Modelo Von Neumann

Concepto:

La arquitectura de von Neumman es un diseño que usa una memoria para almacenar  instrucciones y datos. Éste tipo de máquina es la implementación de una máquina de Turing y la visión de una arquitectura secuencial en lugar de paralela.

Con este modelo (maquina Neumman) surge el concepto de programa almacenado, por el cual se les conoce a las computadoras de este tipo también.(1)

John von Neumann

(Budapest, 1903 - Washington, 1957) Matemático húngaro, nacionalizado estadounidense. Nacido en el seno de una familia de banqueros judíos, dio muestras desde niño de unas extraordinarias dotes para las matemáticas. En 1921 se matriculó en la Universidad de Budapest, donde se doctoró en matemáticas cinco años después, aunque pasó la mayor parte de ese tiempo en otros centros académicos. En la Universidad de Berlín asistió a los cursos de Albert Einstein. Estudió también en la Escuela Técnica Superior de Zurich, donde en 1925 se graduó en ingeniería química, y frecuentó así mismo la Universidad de Gotinga.

Allí conoció al matemático David Hilbert -cuya obra ejerció sobre él considerable influencia- y contribuyó de manera importante al desarrollo de lo que Hilbert llamó la teoría de la demostración y aportó diversas mejoras a la fundamentación de la teoría de conjuntos elaborada por E. Zermelo. En Gotinga asistió también al nacimiento de la teoría cuántica de Werner Heisenberg y se interesó por la aplicación del programa formalista de Hilbert a la formulación matemática de esa nueva rama de la física.

 

Ello le llevó a convertirse en el autor de la primera teoría axiomática abstracta de los llamados -precisamente por él- espacios de Hilbert y de sus operadores, que a partir de 1923 habían empezado a demostrar su condición de instrumento matemático por excelencia de la mecánica cuántica; la estructura lógica interna de esta última se puso de manifiesto merced a los trabajos de Von Neumann, quien contribuyó a proporcionarle una base rigurosa para su exposición.

Se interesó también por la robótica y en 1952 propuso dos modelos de máquinas autorreproductoras, uno de ellos con una modalidad de reproducción parecida a la de los cristales, mientras que el otro era más próximo a la forma en que se reproducen los animales. En 1955, tras solicitar la excedencia de Princeton, fue nombrado miembro de la Comisión de Energía Atómica del gobierno estadounidense; ese mismo año un cáncer en estado muy avanzado lo apartó de toda actividad hasta su muerte.

Se interesó también por la robótica y en 1952 propuso dos modelos de máquinas autorreproductoras, uno de ellos con una modalidad de reproducción parecida a la de los cristales, mientras que el otro era más próximo a la forma en que se reproducen los animales. En 1955, tras solicitar la excedencia de Princeton, fue nombrado miembro de la Comisión de Energía Atómica del gobierno estadounidense; ese mismo año un cáncer en estado muy avanzado lo apartó de toda actividad hasta su muerte. (2)

La arquitectura Von Neumann

El modelo de ordenador más difundido es el conocido como “modelo Von Neumann”, pues fue dicho matemático quien en 1945 postuló el esquema que siguen hoy en día la mayor parte de los ordenadores (con modificaciones y evolucionado). El modelo es una evolución de máquina analítica propuesta por Charles Babbage en 1834, donde los programas se introducían cableando “manualmente” las conexiones entre las distintas partes del ordenador, ofreciendo muy poca flexibilidad.

La idea de Von Neumann consiste en conectar permanentemente las unidades de la computadora, de modo que todo el ordenador está coordinado por un control central. Para evitar tener que cablear las unidades cada vez que se quería ejecutar un nuevo programa, se ideó un método donde tanto las instrucciones que forman los programas como los datos que utilizan éstos se almacenan en una memoria. (3)

 

Organización De Los Ordenadores La Arquitectura De Von Neumann

Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de las siguientes partes: La unidad aritmético-lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.

  

1) Unidad Aritmético Lógica (ALU): Es aquella formada por los circuitos electrónicos digitales dedicados a la realización de las operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (como igual a, menor que, mayor que, etc.), entre dos números, que exigen las instrucciones, bajo la supervisión de la Unidad de Control.

2) La Unidad de Control (UC): Es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la Unidad de proceso y el bus de entrada/salida. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso

3) La Memoria (también llamada almacenamiento): Se refiere a los componentes de una computadora, dispositivos y medios de almacenamiento que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan unas de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en inglés, central processing unit), implementa lo fundamental del modelo de computadora de Von Neumann, usado desde los años 1940.

4) Dispositivo de Entrada/Salida: Se denominan periféricos a los aparatos o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la unidad central de procesamiento de una computadora. Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU.

5) El Bus: Es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de un ordenador o entre ordenadores. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistencias y condensadores además de circuitos integrados. En los primeros computadores electrónicos, todos los buses eran de tipo paralelo, de manera que la comunicación entre las partes de computador se hacía por medio de cintas o muchas pistas en el circuito impreso, en los cuales cada conductor tiene una función fija y la conexión es sencilla requiriendo únicamente puertos de entrada y de salida para cada dispositivo.

 

Modelo de Von Neumann

El modelo de Von Neumann sigue los siguientes pasos

1) Obtiene la siguiente instrucción desde la 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 a la siguiente.

3) Descodifica 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. 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.

5) Vuelve al paso N° 1.  (4)

¿SABÍAS QUE…?

Los primeros ordenadores que se construyeron tenían unas dimensiones enormes (podían ocupar más de una sala).

Por ejemplo, el ordenador ENIAC (construido en 1946) ocupaba 167 m2 y consumía tanta energía que cuando se encendía la ciudad donde estaba ubicada sufría apagones.

Bibliografía:

1)   MIA,José Rafael Rojano Cáceres “Modelo de von Neumann”

2) http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/neumann.htm Biografías y Vidas, 2004-2016

3)  Operaciones Auxiliares con Tecnologías de la Información y la            Comunicación, P.C.P.I. "Auxiliar de Informática"

4) https://ucveecahistoriadelcomputadorequipo1.wikispaces.com/2.+Modelo+De+Von+Neuman, UCVEECA, Historia Del Computador-Equipo1