¡No vayas a hacer una computadora a relays!

Eso me ha advertido mi hermano hoy cuando le he comentado sobre la computadora de Harry Porter, un profesor de una universidad de Oregón que ha construido una con objetivos docentes. Exactamente lo mismo había exclamado mi jefe días atrás cuando le hice el mismo comentario y le mostré un video que anda dando vueltas por You Tube. Sin embargo, la idea no se me quita de la cabeza; será porque la computadora de Harry Porter es sencillamente genial...

Computadoras a relays se construyeron en cierto momento de la historia. La más famosa es quizás la construida por el alemán Conrad Suze en 1936, llamada Z3. Empleaba relays porque esa era la tecnología disponible en su época, siete años antes de la primera computadora electrónica (basada en válvulas de vació). Pero lo sorprendente de la Z3 es que su arquitectura se basaba en el modelo de Von Neuman, patrón que sirvió para construir todas las computaras electrónicas que siguieron hasta solo recientemente.

Muy bien por Suze; se entiende que no usara sino relays, pero ¿qué sentido puede tener construir algo así en nuestros días?

Para entenderlo (porque sentido ¡sí tiene!), hay primero que echar una ojeada al trabajo de Harry Porter. Por cierto, no es el único; si buscan en la Internet por "relay computers", verán como Harry Porter ha inspirado a más de uno.

Lo interesante de esta máquina es que presenta una arquitectura "moderna". Me parece evidentemente inspirada en aquella generación de microprocesadores de 8 bits de los años 70's, como el Intel 8080 y el Zilog Z80. Presenta, al igual que aquellos, un bus de datos de 8 bits, un bus de direcciones de 16 bits, un contador de programa, un ALU y otros componentes típicos de nuestros días. También presenta ocho registros de 8 bits, todo esto implementado a relays de tipo 4PDT (cuatro contactos de doble polo) alimentados con 12V.

En realidad, la computadora no realiza ningún trabajo útil, pues el punto no es ese. El punto es saborear el diseño de una computadora "moderna" hasta el más intimo detalle y hacerlo sin emplear esas cajitas prefabricadas llamadas circuitos integrados. Hacerlo, mejor dicho, sin electrónica alguna.

Es como viajar en una máquina del tiempo para averiguar qué hubieran hecho los ingenieros de hace setenta años si hubieran tenido acceso a la experiencia con que contamos hoy. Y hacerlo mediante algo que realmente funciona... porque la computadora de Harry Porter no resuelve problemas concretos pero de que funciona, ¡funciona!

Más allá del asombro y del disfrute ingenieril, me resultan admirables las soluciones a que este profesor llegó a nivel de implementación. Un relay de estos cuesta alrededor de tres dólares, así que la primera premisa de diseño es optimizar el número de relays. En este sentido, Harry Porter ha hecho verdaderas proezas llegando a implementar operaciones lógicas relativamente complejas con circuitos sorprendentemente simples. He aquí un ejemplo: Todas las operaciones lógicas de la Unidad Lógico-Aritmética (ALU) implementada con dos relays (lo que aparece en el dibujo es solo uno de 8 bits).

Este otro me parece aún más ingenioso: Un decodificador de 3 para 8 bits implementado con solo tres relays.

La máquina emplea, en total, 415 relays (la Z3 de Conrad Zuse empleaba más de dos mil). Su costo total, según figura en un documento publicado por el autor, fue de $5,142.

Pero bueno, para tranquilidad de mi hermano (y quizás, de mi jefe) no pienso lanzarme en una aventura así... por ahora. O sea, no me propongo construir una computadora a relays inspirada en la de Harry Porter. Lo que sí me propongo es diseñarla y de hecho, ya lo estoy haciendo.

Y haciéndolo, en el transcurso de estos pocos días, he experimentado una relación tan íntima con los detalles de construcción de una computadora que cuando me pongo ahora a programar un microcontrolador PIC, lo siento diferente. Ya no puedo verlo a nivel de "cajitas negras"; ahora pienso en la decodificación del código operacional, en cuales bits estarán siendo usados para direccionar cual registro, en cómo el Finite State Machine estará generando cuales señales internas de control... ya lo he dicho, es un acercamiento íntimo a los detalles que se disfruta de manera peculiar.

Y a fin de cuentas, ese es el propósito. Ese —y no otro— es el sentido de construir una computadora a relays en la era de los Microchips.

Referencias

Harry Porter's Relay Computer

Jon Stanley Relay Computer Two