Modelos De Vonnneuman

Modelo de Von Neumann

El Modelo de Von Neumann propone que tanto el programa como los datos sean almacenados en la memoria, de esta forma la computadora no tiene que reconstruirse, pues para programarla únicamente debe introducirse el programa por el dispositivo indicado y posteriormente alimentarla con los datos de entrada para que calcule la salida correspondiente.

Los elementos que componen esta arquitectura son: la unidad central de procesamiento integrada por la unidad aritmética-lógica y la unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada/salida. A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los elementos que integran el Modelo de Von Neumann.

Elementos del modelo de Von Neumann

Unidad Central de Procesamiento

La Unidad Central de Procesamiento (CPU, Central Process Unit) controla y coordina la ejecución de las instrucciones, para ello utiliza la Unidad Aritmético-Lógica encargada del procesamiento de los datos y la Unidad de Control para el procesamiento de las instrucciones.

Unidad Central de Procesamiento

Unidad Aritmético-Lógica (ALU, Arithmetic Logic Unit), realiza todas las operaciones aritméticas (suma y resta) y lógicas (operaciones del Álgebra de Boole). Además de los circuitos que le permiten realizar dichas operaciones, la ALU incluye un elemento auxiliar donde se almacenan temporalmente los datos que manipula, conocido como Acumulador o Registro Temporal (TR, Temporal Register).

Unidad de Control (CU, Control Unit), se encarga de leer las instrucciones almacenadas en memoria, decodificarlas y después enviar las señales a los componentes que están involucrados en su ejecución, para lo cual tiene dos elementos auxiliares el Contador del Programa (PC, Program Counter) y el Registro de Instrucción (IR, Instruction Register). En el IR se guarda temporalmente la instrucción que debe ser ejecutada, mientras que en el PC se almacena la dirección de memoria que contiene la siguiente instrucción que se ejecutará.

Memoria Principal

La memoria principal es la parte de la computadora donde se almacenan los datos y las instrucciones durante la ejecución de un programa. Físicamente está compuesta por circuitos integrados. Las computadoras actuales cuentan con un área de memoria de sólo lectura – a la que se le conoce como memoria de tipo ROM (Read Only Memory) –y otraen la cual es posible escribir y leer datos – denominada de tipo RAM (Random Access Memory). Ésta tiene el inconveniente de ser volátil pues al apagarse la computadora los datos almacenados se pierden.

Para resolver este inconveniente, se cuenta con otro tipo de memoria, denominada memoria secundaria, en ella se puede almacenar una gran cantidad de información permanentemente, mientras el usuario no la borre. La desventaja de este tipo de dispositivos es que no son tan rápidos como la memoria RAM. Los discos duros, los discos ópticos (CD o DVD), la memoria flash (USB) y las cintas magnéticas, entre otras, son ejemplos de dispositivos de almacenamiento secundario.

Dispositivos de entrada y salida

Los dispositivos de entrada y salida (Input/Output) son responsables de la comunicación con el usuario del sistema. Los dispositivos de entrada permiten introducir en la computadora datos e instrucciones, mismas que son transformadas en señales binarias de naturaleza eléctrica para almacenarlas en la memoria. Por otro lado, los dispositivos de salida permiten enviar los resultados a los usuarios de las computadoras, transformando las señales eléctricas binarias en información que éstos puedan comprender. El teclado está considerado como el dispositivo de entrada estándar pero existen otros del mismo tipo, por ejemplo: el ratón, el escáner, la lectora óptica, el micrófono o la tabla digital. A su vez, el monitor es el dispositivo de salida estándar; otros ejemplos de dispositivos de salida son: impresora, bocinas, plotter, etc.

Es así que todas las unidades de la computadora se comunican a través del sistema de buses que son cables mediante los cuales se envían señales y dependiendo de la información que transmiten se clasifican en:

El bus de direcciones transmite la dirección de memoria de la que se quiere leer o en la que se quiere escribir.

El bus de control selecciona la operación a realizar en una celda de memoria (lectura o escritura).

El bus de datos transmite el contenido desde o hacia una celda de memoria seleccionada en el bus de direcciones según la operación elegida en el bus de control sea lectura o escritura

Ahora ya sabemos cómo está estructurada internamente la computadora, qué elementos la integran y cuál es la función de cada uno de ellos; el siguiente paso es descubrir cómo colaboran para llevar a cabo la ejecución de un programa, enseguida lo explicamos:

Los datos de entrada que requiere un programa se introducen a la computadora, a través de los dispositivos de entrada; posteriormente se almacenan en la memoria RAM, para que la CPU pueda procesarlos, conforme a las instrucciones del programa, hasta obtener el resultado deseado, mismo que envía al usuario por medio de los dispositivos de salida. Todas estas acciones son coordinadas por la unidad de control que envía las señales y datos a cada uno de los dispositivos de la computadora involucrados en la ejecución de las instrucciones del programa a través del sistema de buses. En la siguiente sección se describe con mayor detalle este proceso

1.2.2. Ejecución de programas en la computadora

Para entender mejor lo que sucede en el interior de la CPU al ejecutar cualquier programa, a continuación se describen de manera general los pasos que se realizan una vez que el programa y los datos fueron almacenados en la memoria principal:

Al período en el que se ejecuta una instrucción se le conoce como ciclo de instrucción o ciclo fetch.

Con el fin de ilustrar este procedimiento, analizaremos la ejecución del siguiente programa escrito en un lenguaje de programación ficticio.

1.3. Lenguajes de Programación

Por otro lado, dependiendo de su legibilidad para el ser humano, los lenguajes de programación se clasifican en lenguajes de bajo nivel y lenguajes de alto nivel. Los primeros se caracterizan porque sus instrucciones se parecen más a las acciones elementales que ejecuta una computadora, como son: sumar, restar, guardar en memoria, etc. En cambio, las instrucciones de los lenguajes de alto nivel son más parecidas a un lenguaje humano, por lo regular inglés. Por otro lado, los programas escritos en bajo nivel describen a detalle lo que sucede a nivel de hardware, mientras que los programas

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