ARQUITETURA DE VON NEUMANN

ARQUITETURA DE VON NEUMANN

Trabalho apresentado ao Curso Superior em Análise e Desenvolvimento de Sistemas do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul – Campus Restinga, como requisito para a aprovação da disciplina de Fundamentos da Computação.

PORTO ALEGRE – 2012.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 4

2. A VIDA DE JOHN VON NEUMANN 4

3. CONCEITOS DA ARQUITETURA DE VON NEUMANN 7

4. ENTENDENDO A OPERACIONALIDADE DA ARQUITETURA DE NEUMANN 9

4.1. SUBUNIDADES E PARTE OPERATIVA DA CPU 9

4.2. CICLOS DA PARTE OPERATIVA DA CPU 11

4.3. SIMULADOR DE PARTE OPERATIVA 11

4.4. CPU E MEMÓRIA PRINCIPAL 14

4.5. TRANSFERINDO DADOS PARA E A PARTIR DA MEMÓRIA PRINCIPAL 15

4.6. PARTE OPERATIVA COM SIMULADOR DE MEMÓRIA 16

4.7. COMPUTADOR COM PROGRAMA ARMAZENADO 19

4.8. LINGUAGENS DE MÁQUINA 19

4.9. UNIDADE DE CONTROLE 22

4.10. SIMULADOR DO COMPUTADOR COM PROGRAMA ARMAZENADO 25

4.11. A FUNÇÃO DOS DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SAÍDA 29

5. CONCLUSÃO 30

REFERÊNCIAS 31

1. INTRODUÇÃO

O primeiro computador eletrônico e digital, construído no mundo para emprego geral, foi denominado ENIAC. Era uma máquina gigantesca, pesava cerca de 30 toneladas e consumia uma enorme quantidade de eletricidade, além de ter que ser programado manualmente, ligando e desligando chaves e conectando e desconectando cabos.

Em 1945, Johann Von Neumann, matemático húngaro, aperfeiçoou consideravelmente a arquitetura inicial e estabeleceu os princípios de operação de um computador eletrônico digital. Estes princípios ficaram conhecidos como arquitetura de Von Neumann e, apesar das mudanças na informática nas últimas décadas, grande parte dos computadores ainda segue a arquitetura de Von Neumann.

2. A VIDA DE JOHN VON NEUMANN

Fig.1 John Von Neumann

Neumann János Lajos, filho de Neumann Miksa e de Kann Margit, nasceu em 28 de Dezembro de 1903 em Budapeste, Hungria, no seio de uma família judia abastada. Seu pai, Neumann Miksa (ou Max Neumann, para quem prefere a grafia alemã) era um rico e influente banqueiro húngaro. Tanto que em 1913 comprou um título de nobreza (eram tempos interessantes, aqueles) embora jamais o tivesse usado. Já seu primogênito, János, legítimo herdeiro do título, o adotou e quando passou a grafar seu nome em alemão, agregou a ele o “von”, indicativo de nobreza. E alguns anos mais tarde, vivendo nos EUA (país do qual adquiriu a cidadania em 1937), adotou a grafia John von Neumann, com a qual se tornou famoso.

Desde cedo demonstrou grande brilho intelectual: aos 6 anos de idade gracejava com o pai em grego clássico, sendo também capaz de calcular mentalmente o resultado de operações matemáticas complexas com números de oito algarismos e um dos seus passatempos favoritos era memorizar partes das listas telefônicas.

Em 1911 entrou para o Fasori Gimnázium em Budapeste. Apesar da sua formação escolar, o seu pai contratou tutores auxiliares para lhe permitir uma formação extra mais avançada. Doutorou-se em matemática na Universidade de Budapeste em 1926, tendo-se licenciado em química e em física experimental. No mesmo ano, obteve ainda o grau de Engenheiro Químico pela ETH de Zurique.

John lecionou em Berlin de 1926 a 1929 (começou, portanto, aos 23 anos, tornando-se assim o mais jovem professor em toda a história da Universidade) e em Hamburgo até o ano seguinte.

Em 1930 foi para Universidade de Princeton nos Estados Unidos e em 1933 foi nomeado, juntamente com Albert Einstein, um dos primeiros elementos do Institute for Advanced Study, em Princeton, Nova Jersey, cargo que exerceu até ao final da sua vida.

Entre 1930 e 1940, Von Neumann trabalhou em muitas áreas matemáticas, sendo pioneiro em algumas, como na teoria dos jogos, que se tornou fundamental na economia. Em 1937 foi aceito como cidadão dos Estados Unidos da América e, durante a Segunda Guerra Mundial, trabalhou como consultor no projeto da bomba atômica de Los Alamos. Manteve posições acadêmicas na Alemanha até os nazistas tomarem o poder, em 1933.

Nos finais dos anos 40, John Von Neumann começou a desenvolver a teoria dos autômatos, (A Teoria dos autômatos é um ramo da ciência da computação que estuda as Máquinas de Estados Finitos, através de suas representações matemáticas) cujo objetivo era construir uma linguagem que contribuísse para a compreensão dos sistemas dinâmicos, assim como de computadores analógicos e digitais. Foi nomeado consultor da IBM em 1950 e aí colaborou na revisão de projetos de tecnologia de ponta.

Construiu, em 1952, o primeiro computador, usando um programa de armazenamento flexível, MANIAC I. Em 1954, foi nomeado para a comissão da energia atômica dos EUA.

Fig2. MANIAC I

O estilo de vida de Von Neumann era pouco comum entre matemáticos profissionais do primeiro plano, já que as festas dadas em sua casa eram frequentes, longas e acompanhadas de grandes quantidades de bebidas.

John Von Neumann faleceu em 8 de Fevereiro de 1957 em Washington DC, EUA, vítima de cancro, provavelmente originado pela sua exposição ao material radioativo durante a realização dos testes nucleares.

3. CONCEITOS DA ARQUITETURA DE VON NEUMANN

Nos primeiros computadores era possível usar somente programas fixos, sendo que, para que um novo programa fosse implantado, era preciso toda uma reconstrução e planejamento da máquina.

A máquina proposta por Von Neumann mudou isso. Com esta nova arquitetura todos os programas base e fixos do computador foram retirados, podendo ser instalado e desinstalado a qualquer momento, fazendo com que