Arquitetura de John Von Neumann

     Será introduzida uma explicação básica e simples da arquitetura de Von Neumann e seus componentes com o objetivo de levar o leitor a compreender o que é esta arquitetura. Vale ressaltar que informações como a memoria registradora não serão introduzidas nesta postagem.

Postagem escrita por: José Luiz de Souza

Índice

   1 - Arquitetura de Von Neumann

   2 - Estrutura

      2.1 - Memória

      2.2 - Unidade Lógica e Aritmética

      2.3 - Unidade de Controle

      2.4 - Unidade de Entrada e Unidade de Saída

   3 - Computador com programa armazenado

   4 - Arquitetura de Von Neumann mais moderna

   5 - Barramentos

      5.1 - Barramento de Controle

      5.2 - Barramento de Endereços

      5.3 - Barramento de Dados

   6 - Ciclo de Von Neumann

   7 - Vantagens e Desvantagens

   8 - Fontes e Referencias

[ 1 ] Arquitetura de John Von Neumann

     Os computadores existentes antes da arquitetura de Von Neumann eram maquinas com programas fixos, ou seja, uma máquina projetada para possuir uma calculadora não iria ter um editor de texto, a menos que se altere toda a estrutura do computador.

    Na arquitetura de Von Neumann, a possibilidade de armazenar programas diferentes e dados em um mesmo local se tornou realidade, sendo possível um computador ter várias funcionalidades sem ser necessário alterar toda sua estrutura.

     Por possuir essas características se espalhou rapidamente, e os computadores atuais, embora muito mais potentes, possuem os mesmos componentes básicos descritos na arquitetura.

* (Também é conhecida por arquitetura de computador com programa armazenado)

** (Considere que os programas antes da arquitetura de Von Neumann eram armazenados em uma memoria externa, como por exemplo, cartões perfurados)

[ 2 ] Estrutura

     A arquitetura de Von Neumann possui a premissa de separar o hardware do computador em cinco partes: Um local de armazenamento (Memoria), uma unidade aritmética e logica (ULA), uma unidade de controle, uma unidade de entrada e uma unidade de saída.

[ 2.1 ] Memoria

“A memória é o componente de um sistema de computação cuja função é armazenar as informações que são, foram ou serão manipuladas pelo sistema”. (MONTEIRO, 1996, p. 86)

[ 2.2 ] Unidade Lógica e Aritmética (ULA)

     A Unidade Lógica e Aritmética é um aglomerado de circuitos lógicos que se encontram dentro do processador, responsável por executar operações matemáticas e logicas com os dados, como por exemplo, soma, divisão, incremento, operação logica AND, etc.

[ 2.3 ] Unidade de Controle

“É o dispositivo mais complexo da CPU. Além de possuir a lógica necessária para realizar a movimentação de dados e instruções de e para a CPU, através dos sinais de controle que emite em instantes de tempo programados, esse dispositivo controla a ação da ULA”.

(MONTEIRO, 1996, p. 143)

*(CPU = Unidade Central de Processamento / Central Processing Unit)

[ 2.4 ] Unidade de Entrada e Unidade de Saída

     São dispositivos que permitem a entrada e saída de dados em um computador. São utilizados para a comunicação do mundo exterior para o computador e vice-versa.

Ex: Mouse, Monitor, Teclado, etc.

[ 3 ] Computador com programa armazenado

     Basicamente, a principal ideia por trás de um computador com programa armazenado é possuir instruções de um programa na memória principal junto com os dados para então serem executadas pela Unidade de Controle.

[ 4 ] Arquitetura de Von Neumann mais moderna

     A arquitetura de Von Neumann presente nos computadores atuais não é exatamente o mesmo que era no princípio, e sim um modelo um pouco mais moderno.

     No modelo mais moderno a Unidade Lógica e Aritmética e a Unidade de controle são combinadas, formando o componente que chamamos de CPU (Unidade Central de Processamento, ou usualmente, processador), além de juntar as Unidades de Entrada e Saída em uma única unidade: A unidade de Entrada e Saída (I/O).

     Com isso, a arquitetura de Von Neumann passa a ter três (3) componentes básicos: A memória, a CPU e a unidade de Entrada e Saída.

[ 5 ] Barramentos

     Os componentes da arquitetura comunicam-se através de uma estrutura interna conhecida como barramento, que interligam os componentes e transferem dados, endereços e sinais de controle.

*(Considere que a memoria possui espaços que guardam dados, e cada espaço possui um endereço único para que a CPU consiga se referir a um dado especifico)

**(Na realidade existem outros barramentos, como o barramento de energia, mas os três citados acima são os mais importantes para a explicação do conteúdo)

     Temos o barramento de controle, o barramento de endereços e o barramento de dados:

[ 5.1 ] Barramento de Controle

     É o barramento que transfere os sinais vindos da unidade de controle. Os sinais de controle servem para instruir a maquina a fazer uma operação especifica. Pode-se usar como exemplo o sinal de leitura que a unidade de controle manda para a memória com o intuito de ler um dado. O barramento de controle é bidirecional, pois a memória também pode mandar um sinal para o processador (Sinal WAIT da memória para o processador)

[ 5.2 ] Barramento de Endereços

     É o barramento que transfere a posição do endereço para acessar alguma informação na memoria. É unidimensional, pois apenas a CPU que recupera ou escreve na memoria.

[ 5.3 ] Barramento de Dados

     É o barramento que transfere os dados referentes a uma posição da memoria, ou transfere dados do processador para a memoria. Logo, é bidimensional.

     Como exemplo (resumido): Operação de leitura de um dado na memoria...

>A CPU envia um endereço para a memoria através do barramento de endereço;

>A CPU envia o sinal de controle referente a leitura através do barramento de controle;

>A memoria envia o dado para o processador através do barramento de dados;

[ 6 ] Ciclo de Von Neumann

     Toda a arquitetura se baseia em um ciclo onde o processador busca um programa na memória, instrução por instrução, a decodifica e a executa.

[ 7 ] Vantagens e Desvantagens

     Algumas das vantagens da Arquitetura de Von Neumann

- Permite armazenar programas e dados;

- Permite a alteração dos programas e dados se necessário;

   Desvantagem da Arquitetura de Von Neumann

- Gargalo de Neumann

[ 8 ] Fontes e Referencias

Sites

http://c2.com/cgi/wiki?VonNeumannArchitecture

http://www.assis.pro.br/public_html/davereed/14-DentroDoComputador.html

http://www.fies.org.br/sgw/upload/2013-05-15_10-57-26_1.PDF

https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_de_von_Neumann

Livros

Introdução à organização de computadores 3ed. - Mário A. Monteiro

Introdução a arquitetura de computadores - Miles J.Murdocca e Vicent P.Heuring


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SOUZA, José Luiz de. "Arquitetura de John Von Neumann"; Computação Teórica. Disponivel em <http://computacaoteorica.blogspot.com.br/2016/05/arquitetura-de-john-von-neumann.html>. Acesso em

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