La arquitectura de von Neumann

Introducción a la Programación 

Tema 1: 

Conceptos Básicos para la 

Programación 

La arquitectura de von Neumann 

Profesores: María José García, Raúl Murciano, Manuel Ortega, Pilar Pilar 

Romay, Romay, 

Pedro J Lara Bercial 1 

¿Por qué surgen las 

computadoras? 

a.c. Abaco 

S XVII Pascal Leibnitz 

S XIX Babbage 

Programa 

1945 Von Neumann 

Programa interno 

Ruptura de secuencia. 

PROCESADOR Y MEMORIA 


Romay, Romay, 

Pedro J Lara Bercial 2

Introducción a la Programación 

¿En qué consiste comunicar algo a la 

máquina? 

Periféricos 

Introducir de alguna manera las instrucciones en 

algún sitio al que pueda acceder el “cerebro” de la 

máquina para comprenderlas y ejecutarlas. 

Memoria 

Representación 

Unidad de Control 

¿Qué es un lenguaje de programación? 

Un lenguaje directamente traducible a operaciones 

que algún componente de la máquina sea capaz de 

realizar. 

Unidad Aritmético Lógica 


Romay, Romay, 


¿Que es una computadora? 

La memoria 

La unidad de control 

La Unidad Aritmético-Lógica 

La unidad de Entrada/Salida. 


Romay, Romay, 


Detalle de los componentes de 

un ordenador: Von Neumann 


Unidad de memoria 

buses buses 

Unidad de Control 

Unidad 

de 

Entrada 

/ Salida 

ABSTRACCIÓN 

Periféricos 

Periféricos 

. . . . 

. 


Romay, Romay, 



Se encarga de almacenar el programa y los datos sobre los 

que éste debe actuar. 

Conjunto de celdas, accesibles directamente de manera individual 

mediante su Dirección (relación unívoca). 

Sobre cada celda de memoria, sólo operaciones de lectura 

(consulta) y escritura (sustitución) de la información 

almacenada 

El registro de direcciones (MAR): almacenará la dirección de la 

celda de memoria a la que se desea acceder. 

El registro de intercambio (MBR): almacenará la información que 

se desea escribir (o leer) en (de) la celda de memoria 

direccionada. 

El dispositivo selector: encargado de establecer la comunicación 

física entre la celda de memoria indicada en el registro de 

direcciones y el registro de intercambio. 


Romay, Romay, 



Operaciones: 

Lectura: (transferir de la celda 

al MBR) 

DIR → MAR 

selector comunica 

(MAR) → MBR 

Escritura (copiar del MBR a 

la celda): 

DIR → MAR 

INFO → MBR 

selector comunica 

MBR → (MAR) 


Romay, Romay, 


El procesador 

Leer secuencialmente de la memoria las 

instrucciones que componen el programa, 

identificando para cada una de éllas, la operación a 

realizar y los operandos que intervienen. 

Ejecutar la operación identificada sobre los datos 

adquiridos y guardar el resultado donde 

corresponda. 

Unidad de control 

Unidad aritmético-lógica 


Romay, Romay, 



Leer de la Memoria la instrucción del programa 

que se ejecutará en cada momento e identificar 

la operación a realizar. 

Buscar los operandos que intervienen en la 

operación. 

Informar a la Unidad Aritmético-Lógica de la 

operación a realizar y suministrarle los 

operandos. 

Guardar en la memoria el resultado de la 

operación realizada. 


Romay, Romay, 



El registro Contador de Programa (PC). Almacena la dirección de 

memoria donde reside la instrucción que se ejecutará a continuación. 

Cuando se inicia la ejecución de una instrucción, el contenido del 

registro contador se incrementa siempre en una unidad. 

El registro de Instrucción (IR). Almacena la instrucción que se está 

ejecutando en cada momento. 

Formato de instrucción: Código_operación operando(s) 

dir_resultado 

OPS: operando(s): puede haber uno o dos, en función de la 

operación, y serán valores o direcciones de memoria donde 

realmente se encuentra el operando. Dir_resultado es la 

dirección de la celda de memoria donde se debe almacenar el 

resultado 

Secuenciador. Es un dispositivo que se encarga de interpretar la 

información contenida en el registro de instrucción. Una vez 

interpretada ésta, se encarga de activar en orden los circuitos 

apropiados para que la operación se complete con éxito. 

El secuenciador “comprende” un conjunto limitado de 

operaciones 


Romay, Romay, 



Ejecución de una instrucción: 

Secuenciador activa circuitos para cargar 

instrucción en IR 

PC → MAR 

(MAR) →MBR 

MBR → IR 

PC + 1 → PC 

Secuenciador interpreta esta instrucción, 

transfiriendo a la UAL datos y operador si es 

necesario, y almacena el resultado 

Repetición del ciclo 


Romay, Romay, 


La Unidad Aritmético-Lógica 

Almacenar temporalmente en sus registros 

los operandos que le suministra la Unidad de 

Control. 

Realizar sobre ellos la operación aritmética 

(suma, resta) o lógica (and, or) que le indique 

la propia unidad de control. 

Almacenar temporalmente en sus registros el 

resultado de dicha operación. 

¿Cuántas operaciones tiene que ser 

capaz de ejecutar una U.A.L.? 


Romay, Romay, 


La Unidad de Entrada/Salida. 

Sirve de intermediario entre la máquina y el 

mundo exterior, es decir, se encarga de 

comunicarse con el exterior, con objeto de 

cargar el programa y los datos en la memoria 

y de notificar al usuario los resultados de los 

cálculos obtenidos. 

Periféricos. 

Entrada 

Salida 


Romay, Romay, 


Los buses 

Caminos físicos por los que circula la información. 

Sirven para que los distintos dispositivos se 

comuniquen entre sí y con el exterior. 

La velocidad de trabajo de la computadora vendrá 

dada, en cierta medida, por la cantidad de información 

que pueda viajar por el bus en un momento dado 

(Anchura de banda del bus). 

control 

datos 

direcciones 

¿qué hace cada bus y con quién se comunica? 


Romay, Romay, 


Detalle de los componentes de un 

ordenador: Von Neumann 

Reg. Oper 1 

+/- 

Reg. Oper 2 

Acumulador 


Reg. 

Direcciones 

MAR 

Selecto 

r 

Unidad de 

memoria 

buses 

Secuenciador 

Reg. 

Intercambio 

MBR 

celdas 


memoria 

Reg. Instrucción 

Unidad 


Entrada / 

Salida 

Periféricos 

Periféricos 

. . . . 

. 

Reg. 

contador 

del 

programa 

Unidad de 


Romay, Romay, 

Pedro J Lara Bercial Control 

15 

Ejercicio (Utilizando fichas) 

Si suponemos la siguiente estructura de la memoria, y que en 

el registro contador de programa hay un 12, decir todos los 

pasos que sigue la computadora para ejecutar el programa. 

DIRECC 

12 

13 

14 

18 

37 

43 

CONTENIDO 

Sumard18d37d43 

Añadir15d43 

Fin 

26 

18 

12 


Romay, Romay, 


Ejercicio (Utilizando fichas) 

Si suponemos la siguiente estructura de la memoria, y que en 

el registro contador de programa hay un 71, decir todos los 

pasos que sigue la computadora para ejecutar el programa. 

70 

71 

72 

73 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

añadir 10d12 

restar d11 d12 d15 

añadir 20 d15 

Fin 

7 

8 

15 

9 

30 

25 


Romay, Romay, 


Representación de la información 

Los sistemas de numeración 

Representación de la información en una 

computadora (datos) 

Número enteros 

Números reales 

Caracteres 

Organización de la memoria 


Romay, Romay, 



Información analógica 

Información digital ¿Por qué digital? 

0 , 1 

BIT: Cantidad de información que se puede almacenar en 

una variable binaria. 

BYTE: Información que se puede codificar con 8 bits. 2 8 = 

256 valores. 

KBYTE: 2 10 bytes = 1.024 bytes 

MBYTE: 2 10 Kbytes = 2 20 bytes = 1.048.576 bytes 

GBYTE: 2 10 Mbytes = 2 20 Kbytes = 2 30 bytes = 1.073.741.824 

bytes 


Romay, Romay, 



Necesitamos una sistemática de conversión(una 

cosa es el concepto y otra la representación 

número romanos) 

Sistema de numeración posicional 

d n-1....d 3d 2d 1d 0 

Su valor decimal será 

d n-1 r n-1 + d n-2 r n-2 + ... + d 2 r 2 + d 1 r 1 + d 0 r 0 

donde r representa la base o raiz del sistema 

de numeración. 

Es decir: 

∑ − n 1 

i= 

0 

d 

i 

ir 


Romay, Romay, 


Sistemas de numeración 

Decimal (base 10) 

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 

327 10 = 3 x 100 + 2 x 10 + 7 = 

Binario (base 2) 

0, 1 

3 x 10 2 + 2 x 10 1 + 1 x 10 0 

1011 2 = 1 x 2 0 + 1 x 2 1 + 0 x 2 2 + 1 x 2 3 = 

11 10 


Romay, Romay, 



Octal (base 8) 

0,1,2,3,4,5,6,7 

203 8 = 3 x 8 0 + 0 x 8 1 + 2 x 8 2 = 131 10 

Hexadecimal (base 16) 

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 

AC 16 = 10 x 16 1 + 12 x 16 0 = 172 10 


Romay, Romay, 



DECIMAL -> BINARIO 

Tenemos un número en decimal N 10 

N 10 = d n-1 2 n-1 + d n-2 2 n-2 + ... + d 2 2 2 + d 1 2 + d 0 

= 

d 0 

2(dn-1 2n-2 + dn-2 2n-3 + ... + d2 2 + d1 ) + d0 2(2(dn-1 2n-3 + dn-2 2n-4 + ... + d2 ) + d1 ) + 

29 10 = 11101 2 

29 2 

1 14 2 

0 7 2 

1 3 2 

1 1 


Romay, Romay, 



BINARIO OCTAL 

Agrupar de 3 en 3 (dcha -> izqda) 

BINARIO HEXADECIMAL 

Agrupar de 4 en 4 

Ejemplo 

N 10 = 29 

N 2 = 11101 = 11 101 => N 8 = 35 

3 5 

N 2 = 11101 = 1 1101 => N 16 = 1D 16 

1 13 


Romay, Romay, 


Representación de la información en 

una computadora (datos) 

Numeros enteros 

Enteros sin signo 

Enteros con signo 

Magnitud y signo 

Complemento a 1 

Complemento a 2 

Exceso a M 

Numeros reales 

Caracteres 

ABSTRACCIÓN 

Coma fija 

Coma flotante 


Romay, Romay, 


Representación de caracteres 

Caracteres alfabéticos: Las letras 

mayúsculas y minúsculas del alfabeto a..z, 

A..Z 

Caracteres numéricos: Los dígitios del 

sistema decimal 0..9 

Signos de puntuación: : ; . , ( ) “ ? ¿ ! ... 

Operadores aritméticos: + - = / *... 

Operadores lógicos: ≠∧∨⇔⇒ Caracteres especiales: ©←↑↓→.... 


Romay, Romay, 


Representación de caracteres 

En cualquier codificación de los caracteres que utilizemos debe 

verificarse: 

Unicidad de código (cada código equivaldrá a un carácter 

y viceversa). 

Orden (los códigos guardarán los órdenes establecidos 

para cada tipo de caracteres, es decir, 0

Organización de la memoria 

Normalmente, los caracteres necesitan 8 bits, los números 

enteros 8 (128), 16 (33920) ó 32 (21.474.83.648) bits, 

dependiendo de su precisión, y los números reales 32 ó 64 bits 

¿cuántos bits colocamos en cada posición direccionable? -> 1 

byte 

Palabra -> conjunto de bits necesarios para almacenar un entero 

de longitud normal. 

ABSTRACCIÓN 

Tamaño de la memoria o espacio de direcciones -> capacidad de 

la memoria (el número de bytes disponibles) 

Tipos de memoria: RAM y ROM 


Romay, Romay, 


Pero, ¿qué es la tan nombrada 

abstracción? 

abstracción.(Del lat. abstractĭo, -ōnis). 

1. f. Acción y efecto de abstraer o abstraerse. 

abstraer.(Del lat. abstrahĕre). 

1. tr. Separar por medio de una operación intelectual 

las cualidades de un objeto para considerarlas 

aisladamente o para considerar el mismo objeto en su 

pura esencia o noción. 

2. intr. Prescindir, hacer caso omiso. Abstraer de 

examinar la naturaleza de las cosas. U. t. c. prnl.3. 

prnl. Enajenarse de los objetos sensibles, no atender a 

ellos por entregarse a la consideración de lo que se 

tiene en el pensamiento. 


Romay, Romay,

La arquitectura de von Neumann

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