Microprocesador

Microprocesador, circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo. Los microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles o aviones.

El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Hay microprocesadores que incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.

Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip. Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializada denominadas memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos.

Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) —unos 800 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar más de 1.000 millones de instrucciones cada segundo.

MEMORIA DE COMPUTADORA

Como el microprocesador no es capaz por sí solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa (por ejemplo, el texto de un programa de tratamiento de texto), pueden emplearse transistores como elementos de memoria en combinación con el microprocesador. Para proporcionar la memoria necesaria se emplean otros circuitos integrados llamados chips de memoria de acceso aleatorio (RAM, siglas en inglés), que contienen grandes cantidades de transistores. Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio. La RAM estática (SRAM) conserva la información mientras esté conectada la tensión de alimentación, y suele emplearse como memoria cache porque funciona a gran velocidad. Otro tipo de memoria, la RAM dinámica (DRAM), es más lenta que la SRAM y debe recibir electricidad periódicamente para no borrarse. La DRAM resulta más económica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en la mayoría de las computadoras.

MICROCONTROLADOR

Un microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada —como un teclado, un joystick o un ratón— o dispositivos de salida como un monitor o una impresora. Un tipo diferente de circuito integrado llamado microcontrolador es de hecho una computadora completa situada en un único chip, que contiene todos los elementos del microprocesador básico además de otras funciones especializadas. Los microcontroladores se emplean en videojuegos, reproductores de vídeo, automóviles y otras máquinas.

SEMICONDUCTORES

Todos los circuitos integrados se fabrican con semiconductores, sustancias cuya capacidad de conducir la electricidad es intermedia entre la de un conductor y la de un no conductor o aislante. El silicio es el material semiconductor más habitual. Como la conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar según la tensión aplicada al mismo, los transistores fabricados con semiconductores actúan como minúsculos conmutadores que abren y cierran el paso de corriente en sólo unos pocos nanosegundos (milmillonésimas de segundo). Esto permite que un ordenador pueda realizar millones de instrucciones sencillas cada segundo y ejecutar rápidamente tareas complejas.

El bloque básico de la mayoría de los dispositivos semiconductores es el diodo, una unión de materiales de tipo negativo (tipo n) y positivo (tipo p). Los términos “tipo n” y “tipo p” se refieren a materiales semiconductores que han sido dopados, es decir, cuyas propiedades eléctricas han sido alteradas mediante la adición controlada de pequeñísimas concentraciones de impurezas como boro o fósforo. En un diodo, la corriente eléctrica sólo fluye en un sentido a través de la unión: desde el material de tipo p hasta el material de tipo n, y sólo cuando el material de tipo p está a una tensión superior que el de tipo n. La tensión que debe aplicarse al diodo para crear esa condición se denomina tensión de polarización directa. La tensión opuesta que hace que no pase corriente se denomina tensión de polarización inversa. Un circuito integrado contiene millones de uniones p-n, cada una de las cuales cumple una finalidad específica dentro de los millones de elementos electrónicos de circuito. La colocación y polarización correctas de las regiones de tipo p y tipo n hacen que la corriente eléctrica fluya por los trayectos adecuados y garantizan el buen funcionamiento de todo el chip.

TRANSISTORES

El transistor empleado más comúnmente en la industria microelectrónica se denomina transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET, siglas en inglés). Contiene dos regiones de tipo n, llamadas fuente y drenaje, con una región de tipo p entre ambas, llamada canal. Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido de silicio, no conductor, sobre la cual va otra capa llamada puerta. Para que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje, es necesario aplicar una tensión a la puerta (tensión de polarización directa). Esto hace que la puerta actúe como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET y creando una puerta lógica que transmite unos y ceros a través del microprocesador.

FABRICACIÓN DE MICROPROCESADORES

Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.

La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo “bocadillo” que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.

La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una “rodaja” de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se “cultiva” exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro).

Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras. Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.

En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.

En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.

Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.

HISTORIA DEL MICROPROCESADOR

Microprocesador Pentium

El microprocesador Pentium (que aquí se muestra con una ampliación de 2,5 veces) es fabricado por Intel Corporation. Contiene más de tres millones de transistores, y puede hacer que algunas partes de sus circuitos vayan más lentas o se detengan cuando no son necesarias, con lo que ahorra energía.

El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad mucho mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC G4, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.

TECNOLOGÍAS FUTURAS

La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. Se prevé que en 2010 los microprocesadores avanzados contengan unos 800 millones de transistores.

Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy pequeñas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como la epitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultraelevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permite ver e incluso desplazar átomos individuales con precisión.

Caja negra

Recuperación de una caja negra

En la imagen vemos el registrador de datos de vuelo (FDR, siglas en inglés) del vuelo 261 de Alaska Airlines agarrado por el brazo robótico del sumergible no tripulado que recuperó el instrumento del fondo del mar a principios de febrero de 2000. El vuelo 261 se estrelló en el océano Pacífico frente a la costa meridional de California (Estados Unidos) en enero de 2000, y sus 88 ocupantes fallecieron. Tanto los FDR como los registradores de voz de la cabina (CVR) están equipados con balizas de localización submarina (ULB), que emiten una señal que permite a los investigadores localizar la caja mediante sonar.

Caja negra, en informática, unidad cuya estructura interna se desconoce, pero cuya función está documentada. Los diseñadores de hardware y de software utilizan este término para hacer referencia a los circuitos o al código de programación que ejecutan determinada función. La mecánica interna de la función no es algo que interese al diseñador que utiliza una caja negra para obtener una función. Por ejemplo, un chip de memoria puede considerarse una caja negra. Muchas personas utilizan chips de memoria, e incluso los diseñan para los equipos informáticos, pero por lo general sólo los diseñadores de chips de memoria necesitan comprender su funcionamiento interno.

Caja negra de una aeronave

Este aparato registrador permite determinar la causa de los accidentes de las aeronaves. Diversas capas la protegen de incendios, explosiones e inmersiones, y su intenso color naranja (a pesar de su nombre) favorece su localización en cualquier entorno.

Caja negra (transportes), en aviación, aparato registrador que permite reconstruir las circunstancias concretas de cualquier vuelo. Situada a bordo de las aeronaves, se emplea para determinar las causas de los accidentes.

El nombre de “caja negra” deriva de la informática y no tiene ninguna relación con su aspecto, ya que es de color naranja fluorescente para permitir su rápida localización visual en cualquier entorno. Cubierta por diversos envoltorios que la protegen de cualquier incidencia (explosiones, incendios, caídas, inmersiones), presenta tres dispositivos de registro en puntos distintos de la aeronave: dos en la cola y uno en cabeza. Los de cola registran los parámetros básicos de vuelo (altitud, velocidad, evolución de vuelo y otros) y recogen el sonido ambiente. El dispositivo de cabeza posee tres micrófonos en la cabina que siempre graban la última media hora de vuelo. En caso de accidente, el análisis de las cintas de grabación proporciona evidencias sobre las causas y, en muchos casos, permite establecer mecanismos para evitarlos en el futuro.

Altair 8800

Altair 8800, pequeño ordenador o computadora lanzado en 1975 por Micro Instrumentation Telemetry Systems de Nuevo México (EEUU). El Altair se basaba en un microprocesador Intel de 8 bits, tenía 256 bytes de memoria de acceso aleatorio (RAM), recibía la entrada de datos a través de un banco de conmutadores en el panel delantero y mostraba la información mediante una fila de diodos emisores de luz (LED). Aunque de vida efímera, se considera que el Altair fue el primer ordenador o computadora personal de éxito. 

Procesadores

1971 Primer microprocesador

Se desarrolla el primer microprocesador, el Intel 4004, un microprocesador de 4 bits que contiene 2.300 transistores. El Intel 8080 de 8 bits, desarrollado en 1974, fue el primer microprocesador realmente diseñado para uso general.

Microprocesador 68881

Microprocesador 68881, en informática, el coprocesador matemático, o de coma flotante, de la firma estadounidense Motorola para los procesadores 68000 y 68020. Los coprocesadores matemáticos aceleran cualquier función de cálculo matemático siempre que las aplicaciones los admitan. El 68881 acelera los procesos mediante un conjunto adicional de instrucciones aritméticas de coma flotante muy complejas, un conjunto de registros de datos en coma flotante y 22 constantes incorporadas que incluyen potencias de 10. El 68881 cumple el estándar ANSI/IEEE 754-1985 de aritmética binaria en coma flotante.

Durante el diseño del Macintosh II, la compañía Apple descubrió que la instalación del 68881 mejoraba de forma significativa el rendimiento de la interfaz, y con ello el rendimiento aparente de todo el equipo. Por ello, Apple decidió incluir el coprocesador como equipamiento de serie. Véase también Ordenador o computadora; Procesador de coma flotante; Circuito integrado; Microordenador o microcomputadora.

Microprocesador 8086

Microprocesador 8086, en informática, microprocesador de Intel presentado en 1978. Es un descendiente directo del 8080, pero con registros de 16 bits, un bus de datos de 16 bits y direccionamiento de 20 bits, y permite controlar más de un megabyte de memoria. Está disponible con velocidades de 4,77, 8 y 10 MHz. Los modelos 25 y 30 de los equipos PS/2 de IBM, disponen de un 8086 a 8 MHz. Véase Ordenador o computadora; Circuito integrado; Microordenador.

Microprocesador 80286

Microprocesador 80286, denominado también 286. Se trata de un microprocesador de 16 bits de Intel, presentado en 1982 e incluido desde 1984 en el equipo PC/AT de IBM y compatibles. El 80286 dispone de registros de 16 bits, transfiere información a través del bus de datos a 16 bits simultáneos y utiliza 24 bits para direccionar la memoria. El 80286 puede operar en dos modos, el real (que es compatible con MS-DOS y con los límites de los chips 8086 y 8088) y el protegido (que potencia la funcionalidad del microprocesador). El modo real limita a 1 megabyte la cantidad de memoria que el microprocesador puede direccionar. Por otro lado, en el modo protegido, el 80286 puede acceder directamente a 16 megabytes de memoria. Además, un 80286 en modo protegido protege al sistema operativo de aplicaciones que provocan fallos. Esta protección no existe en procesadores 8088 y 8086, ni está presente en el 80286 cuando funciona en modo real. Véase Ordenador o computadora; Circuito integrado; Microordenador.

Microprocesador 80386

Microprocesador 80386, denominado también 386SX en informática. Se trata de un microprocesador de Intel, introducido en 1988 como un producto de bajo costo alternativo al 80386DX. El 80386SX es básicamente un procesador 80386DX limitado por un bus de datos de 16 bits. El diseño basado en 16 bits permite configurar los sistemas 80386SX con componentes menos costosos del tipo AT, reduciendo considerablemente el precio total del sistema. El 80386SX proporciona además prestaciones superiores al 80286 y compatibilidad con todo el software diseñado para el 80386DX. Incorpora también características del 80386DX, como la multitarea y el modo 8086 virtual. Véase Ordenador o computadora; Circuito integrado; Microordenador.

Microprocesador 80387

Microprocesador 80387, denominado también 387 en el campo de la informática. Se trata de un coprocesador matemático, también denominado de coma flotante, diseñado por Intel para la familia de procesadores 80386. Está disponible a velocidades de 16, 20, 25 y 33 MHz. El coprocesador 80387 puede aumentar de forma considerable el rendimiento del sistema, siempre que el software de aplicación haga uso de él, ya que pone a disposición de la aplicación instrucciones aritméticas, trigonométricas, exponenciales y logarítmicas con las que no cuenta el 80386. El 80387 también incorpora operaciones fundamentales para el cálculo de senos, cosenos, tangentes, arcotangentes y logaritmos. Si se utilizan estas instrucciones adicionales, las operaciones son realizadas por el 80387, permitiendo al 80386 dedicarse a otras tareas. El 80387 puede procesar enteros de 32 y 64 bits, números en coma flotante de 32, 64 y 80 bits y operandos BCD (decimales codificados en binario) de 18 dígitos; cumple la norma ANSI/IEEE 754-1985 sobre aritmética en coma flotante binaria. El 80387 opera con independencia del modo en que se encuentre el 80386 y funciona correctamente cuando éste trabaja en modo real, protegido o en 8086 virtual. Véase Ordenador o computadora; Procesador de coma flotante; Circuito integrado; Microordenador.

Microprocesador 80486

Microprocesador 80486, denominado también 80486DX o 486DX, microprocesador Intel de 32 bits lanzado al mercado en 1989. Su característica principal es la incorporación de un coprocesador matemático integrado. El 486 es un procesador de 32 bits en el bus de datos y 32 bits en el bus de direcciones. Integra 1.200.000 transistores y se fabricó para tres velocidades de reloj (25 MHz, 33 MHz y 50 MHz). Cuando se habla de procesador 486 de una manera genérica se está hablando de un 486DX. Posteriormente, en el año 1991 Intel lanzó al mercado el 486SX que consiste en un procesador 486DX pero sin coprocesador matemático integrado, que era una alternativa de menor coste aunque menor capacidad de proceso que un 486DX. Otros microprocesadores de la familia 486 fueron el 486SL, el 486DX2 y el 486DX4. El 486SL fue diseñado para computadoras portátiles, y su principal característica era que integraba un sistema de ahorro de energía. Los 486DX2 y 486DX4 aumentaban la velocidad total de proceso incrementando la velocidad de reloj interna del microprocesador.

Microprocesador Pentium

Microprocesador Pentium, microprocesador lanzado al mercado por Intel Corporation en 1993, sucesor del 486. Según la sucesión lógica, debería haberse llamado 586 o 80586, pero Intel lo denominó Pentium por razones de copyright. Las primeras versiones de este procesador tenían una frecuencia de reloj de 60 MHz (megahercios), con una alimentación eléctrica de 5 voltios, un bus de direcciones de 32 bits y un bus de datos externo de 64 bits; contenían 3.100.000 transistores y coprocesador matemático. Los modelos MMX incorporaron instrucciones específicas para el manejo de aplicaciones y elementos multimedia. La última versión de este procesador es el Pentium 4 a 3,06 GHz (gigahercios; 1 GHz = 1.000 MHz), con soporte para tecnología HT (Hyper-Threading) que aumenta el rendimiento del sistema cuando se ejecutan diferentes aplicaciones al mismo tiempo.

Telescopio de rayos X

Para observar las fuentes celestes de rayos X es preciso construir y poner en órbita un telescopio especial, pues la atmósfera terrestre absorbe los rayos X procedentes del espacio. Las lentes normales no sirven para enfocar los rayos X porque éstos las atraviesan sin refractarse (desviarse); pero pueden reflejarse si inciden muy oblicuamente sobre una superficie metálica. En los telescopios de rayos X se utilizan unos tubos encajados y ligeramente cónicos para enfocar esta radiación en un detector.

El telescopio Keck

El telescopio óptico mayor del mundo, el reflector Keck, se encuentra en el Observatorio Mauna Kea, llamado así por el volcán inactivo de Hawai en el que está situado. El observatorio está cerca del pico del volcán, de 4.205 m, lo que permite una excelente vista nocturna con un mínimo de interferencia de las fuentes de luz artificial o de la niebla atmosférica. El espejo gigante del telescopio Keck consta de 36 segmentos que recogen la luz y la llevan a un foco común; cada uno mide unos 2 m de ancho.

Observatorio Arecibo

El Observatorio Arecibo en Puerto Rico tiene el radiotelescopio más grande del mundo, construido en una hondonada natural. Las ondas de radio del espacio rebotan en la antena y se concentran en la plataforma de detección que está suspendida encima de ella. Aunque permanece inmóvil, el telescopio de Arecibo puede observar una parte sustancial del cielo. La rotación de la Tierra hace girar su campo de visión de oeste a este alrededor del cielo y el detector puede hacer girar el campo de visión de norte a sur para observar una banda de 49º de ancho. El Centro Nacional de Astronomía e Ionosfera rige este observatorio por un acuerdo con la Fundación Nacional de las Ciencias de Estados Unidos.

Hencoup Enterprises/Photo Researchers, Inc.

Radiotelescopios

Los radiotelescopios detectan la radiación electromagnética del espacio con longitudes de onda que van de 1 mm a más de 1 km. Como los radiotelescopios sólo son sensibles a la radiación electromagnética con una longitud de onda relativamente larga, la resolución (capacidad de distinguir el detalle) de un instrumento sencillo es baja. Sin embargo, cuando las señales de un grupo de telescopios que apuntan al mismo objetivo se combinan, la resolución se mejora enormemente. Por ejemplo, el radiotelescopio VLA de Socorro, Nuevo México (EEUU), tiene 27 platos cuyas señales individuales se pueden combinar para formar una sola imagen de alta resolución.

Radiotelescopio VLA, el mayor radiointerferómetro del mundo, que se encuentra cerca de Socorro, Nuevo México, EEUU. Su nombre, VLA, proviene del inglés, Very Large Array. Consta de una serie de 27 antenas parabólicas, de 25 m de diámetro cada una, colocadas en tres brazos de 21 km, en forma de Y. Es administrado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía y entró en pleno funcionamiento en 1981, aunque algunos de sus elementos se habían utilizado durante años.

El VLA funciona por el principio de la interferometría, una técnica de radioastronomía en la que se utilizan conjuntamente diversas antenas para construir una imagen del cielo tan detallada como la que se obtendría con la antena más grande. Cada antena contiene su propio receptor; las señales de cada una se envían a un edificio central donde, combinadas, forman una imagen de alta resolución. El poder de resolución total (posibilidad de precisar los detalles) de las 27 antenas es igual al de una sola antena con un diámetro de 27 km. La resolución máxima en una longitud de onda de 1,3 cm es como la resolución de un telescopio óptico con un reflector de aproximadamente 91 cm de diámetro.

Carretera Panamericana

Carretera Panamericana

Vista de un tramo de la carretera Panamericana entre montañas, en Ecuador.

Carretera Panamericana o sistema panamericano de carreteras, conjunto de carreteras que se extiende desde Alaska hasta Sudamérica. El tramo septentrional, el denominado autopista de Alaska, comienza en Fairbanks, y continúa hacia la ciudad de Dawson Creek, en la Columbia Británica. En México y Centroamérica, el tramo llamado carretera Interamericana va desde Laredo, en Texas, hasta la ciudad de Panamá. La de Alaska y la Interamericana están conectadas por carreteras estadounidenses y canadienses. Uno de los tramos del sistema panamericano, una sección de 160 km, que discurre por una región de selva, va desde el este de Panamá hasta el pueblo de Barranquillita, en el noroeste de Colombia, y aún no está acabada. En 1971 Colombia puso en marcha un servicio de transbordadores o ferries para transportar coches a través de ese tramo inconcluso. A principios de la década de 1980 comenzaron los trabajos para realizar la unión de ambas carreteras por tierra, trabajos que se encuentran de momento suspendidos.

En Sudamérica, la vía terrestre recorre la costa oeste del continente hasta Santiago de Chile, donde se desvía hacia el Este, cruza los Andes, y llega a Buenos Aires, en Argentina. La carretera Simón Bolívar es un tramo muy importante del sistema. Conecta el puerto atlántico de La Guaira, próximo a Caracas, en Venezuela, con Bogotá, en Colombia. Desde Buenos Aires, la carretera principal recorre la costa este de Sudamérica en dirección norte, pasa por Montevideo, en Uruguay, y llega hasta Río de Janeiro, en Brasil. Un ramal central se extiende desde Buenos Aires hasta Asunción, en Paraguay, donde se fusiona con una ruta transversal que conecta Lima con Brasilia, capital de Brasil. La carretera Bolivariana va desde Maracaibo, en Venezuela, hasta las regiones del interior de Bolivia, Colombia, Ecuador, Paraguay y Perú. Diversas carreteras nuevas llegarán hasta Punta Arenas, en Chile, en el estrecho de Magallanes, y Ushuaia, en Argentina, cerca de la punta más meridional de Sudamérica, en Tierra del Fuego.

El primer Congreso Panamericano de Carreteras se celebró en Buenos Aires en 1925. Le siguieron otros congresos (en 1929 y 1939) para planificar el sistema de carreteras y facilitar el tráfico internacional.

Carretera

Autopistas

Esta complicada intersección de autopistas cerca de Los Ángeles (California) muestra la típica estructura de trébol para que los desvíos y cambios de sentido sean fáciles y seguros. Las autopistas también tienen accesos limitados, poca pendiente y curvas poco pronunciadas para aumentar la seguridad.

Carretera, vía de comunicación que por lo general mantiene la autoridad gubernamental o regional para el paso de vehículos, personas o animales. Las carreteras se pueden clasificar en varias categorías y según la importancia de los centros de población que comunican.

HISTORIA

Vía Apia

La vía Apia fue construida hace más de 2.200 años. Aunque estos grandes bloques de piedra volcánica tal vez no formen parte del material original, la calzada no ha sido modificada desde su construcción.

Desde la antigüedad, la construcción de carreteras ha sido uno de los primeros signos de civilización avanzada. Cuando las ciudades de las primeras civilizaciones empezaron a aumentar de tamaño y densidad de población, la comunicación con otras regiones se tornó necesaria para hacer llegar suministros alimenticios o transportarlos a otros consumidores. Entre los primeros constructores de carreteras se encuentran los mesopotámicos, hacia el año 3500 a.C.; los chinos, que construyeron la Ruta de la Seda (la más larga del mundo) durante 2.000 años, y desarrollaron un sistema de carreteras en torno al siglo XI a.C., y los incas de Sudamérica, que construyeron una avanzada red de caminos que no pueden ser considerados estrictamente carreteras, ya que los incas no conocían la rueda. Esta red se distribuía por todos los Andes e incluía galerías cortadas en rocas sólidas. En el siglo I, el geógrafo griego Estrabón registró un sistema de carreteras que partían de la antigua Babilonia; los escritos de Heródoto, historiador griego del siglo V a.C., mencionan las vías construidas en Egipto para transportar los materiales con los que construyeron las pirámides y otras estructuras monumentales levantadas por los faraones.

De las carreteras aún existentes, las más antiguas fueron construidas por los romanos. La vía Apia empezó a construirse alrededor del 312 a.C., y la vía Faminia hacia el 220 a.C. En la cumbre de su poder, el Imperio romano tenía un sistema de carreteras de unos 80.000 km, consistente en 29 calzadas que partían de la ciudad de Roma, y una red que cubría todas las provincias conquistadas importantes, incluyendo Gran Bretaña. Las calzadas romanas tenían un espesor de 90 a 120 cm, y estaban compuestas por tres capas de piedras argamasadas cada vez más finas, con una capa de bloques de piedras encajadas en la parte superior. Según la ley romana toda persona tenía derecho a usar las calzadas, pero los responsables del mantenimiento eran los habitantes del distrito por el que pasaba. Este sistema era eficaz para mantener las calzadas en buen estado mientras existiera una autoridad central que lo impusiera; durante la edad media (del siglo X al XV), con la ausencia de la autoridad central del Imperio romano, el sistema de calzadas nacionales empezó a desaparecer.

A mitad del siglo XVII, el gobierno francés instituyó un sistema para reforzar el trabajo local en las carreteras, y con este método construyó aproximadamente 24.000 km de carreteras principales. Más o menos al mismo tiempo, el Parlamento instituyó un sistema de conceder franquicias a compañías privadas para el mantenimiento de las carreteras, permitiendo a las compañías que cobraran un peaje o cuotas por el uso de las mismas.

Durante las tres primeras décadas del siglo XIX, dos ingenieros británicos, Thomas Telford y John Loudon McAdam, y un ingeniero de caminos francés, Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet, perfeccionaron los métodos y técnicas de construcción de carreteras. El sistema de Telford implicaba cavar una zanja e instalar cimientos de roca pesada. Los cimientos se levantaban en el centro para que la carretera se inclinara hacia los bordes permitiendo el desagüe. La parte superior de la carretera consistía en una capa de 15 cm de piedra quebrada compacta.

McAdam mantenía que la tierra bien drenada soportaría cualquier carga. En el método de construcción de carreteras de McAdam, la capa final de piedra quebrada se colocaba directamente sobre un cimiento de tierra que se elevaba del terreno circundante para asegurarse de que el cimiento desaguaba. El sistema de McAdam, llamado macadamización, se adoptó en casi todas partes, sobre todo en Europa. Sin embargo, los cimientos de tierra de las carreteras macadamizadas no pudieron soportar los camiones pesados que se utilizaron en la I Guerra Mundial. Como resultado, para construir carreteras de carga pesada se adoptó el sistema de Telford, ya que proporcionaba una mejor distribución de la carga de la carretera sobre el subsuelo subyacente.

Durante el periodo de expansión del ferrocarril en la última mitad del siglo XIX, el desarrollo de las carreteras sufrió su correspondiente declive. También en este periodo se introdujeron el ladrillo y el asfalto como pavimento para las calles de las ciudades.

PROGRAMA DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS EN EL SIGLO XX

Máquina de asfaltar

Estas máquinas distribuyen de modo uniforme el asfalto sobre la superficie de la carretera. Más tarde, una apisonadora compacta el asfalto para formar un pavimento liso. El asfalto, un material negro bituminoso, se suele obtener del petróleo crudo.

La popularidad de la bicicleta, que comenzó en la década de 1880, y la introducción del automóvil una década más tarde, llevaron a la necesidad de tener más y mejores carreteras. El considerable aumento del tráfico de automóviles durante la siguiente década demostró la ineficacia de los viejos métodos de pavimentación. Como medida correctiva, se utilizaron alquitrán de hulla, alquitrán, y aceites, en primer lugar como aglomerantes de superficie, y en segundo lugar como soportes de penetración en el pavimento macadam. El pavimento bituminoso se utilizaba mucho en las ciudades; este tipo de material consistía en tallas niveladas de piedra quebrada que se recubrían —antes de colocarlas— con un material bituminoso, como el asfalto o el alquitrán, y se apisonaban después con rodillos pesados. El pavimento bituminoso es más duradero que el pavimento macadam con soportes aglomerantes. Durante la I Guerra Mundial, la construcción de carreteras incluía el drenaje del subsuelo, una cimentación adecuada, una base de hormigón y una capa superficial adicional de hormigón o pavimento bituminoso para soportar el repentino aumento del tráfico pesado.

Construcción de una carretera

Para aguantar el desgaste producido por el tráfico y la intemperie, las carreteras deben construirse cuidadosamente, con cimientos y superficies horizontales y duraderas. Aquí vemos a un gran volquete descargar su carga de grava sobre una carretera en construcción. La grava es compactada por apisonadoras antes de aplicar la capa de asfalto.

El sistema italiano de autostradas constituyó la primera red de autopistas construidas durante la década de 1920 como calzadas con tres carriles individuales. El sistema de autopistas verdaderamente moderno fue el Autobahn alemán, construido en los años treinta. Consistente en tres rutas Norte-Sur, tres rutas Este-Oeste y calzadas de dos carriles, la red Autobahn fue diseñada para grandes volúmenes de tráfico (sobre todo militares) y velocidades que sobrepasaran los 165 kilómetros por hora.

Hacia 1950, la mayoría de los países europeos tenía una red de carreteras principales, siendo la de Alemania la más avanzada.

CARRETERAS MODERNAS

Las variables más importantes a tener en cuenta en la ingeniería de caminos moderna son la inclinación de la tierra sobre la que se construye la carretera, la capacidad del pavimento para soportar la carga esperada, la predicción de la intensidad de uso de la carretera, la naturaleza del suelo que la sostiene y la composición y espesor de la estructura de pavimentación. El pavimento puede ser rígido (permitiendo poca latitud de flexión) o flexible. El pavimento flexible utiliza una mezcla de agregado grueso o fino (piedra machacada, grava y arena) con material bituminoso obtenido del asfalto o petróleo, y de los productos de la hulla. Esta mezcla es compacta, pero lo bastante plástica para absorber grandes golpes y soportar un elevado volumen de tráfico pesado. Los pavimentos rígidos se construyen con una mezcla de cemento Portland y agregado grueso y fino. El espesor del pavimento puede variar de 15 a 45 cm, dependiendo del volumen de tráfico que deba soportar, y a veces se utiliza un refuerzo de acero para evitar la formación de grietas. Bajo el pavimento se emplea arena o grava fina como base para reforzarlo.

Las carreteras modernas se construyen en líneas casi rectas a través de campo abierto, en lugar de seguir las viejas rutas establecidas. Las áreas congestionadas se evitan o se cruzan utilizando avenidas especiales, túneles o pasos elevados. La seguridad se ha incrementado separando el tráfico y controlando los accesos. En las autopistas y autovías se separan los vehículos que viajan en sentidos opuestos con una mediana. Las principales características de las autopistas y autovías modernas son señales luminosas adecuadas para la conducción nocturna, amplios arcenes, carriles con distintas velocidades, carriles de subida, carriles reversibles, zonas de frenado de emergencia, carriles para autobuses, señales reflectoras, marcas en el pavimento y señales de control de tráfico, entre otras.

PARTES DE UNA CARRETERA

Se trate de una carretera convencional o de una autopista, existen una serie de elementos que aparecen de modo casi constante en ambos tipos. La parte principal e irremplazable de la vía es la zona de rodadura o calzada, superficie pavimentada y, con frecuencia, con dos zonas diferenciadas: los carriles de circulación y los arcenes, destinados estos últimos a usos de excepción, como detenciones por avería, o facilitación de la circulación de vehículos de emergencia. Estas dos zonas se delimitan mediante pintura. Otras estructuras asociadas son las bermas, que consisten en bandas de terreno despejado destinadas a mantener la calzada libre de sólidos que pudieran obstaculizar la circulación de vehículos, como posibles piedras caídas de taludes. Las cunetas pueden servir también a este fin aunque estén diseñadas realmente con otro objetivo, que es el desagüe efectivo de la carretera y evitar también la entrada de agua desde el exterior; para ello, las cunetas se integran dentro de un sistema más complejo denominado drenaje.

Además, existen otras estructuras de seguridad como los guardarraíles o quitamiedos, que son barreras destinadas a reducir el riesgo de salida y de vuelco de vehículos que pierdan el control. En las autopistas y en otras carreteras existen, además, unas vías de servicio paralelas a la vía principal que sirven para la circulación de vehículos de mantenimiento y de vehículos agrícolas que se desplazan a baja velocidad. Muchas carreteras se encuentran protegidas por vallas contra la invasión de animales que pudieran ocasionar accidentes. Los puntos donde se produce la unión de dos carreteras con diferentes trayectorias son las intersecciones; cuando se trata de una carretera convencional y una autovía o autopista se denominan enlaces.

Carretera Interamericana

Carretera Interamericana, nombre que recibe el tramo de la carretera Panamericana o sistema Panamericano de carreteras que abarca desde Laredo, Texas (EEUU), hasta la ciudad de Panamá, en Panamá, con una extensión de 5.470 km. La construcción de esta carretera comenzó en la década de 1930. El primer tramo, los 1.205 km que comunican Nuevo Laredo, Tamaulipas (México), y la ciudad de México, se terminó en 1936. En abril de ese mismo año se inauguró el tramo sur hasta Panamá.