ARQUITECTURA DE LAS COMPUTADORAS : ARQUITECTURA DE VON NEUMANN

La arquitectura de Von Neumann es el diseño de las computadoras que utilizamos actualmente, que describe un computador u ordenador con 4 secciones principales que se encuentran interconectadas por un conjunto de cables, un enlace común. El nombre “arquitectura de Von Neumann” se le dio gracias a los aportes del Matemático John Von Neumann, que propuso el concepto de programa almacenado. Escribiendo un documento llamado First Draft of a Report on the EDVAC (1945) que fue redactado en vistas a la construcción del sucesor de la computadora ENIAC, y su contenido fue desarrollado por Presper Eckert, John Mauchly, Arthur Burks, y otros durante varios meses antes de que Von Neumann redactara el borrador del informe.

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Este describe una arquitectura de diseño para un computador digital electrónico con partes que constan de una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético lógica y registros del procesador, una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa, una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida. El significado ha evolucionado hasta ser cualquier computador de programa almacenado en el cual no pueden ocurrir una extracción de instrucción y una operación de datos al mismo tiempo, ya que comparten un bus en común. Esto se conoce como el cuello de botella Von Neumann y muchas veces limita el rendimiento del sistema.

El diseño de una arquitectura Von Neumann es más simple que la arquitectura Harvard más moderna, que también es un sistema de programa almacenado, pero tiene un conjunto dedicado de direcciones y buses de datos para leer datos desde memoria y escribir datos en la misma, y otro conjunto de direcciones y buses de datos para ir a buscar instrucciones.

Una máquina de Von Neumann tenia 5 partes básicas: La memoria, la unidad Aritmética lógica, la unidad de control del programa y los equipos de entrada y salida. La memoria constaba de 4096 palabras, cada una con 40 bits (0 o 1). Cada palabra podía contener 2 instrucciones de 20 bits o un número entero de 39 bits y su signo. Las instrucciones tenían 8 bits dedicados a señalar el tiempo de la misma y 12 bits para especificar alguna de las 4096 palabras de la memoria.

Dentro de la unidad aritmética/lógica, el antecedente directo actual CPU, había un registro interno especial de 40 bits llamado acumulador. Una instrucción típica era sumar una palabra de la memoria al acumulador o almacenar este en la memoria.

Definición formal

Las computadoras son máquinas de arquitectura Von Neumann cuando:

Tanto los programas como los datos se almacenan en una memoria en común. Esto hace posible la ejecución de comandos de la misma forma que los datos.
Cada celda de memoria de la máquina se identifica con un número único, llamado dirección.
Las diferentes partes de la información (los comandos y los datos) tienen diferente modos de uso, pero la estructura no se representa en memoria de manera codificada.
Cada programa se ejecuta de forma secuencial que, en el caso de que no haya instrucciones especiales, comienza con la primera instrucción. Para cambiar esta secuencia se utiliza el comando de control de transferencia.

Las secciones principales que constituyen a una computadora con arquitectura Von Neumann son:

1.- LA UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA O ALU: Es el dispositivo digital encargado de efectuar las operaciones aritméticas y lógicas en los microprocesadores.

2.- LA UNIDAD DE CONTROL: Es el dispositivo encargado de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador.

3.- LA MEMORIA: Son circuitos integrados capaces de almacenar información digital, a los que tiene acceso el microprocesador del equipo de computación. Las memorias podemos dividirlas en:

4.- UN DISPOSITIVO DE ENTRADA/SALIDA: Entrada: Son los que envían información a la unidad de procesamiento, en código binario. Ejemplos: Teclados, sensores Salida: Son los dispositivos que reciben información que es procesada por la CPU y la reproducen para que sea perceptible para la persona. Ejemplo: Monitores. Todo ellos unidos por Buses de datos Proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.

VÍDEO SOBRE "EL FUNCIONAMIENTO DEL MODELO DE VON NEUMANN":