Arquitectura

ARQUITECTURA DE VON NEUMANN

Definición

La arquitectura de von Neumann es una familia de arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard).

La mayoría de computadoras modernas están basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales, (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como ratón, teclado, etc).

• Organización de la Arquitectura

Los ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes: La unidad aritmético-lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.

Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

Enciende el ordenador y obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.

Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.

Decodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.

Unidad Aritmética Lógica

En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés dearithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

Unidad de control

La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada/salida.

Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el primer caso, los componentes principales son el circuito de lógica secuencial, el de control de estado, el de lógica combinacional y el de emisión de reconocimiento de señales de control.

Memoria

En informática, la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que integran una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en inglés, central processing unit), implementa lo fundamental del modelo de computadora de Arquitectura de von Neumann, usado desde los años 1940.

Dispositivos de entrada y Salida

En informática, se denomina periféricos a los aparatos y/o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la unidad central de procesamiento de una computadora.

Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.

Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación:

Direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al que se quiere acceder, control, básicamente para seleccionar la operación a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificación) y datos, por donde circulan los datos.

Bus de Datos

En arquitectura de computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados.

En los primeros computadores electrónicos, todos los buses eran de tipo paralelo, de manera que la comunicación entre las partes del computador se hacía por medio de cintas o muchas pistas en el circuito impreso, en los cuales cada conductor tiene una función fija y la conexión es sencilla requiriendo únicamente puertos de entrada y de salida para cada dispositivo.

La tendencia en los últimos años se hacia uso de buses seriales como el USB, Firewire para comunicaciones con periféricos reemplazando los buses paralelos, incluyendo el caso como el del microprocesador con el chipset en la placa base.

Computador de programa almacenado

Un computador de programa almacenado es el que almacena las instrucciones del programa en la memoria electrónica. Con frecuencia la definición es extendida con el requerimiento de que el tratamiento en memoria de datos y programas sea intercambiable o uniforme.

Un computador con una arquitectura de von Neumann almacena los datos y las instrucciones del programa en la misma memoria. Un computador con una arquitectura Harvard tiene memorias separadas para almacenar los datos y los programa.

El computador de programa almacenado a veces es usado como sinónimo de la arquitectura de von Neumann, sin embargo el profesor Jack Copeland considera que es "históricamente inapropiado referirse a los computadores electrónicos digitales de programa almacenado como 'máquinas de von Neumann'". Hennessy y Patterson escriben que las primeras máquinas de Harvard fueron consideradas como "reaccionarias por los defensores de los equipos de programa almacenado".

La idea de computador de programa almacenado se remonta al concepto teórico de una máquina universal de Turing en 1936. Von Neumann era consciente de este papel, y lo inculcó también en sus colaboradores.

Cuello de botella de Von Neumann (Von Neumann bottleneck)

El

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