Document sobre la història del Colossus

1. Colossus
Las máquinas Colossus fueron primitivos dispositivos calculadores
usados por los británicos para leer las comunicaciones cifradas
alemanas durante la Segunda Guerra Mundial. Colossus fue uno
de los primeros computadores digitales.
La máquina Colossus fue diseñada originalmente por Tommy
Flowers en la Post Office Research Station (Estación de
Investigación de la Oficina Postal), Dollis Hill. El prototipo,
Colossus Mark I, entró en funcionamiento en Bletchley Park desde
febrero de 1944. Una versión mejorada, el Colossus Mark II se
instaló en junio de 1944, y se llegaron a construir unos diez
Colossus hasta el final de la guerra.
Las máquinas Colossus se usaron para descifrar los mensajes
cifrados, que se interceptaban de las comunicaciones de la
Alemania Nazi, usando la máquina Lorenz SZ40/42. Colossus
comparaba dos flujos de datos, contando cada coincidencia basada
en una función programable booleana. El mensaje cifrado se leía a
gran velocidad a través de una cinta de papel. El otro flujo de
datos era generado internamente, y era una simulación electrónica
de la máquina de Lorenz en varias combinaciones. Si el número de
coincidencias para una combinación era superior a una cierta
cantidad, la salida era escrita en una máquina de escribir eléctrica.
Propósito y orígenes
La máquina de Lorenz fue usada por los Alemanes para cifrar teletipos de las
comunicaciones de alto nivel. Contenía 12 ruedas con un total de 501 dientes.
Las computadoras Colossus se usaron en el criptoanálisis para las
comunicaciones de alto nivel alemanas, mensajes que habían sido
cifrados usando la máquina Lorenz SZ 40/42. Parte de la operación
Colossus era emular electrónicamente la máquina mecánica de
Lorenz. Para cifrar un mensaje con la máquina de Lorenz, el texto

2. plano se combinaba con un flujo de BITs clave, en grupos de
cinco. El flujo clave se generaba usando doce ruedas: cinco fueron
clasificadas (por los británicos) como ruedas χ («Χ»), otras cinco
como ψ («Ψ»), y las dos restantes como «ruedas motoras». Las
ruedas χ rotaban regularmente con cada letra que se cifraba,
mientras que las ruedas ψ rotaban irregularmente, controladas por
las ruedas motoras.
Bill Tutte, un criptoanalista de Bletchley Park, descubrió que los
flujos de claves producidos por la máquina mostraban una
predisposición a una desviación estadística de lo aleatorio, y que
esas predisposiciones podían ser usadas para romper el cifrado y
leer los mensajes. Para poder leer los mensajes, había dos tareas
que debían realizarse. La primera de las tareas era romper con las
ruedas ( wheel breaking ), que consistía en descubrir los patrones
de los dientes para todas las ruedas. Estos patrones se
establecían una vez en la máquina de Lorenz y después se usaban
durante un periodo de tiempo establecido y para un número de
mensajes diferentes. La segunda tarea consistía en establecer las
ruedas ( wheel setting ), que podía realizarse una vez que se
conocía los patrones de los dientes. Cada mensaje cifrado usando
la máquina de Lorenz, se codificaba con posición inicial de las
ruedas diferente. El proceso de establecer las ruedas encontraba
la posición inicial de las ruedas para un mensaje dado.
Inicialmente Colossus se usó para ayudar a averiguar la posición
inicial de las ruedas, después se demostró que la máquina podía
ser adaptada también para el proceso de romper las ruedas.
Colossus era operado en la Newmanry , la sección de Bletchley
Park responsable de los métodos mecánicos contra la máquina de
Lorenz, liderada por el matemático Max Newman.
Colossus se desarrolló debido a un proyecto anterior que produjo
una máquina comparadora opto-mecánica llamada «Heath
Robinson» . El mayor problema de la máquina Robinson era la
sincronización de dos cintas perforadas, una perforada con el

3. mensaje cifrado y la otra representando los patrones producidos
por las ruedas de la máquina de Lorenz, pero cuando se tenía que
leer a una velocidad de más de 1000 caracteres por segundo,
resultaba en una infinidad de cálculos. Colossus solucionó el
problema reproduciendo electrónicamente una de las cintas. La
otra cinta se podía introducir en Colossus a mayor velocidad y
podía ser contada con mucha mayor fiabilidad.
La construcción de Colossus
Un equipo liderado por Tommy Flowers dedicó diez meses (desde
principios de febrero hasta principios de diciembre de 1943)
diseñando y construyendo la computadora Colossus en la Post
Office Research Station , Dollis Hill, al noroeste de Londres.
Después de una prueba funcional el 8 de diciembre de 1943, la
máquina fue desmontada y enviada al norte de Bletchley Park,
después fue montada en el bloque F en las navidades de 1943. La
Mark 1 tuvo éxito en su primera prueba con un mensaje real
cifrado en enero de 1944. [1] Fue seguido de nueve máquinas
Colossus Mark 2, la primera de ellas se instaló en junio de 1944
mientras que la Mark I original fue convertida a Mark 2. La
máquina Colossus número once se terminó justo al final de la
guerra.
La máquina Colossus Mark I tenía 1.500 válvulas electrónicas. La
Colossus Mark 2, con 2.400 válvulas, era 5 veces más rápida y
más fácil de operar que la Mark I: ambas características
aumentaron considerablemente el proceso de decodificación. La
Mark 2 se diseñaba mientras la Mark I era construida. En
comparación, otras computadoras como la ENIAC de 1946 usaba
17.468 válvulas y la Manchester Mark I de 1949 usó alrededor de
4.200.
Colossus contaba con la segunda cinta diseñada para la máquina
Robinson que generaba los patrones electrónicamente y procesaba

4. 5.000 carácteres por segundo con la cinta de papel circulando a 12
metros por segundo. Los circuitos eran sincronizados por una
señal de reloj, generada por las perforaciones de la cinta. La
velocidad de cálculo estaba limitada por los mecanismos del lector
de la cinta. El diseñador Tommy Flowers testeó el lector de cinta
hasta los 9.700 caracteres por segundo antes de que la cinta se
desintegrase. Él configuró 5.000 caracteres por segundo como la
velocidad más deseable para un funcionamiento óptimo. Algunas
veces, dos o más Colossus probaron diferentes combinaciones de
trabajo simultáneo, lo que ahora se denomina computación
paralela, aumentando notablemente el proceso de decodificación.
Colossus incorporaba por primera vez el uso de registros lineales y
arrays sistólicas, permitiendo cinco tests simultáneos, implicando
más de 100 cálculos booleanos, en cada uno de los cinco canales
de la cinta perforada (no obstante, en funcionamiento normal, sólo
uno ó dos canales eran examinados en cada ejecución).
Inicialmente Colossus se usaba solamente para determinar las
posiciones iniciales de las ruedas para un mensaje concreto
(denominado posición de rueda ). El Mark 2 incluida mecanismos
para ayudar a determinar los patrones de los dientes de las ruedas
( rotura de rueda ). Ambos modelos eran programables usando
interruptores y paneles acoplados que la máquina Robinsons no
tenía.
Diseño y operado
Colossus usaba unos tubos de vacío (válvulas termoiónicas),
thyratrones y fotomultiplicadores para leer de forma óptica una
cinta de papel y después aplicar una función lógica programable a
cada carácter, contando cuántas veces la función devolvía
"verdadero". Aunque se sabía que las máquinas con muchas
válvulas eran propensas a altas tasas de averías, también se
reconocía que las averías de las válvulas solían ocurrir al

5. encender la máquina, de tal forma que las máquinas Colossus, una
vez encendidas, nunca se apagaban a no ser que comenzasen a
funcionar de forma incorrecta.
Colossus fue la primera de las máquinas digitales en incorporar
una limitada programabilidad. No obstante no era una computadora
de propósito general, no siendo turing completa, aunque las
Colossus se basaban en la definición de Alan Turing y éste trabajó
en Bletchley Park, donde las Colossus fueron operadas. En aquella
época no era tan importante que las máquinas fuesen Turing-
completas, la mayoría del resto de las primeras máquinas
computacionales tampoco lo eran, como por ejemplo la
Computadora de Atanasoff-Berry, Harvard Mark I la primera
máquina electromecánica, las máquinas de relés de los
Laboratorios Bell (de George Stibitz et al), los primeros diseños de
Konrad Zuse y demás. La noción de una computadora como una
máquina de propósito general, y no como una gran calculadora
dedicada a resolver problemas difíciles pero singulares, no se
destacó hasta unos años después.
Colossus fue precedido por una serie de computadoras, la mayor
parte de ellas las primeras de su categoría. Zuse's Z3 fue la
primera computadora completamente programable funcional, y
estaba basada en relés electromecánicos, igual que (las menos
avanzadas) máquinas de Bell Labs a finales de la década de 1930
(George Stibitz, et al). El ABC Computer era electrónico y binario
(digital), pero no programable. Las computadoras indicadas eran
semiprogramables; algunas fueron construidas mucho antes de la
década de los años 30 del siglo XX (eg, Vannevar Bush). Anterior
a estas, está la máquina analitica de Babbage (en la mitad del
siglo XIX), que era digital y programable, pero nunca fue
construida totalmente y nunca funcionó realmente (una réplica de
esta máquina diferencial fue construida en 1991, y funciona).
Colossus fue la primera máquina que combinaba su funcionamiento
digital , parcialmente programable y electrónica .

6. Características de los primeros
computadores
Influencia y destino
El uso al que Colossus fue destinado y su propia construcción fue
uno de los mayores secretos, y siguió así por muchos años
después de la Segunda Guerra Mundial. Así, Colossus no fue
incluido en la historia del hardware de computador durante muchos
años, y Flowers y sus asociados fueron privados del
reconocimiento debido.
Poco conocido es que tuvo alguna influencia directa en el
desarrollo de posteriores computadoras; EDVAC fue el primer
diseño que tuvo más influencia en subsecuentes arquitecturas de
futuras computadoras.
Reconstrucción
Una réplica del Colossus Mark II se comenzó a construir por un
equipo liderado por Tony Sale. La reconstrucción se puede ver en
el museo de Bletchley Park en Milton Keynes, Buckinghamshire.
http://es.wikipedia.org/wiki/Colossus
http://www.youtube.com/watch?v=i5P5faf7478