Von-Neumann propuso su diseño de arquitectura de ordenador en 1945 que más tarde se conoció como Arquitectura Von-Neumann. Consistía en una Unidad de Control, Aritmética, y Unidad de Memoria Lógica (ALU), Registros y Entradas/Salidas.
La arquitectura Von Neumann se basa en el concepto de ordenador de programa almacenado, donde los datos de las instrucciones y los datos del programa se almacenan en la misma memoria. Este diseño se sigue utilizando en la mayoría de los ordenadores producidos en la actualidad.
Un ordenador basado en Von Neumann:
- Utiliza un único procesador
- Utiliza una memoria tanto para las instrucciones como para los datos.
- Ejecuta programas siguiendo el ciclo fetch-decode-execute
Componentes del modelo Von-Neumann:
- Unidad Central de Procesamiento
- Bus
- Unidad de Memoria
Unidad Central de Procesamiento
La parte del Ordenador que realiza el grueso de las operaciones de procesamiento de datos se llama Unidad Central de Procesamiento y se denomina CPU.
La Unidad Central de Procesamiento también puede definirse como un circuito eléctrico encargado de ejecutar las instrucciones de un programa informático.
La CPU realiza una serie de funciones dictadas por el tipo de instrucciones que incorpora el ordenador.
Los principales componentes de la CPU son la Unidad Aritmética y Lógica (ALU), la Unidad de Control (CU) y una serie de registros.
Unidad Aritmética y Lógica (ALU)
La Unidad Aritmética y Lógica (ALU) realiza las microoperaciones necesarias para ejecutar las instrucciones. En palabras sencillas, la ALU permite realizar operaciones aritméticas (suma, resta, etc.) y lógicas (AND, OR, NOT, etc.).
Unidad de Control
La Unidad de Control de un sistema informático controla las operaciones de componentes como la ALU, la memoria y los 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 obtener y un registro de instrucciones en el que se obtienen las instrucciones de la memoria para su ejecución.
Registros
Los registros son 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 dirección de memoria) | Este registro contiene la ubicación de memoria de los datos a los que se necesita acceder. |
| MDR (Registro de datos de memoria) | Este registro contiene los datos que se están transfiriendo hacia o desde la memoria. |
| AC (Acumulador) | Este registro contiene los resultados aritméticos y lógicos intermedios. |
| PC (Contador de Programa) | 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. |
Bus
Los buses son el medio por el que se comparte la información entre los registros en un sistema de configuración de múltiples registros.
Una estructura de bus consiste en un conjunto de líneas comunes, una por cada bit de un registro, a través de las cuales se transfiere la información binaria de uno en uno. Las señales de control determinan qué registro es seleccionado por el bus durante cada transferencia de registro particular.
Arquitectura Von-Neumann compuesta por tres grandes sistemas de bus para la transferencia de datos.
| Bus | Descripción |
|---|---|
| Bus de Dirección | El Bus de Dirección transporta la dirección de los datos (pero no los datos) entre el procesador y la memoria. |
| Bus de Datos | El Bus de Datos transporta los datos entre el procesador, la unidad de memoria y los dispositivos de entrada/salida. |
| Bus de Control | El Bus de Control transporta las señales/comandos de la CPU. |
Unidad de memoria
Una unidad de memoria es una colección 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 el número de palabras que contiene y el número de bits de cada palabra.
Dos tipos principales de memorias se utilizan en los sistemas informáticos:
- RAM (memoria de acceso aleatorio)
- ROM (memoria de sólo lectura)