La arquitectura Von Neumann

La arquitectura Von Neumann, también conocida como modelo de Von Neumann o arquitectura Princeton, es una arquitectura de las computadoras basada en la descrita en 1945 por el matemático y físico John von Neumann y otros, en el primer borrador de un informe sobre el EDVAC.

Una máquina Von Neumann, al igual que prácticamente todos los computadores modernos de uso general, consta de cuatro componentes principales:

Dispositivo de operación (DO), que ejecuta instrucciones de un conjunto especificado, llamado sistema (conjunto) de instrucciones, sobre porciones de información almacenada, separada de la memoria del dispositivo operativo (aunque en la arquitectura moderna el dispositivo operativo consume más memoria -generalmente del bancos de registros-), en la que los operando son almacenados directamente en el proceso de cálculo, en un tiempo relativamente corto

Unidad de control (UC), que organiza la implementación consistente de algoritmos de decodificación de instrucciones que provienen de la memoria del dispositivo, responde a situaciones de emergencia y realiza funciones de dirección general de todos los nodos de computación. Por lo general, el DO y la UC conforman una estructura llamada CPU. Cabe señalar que el requisito es consistente, el orden de la memoria (el orden del cambio de dirección en el contador de programa) es fundamental a la hora de la ejecución de la instrucción. Por lo general, la arquitectura que no se adhiere a este principio no se considera von Neumann

Memoria del dispositivo — un conjunto de celdas con identificadores únicos (direcciones), que contienen instrucciones y datos.

Dispositivo de E/S (DES), que permite la comunicación con el mundo exterior de los computadores, son otros dispositivos que reciben los resultados y que le transmiten la información al computador para su procesamiento.

Primeras computadoras basadas en arquitectura von Neumann

La primera saga se basaba en un diseño que fue utilizado por muchas universidades y empresas para construir sus computadoras.12 Entre estas, solo ILLIAC y ORDVAC tenían un conjunto de instrucciones compatible.

1. Máquina Experimental de Pequeña Escala de Mánchester (SSEM) apodada "Baby" (Universidad de Mánchester, Inglaterra) hizo su primera ejecución exitosa de un programa almacenado el 21 de junio de 1948.
2. EDSAC (Universidad de Cambridge, Inglaterra) fue el primer computador electrónico práctico de programa almacenado (mayo de 1949)
3. Manchester Mark I (Universidad de Mánchester, Inglaterra   Desarrollado a partir de la SSEM (junio de 1949)

CSIRAC (Consejo de Investigación Científica e Industrial) Australia (noviembre de 1949)

Cuello de botella de von Neumann (von Neumann bottleneck)

El canal de transmisión de los datos compartido entre CPU y memoria genera un cuello de botella de Von Neumann, un rendimiento limitado (tasa de transferencia de datos) entre la CPU y la memoria en comparación con la cantidad de memoria. En la mayoría de computadoras modernas, la velocidad de comunicación entre la memoria y la CPU es más baja que la velocidad a la que puede trabajar esta última, reduciendo el rendimiento del procesador y limitando seriamente la velocidad de proceso eficaz, sobre todo cuando se necesitan procesar grandes cantidades de datos. La CPU se ve forzada a esperar continuamente a que lleguen los datos necesarios desde o hacia la memoria. Puesto a que la velocidad de procesamiento y la cantidad de memoria han aumentado mucho más rápidamente que el rendimiento de transferencia entre ellos, el cuello de botella ha vuelto más que un problema, un problema cuya gravedad aumenta con cada nueva generación de CPU.

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