Modelo De Von Neuman

John Von Neumann

John von Neumann Lucas (se pronuncia «fon noiman»), (Lucas Neumann János Lajos) (28 de diciembre de 1903 - 8 de febrero de 1957) fue un matemático húngaro-estadounidense, de ascendencia judía, que realizó contribuciones importantes en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, informática, economía, análisis numérico, hidrodinámica (de explosiones), estadística y muchos otros campos de la matemática. Recibió su doctorado en matemáticas de la Universidad de Budapest a los 23 años.

Es considerado el padre de la teoría de juegos y publicó el clásico libro Theory of games and economic behavior ('Teoría de juegos y comportamiento económico'), junto a Oskar Morgenstern, en 1944. También concibió el concepto de "MAD" (Mutually Assured Destruction o 'destrucción mutua asegurada'), concepto que dominó la estrategia nuclear estadounidense durante los tiempos de posguerra.

Fue pionero de la computadora digital moderna y de la aplicación de la teoría de operadores a la mecánica cuántica. Trabajó con Eckert y Mauchly en la Universidad de Pennsylvania, donde publicó un artículo acerca del almacenamiento de programas.

El concepto de programa almacenado permitió la lectura de un programa dentro de la memoria de la computadora, y después la ejecución de las instrucciones del mismo sin tener que volverlas a escribir.

La primera computadora en usar el citado concepto fue la llamada EDVAC (Electronic Discrete-Variable Automatic Computer, es decir 'computadora automática electrónica de variable discreta'), desarrollada por Von Neumann,

Eckert y Mauchly. Los programas almacenados dieron a las computadoras flexibilidad y confiabilidad, haciéndolas más rápidas y menos sujetas a errores que los programas mecánicos.

Otra de sus inquietudes fue la capacidad de las máquinas de autorreplicarse, lo que le llevó al concepto de lo que ahora llamamos máquinas de Von Neumann o autómatas celulares.

EL MODELO DE VON NEUMANN

Esquema del modelo de Von Neumann

La máquina de Von Neumann tenía 5 partes básicas: La memoria, la unidad Aritmética lógica, la unidad de control del programa y los equipos de entrada y salida. La memoria constaba de 4096 palabras, cada una con 40 bits (0 o 1).

Cada palabra podía contener 2 instrucciones de 20 bits o un número entero de 39 bits y su signo. Las instrucciones tenían 8 bits dedicados a señalar el tiempo de la misma y 12 bits para especificar alguna de las 4096 palabras de la memoria.

Dentro de la unidad aritmética - lógica, el antecedente directo actual CPU (Unidad central de Proceso), había un registro interno especial de 40 bits llamado en acumulador. Una instrucción típica era sumar una palabra de la memoria al acumulador o almacenar éste en la memoria.

La máquina no manejaba la aritmética de punto flotante, porque Von Neumann pensaba que cualquier matemático competente debería ser capaz de llevar la cuenta del punto decimal (en este caso del punto binario), mentalmente.

Un elemento importante del hardware de la PC es la unidad del sistema, que contiene una tarjeta de sistema, fuente de poder y ranuras de expansión para tarjetas opcionales. Los elementos de la tarjeta de sistema son un microprocesador, memoria de solo lectura (ROM) y memoria de acceso aleatorio (RAM).

El cerebro de la PC y compatibles es un microprocesador basado en la familia 8086 de Intel, que realiza todo el procesamiento de datos e instrucciones. Los procesadores varían en velocidad y capacidad de memoria, registros y bus de datos. Un bus de datos transfiere datos entre el procesador, la memoria y los dispositivos externos.

Aunque existen muchos tipos de computadoras digitales según se tenga en cuenta su tamaño, velocidad de proceso, complejidad de diseño físico, etc., los principios fundamentales básicos de funcionamiento son esencialmente los mismos en todos ellos.

Se puede decir que una computadora está formada por tres partes fundamentales, aunque una de ellas es subdividida en dos partes no menos importantes. En la figura 1.2 se muestran dichas partes, llamadas genéricamente unidades funcionales debido a que, desde el punto de vista del funcionamiento, son independientes.

Unidades Funcionales de la computadora

El nombre de cada parte nos indica la función que realiza. Así, la Unidad Central de Proceso (CPU) es la que coordina el funcionamiento conjunto de las demás unidades y realiza los cálculos necesarios; por eso la podemos subdividir en una Unidad de Control (UC) y en una unidad de cálculo o Unidad Aritmético-Lógica (UAL).

La unidad de Memoria Principal (MP) se encarga de almacenar las instrucciones que realizará la Unidad de Control al ejecutar un programa y los datos que serán procesados. La Unidad de Entradas y Salidas será la encargada de la comunicación con el exterior a través de los periféricos. Estos periféricos pueden ser: de entrada, como los teclados; de salida, como los tubos de rayos catódicos, y de entrada y salida, como los discos magnéticos.

Unidad de Memoria Principal

La memoria principal está formada por un conjunto de unidades llamadas palabras. Dentro de cada una de estas palabras se guarda la información que constituye una instrucción o parte de ella (puede darse el caso de que una sola instrucción necesite varia palabras), o un dato o parte de un dato (también un dato puede ocupar varias palabras).

A la cantidad de palabras que forman la MP se le denomina capacidad de memoria. De este modo, cuanto mayor sea el número de palabras mayor será el número de instrucciones y datos que podrá almacenar la computadora.

Una palabra está formada a su vez de unidades más elementales llamadas bits, del mismo modo que en el lenguaje natural una palabra está formada por letras. Cada bit solo puede guardar dos valores, el valor 0 o el valor 1; por eso se dice que son elementos binarios.

El número de bits que forman una palabra se llama longitud de palabra. Por regla general, las computadoras potentes tienen memorias con longitud de palabra grande, mientras que las computadoras pequeñas tienen memorias con longitud de palabra menor.

En la figura se muestra como se puede estar organizada una Memoria Principal.

Organización de una unidad de memoria

Ya se ha visto en las secciones precedentes como funcionan la CPU y la MP, pero puede

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