Modelo de Von Neumman U.A.C.M Alejandra Andrade

Inicios de la computación Turing y Church sientan las bases teóricas de la computación Máquina de Turing Máquina teórica compuesta por una cinta y una cabeza que puede leer y grabar símbolos en ella. Un conjunto finito de estados Un programa “cableado” del tipo (condición, acción) Church: Lambda calculo Resultado equivalente para probar computabilidad Base de los lenguajes funcionales

Una máquina de Turing

Inicios de la computación Máquina universal de Turing Máquina (teórica) capaz de simular el comportamiento de cualquier maquina (de Turing) a partir de un programa ingresado en la cinta

El modelo de von Neumann Antes: programar era conectar cables… Hacer programas era mas una cuestión de ingeniería electrónica Cada vez que había que calcular algo distinto había que reconectar todo. Imaginen eso !

John Von Neumann 1903 – 1957 Matemático Publicó y publicitó la idea de programa almacenado en memoria 1945: “Primer Borrador de un Reporte sobre la EDVAC”

John Von Neumann Los datos y programas se almacenan en una misma memoria de lectura-escritura Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición sin importar su tipo Ejecución en secuencia (salvo que se indique lo contrario) Representación Binaria

Estructura de una computadora Modelo de Von Neumman CPU Memoria Bus Dispositivos de E/S

Características principales 3 componentes principales: CPU: Unidad de Control, Unidad aritmético lógica (ALU), Registros Memoria principal: Almacena programas y datos Sistema de Entrada/Salida Procesamiento secuencial de instrucciones Datos binarios Un sistema de interconexión Conecta la memoria y unidad de control Fuerza la alternación entre ciclos de lectura y ejecución

Memoria Principal Almacena datos e instrucciones . Físicamente esta compuesta por circuitos integrados. En una computadora existen áreas memoria de tipo ROM (Read Only Memory): sólo lectura RAM (Random Access Memory): de rápido acceso (lectura/escritura) pero volátil.

DIRECCIONES DE MEMORIA DIRECCIÓN PALABRA DE MEMORIA 00 01 02 03 . 1024 1023

Estructura de la Unidad de Proceso Central Datos y Programa C P U Procesamiento de las instrucciones Procesamiento de los datos Unidad de Control (CU) A L U Registro de Instrucción (IR) Acumulador Contador del Programa (PC)

Unidad de Proceso Central CPU Unidad de Control (UC) Controla todos los componentes Interpreta instrucciones Decodifica y Ejecuta instrucciones. Transforma instrucciones en órdenes a otros componentes Puede ser programada por hardware (cableada) y “microprogramada” (varias microinstrucciones por instrucción) Unidad Aritmético Lógica (ALU) Realiza operaciones matemáticas y lógicas Sumas, restas, multiplicaciones And, Or, Xor Corrimientos

CPU (continuación) Registros Almacenan datos binarios, acceso rápido De tamaño fijo De propósito general (programas) o específicos (acumulador, program counter, puntero a memoria, etc.) DataPath Red interna que comunica la UC con las otras unidades y registros Mueve datos entre los diferentes componentes Controlada por un reloj.

Ciclo de instrucción 1. Recuperar la siguiente instrucción desde memoria (apuntada por el program counter) y luego incrementar el program counter. 2. Decodificar el patrón de bits en el registro de instrucción IR 3. Ejecutar la instrucción indicada en el registro de instrucción IR

Ciclo de ejecución UC obtiene la próxima instrucción de memoria (usando el registro PC) Se incrementa el PC La instrucción es decodificada a un lenguaje que entiende la ALU Obtiene de memoria los operandos requeridos por la operación La ALU ejecuta y deja los resultados en registros o en memoria Repetir paso 1

Ciclo de ejecución (Paso 1) La unidad de control levanta la próxima de memoria usando el “contador de programa” (o PC) que dice en que dirección esta la próxima instrucción.

Ciclo de ejecución (Paso 2) La instrucción es decodificada a un lenguaje que entiende la ALU (unidad aritmética lógica).

Ciclo de ejecución (Paso 3) Cada operando requerido para ejecutar es levantado de la memoria principal y ubicado en registros dentro de la CPU.

Ciclo de ejecución (Paso 4) La ALU ejecuta la instrucción y coloca los resultados en registros o en memoria.

Tipos de operaciones Procesador-memoria Procesador-E/S Transferencia de datos entre la CPU y la memoria Procesador-E/S Transferencia de datos entre la CPU y un modulo de E/S Procesamiento de datos Alguna operación aritmética o lógica sobre los datos Control Alteración de la secuencia de operaciones Ej.: jump

Ejemplo: Problema 1 Realizar una lista de pasos que calcule la edad de una persona. Considerar el año actual y su fecha de nacimiento. Lista de pasos para solucionar el problema (PROGRAMA) Imprimir (Monitor) “Calcula la edad de una persona” Imprimir (Monitor) “Ingresa el año actual” Leer (Teclado) y Guardar (Memoria) fechaActual Imprimir (Monitor) “Ingresa fecha de nacimiento” Leer (Teclado) y Guardar (Memoria) fechaNacimiento Restar fechaActual-fechaNacimiento y Guardar (Memoria) edad a) edad=fechaActual-fechaNacimiento Imprimir (Monitor) “La edad de la persona es:”, edad,”años” Fin del problema

Calcula la edad de una persona Modelo de Von Neuman M E M O R I A Programa (Pasos) Datos y Programa Salida estándar Entrada estándar C P U Calcula la edad de una persona U C P C Paso 2 Paso 1 A L U Acumulador Monitor (Desactivado) Monitor (Activado)

Calcula la edad de una persona Modelo de Von Neuman M E M O R I A Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar C P U Calcula la edad de una persona U C Ingresa año actual: _ P C Paso 2 A L U Acumulador Monitor (Desactivado) Monitor (Activado)

Calcula la edad de una persona Modelo de Von Neuman M E M O R I A fechaActual Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 C P U Calcula la edad de una persona U C 2008 Ingresa año actual: _ 2008 P C Paso 2 Paso 3 A L U Memoria(Activada) Acumulador Monitor (Activado) Teclado (Activado)

Calcula la edad de una persona Modelo de Von Neuman M E M O R I A fechaActual Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 C P U Calcula la edad de una persona U C 2008 Ingresa año actual: _ 2008 P C Paso 3 A L U Memoria(Activada) Memoria(Desactivada) Acumulador Monitor (Desactivado) Monitor (Activado) Teclado (Desactivado) Teclado (Activado)

Modelo de Von Neuman M E M O R I A Entrada estándar Datos y Programa fechaActual Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 C P U Calcula la edad de una persona U C Ingresa año actual: 2008 P C Ingresa fecha de Nacimiento: _ Paso 3 Paso 4 A L U Acumulador Monitor (Desactivado) Monitor (Activado)

Modelo de Von Neuman M E M O R I A Entrada estándar Datos y Programa fechaActual fechaNacimiento Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 1979 C P U Calcula la edad de una persona U C 1979 Ingresa año actual: 2008 P C Ingresa fecha de Nacimiento: _ 1979 Paso 5 Paso 4 A L U Memoria(Activada) Acumulador Monitor (Activado) Teclado (Activado)

Modelo de Von Neuman M E M O R I A Entrada estándar Datos y Programa fechaActual fechaNacimiento Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 1979 C P U Calcula la edad de una persona U C 1979 Ingresa año actual: _ 2008 P C Ingresa fecha de Nacimiento: 1979 Paso 5 A L U Memoria(Activada) Memoria(Desactivada) Acumulador Monitor (Desactivado) Monitor (Activado) Teclado (Desactivado) Teclado (Activado)

Modelo de Von Neuman M E M O R I A Entrada estándar Datos y Programa fechaActual fechaNacimiento Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 1979 C P U Calcula la edad de una persona R E S T A R fechaActual-fechaNacimiento U C Ingresa año actual: _ 2008 A L U P C Ingresa fecha de Nacimiento: 1979 A L U Paso 6 Paso 5 Acumulador Acumulador

Modelo de Von Neuman 29 M E M O R I A Entrada estándar fechaActual fechaNacimiento Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 2008 1979 1979 C P U 1979 Calcula la edad de una persona R E S T A R fechaActual-fechaNacimiento U C Ingresa año actual: _ 2008 A L U P C Ingresa fecha de Nacimiento: 1979 - 29 Paso 6 Acumulador 2008

Modelo de Von Neuman 29 29 M E M O R I A Entrada estándar fechaActual fechaNacimiento edad Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 2008 1979 1979 C P U Calcula la edad de una persona edad= fechaActual-fechaNacimiento R E S T A R fechaActual-fechaNacimiento U C Ingresa año actual: _ 2008 A L U P C Ingresa fecha de Nacimiento: 1979 - 29 29 Paso 6 Acumulador 29 2008

Modelo de Von Neuman 29 29 M E M O R I A Entrada estándar fechaActual fechaNacimiento edad Programa (Pasos) Entrada estándar Datos y Programa Salida estándar 2008 2008 1979 1979 29 C P U Calcula la edad de una persona edad= fechaActual-fechaNacimiento U C Termine ..... Je, je, je Ingresa año actual: _ 2008 A L U P C Ingresa fecha de Nacimiento: 1979 - La edad de la persona es: 29 años 29 29 Paso 6 Paso 7 Presione enter para continuar…. Memoria(desactivada) Memoria(Activada) Acumulador 29 Monitor (Activado) Monitor (Desactivado)

Problema 2. Hacer un ejercicio con suma y resta. Realizar una lista de pasos que calcule el saldo de una persona que realizo dos depósitos: el primero de $100 y el segundo de $285, además de un retiro de $193.

Problema 3. Realizar una lista de pasos que calcule el cambio que recibe una persona que adquiere 157 copias a $.20, si paga con un billete de 50. Considera la siguiente fórmula. Cambio= 50 pago – 150 copias * 0.20 precio