El modelo de Von Neumann

Como están, en esta ocasión les describiré lo que es el modelo o arquitectura de Von Neumann, así que vamos a empezar de una vez.

Todo comenzó en el año 1945, cuando John Von Neumann matemático húngaro-estadounidense mientras trabajaba en el Laboratorio Nacional Los Álamos se encontró con uno de los constructores de la ENIAC. que fue la primera computadora creada;  allí se intereso por el problema de la necesidad de cablear nuevamente la máquina para cada nueva tarea, lo que resultaba muy tedioso, pero obtuvo la solución a este problema al desarrollar un modelo que describe como trabaja un computador con programas almacenados y con sus unidades conectadas permanentemente y que ademas se caracteriza por disponer de una memoria principal en la que se almacenan los datos y las instrucciones. Esta memoria principal está dividida en dos zonas, la primera para almacenar el programa que se debía ejecutar y la segunda, para retener los datos. El funcionamiento del computador está coordinado desde la unidad de control, 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.

Modelo de Von Neumann

El modelo o arquitectura de Von Neumann define una computadora como cuatro subsistemas:

• La memoria: Es el espacio de almacenamiento temporal de instrucciones y datos, los cuales se encuentran ordenada para localizarlos de forma sencilla mediante direcciones, está dividida en dos partes una para trabajo y otra permanente. En los equipos modernos, esta función la realiza la memoria RAM.
• La unidad aritmético-lógica o ALU: Es la encargada de realizar todas las operaciones matemáticas y lógicas, cada dato lo recibe de la memoria y en ella misma almacena. Se encuentra dentro de los microprocesadores.
• La unidad de control: Controla las señales, lee instrucciones de la memoria y ejecuta las órdenes, también almacena direcciones de la siguiente instrucción que requiere. Se encuentra dentro de los microprocesadores.
• Los dispositivos de entrada/salida: Permite la comunicación con otros dispositivos externos y el compartir datos. En los equipos modernos, estos dispositivos se conecta a través de los puertos de la computadora.

Este modelo describe una arquitectura de diseño para un computador que constan con las partes antes nombradas: una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético lógica y una unidad de control, asimismo cuenta con los registros del procesador. que es donde se almacenan temporalmente los datos que están en movimiento para procesarlos. como son los registros de instrucciones, registros contadores, registros acumuladores y registros de estado (todas estas etapas nombradas anteriormente estarán ubicadas dentro del microprocesador), una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida.

La unidad de procesamiento esta compuesta por la unidad de control y la unidad aritmético-lógica, las cuales se apoyan en los registros. En las computadoras modernas, la unidad de procesamiento es el microprocesador

Modelo de Von Neumann con las partes que lo conforman

Modelo de Von Neumann con las partes que lo conforman, en este caso se muestra el microprocesador, que es la unidad de procesamiento, la cual a su vez esta conformada por la unidad de control y unidad aritmético-lógica, las cuales son ayudadas por los registros

Todas estas etapas se unterconectan a traves de canales de comunicación, que son los buses del computador, los cuales son:

• Bus de datos: permite el intercambio de datos (ya sean instrucciones o datos) con el resto de elementos de la arquitectura. Es decir, mediante el bus de datos la unidad de control recibe las instrucciones y la ALU los datos desde la memoria, al igual que también los envían por este medio.
• Bus de instrucciones: transmite las direcciones de memoria que van a ser usadas desde la CPU, para poder seleccionar los datos que serán usados.
• Bus de control: es el que transporta las ordenes generadas por la CPU para controlar los diversos procesos de la máquina.

Un ordenador con esta arquitectura realiza los siguientes pasos secuencialmente:

• Se enciende el computador 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.
• Vuelve a comenzar.

El modelo o arquitectura de Von Neumann, tiene algunas desventajas. Una de estas es el llamado cuello de bitella de Von Neuman, que se origina debido a que solo hay un único bus para la que la unidad de procesamiento pueda acceder a la memoria, la tasa de transferencia de datos es menor que la tasa en la que la unidad de procesamiento puede trabajar. Esto limita seriamente la velocidad de procesamiento efectivo cuando se requiere para realizar el procesamiento para una gran cantidad de datos. La unidad de procesamiento es forzada continuamente a esperar hasta que los datos necesarios sean transferidos desde o hacia la memoria. Para solucionar este problema, se coloca una memoria caché, es decir de acceso rapido, enlre la unidad de procesamiento y la memoria, o teniendo memorias caché separadas o un camino de acceso separado para los datos y las instrucciones.

El modelo o arquitectura de Von Neumann, tiene algunas desventajas. Una de estas es el llamado cuello de botella de Von Neuman, que se origina debido a que solo hay un único bus para la que la unidad de procesamiento pueda acceder a la memoria, la tasa de transferencia de datos es menor que la tasa en la que la unidad de procesamiento puede trabajar. Esto limita seriamente la velocidad de procesamiento efectivo cuando se requiere para realizar el procesamiento para una gran cantidad de datos. La unidad de procesamiento es forzada continuamente a esperar hasta que los datos necesarios sean transferidos desde o hacia la memoria. Para solucionar este problema, se coloca una memoria caché, es decir de acceso rápido, entre la unidad de procesamiento y la memoria, o teniendo memorias caché separadas o un camino de acceso separado para los datos y las instrucciones.

Otro problema que ocurre es con respecto a las modificaciones de programas usados en la computadora que pueden ser muy perjudiciales ya sea por accidente, por otros programas  o por errores de diseño. En algunos diseños simples de computadora, un programa que no funcione correctamente puede dañarse, dañar a otros programas, o inclusive al sistema operativo, lo que puede dar lugar a un fallo grave en la computadora. Para esto, la protección de memoria y de otras formas de control de acceso pueden proteger tanto de modificaciones accidentales como las causadas por programas maliciosos como virus y malwares.

El modelo o arquitectura de Von Neumann  es el que se basan la mayoría de las computadoras modernas.

El modelo de Von Neumann sirve de base para las computadoras modernas

Bueno es todo, si tienen alguna duda o sugerencia, pueden plantearlas en un comentario. Hasta la próxima.