Arquitectura de von Neumann

El matemático húngaro John von Neumann creó el primer borrador de un informe sobre el EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), que fue una de las primeras máquinas computadoras electrónicas, la cual era de numeración binaria y tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado.

EDVAC

John von Neumann describe, en este borrador, una arquitectura que se basa en el diseño que debe tener un ordenador electrónico. El ordenador debería de contener los siguientes elementos:

• Una unidad de procesamiento. Se va a encargar de ejecutar las tareas que "manda" la unidad de control, y en ella se van a diferenciar dos componentes básicos: 

• Una unidad aritmética lógica (ALU). Calcula operaciones aritméticas como sumar, restar, multiplicar, etc., y operaciones lógicas (y, o...).
• Unos registros de procesador (microprocesador). Estos van a permitir a la computadora tener una memoria de alta velocidad pero de poca capacidad, donde se van a guardar las operaciones matemáticas realizadas.

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• Una unidad de control. Busca las instrucciones en la memoria principal, las interpreta y las ejecuta. En ella podemos distinguir:

• Registro de instrucciones. Se encarga de almacenar la instrucción que se está ejecutando.
• Contador de programa. Es donde reside la próxima dirección de memoria donde se encuentra la instrucción a ejecutar.

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•  Una memoria. Es la llamada memoria RAM (Random Access Memory), encargada de cargar todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades.
• Un almacenamiento masivo externo.
• Mecanismos de entrada salida.

Esta arquitectura denominada de computadoras está basada en la que describió el propio matemático junto a más personas en su borrador en el año 1945.
El significado que adquiere esta arquitectura ha ido evolucionando. Actualmente se considera cualquier computador de programa almacenado en el cual no pueden ocurrir una extracción de instrucción y una operación de datos al mismo tiempo. Esta definición se puede dar ya que comparten un bus en común. Esto es conocido como cuello de botella von Neumann.

 

Este diseño planteado por von Neumann es simple comparado con el actual modelo de arquitectura de Harvard.

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Para entender esta arquitectura debemos saber qué es un conmutador digital de programa almacenado: este es una arquitectura que mantiene las instrucciones de programa de la computadora, todos los datos procesados por esta, y todo ello guardado en la memoria RAM, pero con acceso limitado solamente a la lectura y a la escritura. Estas computadoras de programa representaron un avance sobre los fabricados en la década de los 40 (Colossus, ENIAC).

Actualmente, en las computadoras se utilizan las mismas memorias para procesar los datos e incluso para procesar las instrucciones de programa.

Respecto a la supuesta "guerra" que la gente pueda pensar que hay entre von Neumann y Harvard respecto a sus arquitecturas, no hay mucha diferencia entre ambas, es todo igual, exceptuando la memoria caché. Es decir, toda la memoria principal está en común en ambas arquitecturas.

ARQUITECTURA DE VON NEUMANN