Modelo De Von Neuman

El Modelo de von Neumann: Un Nuevo concepto para un mejor desempeño.

INTRODUCCION

La creación de las primeras computadoras electrónicas, y la necesidad de almacenar las tareas a realizar, en la memoria, fue el factor principal que condujo a la creación de los lenguajes de programación. En un principio las computadoras se utilizaban como calculadoras, a las que se le indicaban paso a paso, las tareas a realizar.

En la actualidad cada computadora se basa en el modelo del matemático húngaro John Von Neumann. El modelo examina el interior de la computadora (la caja negra) y define cómo se realiza el procesamiento. Von Neumann resolvió el problema de tener que cablear la máquina para cada tarea, dado que le pareció evidente, que programar computadoras con una enorme cantidad de interruptores y cables era algo lento, tedioso y poco flexible, y pensó que el programa podía representarse en forma digital en la memoria de la computadora, lo mismo que los datos. También observó que la torpeza de la aritmética decimal en serie utilizada por la ENIAC, con cada dígito representado por diez bulbos (uno encendido y nueve apagados), podía reemplazarse usando aritmética binaria paralela.

Su diseño básico, ahora conocido como una Máquina de Von Neumann, se usó en la EDSAC para la primera computadora que almacenaba el programa, y constituye todavía la base para la mayoría de las computadoras digitales, casi medio siglo después. Este diseño y la máquina IAS (Princeton Institute of Advanced Studies), construida en colaboración con Herman Goldstine, ha tenido una influencia tan grande en las maquinas actuales.

DESARROLLO

En 1945 John Von Neumann creó un modelo computacional que se caracteriza por disponer de una única memoria principal en la que se almacenan los datos y las instrucciones. La memoria estaba dividida en dos zonas, la primera para almacenar el programa que se debía ejecutar y la segunda, para retener los datos. Esta característica es la parte fundamental de las computadoras, porque un comando del programa para ser ejecutado debe estar necesariamente en la unidad central de procesamiento. De este modo, se gana velocidad de ejecución del conjunto de instrucciones que componen los programas.

La solución fue poner las instrucciones en la misma memoria que los datos, escribiéndolas de la misma forma, en código binario, “arquitectura de Von Neumann”. La EDVAC fue el modelo de las computadoras de este tipo.

El modelo define una computadora como cuatro subsistemas:

• La memoria.

• La unidad aritmético-lógica o ALU.

• La unidad de control.

• Un dispositivo de entrada/salida

Se puede decir que una computadora está formada por tres partes fundamentales, aunque una de ellas es subdividida en dos partes no menos importantes. En la figura siguiente se muestran dichas partes, llamadas genéricamente unidades funcionales debido a que, desde el punto de vista del funcionamiento, son independientes.

El nombre de cada parte nos indica la función que realiza:

• La unidad de Memoria Principal (MP) es el área de almacenamiento, se encarga de almacenar las instrucciones que realizará la Unidad de Control al ejecutar un programa y los datos que serán procesados.

• La Unidad Central de Proceso (CPU) es la que coordina el funcionamiento conjunto de las demás unidades y realiza los cálculos necesarios; por eso la podemos subdividir en una Unidad de Control (UC) y en una unidad de cálculo o Unidad Aritmético-Lógica (ALU).

ALU es donde el cálculo aritmético y las operaciones lógicas toman lugar. Si una computadora es un procesador de datos, se debería poder realizar operaciones aritméticas con los datos (por ejemplo, sumar una lista de números). También debería poderse realizar operaciones lógicas con ellos (por ejemplo, encontrar el menor de dos elementos de datos).

UC determina las operaciones de la memoria, de la ALU y del subsistema de Entrada/Salida.

• La Unidad de Entradas y Salidas será la encargada de la comunicación con el exterior a través de los periféricos. Estos periféricos pueden ser: de entrada, como los teclados; de salida, como los tubos de rayos catódicos, y de entrada y salida, como los discos magnéticos.

El esquema original del modelo de Von Neuman era el siguiente

La máquina de Von Neumann tenía 5 partes básicas:

• La memoria,

• La unidad Aritmética lógica,

• La unidad de control del programa y

• Los equipos de entrada y salida.

La memoria principal está formada por un conjunto de unidades llamadas palabras. Dentro de cada una de estas palabras se guarda la información que constituye una instrucción o parte de ella (puede darse el caso de que una sola instrucción necesite varia palabras), o un dato o parte de un dato (también un dato puede ocupar varias palabras).

La memoria constaba de 4096 palabras, cada una con 40 bits. 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.

A la cantidad de palabras que forman la MP se le denomina capacidad de memoria. De este modo, cuanto mayor sea el número de palabras mayor será el número de instrucciones y datos que podrá almacenar la computadora.

Una palabra está formada a su vez de unidades más elementales llamadas bits, del mismo modo que en el lenguaje natural una palabra esta formada por letras.

El número de bits que forman una palabra se llama longitud de palabra. Por regla general, las computadoras potentes tienen memorias con longitud de palabra grande, mientras que las computadoras pequeñas tienen memorias con longitud de palabra menor.

En la figura siguiente se muestra cómo se puede estar organizada una Memoria Principal.

Dentro de la unidad aritmética-lógica, había un registro interno especial de 40 bits llamado acumulador. Una instrucción típica era

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