INTRODUCCIN

En el presente trabajo estar hablando sobre la Maquina de jhon von Neumann y en el mismos tambin mencionare como surge este invento, descripcin, organizacin, entre otros aspectos que el lector podr ver ya que este es un tema muy importante.

Lamquina de von Neumann

Es un concepto terico formulado por el matemticohngaro-estadounidenseJohn von Neumann.Von Neumannestaba involucrado en elProyecto Manhattanen el Laboratorio Nacional Los lamos, el cual requera ingentes cantidades de clculos. Esto le condujo al proyectoENIAC, en verano de 1944. All se incorpor a los debates sobre el diseo de un ordenador con programas almacenados, el EDVAC. Como parte del grupo, se ofreci voluntario a escribir una descripcin de l. El trmino von Neumann architecture surgi del primer artculo de von Neumann: First Draft of a Report on the EDVAC, fechado el 30 de junio de 1945, el cual inclua ideas de Eckert y Mauchly. Estaba inconcluso cuando su compaeroHerman Goldstinelo hizo circular con slo el nombre de von Neumann escrito en l, para consternacin de Eckert y Mauchly. El artculo fue ledo por docenas de compaeros de trabajo de Von Neumann en Amrica y Europa, e influenci la siguiente hornada de diseos de computadoras.

Arquitectura de von Neumann

Es una familia dearquitecturas de computadorasque utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de laarquitectura Harvard).La mayora de computadoras modernas estn basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo, para gestionar lasinterrupcionesde dispositivos externos como ratn, teclado, etc).Surge a raz de una colaboracin en el proyectoENIACdel matemtico de origen hngaro,John Von Neumann. Este trabajaba en 1945 en elLaboratorio Nacional Los lamoscuando se encontr con uno de los constructores de la ENIAC. Compaero deAlbert Einstein,Kurt GdelyAlan TuringenPrinceton, Von Neumann se interes por el problema de la necesidad derecablearla mquina para cada nueva tarea.En 1949 haba encontrado y desarrollado la solucin a este problema, consistente en poner la informacin sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos, escribindola de la misma forma, es decir en cdigo binario. Su EDVAC fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuacin. Se habla desde entonces de laarquitectura de Von Neumann, aunque tambin dise otras formas de construccin. El primer computador comercial construido en esta forma fue elUNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.Los ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes:- CPU: Unidad Central de Proceso.- La Unidad de Control (UC).- La memoria.- Un dispositivo de entrada/salida.- Buses de interconexin.

El trminoarquitectura de von Neumannse acu a partir del memorandoFirst Draft of a Report on theEDVAC(1945) escrito por el conocido matemticoJohn von Neumannen el que se propona el concepto deprograma almacenado. Dicho documento fue redactado en vistas a la construccin del sucesor de lacomputadoraENIACy su contenido fue desarrollado porJohn Presper Eckert,John William Mauchly,Arthur Burksy otros durante varios meses antes de que von Neumann redactara el borrador del informe. Es por ello que otros tecnlogos comoDavid A. PattersonyJohn L. Hennessypromueven la sustitucin de este trmino por el dearquitectura Eckert-Mauchly. El nacimiento u origen de la arquitectura von Neumann surge a raz de una colaboracin en el proyectoENIACdel matemtico de origen hngaro,John von Neumann. ste trabajaba en 1945 en el Laboratorio Nacional Los lamos cuando se encontr con uno de los constructores de la ENIAC. Compaero deAlbert Einstein,Kurt GdelyAlan TuringenPrinceton, Von Neumann se interes por el problema de la necesidad dereconfigurarla mquina para cada nueva tarea.En 1949 haba encontrado y desarrollado la solucin a este problema, consistente en poner la informacin sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos, escribindola de la misma forma, es decir en cdigo binario. Su "EDVAC" fue el modelo de las computadoras de este tipo construidas a continuacin. Se habla desde entonces de laarquitectura de Von Neumann, aunque tambin dise otras formas de construccin. El primer computador comercial construido en esta forma fue elUNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.

Primeros ordenadores en arquitecturas von NeumannLaprimera sagase basaba en un diseo que fue utilizado por muchas universidades y empresas para construir sus equipos. Entre estos, slo ILLIAC y ORDVAC tenan un conjunto de instrucciones compatible. ORDVAC(U-Illinois) enAberdeen Proving Ground, Maryland (completado en noviembre de 1951) IAS machineen Princeton University (Ene 1952) MANIAC Ien Laboratorio Cientfico Los Alamos(Mar 1952) ILLIACen la Universidad de Illinois, (Sept 1952) AVIDACen Laboratorios Argonne National (1953) ORACLEen Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Jun 1953) JOHNNIACen RAND Corporation (Ene 1954) BESKen Estocolmo (1953) BESM-1en Mosc (1952) DASKen Dinamarca (1955) PERMen Mnich (1956?) SILLIACen Sydney (1956) WEIZACen Rehovoth (1955)

OrganizacinLos ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes: Launidad aritmtico-lgicaoALU, launidad de control, lamemoria, undispositivo de entrada/saliday elbus de datosque proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:1. Enciende el ordenador y obtiene la siguiente contador de programa instruccin desde la memoria en ladireccinindicada por el y la guarda en elregistro de instruccin.2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente.3. Decodifica la instruccin mediante launidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.4. Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas. El contador puede cambiar tambin cuando se cumpla una cierta condicin aritmtica, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmtica y lgica anteriores.

Que pensamos nosotros los Informticos?Nosotros pensamos que Von Neumann fue un verdadero cientfico de alto nivel y que su mejor invento fue la arquitectura que se usa actualemte en todas las pcs la cual como anteriormente describimos se basa en utilizar el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos a diferencia de la arquitectura de hardvard que hoy en dia solo se usa para dispositivos de procesamiento de audio y video.La arquitectura de von la podemos ver aplicada en las actuales pcs de la siguiente manera:

1) Obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en la direccin indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instruccin.(lee la instruccion desde la memoria).

2) Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente.(el procesador se fija en que direccion de la memoria se encuentra la instruccion y la envia hacia el procesador asi se la puede decodificar).

3) Descodifica la instruccin mediante la unidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.(decodifica la instruccion que se encontraba en la memoria y pasa a la memoria cache).

4) Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas. El contador puede cambiar tambin cuando se cumpla una cierta condicin aritmtica, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmtica y lgica anteriores.(el procesador luego de decodificar la instruccion la ejecuta

La mayoria de computadoras actuales se basan en esta arquitectura. Principalmente utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard).

Los ordenadores con esta arquitectura constan de cinco partes: La unidad aritmtico-lgica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.Actualmente esto encontramos en las pc que utilizamos diariamente.Algo que le pareca evidente, era que programar computadoras con una enorme cantidad de interruptores y cables era algo lento, tedioso y poco flexible, y pens que el programa poda representarse en forma digital en la memoria de la computadora, lo mismo que los datos. Tambin observ que la torpeza de la aritmtica decimal en serie utilizada por la ENIAC, con cada dgito representado por diez bulbos (uno encendido y nueve apagados), poda reemplazarse usando aritmtica binaria paralela.Desarrollo del concepto de programa almacenadoEl matemtico Alan Turing, quien haba sido alertado de un problema de lgica matemtica por las lecciones de Max Newman en la Universidad de Cambridge, escribi un artculo en 1936 titulado On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungs problem, que fue publicado en los Proceedings of the London Mathematical Society. En l describa una mquina hipottica que llam mquina computadora universal, y que ahora es conocida como la Mquina de Turing. La mquina hipottica tena un almacenamiento infinito (memoria en la terminologa actual) que contena tanto las instrucciones como los datos. El ingeniero alemnKonrad Zuseescribi de forma independiente sobre este concepto en 1936.Von Neumannconoci a Turing cuando ejerca de profesor sustituto en Cambridge en 1935 y tambin durante el ao que Turing pas en laUniversidad de Princetonen 1936-37. Cundo supo del artculo de 1936 de Turing no est claro.Independientemente,J. Presper EckertyJohn Mauchly, quienes estaban desarrollando elENIACen la Escuela Moore de Ingeniera Elctrica en laUniversidad de Pennsylvania, escribieron sobre el concepto de programa almacenado en diciembre de 1943. Mientras diseaba una nueva mquina,EDVAC, Eckert escribi en enero de 1944 que se almacenaran datos y programas en un nuevo dispositivo de memoria direccionable, una lnea de retardo de mercurio. sta fue la primera vez que se propuso la construccin de un programa almacenado prctico. Por esas fechas, no tenan conocimiento del trabajo de Turing.Posteriormente, Turing desarroll un informe tcnico detallado, Proposed Electronic Calculator, describiendo el Motor de Computacin Automtico (Automatic Computing Engine, ACE). Present ste alLaboratorio Nacional de Fsica Britnicoel 19 de febrero de1946. A pesar de que Turing saba por su experiencia de guerra en el Parque Bletchley que su propuesta era factible, el secretismo mantenido durante muchas dcadas acerca de los ordenadoresColossusle impidi manifestarlo. Varias implementaciones exitosas del diseo ACE fueron producidas.Los trabajos de ambos, von Neumann y Turing, describan ordenadores de programas almacenados, pero al ser anterior el artculo de von Neumann, consigui mayor circulacin y repercusin, as que la arquitectura de computadoras que esboz adquiri el nombre de arquitectura von Neumann.En 1945, el profesor Neumann, que estaba trabajando en la escuela Moore de ingeniera de Filadelfia, donde el ENIAC haba sido construido, emiti en nombre de un grupo de sus compaeros de trabajo un informe sobre el diseo lgico de los ordenadores digitales. El informe contena una propuesta muy detallada para el diseo de la mquina que desde entonces se conoce como el EDVAC (electronic discrete variable automatic computer). Esta mquina ha sido recientemente completada en Amrica, pero el informe de Von Neumman inspir la construccin de la EDSAC (electronic delay-storage automatic calculator) en Cambridge.En 1947, Burks, Goldstine y Von Neumann, publicaron un informe en el que describen el diseo de otro tipo de mquina (una mquina paralela en este momento) que debera ser muy rpida, capaz de hacer 20.000 operaciones por segundo. Sealaron que el problema persistente en la construccin de tal mquina estaba en el desarrollo de una memoria adecuada, todos los contenidos de los cuales fueron instantneamente accesibles, y al principio se sugiri el uso de un tubo especial -llamado Selectron- que haba sido inventado por los laboratorios de Princeton de la RCA. Estos tubos son caros y difciles para fabricar, as Von Neumman decidi construir una mquina basada en la memoria de Williams. Esa mquina que se complet en junio de 1952 en Princeton se ha conocido comoMANIAC I. El diseo de esta mquina que ha sido inspirado de una docena o ms de mquinas que estn actualmente en construccin en Amrica.Clculo automtico en el laboratorio nacional de fsica. Uno de los equipos digitales ms modernos que incorpora novedades y mejoras en la tcnica de la computacin electrnica ha sido demostrado en el laboratorio nacional de fsica, Teddington, donde ha sido diseado y construido por un pequeo equipo de matemticos e ingenieros electrnicos investigadores sobre el personal del laboratorio, asistido por ingenieros de produccin de la compaa elctrica inglesa. El equipo construido hasta ahora en el laboratorio es solo el modelo piloto de muchas instalaciones muy grandes que se va a conocer como el motor de clculo automtico, pero aunque es relativamente pequeo en volumen y contiene solo 800 vlvulas termoinicas, es una mquina de clculo muy rpido y verstil. Los conceptos bsicos y principios abstractos de la computacin por una mquina fueron formuladas por el Dr A. M. Turing, pero el trabajo en dichas mquinas en el Reino Unido se retras por la guerra. En 1945, se hizo una revisin al problema en el laboratorio nacional de Fsica por el profesor J. R. Womersley. Se le adjunt al Dr. Turing un pequeo equipo de especialistas, y en 1947 la planificacin preliminaria era lo suficientemente avanzada para justificar el establecimiento del grupo especial ya mencionado. En abril de 1948, estos ltimos se convirtieron en la seccin de electrnica del laboratorio, bajo el cargo del Sr. F. M. Colebrook.Descripcin Los primeroscomputadoresconstaban de programas almacenados. Algunos muy simples siguen utilizando este diseo, por ejemplo, unacalculadoraes un computador que tiene un programa almacenado. Puede hacer operaciones matemticas simples, pero no puede ser usada comoprocesador de textoso videoconsola.Cambiar el programa que contenan los dispositivos que usaban esta tecnologa requera reescribir, reestructurar y/o redisear el dispositivo. Los primeroscomputadoresno estaban lo suficiente programados cuando fueron diseados. La tarea de reprogramar, cuando era posible, era un proceso laborioso, empezando con notas en papel y siguiendo con detallados diseos deingeniera. Y tras esto llegaba el a veces complicado proceso de reescritura y reestructuramiento fsico del computador.El concepto de programa almacenado cambi por completo, se pens en uncomputadorque en su diseo contena unconjunto de instruccionesque podan ser almacenadas en memoria, o sea, un programa que detallaba la computacin del mismo.El diseo de un programa almacenado tambin daba la posibilidad a losprogramasde ser modificados ellos mismos durante su ejecucin. Uno de los primeros motivos para su creacin fue la necesidad de un programa que incrementara o modificara las direcciones de memoria de algunas instrucciones, las cuales tenan que ser hechas manualmente en los primeros diseos.Esto se volvi menos importante cuando el ndice deregistrosy el direccionamiento indirecto se convirtieron en algo habitual en laarquitectura de computadores. El cdigo automodificable fue en gran parte ganando posiciones.A gran escala, la habilidad de tratar instrucciones como datos es lo que hacen losensambladores,compiladoresy otras herramientas de programacin automticas. Se pueden "escribir programas para escribir programas".Existen inconvenientes en el diseo deVon Neumann. Las modificaciones en los programas poda ser algo perjudicial, por accidente o por diseo. En algunos simples diseos de computador con programas almacenados, un mal funcionamiento del programa puede daar el computador. Otros programas, o elsistema operativo, posiblemente puedan llevar a un dao total en el ordenador. La proteccin de la memoria y otras formas de control de acceso pueden ayudar a proteger en contra de modificaciones accidentales y/o maliciosas de programas.

1. La Unidad Central de Proceso se compone por:- ALU: Unidad Aritmtica Lgica.- ACC: Acumulador.- IP: Apuntador de instrucciones.- ID: Decodificador de instrucciones.- CCR: Registro de cdigo de instrucciones.

2. Unidad Aritmtica Lgica (ALU)Es un circuito digital que calcula operaciones aritmticas (sumas, restas, etc.) y operaciones lgicas (NOT, OR, AND, etc.).

3.Unidad de Control (UC)Es una unidad encargada de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador, en funcin de la instruccin que se est ejecutando y de la etapa en que se est ejecutando. A la vez, es la encargada de interpretar y ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las seales de control necesarias para ejecutarlas.4.MemoriaComponente de un computador que es capaz de retener datos informticos durante un intervalo de tiempo.5. Bus de DatosDispositivo que funciona de transporte de datos y conexin entre las distintas partes de un sistema informtico.Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:1. Enciende el ordenador y obtiene la siguiente instruccin desde la memoria en ladireccinindicada por elcontador de programay la guarda en elregistro de instruccin.

2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccin para apuntar a la siguiente.

3. Decodifica la instruccin mediante launidad de control. sta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una funcin determinada.

4. Se ejecuta la instruccin. sta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo as operaciones repetitivas. El contador puede cambiar tambin cuando se cumpla una cierta condicin aritmtica, haciendo que el ordenador pueda tomar decisiones, que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmtica y lgica anteriores.

John von NeumannBiografa (Budapest, 1903 Washington, 1957) Matemtico hngaro, nacionalizado estadounidense. Nacido en el seno de una familia de banqueros judos, dio muestras desde nio de unas extraordinarias dotes para las matemticas. En 1921 se matricul en la Universidad de Budapest, donde se doctor en matemticas cinco aos despus, aunque pas la mayor parte de ese tiempo en otros centros acadmicos. En la Universidad de Berln asisti a los cursos de Albert Einstein. Estudi tambin en la Escuela Tcnica Superior de Zurich, donde en 1925 se gradu en ingeniera qumica, y frecuent as mismo la Universidad de Gotinga.All conoci al matemtico David Hilbert cuya obra ejerci sobre l considerable influencia y contribuy de manera importante al desarrollo de lo que Hilbert llam la teora de la demostracin y aport diversas mejoras a la fundamentacin de la teora de conjuntos elaborada por E. Zermelo. En Gotinga asisti tambin al nacimiento de la teora cuntica de Werner Heisenberg y se interes por la aplicacin del programa formalista de Hilbert a la formulacin matemtica de esa nueva rama de la fsica.Ello le llev a convertirse en el autor de la primera teora axiomtica abstracta de los llamados precisamente por l espacios de Hilbert y de sus operadores, que a partir de 1923 haban empezado a demostrar su condicin de instrumento matemtico por excelencia de la mecnica cuntica; la estructura lgica interna de esta ltima se puso de manifiesto merced a los trabajos de Von Neumann, quien contribuy a proporcionarle una base rigurosa para su exposicin.Tambin es notable su apertura de nuevas vas al desarrollo de la matemtica estadstica a partir de su estudio de 1928 sobre los juegos de estrategia, posteriormente desarrollado en la famosa obraTheory of games and economic behavior, publicada en 1944 y escrita en colaboracin con O. Morgenstern.En 1943, el ejrcito estadounidense reclam su participacin en el Proyecto Manhattan para la fabricacin de las primeras bombas atmicas; a partir de entonces, Von Neumann colabor permanentemente con los militares, y sus convicciones anticomunistas propiciaron que interviniera luego activamente en la fabricacin de la bomba de hidrgeno y en el desarrollo de los misiles balsticos.Entre 1944 y 1946 colabor en la elaboracin de un informe para el ejrcito sobre las posibilidades que ofreca el desarrollo de las primeras computadoras electrnicas; de su contribucin a dicho desarrollo destaca la concepcin de una memoria que actuase secuencialmente y no slo registrara los datos numricos de un problema sino que adems almacenase un programa con las instrucciones para la resolucin del mismo.Von Neumann empez a interesarse por la computacin para ayudarse en su trabajo, en aquellos aos haba numerosas computadoras en construccin, como por ejemplo la Mark I (Howard Aiken) oComplex Computer(George Stibiz), pero con la que von Neumann se involucr fue elENIAC(junto conJohn Presper EckertyJohn W. Mauchly). Una vez finalizada la construccin del ENIAC y viendo sus limitaciones, decidieron definir todo un nuevo sistema lgico de computacin basado en las ideas deTuringy se enfrascaron en el diseo y la construccin de una computadora ms poderosa elEDVAC(Electronic Discrete Variable Arithmetic Computer). Pero hubo problemas legales con la titularidad de lo que hoy conocemos como Arquitectura de von Neumann. Esto produjo que el diseo se hiciera pblico, al final Eckert y Mauchly siguieron su camino y von Neumann regres a Princeton con la idea de construir su propia computadora.Se interes tambin por la robtica y en 1952 propuso dos modelos de mquinas autorreproductoras, uno de ellos con una modalidad de reproduccin parecida a la de los cristales, mientras que el otro era ms prximo a la forma en que se reproducen los animales. En 1955, tras solicitar la excedencia de Princeton, fue nombrado miembro de la Comisin de Energa Atmica del gobierno estadounidense; ese mismo ao un cncer en estado muy avanzado lo apart de toda actividad hasta su muerte.

Premios y honoresAlgunos de los premios y reconocimientos que Jhon von Neumann ha recibido son:- El centro de computacin John von Neumann en Princeton, New Jersey debe su nombre a l.- El 15 de febrero de 1956, Neumann fue condecorado con la Medalla Presidencial de la Libertad por el presidente Dwight Eisenhower.- El Premio John von Neumann de la Universidad Lszl Rajk de Estudios Superiores fue nombrado en su honor, y se da todos los aos desde 1995 a los profesores, que han tenido una destacada contribucin en el mbito de las ciencias sociales, y a travs de su trabajo, han tenido una gran influencia para el desarrollo profesional y el pensamiento de los miembros de la universidad.- La sociedad profesional de cientficos de la computacin hngaros,Neumann Jnos Szmtgptudomnyi Trsasg, tambin lleva su nombre- Lamedalla John von Neumannse otorga por laIEEEpara los logros excepcionales en ciencia y tecnologa de la computacin.- Lalectura de John von Neumannse presenta anualmente en laSociety for Industrial and Applied Mathematics(SIAM) (Sociedad para las Matemticas Industriales y Aplicadas) por un investigador que ha contribuido a las matemticas aplicadas; el lector escogido es tambin acreedor de un premio monetario.-Von Neumannes el nombre de un crter de la Luna.

CONCLUSIONPara concluir esta investigacin cabe decir este seor fue un verdadero cientfico de alto nivel y que su mejor invento fue la arquitectura que se usa actualmente en todas las pcs la cual como anteriormente describimos se basa en utilizar el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos a diferencia de la arquitectura de hardware que hoy en da solo se usa para dispositivos de procesamiento de audio y video.

BIBLIOGRAFA

http://www.dma.eui.upm.es/historia_informatica/Doc/Personajes/JohnvonNeumann.htm http://www.biografiasyvidas.com/biografia/n/neumann.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_de_von_Neumann