Sistemas Operativos I

La arquitectura de Von Neumann Es Una Familia de arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo tipo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos.

La mayoría de las computadoras modernas están basadas en esa arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como ratón, teclado, etc).

Origen: La arquitectura de Von Neumann surge debido a una

colaboración en un proyecto denominado ENIAC. En el cual John Von Newman se intereso por solucionar el problema de la necesidad de recablear la maquina para cada tarea. (Es decir, para hacer una tarea distinta, era necesario desconectar los cables y volverlos a conectar de una forma diferente)

En 1949 Neuman halló la solución a dicho problema, esta consiste en poner las operaciones sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos escribiendola de la misma forma, Su "EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuación. Se habla desde entonces de la arquitectura de Von Neumann, aunque también diseñó otras formas de construcción. El primer computador comercial construido en esta forma fue el UNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.

Los ordenadores con esta arquitectura cuentan con 5 partes

1. Memoria RAM (Random Access Memory)

2. ALU (Unidad Aritmetico-Logica)

3. UC (Unidad de Control)

4. Dispositivos de Entrada y Salida

5. Bus de Datos

Un ordenador que contenga esta arquitectura realiza los siguientes pasos de forma Secuencial: 1. Se enciende el ordenador y obtiene la siguiente instrucción

desde la memoria en la dirección indicada por el contador del programa y la guarda en el Registro de control

2. Aumenta el contador del programa, en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.

3. Decodifica la instrucción en la unidad de control. Esta se encargará de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.

4. Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.

5. Vuelve de nuevo al paso numero 2.

Diagrama de arquitectura de Von Neumann

Cuello de botella de von Neumann. El canal de transmisión de los datos entre CPU y memoria

genera un cuello de botella para el rendimiento del procesador. 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.

La velocidad de procesamiento y la cantidad de memoria han aumentado mucho más rápidamente que el rendimiento de transferencia entre ellos, lo que ha agravado el problema del cuello de botella.

Primeros ordenadores con la arquitectura de von Neumann ORDVAC (U-Illions) (noviembre de 1951) IAS machine (Enero de 1952) MANIAC I (Marzo de 1952) ILLIAC (Septiembre de 1952) AVIDAC (1953) ORACLE (Junio 1953) JOHNNIAC (Enero 1954) BESK (1953) BESM-1 (1952) DASK (1995) PERM (1956?) SILLIAC (1956) WEIZAC (1955)

Arquitectura de Harvard La arquitectura Harvard es una arquitectura de computadora con pistas de almacenamiento y de señal físicamente separadas para las instrucciones y para los datos. El término proviene de la computadora Harvard Mark I basada en relés, que almacenaba las instrucciones sobre cintas perforadas (de 24 bits de ancho) y los datos en interruptores electromecánicos.

Estas primeras máquinas tenían almacenamiento de datos totalmente contenido dentro la unidad central de proceso, y no proporcionaban acceso al almacenamiento de instrucciones como datos. Los programas necesitaban ser cargados por un operador; el procesador no podría arrancar por sí mismo.

Hoy en día (2015), la mayoría de los procesadores implementan dichas vías de señales separadas por motivos de rendimiento, pero en realidad implementan una arquitectura Harvard modificada, para que puedan soportar tareas tales como la carga de un programa desde una unidad de disco como datos para su posterior ejecución.

Esquema de arquitectura de Harvard

Diferencias y similitudes

La arquitectura de John Von Neumann se caracteriza por los procesadores que poseen el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para los datos como para las instrucciones. Al ser almacenados en el mismo formato dentro de la misma memoria, utilizan un único bus de datos para comunicarse con la CPU. Esto hace que este tipo sea eficiente en la utilización de memoria, pero que requiera una ambigüedad para reconocer los datos. Los ordenadores de este tipo se componen de la unidad aritmético-lógica o "ALU", la unidad de control, una memoria, un dispositivo de entrada y salida y un bus de datos que los comunica.

Sin embargo, la arquitectura de Harvard, que proviene del Harvard Mark I se diferencia por la separación de los datos y las instrucciones que se comunican con la unidad central de proceso en dos memorias separadas, con lo que también se usan distintos buses de información. Aunque es común un único bus de direcciones, con un control que diferencie entre ambas memorias. Al contrario que la arquitectura de Von Neumann, esta no requiere de la ambigüedad pero no es tan eficiente en la utilización de la memoria. Estos ordenadores se componen por los mismos elementos que los del modelo de Von Neumann, excepto por que tienen dos memorias, una para datos y otra para instrucciones, y no una única memoria como el otro modelo.