LA ARQUITECTURA DE VON NEUMANN

     

      Los primeros ordenadores se utilizaban como calculadoras, ya que se tenían que ir indicando paso a paso las tareas a realizar. Pero la necesidad de almacenar estas tareas en la memoria, fue un factor clave para la creación de los lenguajes de programación.

      Fue el matemático húngaro, John Von Neumann, el que resolvió el problema de tener que cablear la máquina para cada tarea y pensó que el programa y los datos podrían representarse de forma digital. También observó la impericia del sistema decimal utilizado en los ordenadores y consideró que podría reemplazarse por un sistema binario.

      Esta idea de conectar permanentemente las unidades de la computadora, de modo que todo el ordenador esté coordinado por un control central, cobra vida en 1945, con la creación de un modelo computacional denominado "Arquitectura de Von Neumann". Este modelo se caracteriza por contar con una única memoria principal en la que se almacenan tanto las instrucciones que forman los programas como los datos que utilizan éstos.

Esquema Básico de la Arquitectura de Von Neumann

     
      Los diferentes elementos que componen un ordenador se pueden dividir en las siguientes unidades funcionales:

1. Unidad Central de Proceso (CPU): constituye el núcleo central del ordenador. Coordina el funcionamiento conjunto de las demás unidades y realiza las operaciones básicas. Se subdivide en:                                                                                            1.1. Unidad de Control (UC): realiza la coordinación entre la ALU, la memoria principal y el subsistema de Entrada/Salida. Consta de una serie de registros (encargados de almacenar la información que utiliza la UC en cada momento), un decodificador (encargado de determinar qué se debe hacer) y un reloj (indica el momento en que se debe ejecutar cada paso).                                                          1.2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU): realiza operaciones aritméticas con los datos (sumas, restas,...) y operaciones lógicas (encontrar el menor de dos elementos). Se compone de circuitos digitales y registros.                                                                        

   

   Esquema de la CPU
   
   

2. Memoria Principal: almacena la información que va a ser utilizada por la CPU. Está constituida por un conjunto de unidades llamadas palabras. Consta de 4096 palabras, cada una con 40 bits. La memoria presenta las siguientes características: es de acceso directo, permite leer y escribir sobre ella y es volátil.                                                                                                                                                          
3. Buses: transfieren la información entre las distintas unidades funcionales del ordenador. Hay 3 tipos de buses atendiendo a la información que transmiten: buses de datos, buses de direcciones y buses de control.                                                          

   

   Tipos de Buses
   
   

4. Periféricos o Sistema de Entrada/Salida: son los elementos que se encargan de la comunicación con el usuario (teclado, monitor, ratón, etc.) o con otros equipos informativos (tarjetas de red).                                                                                                                                                      
   
    

Un ordenador con la arquitectura de Von Neumann realiza los siguientes pasos:

1. Obtiene la instrucción desde memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.
2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar la siguiente.
3. Decodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.
4. Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas o haciendo que el ordenador pueda ‘tomar decisiones’ mediante la aritmética y lógica anteriores.
5. Vuelta al paso 1. 

      El modelo de Von Neumann cambió el significado del término programación. Ya ha pasado casi medio siglo de la incorporación de este modelo a la EDVAC (una de las primeras computadoras creadas) y, sorprendentemente, la base de su funcionamiento sigue vigente en los ordenadores de hoy día.