Sistemas microprogramable y arquitectura Harvard y Von Neumann
Historia de La Arquitectura Von Neumann
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7/23/2019 Historia de La Arquitectura Von Neumann
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Historia de la Arquitectura von NeumannLa arquitectura Von Neumann, tambin conocida como modelo de Von Neumann o
arquitectura Princeton, es una arquitectura de computadoras basada en la descrita en 1945
por el matemtico y fsico o!n "on Neumann y otros, en el primer borrador de un informe
sobre el #$V%&'1 #ste describe una arquitectura de dise(o para un computador di)ital
electr*nico con partes que constan de una unidad de procesamiento que contiene una
unidad aritmtico l*)ica y re)istros del procesador, una unidad de control que contiene unre)istro de instrucciones y un contador de pro)rama, una memoria para almacenar tanto
datos como instrucciones, almacenamiento masi"o e+terno, y mecanismos de entrada y
salida'1 #l si)nificado !a e"olucionado !asta ser cualquier computador de pro)rama
almacenado en el cual no pueden ocurrir una e+tracci*n de instrucci*n y una operaci*n de
datos al mismo tiempo, ya que comparten un bus en com-n' #sto se conoce como el cuello
de botella Von Neumann y muc!as "eces limita el rendimiento del sistema'.
#l dise(o de una arquitectura Von Neumann es ms simple que la arquitectura
/ar"ard ms moderna, que tambin es un sistema de pro)rama almacenado, pero tiene un
con0unto dedicado de direcciones y buses de datos para leer datos desde memoria y escribir
datos en la misma, y otro con0unto de direcciones y buses de datos para ir a buscar
instrucciones'
n computador di)ital de pro)rama almacenado es una que mantiene sus
instrucciones de pro)rama, as como sus datos, en memoria de acceso aleatorio 23% de
lectura6escritura' Las computadoras de pro)rama almacenado representaron un a"ance
sobre los ordenadores controlados por pro)ramas de la dcada de 1947, como la &olossus y
la #N8%&, que fueron pro)ramadas por a0ustando interruptores e insertando parc!es,
conduciendo datos de la ruta y para controlar las se(ales entre las distintas unidades
funcionales' #n la )ran mayora de las computadoras modernas, se utilia la misma memoria
tanto para datos como para instrucciones de pro)rama, y la distinci*n entre Von Neumann"s' /ar"ard se aplica a la arquitectura de memoria cac!, pero no a la memoria principal'
Las primeras mquinas de computaci*n tenan pro)ramas fi0os' %l)unos equipos muy
simples si)uen utiliando este dise(o, ya sea por moti"os de simplificaci*n o de formaci*n'
Por e0emplo, una calculadora de escritorio es 2en principio una computadora de pro)rama
fi0o' #n ella, se pueden !acer matemticas bsicas, pero no puede ser utiliada como
procesador de te+to o consola de 0ue)os' &ambiar el pro)rama de una mquina de pro)rama
fi0o requiere re cablear, reestructurar, o re dise(ar la mquina' Las primeras computadoras no
eran tanto :pro)ramadas: ya que fueron :dise(adas:' ;olo se :repro)ramaba: cuando era
absolutamente posible, siendo un proceso laborioso, que comenaba con dia)ramas de flu0o
y notas de papel, se)uido de dise(os de in)eniera detallada, y lue)o en muc!as "ecesarduo el proceso de recablear fsicamente y reconstruir la mquina' Podra tomar !asta tres
semanas establecer un pro)rama de #N8%& y conse)uir que funcione'
#sta situaci*n cambi* con la propuesta de la computadora con pro)rama almacenado'
na computadora de pro)rama almacenado incluye, por dise(o, un con0unto de instrucciones
y puede almacenar en la memoria un con0unto de instrucciones 2un pro)rama que detalla la
computaci*n'
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n dise(o de pro)rama almacenado tambin permite un c*di)o mutante' na primera
moti"aci*n para una instalaci*n de este tipo fue la necesidad de que un pro)rama incremente
o modifique de otro modo la porci*n de direcci*n de instrucciones, lo cual, en los primeros
dise(os, tena que !acerse manualmente' #sto lle)* a ser menos importante cuando los
re)istros ndice y modos de direccionamiento se con"irtieron en caractersticas !abituales de
la arquitectura de la mquina' it>L? o los sombreadores de p+eles y
"rtices en los )rficos .$ modernos, se consideraron ineficaces al funcionar sin necesidad
de !ard@are personaliado' #stas operaciones podran acelerarse en los procesadores deprop*sito )eneral con tecnolo)a de :compilaci*n mosca: 2:compilaci*n en tiempo de
e0ecuci*n:, por e0emplo, pro)ramas de c*di)o )eneradoA una forma de c*di)o auto6
modificable que !a mantenido popularidad'
/ay al)unas des"enta0as para el dise(o de Von Neumann' %parte del cuello de botella
de Von Neumann descripto a continuaci*n, las modificaciones del pro)rama pueden ser muy
per0udiciales, ya sea por accidente o por dise(o' #n al)unos dise(os simples de
computadora con pro)rama almacenado, un pro)rama que no funcione correctamente puede
da(arse, da(ar a otros pro)ramas, o inclusi"e al sistema operati"o, lo que puede dar lu)ar a
un desplome o cras! de la computadora' Normalmente, la protecci*n de memoria y otras
formas de control de acceso pueden prote)er tanto de modificaciones accidentales como de
pro)ramas maliciosos'
Defnicin FormalLas computadoras son mquinas de arquitectura "on Neumann cuandoB
1' ?anto los pro)ramas como los datos se almacenan en una memoria en com-n' #sto
!ace posible la e0ecuci*n de comandos de la misma forma que los datos'' &ada celda de memoria de la mquina se identifica con un n-mero -nico, llamado
direcci*n'.' Las diferentes partes de la informaci*n 2los comandos y los datos tienen diferente
modos de uso, pero la estructura no se representa en memoria de manera codificada'4' &ada pro)rama se e0ecuta de forma secuencial que, en el caso de que no !aya
instrucciones especiales, comiena con la primera instrucci*n' Para cambiar esta
secuencia se utilia el comando de control de transferencia'
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Estructura Clsica de las Mquinas von Neumannna mquina Von Neumann, al i)ual que prcticamente todos los computadores modernos
de uso )eneral, consta de cuatro componentes principalesB
1' $ispositi"o de operaci*n 2$