Índice
1-Introducción2-Organización
3-Componentes de la máquina de Von Neumann:
3.1 Procesador
3.2 Memoria principal
3.3 Controlador entrada-salida:
Bus de datos
Introducción:
El modelo de Von Neumann
Antes programar era conectar cables (ENIAC). Hacer programas era mas una cuestión de ingeniería electrónica. Cada vez que había que calcular algo distinto había que reconectar todo.
El nacimiento u origen de la arquitectura Von Neumann surge a raíz de una colaboración en el proyecto ENIAC del matemático de origen húngaro, John Von Neumann. Este trabajaba en 1945 en el Laboratorio Nacional Los Álamos cuando se encontró con uno de los constructores de la ENIAC. Compañero de Albert Einstein, Kurt Gödel y Alan Turing en Princeton, Von Neumann se interesó por el problema de la necesidad de recablear la máquina para cada nueva tarea.
En 1949 había encontrado y desarrollado la solución a este problema, consistente en poner la información sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos, escribiéndola de la misma forma, es decir en código binario. Su "EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuación. Se habla desde entonces de la arquitectura de Von Neumann, aunque también diseñó otras formas de construcción. El primer computador comercial construido en esta forma fue el UNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.
Organización
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.
- Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.
La mayoría de los sistemas informáticos actuales siguen al pie de la letra la arquitectura propuesta por Von Newmann en el diseño del EDVAC. Esta arquitectura se caracteriza porque el programa que ejecuta el sistema informático está almacenado internamente (es información) en el propio sistema.
La arquitectura de Von Newmann define los siguientes elementos:
- Unidad Central de Proceso (CPU - Central Processing Unit)
- Memoria principal
- Controlador de entrada salida
- Buses del sistema:
Bus de direcciones
Bus de control
Componentes de la máquina de Von Neumann
Unidad central de proceso:
El procesador o unidad central de proceso es uno de los componente más importantes de la mquina de Von Neumann.Interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos.
Las CPU proporcionan la característica fundamental del ordenador digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en los ordenadores de cualquier tiempo, junto con la memoria principal y los dispositivos de entrada/salida.
Las primeras CPU fueron diseñados a la medida como parte de un ordenador más grande, generalmente un ordenador único en su especie. Sin embargo, este costoso método de diseñar las CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos propósitos.
Esta tendencia de estandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos, ordenadores centrales y microordenadors y fue acelerada rápidamente con la popularización del circuito integrado (IC), éste ha permitido que sean diseñados y fabricados CPU más complejas en espacios pequeños (en la orden de milímetros). Tanto la miniaturización como la estandarización de las CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicaciones limitadas de máquinas de computación dedicadas.
Los microprocesadores modernos aparecen en todo, desde automóviles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hasta teléfonos móviles o celulares, juguetes, entre otros. En la actualidad muchas personas llaman CPU al armazón del computador (torre), confundiendo de esta manera a los principiantes en el mundo de la computación.
Memoria principal:
La memoria principal es una memoria que almacena en ella los datos que el ordenador está utilizando, como por ejemplo los de una aplicación y una vez este proceso es terminado o se cierra la memoria deja de alamacenarlo. Es decir, es una memoria temporal.
La estructura de la memoria principal ha cambiado en la historia de las computadoras. Desde los años 1980 es prevalentemente una unidad dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Está formada por bloques de circuitos integrados o chips capaces de almacenar, retener o "memorizar" información digital, es decir, valores binarios; a dichos bloques tiene acceso el microprocesador de la computadora.
La memoria principal se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones. El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria.
En algunas oportunidades suele llamarse "memoria interna" a la memoria principal, porque a diferencia de los dispositivos de memoria secundaria, la memoria principal no puede extraerse tan fácilmente por usuarios no técnicos.
La memoria principal de los sistemas informáticos suele estar formada por dos áreas diferenciadas:
- Memoria RAM (Random Access Memory): Memoria de acceso aleatorio (no tiene porqué ser utilizada de manera secuencial) que permite tanto la lectura como la escritura. Habitualmente en los sistemas informáticos se trata de un medio de almacenamiento volátil, de manera que se pierde su contenido al cesar la alimentación.
- Memoria ROM (Read Only Memory): Memoria de acceso aleatorio que sólo permite la lectura de los datos que almacena. Se trata de un medio de almacenamiento persistente, pues no pierde su contenido cuando cesa la alimentación.
Controlador de entrada-salida
En la medida en la que el sistema informático precisa comunicarse con el mundo exterior (utilizando diferentes periféricos), es necesario un elemento que controle el flujo de información que entra y/o sale del sistema informático.
Los periféricos del sistema informático se pueden clasificar en:
Periféricos de entrada: Si sirven para introducir información en el sistema informático (ej. teclado, ratón...)
Periféricos de salida: Si representan información que sale del sistema informático (ej. monitor, impresora...)
Las tres técnicas más extendidas de gestión de I/O son:
Polling o espera activa: La CPU se encarga de la transferencia de información consultando contínuamente el estado del dispositivo periférico. Simple e ineficiente.
Uso de interrupciones: La CPU se encarga de la transferencia de información pero el dispositivo periférico le notifica los cambios de estado mediante una interrupción.
DMA (Direct Memory Access): El controlodador DMA se encarga de toda la transferencia de información (puede ser un bloque, y puede requerir de conversión). Al finalizar el controlador DMA utiliza una interrupción para notificarlo a la CPU. Con esta técnica, la CPU programa al controlador DMA para realizar el trabajo y queda libre (para realizar otras tareas). Es la técnica más eficiente.
El controlador de entrada-salida se compone de:
Bus de datos:
Un conjunto cableado que sirve para que los dispositivos hardware puedan
comunicarse entre sí. Son rutas compartidas por todos los dispositivos y
les permiten transmitir información de unos a otros, son, en
definitiva, las autopistas de la información interna, las que permiten
las transferencias de toda la información manejada por el sistema.
En un bus, todos los nodos conectados a él reciben los datos que se
vuelcan, pero sólo aquél dispositivo al que va dirigida la información
es quien la toma y la procesa, el resto la ignora.
El bus de datos se compone de:
1 Bus de direcciones: El bus de direcciones es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito.El bus de dirección consiste en el conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección. La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2n el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuando la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus.
2 Bus de control: El bus de control gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como éstas líneas están compartidas por todos los componentes, tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos. Mejor dicho, es el que permite que no haya colisión de información en el sistema.
FUENTES
http://es.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann
http://computadoras.about.com/od/conoce-procesadores/a/Que-Es-Un-Procesador.htm
http://elpuig.xeill.net/Members/vcarceler/c1/didactica/apuntes/ud2/na1
http://sinergiacreativa.wordpress.com/2008/04/30/la-computadora-y-los-perifericos-de-entrada-y-salida/
