Turing tenía una memoria ilimitada donde se podían guardar tanto los datos como las instrucciones de forma simbólica. También tenía un escáner que se movía por la memoria, leyendo y escribiendo símbolos. Al introducir diferentes programas en la memoria, la máquina podía resolver cualquier tarea algorítmica. Por eso Turing la llamó máquina universal.
La idea innovadora de Turing era una sola máquina con una estructura fija. Usando instrucciones codificadas y guardadas en su memoria, podía transformarse, como un camaleón, de una máquina para una tarea específica a otra para una tarea completamente diferente. Por ejemplo, de una calculadora a un procesador de texto. Hoy en día, casi todo el mundo tiene una versión física de la máquina universal de Turing en casa. La idea de una máquina que solo hace una cosa puede parecer antigua, pero en 1936, cuando los ingenieros pensaban en construir máquinas diferentes para cada propósito, el concepto de una computadora universal con programas guardados era revolucionario.
En 1936, la máquina universal de Turing existía solo como una idea. Desde el principio, Turing estaba interesado en construirla, al igual que Newman. Pero antes de la guerra, no sabían cómo construir una computadora que guardara programas de forma práctica. No fue hasta la llegada de Colossus que el sueño de construirla se hizo más posible. Flowers demostró que las máquinas de computación electrónica a gran escala eran viables. Poco después del final de la guerra, Turing y Newman comenzaron proyectos separados para crear físicamente la máquina universal de Turing.
Incluso mientras trabajaba en el proyecto Tunny, Newman pensaba en la máquina universal de Turing. Le mostró a Flowers el documento de Turing de 1936 sobre la máquina universal, 'On Computable Numbers', con su idea clave de guardar instrucciones codificadas en la memoria. Pero Flowers, al no ser experto en lógica matemática, no lo entendió del todo. Hay pocas dudas de que hacia 1944 Newman ya estaba decidido a intentar construir la máquina universal de Turing usando tecnología electrónica. En febrero de 1946, unos meses después de su nombramiento en la Universidad de Mánchester, Newman escribió a von Neumann, quien también fue influenciado por el documento de Turing de 1936 y tuvo un papel crucial en los desarrollos posteriores a ENIAC en Estados Unidos:
"Estoy... esperando embarcarme en una sección de máquinas computadoras aquí, habiendo estado muy interesado en aparatos electrónicos de este tipo durante los últimos dos o tres años. Hace 18 meses aproximadamente decidí intentar construir una unidad de máquina cuando saliera... Estoy evidentemente en contacto con Turing."
La importancia del equipo electrónico de Flowers también era clara para Turing. Flowers dijo que una vez que Colossus estuviera funcionando, solo era cuestión de esperar la oportunidad para poner en práctica la idea de la máquina universal. Hacia finales de la guerra, Turing había aprendido sobre ingeniería electrónica. Su oportunidad llegó en 1945, cuando John Womersley, jefe de la división de matemáticos del National Physical Laboratory en Londres, lo invitó a diseñar y desarrollar una computadora digital electrónica con programas almacenados. El informe técnico de Turing 'Proposed Electronic Calculator', de finales de 1945, contenía su diseño para la ACE (Automatic Computing Machine), su máquina universal. Fue la primera especificación relativamente completa de una computadora digital electrónica con programas almacenados. Turing proporcionó diseños detallados de los circuitos, especificaciones completas de las unidades de maquinaria, programas de ejemplo en código de máquina e incluso una estimación del costo de construcción.
Turing le pidió a Flowers que construyera la ACE. En marzo de 1946, Flowers dijo que una ACE mínima estaría lista para agosto o septiembre de ese mismo año. Desafortunadamente, Dollis Hill estaba muy ocupado con trabajos urgentes en el sistema telefónico nacional. Esto hizo que Flowers no pudiera cumplir con el plazo. Finalmente, fue el equipo de Newman el que, en junio de 1948, ganó la carrera de construir la primera computadora con programas almacenados. El primer programa se introdujo manualmente, dígito a dígito, usando un panel de interruptores. La noticia de que la máquina de Mánchester había funcionado con un pequeño programa de solo 17 instrucciones fue "recibida con hilaridad" por el equipo de Turing, que trabajaba en un modelo de la ACE mucho más sofisticado.
Un modelo piloto de la ACE ejecutó su primer programa en mayo de 1950. Con una velocidad de operación de 1MHz, ese modelo piloto fue por un tiempo la computadora más rápida del mundo. Esta fue la base para las exitosas computadoras DEUCE, que se convirtieron en un pilar fundamental para la naciente industria británica de computadoras.
Reconstrucción
Una réplica del Colossus Mark 2 fue construida por un equipo liderado por Tony Sale. Esta reconstrucción se puede ver en el Museo de Bletchley Park en Milton Keynes, Buckinghamshire.
Galería de imágenes
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! Número de rueda
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! Nombre de rueda en BP
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! Número de levas (pines)
Véase también
En inglés: Colossus computer Facts for Kids
