Arquitectura de Von Neumann: componentes y funcionamiento

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Resumen

El documento explica la arquitectura de Von Neumann y sus componentes principales. Describe la CPU, con la unidad de control, la ALU, la memoria interna y el reloj, así como la memoria central, la entrada y salida y los tres tipos de bus. Incluye también un ejemplo de cómo se ejecuta una instrucción dentro de la CPU.

Puntos clave

  • La CPU está formada por la unidad de control (UC), la ALU y la memoria interna. Su función es ejecutar las instrucciones.
  • La unidad de control recoge las instrucciones de un programa, las interpreta y controla su ejecución.
  • La ALU realiza operaciones aritméticas (+, -, *, /) y lógicas (comparaciones).
  • La memoria caché reduce el tiempo medio de acceso a los datos de la memoria principal, porque guarda copias de los datos más usados.
  • El reloj genera pulsos eléctricos que marcan el inicio de cada paso de una instrucción.
  • La memoria central incluye la RAM, volátil y de lectura y escritura, y la ROM, de lectura y no volátil.
  • El bus transporta instrucciones y datos entre las unidades. Hay tres tipos: de control, de datos y de direcciones.

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Arquitectura de Von Neumann: Componentes y Funcionamiento

La arquitectura de Von Neumann consiste en lo siguiente:

Componentes Principales

CPU (Unidad Central de Procesamiento): Constituida por la UC, ALU y memoria interna. Se encarga de ejecutar las instrucciones.

  1. UC (Unidad de Control): Su función es recoger las instrucciones que componen un programa, interpretarlas y controlar su ejecución.
  2. ALU (Unidad Aritmético-Lógica): Se encarga de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (+, -, *, /) y de tipo lógico (comparaciones).
  3. Memoria Interna (Caché): Su función es reducir el tiempo promedio necesario para acceder a los datos de la memoria principal. Guarda copias de los datos más usados con mayor frecuencia.
  4. Reloj: Circuito oscilador que genera una señal en forma de pulsos sucesivos de carácter eléctrico que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta una instrucción.
  5. Memoria Central (Principal): Almacena las instrucciones de los programas que están en ejecución y sus correspondientes datos, incluyendo RAM (volátil, de escritura/lectura) y ROM (de lectura, no volátil).
  6. E/S (Entrada/Salida): Se encarga de la transferencia de la información con los periféricos, ya sean de almacenamiento o comunicación.
  7. Bus: Transfiere las instrucciones y los datos entre las distintas unidades. Contamos con 3 tipos:
    • Control: Señales para la coordinación de los elementos del sistema.
    • Datos: Circulación de datos e instrucciones.
    • Direcciones: Indica el origen y destino de los datos.

Ejemplo de Funcionamiento

La CPU guarda en memoria una instrucción. Usa un registro de la UC llamado CP (Controlador de Programas) y guarda la siguiente operación en ejecución. El CP aumenta en +1 su valor al finalizar la base de búsqueda (busca la siguiente posición en memoria). La instrucción se dirige hacia la UC por el bus de datos, almacenando el dato en el registro intermedio (RI). Accede al registro de control, que es el que interpreta la instrucción emitiéndose la secuencia de órdenes necesarias. Los cálculos de la UC los hace la ALU y el resultado lo guarda en el acumulador (AC), donde podríamos utilizarlo para hacer una nueva operación o bien para enviar a otra unidad.

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Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre la RAM y la ROM según el texto?

La RAM es volátil y permite leer y escribir. La ROM es de solo lectura y no volátil.

¿Qué hace el acumulador en el funcionamiento de la CPU?

El resultado de los cálculos de la ALU se guarda en el acumulador (AC). Desde ahí se puede usar en una nueva operación o enviar a otra unidad.

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Tarjetas de repaso

Pulsa una tarjeta para ver la respuesta.

Test

1. ¿Qué unidad realiza las operaciones aritméticas y lógicas?
2. ¿Qué función tiene la memoria caché según el texto?
3. ¿Qué tipo de bus transporta las señales para coordinar los elementos del sistema?
4. ¿Qué memoria es volátil y de lectura y escritura?
5. ¿Qué elemento marca los instantes en que empieza cada paso de una instrucción?

Preguntas generadas con IA a partir del documento: comprueba las respuestas con el texto.