Modelo von Neumann

Modelo von Neumann

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Índice

JONH VON NEUMANN

ORIGEN

MODELO

¿COMO FUNCIONA LA ARQUITECTURA VON NEUMANN?

Jonh von Neumann

Matemático de origen húngaro, nacionalizado estadounidense

Autor de la primera teoría axiomática abstracta de los llamados –precisamente por él– espacios de Hilbert y de sus operadores

Se involucró en la construccion de la computadora ENIAC junto con John Presper Eckert y John W. Mauchly

Contribuyó enormemente al desarollo de las computadoras y posibilitó el desarollo de computadoras cuyos programas se almacenaran en memoria

Se interesó también por la robótica y en 1952 propuso dos modelos de máquinas autorreproductoras

Origen del modelo von Neumann

En 1945, después de la Segunda Guerra Mundial, dos científicos plantearon de forma autónoma cómo construir una computadora más maleable. Uno de ellos fue el matemático Alan Turing y John Von Neumann

Hasta ese momento, las computadoras en tiempo de guerra se “programaban” reconectando toda la máquina para poder llevar a cabo una tarea diferente.

Por ejemplo, la primera computadora llamada ENIAC tardaba tres semanas en reconectarse para hacer un cálculo diferente

El nuevo concepto consistía en que en una memoria no solo debían almacenarse los datos, sino que también el programa que procesaba esos datos debería estar almacenado en la misma memoria

MODELO

El fundamento principal del modelo de Von Neumann es el pensamiento que el programa esté guardado internamente en una máquina

Estructura

El modelo o arquitectura esta constituida por los siguientes elementos

CPU (Central Processing Unit) o Unidad Central de Procesamiento

• ALU (Arithmetic Logic Unit) o Unidad Aritmética lógica
• Los registros del procesador
• Una unidad de control

Sistema de entrada-salida

Memoria

Buses

CPU (Central Processing Unit) o Unidad Central de Procesamiento

Controla y coordina todas las operaciones del ordenador. Es el circuito digital que se encarga de ejecutar las instrucciones de un programa. Se le denomina también procesador.

esta constituida por...

Registros que almacenan los operandos participantes en las operaciones

Circuitos digitales que realizan las operaciones solicitadas por la Unidad de Control.

Registro acumulador que almacena el resultado

Registro de estado que proporciona información sobre el estado de la última operación. Después de realizar ciertas operaciones se toman decisiones en función del resultado y almacenar características del resultado en un solo bit sirve para ser más rápido al evaluar la condición

es la encargada de realizar las operaciones aritméticas (sumas, restas, multiplicaciones,…) y lógicas (NOT, AND, OR, XOR,…) que le ordene la Unidad de Control (UC)

ALU (Arithmetic Logic Unit) o Unidad Aritmética lógica

Esta compuesta por:

Circuitos digitales que realizan las operaciones solicitadas por la Unidad de Control.

Registros que almacenan los operandos participantes en las operaciones.

Registro acumulador que almacena el resultado

Los registros del procesador

El registro de direcciones de memoria contiene la ubicación de memoria de los datos a los que se debe acceder

son una pequeña memoria que almacena datos binarios y tiene un tiempo de acceso 5 a 10 veces menor que la memoria principa

El registro de datos de memoria contiene los datos que se transfieren a la memoria.

Consta de:

Unidad de control

Un reloj

Es la encargada de controlar la ejecución de las instrucciones en el orden indicado en el programa.

Un decodificador

Una serie de registros

Realiza la coordinación entre la ALU, la memoria principal y el resto de los componentes

Los registros se encargan de almacenar la información que utiliza la UC

El decodificador está compuesto por los circuitos encargados de determinar qué se debe hacer teniendo en cuenta el código de la instrucción a ejecutar y los valores del registro de estado

El reloj indica el momento en que se debe ejecutar cada paso de la ejecución de una instrucción

• Registro CP (Contador de Programa
• Registro RI (Registro de Instrucción)
• Registros de propósito general

MEMORIA

Memoria RAM

Está formada por circuitos electrónicos que almacenan valores binarios (bits) en cada celda de memoria

Play

Almacena la información que va a ser utilizada por la CPU: datos e instrucciones de los programas a ejecutar

Memoria ROM

Play

Es una memoria de acceso directo; permite acceder directamente a una posición sin la necesidad de acceder previamente al resto de posiciones.

Es volátil, es decir, si no recibe suministro eléctrico pierde su contenido

Permite leer y escribir sobre ella

Caracteristicas

Jerarquía de memoria

La memoria de un sistema informático se divide en varios niveles que van de mayor a menor

Registros internos del procesador, con un tiempo de acceso de menos de un nanosegundo (1ns=10-9 seg.) y pequeño tamaño de 128 bytes a 1 KByte

Memoria Caché. Es más rápida que la que se utiliza en los módulos de memoria principal. Está dividida en varios niveles dependiendo de la cercanía al procesado

Memoria principal. Tiene tiempos de acceso del orden de los 5 nanosegundos y de tamaños del orden de los GB

Memoria virtual: es una parte del disco duro que se utiliza cuando la memoria principal se queda pequeña para almacenar todos los datos que está usando el ordenador, para guardar parte de lo que debería estar almacenado en memoria principal

Este sistema genera las señales necesarias para transferir datos y códigos desde y hacia los periféricos

Entrada-salida

Bus

Se encargan de transferir información entre las distintas unidades funcionales del ordenador. Se pueden diferenciar 3 tipos de buses según el tipo de información que se transmite por ellos:

Bus de datos

Bus de control

Bus de direcciones

¿COMO FUNCIONA LA ARQUITECTURA VON NEUMANN?

Funciona usando cuatro simples pasos:

Buscar

Almacenar

Decodificar

Ejecutar

VENTAJAS DEL MODELO VON NEUMANN

La organización de la memoria es realizada por los programadores, lo que permite utilizar toda la capacidad de la memoria

Los datos de los dispositivos de entrada/salida y de la memoria principal se recuperan de la misma manera

La organización de la memoria es realizada por los programadores, lo que permite utilizar toda la capacidad de la memoria

Manejar un solo bloque de memoria es más simple y fácil de lograr

Al compartir la memoria existe el riesgo que se escriba una instrucción sobre otra debido a un error en el programa, haciendo que se bloquee el sistema

Algunos programas con defectos no pueden liberar la memoria cuando terminan con ella

Los datos y las instrucciones comparten el mismo bus de datos, aunque la velocidad a la que cada uno se debe recuperar suele ser muy diferente.

No se permite la implementación paralela del programa

Desventajas

¡Gracias!

La unidad lógica aritmética ejecuta las instrucciones y envía el resultado de nuevo a la memoria caché.

Una vez que el contador del programa indica detenerse, se descarga el resultado final a la memoria principal

En este paso se obtienen las instrucciones desde la RAM y se las coloca en la memoria caché para que la unidad de control acceda a ellas.

La unidad de control decodifica las instrucciones de tal manera que la unidad aritmética lógica pueda comprenderlas, y luego las envía a la unidad aritmética lógica