Von-Neumann propuso su diseño de arquitectura informática en 1945, que más tarde se conoció como Arquitectura Von-Neumann. Constaba de una Unidad de Control, Unidad de Memoria Aritmética y Lógica (ALU), Registros y Entradas/Salidas.
La arquitectura de Von Neumann se basa en el concepto de computadora de programa almacenado, donde los datos de instrucción y los datos del programa se almacenan en la misma memoria. Este diseño todavía se utiliza en la mayoría de las computadoras que se fabrican en la actualidad.
Una computadora basada en Von Neumann:
- Utiliza un solo procesador
- Utiliza una memoria tanto para instrucciones como para datos.
- Ejecuta programas siguiendo el ciclo buscar-decodificar-ejecutar.
Componentes del modelo de Von-Neumann:
- Unidad Central de procesamiento
- Autobuses
- Unidad de memoria
Unidad Central de procesamiento
La parte de la computadora que realiza la mayor parte de las operaciones de procesamiento de datos se llama Unidad Central de Procesamiento y se conoce como CPU.
La Unidad Central de Procesamiento también se puede definir como un circuito eléctrico encargado de ejecutar las instrucciones de un programa informático.
La CPU realiza una variedad de funciones dictadas por el tipo de instrucciones incorporadas en la computadora.
Los componentes principales de la CPU son la Unidad Aritmética y Lógica (ALU), la Unidad de Control (CU) y una variedad de registros.
Unidad Aritmética y Lógica (ALU)
La Unidad Aritmética y Lógica (ALU) realiza las microoperaciones necesarias para ejecutar las instrucciones. En palabras simples, ALU permite realizar operaciones aritméticas (suma, resta, etc.) y lógicas (Y, O, NO, etc.).
Unidad de control
La Unidad de Control de un sistema informático controla las operaciones de componentes como ALU, memoria y dispositivos de entrada/salida.
La Unidad de Control consta de un contador de programa que contiene la dirección de las instrucciones que se van a recuperar y un registro de instrucciones en el que se recuperan las instrucciones de la memoria para su ejecución.
Registros
Los registros se refieren a áreas de almacenamiento de alta velocidad en la CPU. Los datos procesados por la CPU se obtienen de los registros.
A continuación se muestra la lista de registros que desempeñan un papel crucial en el procesamiento de datos.
| Registros | Descripción |
|---|---|
| MAR (Registro de direcciones de memoria) | Este registro contiene la ubicación de la memoria de los datos a los que se debe acceder. |
| MDR (Registro de datos de memoria) | Este registro contiene los datos que se transfieren hacia o desde la memoria. |
| CA (acumulador) | Este registro contiene los resultados intermedios de aritmética y lógica. |
| PC (Contador de programas) | Este registro contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. |
| CIR (Registro de Instrucción Actual) | Este registro contiene la instrucción actual durante el procesamiento. |
Autobuses
Los buses son el medio por el cual se comparte información entre los registros en un sistema de configuración de registros múltiples.
Una estructura de bus consta de un conjunto de líneas comunes, una para cada bit de un registro, a través de las cuales se transfiere información binaria de una en una. Las señales de control determinan qué registro selecciona el bus durante cada transferencia de registro particular.
La arquitectura Von-Neumann constaba de tres principales sistemas de bus para la transferencia de datos.
| Autobús | Descripción |
|---|---|
| Dirección Autobús | El bus de direcciones transporta la dirección de los datos (pero no los datos) entre el procesador y la memoria. |
| Bus de datos | El bus de datos transporta datos entre el procesador, la unidad de memoria y los dispositivos de entrada/salida. |
| Autobús de control | El bus de control transporta señales/comandos desde la CPU. |
Unidad de memoria
Una unidad de memoria es un conjunto de celdas de almacenamiento junto con los circuitos asociados necesarios para transferir información dentro y fuera del almacenamiento. La memoria almacena información binaria en grupos de bits llamados palabras. La estructura interna de una unidad de memoria se especifica por la cantidad de palabras que contiene y la cantidad de bits en cada palabra.
En los sistemas informáticos se utilizan dos tipos principales de memorias:
- RAM (memoria de acceso aleatorio)
- ROM (memoria de sólo lectura)