Modelo Von Neumann

Modelo Von Neumann

También conocido como la arquitectura de Von Neumann, fue un modelo propuesto por John von Neumann en 1945, el cual consiste en una unidad de control, unidad de aritmética y lógica, registros, memoria y el I/O. Los primeros tres formando la unidad central de procesamiento o CPU, el cual sigue una instrucción de la memoria en un tiempo y la ejecuta. Entonces las instrucciones son ejecutadas secuencialmente, lo cual o hace un proceso lento. La múltiple opción de Neumann se llama control de flujo porque la instrucción es ejecutada secuencialmente controlada por un programa contador. Para incrementar la velocidad, se ha desarrollado el procesamiento paralelo de una computadora se ha desarrollado en cual los CPUs son conectados paralelamente para resolver un problema. El modelo Von Neuman está diseñado para computadoras digitales que usan una unidad de procesamiento y una estructura de almacenamiento que retiene instrucciones y datos.

Al principio este modelo fue creado y aplicado para mejorar el procesamiento de matemáticas básicas, luego en procesadores de texto y finalmente en sistemas de entretenimiento ya sean televisiones inteligentes, smartphones y consolas de video juegos. Esta arquitectura también ha facilitado la programación, la forma como toma las instrucciones como datos que hace ensambladores, compiladores, conectores, cargadores, entre otras herramientas de programación automatizada. Uno escribe programas que escriben programas. Ciertos lenguajes de alto nivel como LISP cooperan con la arquitectura de von Neumann proveyendo una manera abstracta, independiente de la máquina para manipular código ejecutable durante su lectura o usar información de lectura para compilación justo a tiempo, lenguajes siendo una máquina virtual en Java o lenguajes usados en navegadores de web.

En el transcurso de las décadas cuando las computadoras se hacían más pequeñas y rápidas, lo cual llevo a cambios en la arquitectura, haciendo que los dispositivos de entrada y salida sean tratados igual que la memoria, haciendo el modelo más aerodinámico, reduciendo el tamaño y costo, esto ha permitido la creación de más dispositivos más rápidos, pequeños y baratos, ejemplos serían las computadoras portátiles o laptops que surgieron a finales de los 80s, reproductores de música MP3 a finales de los 90s y dispositivos inteligentes a mitad de la primera década de los 2000, con la llegada de los smartphones.

Otro caso importante del uso de esta arquitectura es en operaciones como BITBLT o sombras de pixeles o vértices, los cuales procesadores específicos se encargarán, en este caso serian los procesadores gráficos o GPUs, los cuales son dedicados a recibir datos para generar y unir vértices creando figuras en 3ra dimensión, o en ciertos casos, el procesador de gráficos también puede ser usado para simulación de propiedades físicas como fluidos o gravedad o también para la minería de datos o bitcoin.  

Ejemplos de dispositivos revolucionarios basados en el modelo Von Neumann: Calculadora científica, Commodore PET, las maquinitas tragamonedas de Namco en la década de los 80’s, la laptop Osborn 1, la Nintendo Entertainment System, los reproductores de MP3, específicamente el Apple iPod.

Tipos de microprocesadores

Microprocesadores de conjunto de instrucciones complejas: También se conocen como CISM o Complex Instruction Set Microprocessors, categorizan un microprocesador el cual ordenes pueden ser ejecutadas junto operaciones de bajo nivel. Su trabajo principal es subir, descargar y llamar datos en y desde la memoria. También puede realizar varios cálculos matemáticos con un simple comando.

Microprocesadores de conjunto de instrucciones reducidos: Llamados RISC o Reduced Instruction Set Microprocessors, estos tipos de chips están hechos acorde con la función en el cual el microprocesador puede llevar pequeñas tareas con un comando en particular en una manera el cual completa rápidamente más comandos.

Procesadores superescalares: Este procesador copia el hardware en el microprocesador para hacer varias tareas al mismo tiempo, pueden ser usados para aritmética y multiplicadores. Tienen múltiples unidades de operación lo cual les permite recibir mas de un comando al transmitir constantemente varias instrucciones a las unidades de operación dentro del procesador.

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