ARQUITECTURA DE VON NEUMANN | ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

Arquitectura de Von Neumann

Introducción a la Arquitectura

• Bienvenida al canal y presentación del tema: arquitectura de Von Neumann, su funcionamiento y trayectoria de datos.

• Contexto histórico: la máquina ENIAC (1946), que pesaba varias toneladas y utilizaba programación manual, lo que hacía tediosa la modificación y carga de programas.

Concepto Innovador

• Introducción del concepto de programa almacenado en memoria junto con los datos, atribuido a John von Neumann.

• Descripción básica de la arquitectura: consta de una memoria principal para almacenar instrucciones y datos, necesaria para el funcionamiento de la CPU.

Componentes Clave

• La CPU se divide en dos partes principales:

• Unidad aritmético-lógica (ALU): procesamiento de datos mediante operaciones aritméticas y lógicas.

• Unidad de control del programa: ejecución de instrucciones.

• Importancia del equipo de entrada/salida para interactuar con el exterior.

Formato de Datos

• La memoria principal está constituida por celdas que almacenan instrucciones y datos; cada conjunto forma un programa.

• Las palabras instrucción son conjuntos de bytes o bits; en este caso, se utilizan palabras de 40 bits.

Estructura e Instrucciones

• Cada palabra instrucción tiene un formato específico con una parte izquierda (código operación) y derecha (campo dirección).

• El código operación determina qué acción realizará la CPU, mientras que el campo dirección indica dónde encontrar los datos necesarios.

Funcionamiento General

• Los números están representados por un bit para el signo (positivo/negativo) y 39 bits para representar el valor numérico.

Estructura y Funcionamiento de la CPU

Etapa de Decodificación de Instrucciones

• La etapa intermedia en el procesamiento es la decodificación de instrucciones, que permite entender cómo se ejecutará cada instrucción.

• En esta arquitectura, no se observa la unidad central de proceso (CPU), pero sí se identifican componentes como la unidad aritmético-lógica y la unidad de control del programa.

Registros y Almacenamiento

• Los registros son espacios de almacenamiento frecuentemente utilizados por la CPU para guardar variables necesarias para cálculos y control de ejecución.

• El Buffer Memory Register (LBR) actúa como un buffer que facilita la transmisión entre el equipo de entrada/salida y los datos/instrucciones provenientes de la memoria.

Ciclo de Captación e Instrucción

• Una vez recibidos los datos e instrucciones desde la memoria, estos son gestionados por diferentes registros en la unidad de control durante el ciclo de captación.

• El Program Counter (PC) es crucial ya que lleva un seguimiento secuencial de las instrucciones a ejecutar.

Registro y Ejecución

• El registro de instrucción almacena el código operativo, mientras que el Instruction Buffer Register (IBR) guarda otros elementos necesarios para completar las operaciones.

• La dirección inicial es proporcionada por el PC, que indica a qué dirección buscar en memoria; este proceso se repite continuamente.

Proceso Continuo

• Tras captar una instrucción, esta es decodificada: el código operativo va al registro correspondiente y su dirección al registro adecuado.

• Las operaciones resultantes son enviadas a circuitos aritméticos lógicos donde se realizan cálculos. Luego, los resultados pueden ser almacenados o utilizados nuevamente en ciclos posteriores.