Arquitecturas de computadoras: Von Neumann, Harvard y evolución del procesamiento de datos

Arquitecturas Básicas de Computadoras

En 1946, Von Neumann y sus colegas comenzaron, en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, el diseño de un nuevo computador de programa almacenado, que llamaron IAS.

Características de la Arquitectura de Von Neumann

• Una memoria principal que almacenaba tanto datos como instrucciones.
• Una ALU (Unidad Aritmético-Lógica) que operaba datos binarios.
• Una UC (Unidad de Control) que interpretaba instrucciones en memoria y provocaba su ejecución.
• Un sistema de E/S (Entrada/Salida) dirigido por la unidad de control.

Otras Arquitecturas de Computadoras

La arquitectura Harvard se caracteriza por tener la memoria de instrucciones y la memoria de datos independientes, cada una con su propio sistema de buses para el acceso.

El alto rendimiento y la elevada velocidad que alcanzan los modernos procesadores y microcontroladores se deben a la conjunción de tres técnicas:

• Arquitectura Harvard
• Arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido)
• Segmentaciones

Arquitectura Harvard

Tipos de Memorias

Memorias de Programa

• ROM con máscara: En este tipo de memoria, el programa se graba en el chip durante el proceso de su fabricación mediante el uso de máscaras.
• EPROM: La grabación de esta memoria se realiza mediante un dispositivo físico gobernado desde un computador personal, que recibe el nombre de grabador.
• OTP (Programable una Vez): Este modelo de memoria solo se puede grabar una vez por parte del usuario, utilizando el mismo procedimiento que la memoria EPROM.
• EEPROM: La grabación es similar a las memorias OTP y EPROM, pero el borrado es mucho más sencillo al poderse efectuar de la misma forma que el grabado, o sea, eléctricamente.
• FLASH: Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar en circuitos, al igual que las EEPROM, pero suelen disponer de mayor capacidad.

Memoria de Datos

Los datos que manejan los programas varían continuamente, y esto exige que la memoria que los contiene deba ser de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil.

Evolución del Procesamiento de Datos

Los comienzos de la computación

Desde épocas remotas (3000 años a. C.), el hombre trató de liberarse de hacer cálculos en forma manual. Es probable que la primera máquina típicamente digital que utilizó para resolver problemas aritméticos haya sido el ábaco.

La primera máquina y su evolución

En 1642, Blaise Pascal construyó en Francia una máquina para su padre, con la que tuvo grandes éxitos. Esta máquina fue considerada la primera calculadora digital (realizaba sumas y sustracciones usando el método de acumuladores).

En el siglo XIX, se hicieron grandes avances en la física y la matemática, y se lograron mejorar los instrumentos de cálculo.

La máquina de tarjetas perforadas

Herman Hollerith (Oficina de Censos de EE. UU.) revolucionó el procesamiento de datos cuando inventó la técnica para procesar gran cantidad de datos por medio de tarjetas perforadas.

Las ideas de Herman Hollerith fueron tomadas y perfeccionadas por IBM (International Business Machines).

Los periféricos que permitieron la utilización de máquinas con tarjetas perforadas fueron:

• Lectora de tarjetas
• Perforadora de tarjetas
• Lectoperforadora de tarjetas

La computadora secuencial automática

En 1939, comenzaron los trabajos en gran escala para lograr automatizar y poner en funcionamiento la máquina diferencial de Babbage, con el propósito de tabular polinomios.

El programa almacenado

En 1945, Von Neumann logró una máquina de programa almacenado a la que se denominó computadora.

Computadoras Analógicas

Las primeras computadoras analógicas se implementaron para estudiar un modelo semejante (análogo) a una ecuación; el resultado se elaboraba tras la medición del valor que asumía la salida del modelo.

Desventajas del modelo:

• Falta de exactitud en la salida.
• El modelo construido solo servía para una aplicación específica.

Ventaja:

• La ventaja más destacada que ofrece esta computadora es su capacidad de procesar datos no discretos (temperatura, presión, altura, etc.).

Computadoras Digitales

Estas computadoras se denominan digitales porque procesan dígitos binarios (ceros y unos).

Ventajas:

• Efectúan cálculos precisos.
• El modelo armado tiene programas intercambiables.

Computadoras Híbridas

Una variable analógica puede asumir infinitos valores dentro de un rango y se utiliza para representar cantidades naturales, como la temperatura, la presión o la distancia.