Biografía 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.
En 1943, el ejército estadounidense reclamó su participación en el Proyecto Manhattan para la fabricación de las primeras bombas atómicas; a partir de entonces, Von Neumann colaboró permanentemente con los militares, y sus convicciones anticomunistas propiciaron que interviniera luego activamente en la fabricación de la bomba de hidrógeno y en el desarrollo de los misiles balísticos.
Entre 1944 y 1946 colaboró en la elaboración de un informe para el ejército sobre las posibilidades que ofrecía el desarrollo de las primeras computadoras electrónicas; de su contribución a dicho desarrollo destaca la concepción de una memoria que actuase secuencialmente y no sólo registrara los datos numéricos de un problema sino que además almacenase un programa con las instrucciones para la resolución del mismo.
Arquitectura Von Neumann
Origen
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 Turingen 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
Los ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes: La unidad aritmético-lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos qe proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.
Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:
1. 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.
2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.
3. Decodifica 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.
Unidad de memoria (UM)
Unidad central del proceso (CPU) o microprodesador
Unidad de Entradas/Salida (UE/S)
Buses del sistema
Arquitectura
Esta arquitectura consta de las siguientes partes:
Unidad de memoria (UM)
Es la encargada de almacenar la información. Esta arquitectura se
caracteriza por utilizar dicha unidad tanto para almacenar la
información como para programas. Aquí surge el concepto de programa
almacenado. De esta manera, un ordenador puede utilizarse para varios
cometidos sin necesidad de reprogramarlo.
Niveles de jerarquía de memoria
Antes de hablar de la unidad de memoria conviene indicar que la memoria
en un ordenador se organiza en varios niveles en función de su
velocidad. Esta distribución se denomina jerarquía de memoria y
optimiza el uso de esta ya que la información de ubica en un
determinado nivel según su probabilidad de ser utilizada: a mayor
probabilidad, menor nivel.
Los niveles están diseñados de forma que las memorias más rápidas se
sitúan en los niveles más bajos. Existe una relación entre la velocidad
de una memoria y su capacidad y coste: a mayor velocidad, mayor coste y
menor capacidad.
Los niveles de jerarquía son:
- Auxiliar: esta memoria se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraíbles o en red
- Secundaria: también llamada memoria de disco. Se utiliza para almacenar información de forma permanente, por lo que es de alta capacidad
- Principal: conocida también como memoria RAM. Es el bloque que constituye realmente la UM. Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.
- Caché: memoria intermedia entre la UM y la CPU utilizada como apoyo para acelerar los accesos de la CPU y la UM. La caché, en realidad, está dispuesta en varios niveles (L1, L2, L3, L4) siendo la L1 la más rápida y de menor capacidad, y la L4 la más lenta y de mayor capacidad. En función de la frecuencia de uso, la información se va moviendo entre los diferentes niveles de la caché antes de abandonarla.
- Registros: son memorias de alta velocidad y baja capacidad utilizadas para el almacenamiento intermedio de datos en las unidades funcionales, especialmente en la UC y la UAL.
Los niveles 0,1 y 2 constituyen lo que se conoce como la memoria interna del equipo. El resto de niveles conforman la memoria eterna.
La unidad de memoria está compuesta por un elemento de memoria y dos registros auxiliares.
El elemento de memoria está compuesto a su vez por un conjunto de celdas, cada una de las cuales tiene capacidad para 1byte
Los registros auxiliares son:
- Un registro de direcciones (RD), utilizado para almacenar de forma temporal la dirección de memoria de un dato o instrucción. También enlaza el bus de direcciones con la memoria de forma unidireccional: desde el bus hacia la memoria.
- Un registro de datos (RM), que almacena temporalmente cualquier dato o instrucción que se intercambie con la memoria. También se encarga de enlazar el bus de datos con la memoria de forma bidireccional: desde el bus a la memoria y viceversa.
Sobre la memoria se pueden almacenar dos tipos de operaciones:
- Lectura (L): se accede a la información que contiene.
- Escritura (E): se introduce información en la memoria
Definición
Es el circuito integrado constituido por millones de componentes
electrónicos. Se encarga de interpretar las instrucciones contenidas en
los programas y procesa los datos. Constituida por:
- Unidad de control (UC): su objetivo es gestionar y coordinar todas las unidades funcionales para obtener el fin deseado. Gran parte de la complejidad de un ordenador reside en el diseño de esta unidad ya que, dependiendo de cómo funcione, así será el rendimiento del equipo. Está compuesta por: Circuito de control (genera las señales de control necesarias para gobernar el ordenador. Sus partes principales son: decodificador y secuenciador), reloj (es un circuito que genera pulsos, los cuales marcan la temporización básica del sistema) y registros (son utilizados por el circuito de control para labores auxiliares diversas).
- Unidad Aritmético-Lógica (UAL): tiene como cometido realizar las operaciones necesarias para procesar la información. Es el verdadero núcleo de cálculo del ordenador. Su elemento principal es el operador, el cual es un componente electrónico cuya misión es realizar un cálculo. Sus operadores se pueden clasificar según: Su ámbito: en genéricos (pueden realizar diferentes operaciones) o específicos (sólo pueden realizar un tipo de operación). Según el número de operandos: en monádicos (sólo una entrada, por ejemplo, el navegador), diádicos (dos entradas, por ejemplo, el operador suma) o triádicos (tres entradas, por ejemplo, en condicional). Según su capacidad de operador: en serie (reciben la información en una secuencia de bits y los prosean uno a uno hasta terminar toda la ristra) o en paralelo (recepcionan la información en bloques de bits, que procesan de forma simultánea). Toda la información que llega a ella se coloca en registros, que se utilizan como origen o destino de los datos que manejan los operadores de la UAL.
- Su propia memoria integrada que no es la RAM
Unidad de Entradas/Salida (UE/S)
Definición
Su
misión es realizar las operaciones de introducción y extracción de
información en el ordenador. Es el bloque que le da realmente sentido a
la unidad de un ordenador, ya que le permite al usuario introducir
información en él y al ordenador mostrarle la información al usuario.
Definición
Componentes
- Periféricos de entrada: con ellos, el usuario introduce la información en el ordenador
- Periféricos de salida: son utilizados por el ordenador para mostrar la información del usuario.
- Periféricos de entrada/salida: pueden actuar en los dos sentidos del flujo de la información, tanto para introducir datos como para mostrarlos
Partes
- Interfaz: se encarga de gestionar el intercambio de información entre el periférico y la CPU. Adapta la información específica de cada dispositivo a un conjunto de señales normalizadas de forma que actúa como interlocutor del periférico y la máquina.
- Controlador: su misión es gestionar directamente el periférico. Es un sistema electrónico o mecánico que suele ir integrado en el propio periférico, por lo que podemos deducir que es específico de este.
Definición
Todas estas unidades se comunican entre
sí a través de unos canales llamados buses. Los buses pueden ser de
diferentes tipos, en función de lo que circule por ellos:
- Bus de datos (BD): transfiere datos entre los elementos del ordenador
- Bus de direcciones (BA): tranfiere direcciones entre la UC y UM
- Bus de control (BC): emite las señales de control que gobiernan el funcionamiento de las unidades
No hay comentarios:
Publicar un comentario