Uno de estos renombrados científicos fue John Von Neuman, matemático húngaro-estadounidense. Sus trabajos se centraban en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, teoría de juegos, ciencia de la computación, economía, análisis numérico, cibernética, hidrodinámica, estadística y muchos otros campos relacionados entre sí, pero ¿quién fue en verdad Von Neuman? ¿en realidad sus investigaciones fueron aportaciones importantes para este campo? La historia responde que sí.
John Von Neuman nació en Budapesst el 28 de
diciembre de 1903. Su nombre verdadero era Margittai Neumann Janos. Desde
pequeño fue un niño prodigio, por su impresionante memoria fotografía y por su
habilidad con los idiomas. Con su padre solía bromear en griego clásico. A los
10 años ya destaca en matemáticas, en 1925 se
licenció en química y a los 23 ya era doctorado en matemáticas.
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Todo ello hizo que al final de los años 40 su
programa atómico se convirtiera en el soporte básico de muchas investigaciones
científicas, lo que provocó a mediados de los años 50 que fuera ratificado como
uno de los cinco comisarios de la Comisión de Energía Atómica, ya que trabajo
en el desarrollo de la bomba atómica de EEUU para la 2ª GM.
Uno de sus colegas de profesión Herman Goldstine
lo recuerda de esta manera:
"Afortunadamente, von Neumann era una persona
cálida y amable que procuraba que la gente no estuviese tensa en su presencia.
La conversación se centró rápidamente en mi trabajo. Cuando le comenté que
estaba participando en el desarrollo de una computadora electrónica capaz de
realizar 333 multiplicaciones por segundo, la atmósfera de nuestra conversación
pasó de un relajado buen humor a una más propia del examen oral para un
doctorado en matemáticas. Poco después, ambos fuimos a Filadelfia para que von
Neumann pudiese conocer el ENIAC."
La arquitectura de von Neumann
John von Neuman es uno de los responsables de sentar los pilares sobre los que se apoyan los computadores actuales. En 1936, Alan Turing (compañero también de profesión) propuso la “máquina computadora universal”. Von Neuman se ofreció voluntaria para redactor un primer esbozo que describiese el computador, y de aquel trabajo salió el concepto de “arquitectura de Von Neuman?
Pero ¿en qué consiste la arquitectura de von Neumann? Según el modelo de von Neumann, los distintos bloques funcionales que conforman una computadora deben estar siempre conectados entre sí; dicho de otra forma, no hay que modificar el hardware o su configuración a la hora de ejecutar un programa. Con esta idea de partida, la arquitectura constaba de los siguientes bloques funcionales:
- Unidad central
de proceso (CPU),
núcleo central del computador y encargado de realizar las operaciones
básicas y de gestionar el funcionamiento del resto de componentes.
- Memoria
principal, lugar
en el que se almacenan tanto datos como instrucciones.
- Buses, es decir, el conexionado que
permite la comunicación entre los distintos bloques funcionales del
sistema.
- Periféricos, los elementos que se encargan
de tomar datos (teclado), mostrarlos en alguna salida (un monitor) o
comunicarse con otros sistemas.
Si lo pensamos un momento, todos los bloques funcionales que forman la arquitectura de von Neumann nos sonarán familiares: la CPU como el procesador de nuestro PC, la memoria principal como la memoria RAM y los periféricos como nuestro monitor o nuestro teclado.
La CPU, a su vez, está formada por
dos bloques: la unidad de control y la ALU
(unidad aritmético-lógica). La
unidad de control es la encargada de leer las instrucciones que hay en la
memoria (es decir, el programa a ejecutar) y se encarga de enviar las órdenes a
los componentes del procesador para así ejecutar las instrucciones que marca el
programa (decodificando las instrucciones y enviando las órdenes necesarias al
resto de componentes del procesador). Para realizar esta función, la unidad de
control cuenta con un "contador de programa" que, secuencialmente,
recorre las distintas posiciones de memoria y va recopilando los datos e
instrucciones. Por otro lado, la unidad aritmético-lógica (ALU) es la
responsable de realizar operaciones aritméticas (sumas, restas...) y lógicas
(NOT, AND, OR, XOR...) con los datos recibidos.
La CPU, a su vez, está formada por
dos bloques: la unidad de control y la ALU
(unidad aritmético-lógica). La
unidad de control es la encargada de leer las instrucciones que hay en la
memoria (es decir, el programa a ejecutar) y se encarga de enviar las órdenes a
los componentes del procesador para así ejecutar las instrucciones que marca el
programa (decodificando las instrucciones y enviando las órdenes necesarias al
resto de componentes del procesador). Para realizar esta función, la unidad de
control cuenta con un "contador de programa" que, secuencialmente,
recorre las distintas posiciones de memoria y va recopilando los datos e
instrucciones. Por otro lado, la unidad aritmético-lógica (ALU) es la
responsable de realizar operaciones aritméticas (sumas, restas...) y lógicas
(NOT, AND, OR, XOR...) con los datos recibidos.
Otros dos conceptos que hay que de resaltar en
la arquitectura de Von Neuman son los registros en la CPU y los buses del ordenador.
Los registros son memorias de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que perite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados, en principios en operaciones matemáticas. Existen muchos tipos de registros: de datos, memoria, propósito general, como flotante, constante y propósito especifico.
En cuanto a los buses del ordenador o canal decir que es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre varias computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como registros y condensadores además de circuitos integrados.
Los registros son memorias de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que perite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados, en principios en operaciones matemáticas. Existen muchos tipos de registros: de datos, memoria, propósito general, como flotante, constante y propósito especifico.
En cuanto a los buses del ordenador o canal decir que es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre varias computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como registros y condensadores además de circuitos integrados.
Se pueden distinguir tres tipos de buses:
- Bus de datos o bidireccional. Transporta datos de la
memoria principal y de las unidades de entrada-salida.
- Bus de dirección o unidireccional. Transporta las
direcciones de la unidad de control a la memoria principal o a los periféricos
- Bus de control o bidireccional. Transporta las señales
de control o microórdenes generadas por la unidad de control.
Replicantes
Es evidente que von Neumann es
conocido por su arquitectura, pero existe otra facete de su trabajo relacionada
con el mundo de la robótica y el concepto de “replicante”. Conocida como
MAQUINA DE VON NEUMANN, este concepto teórica dibujaba la posibilidad de crear
maquinas que fuesen capaces de autoreplicarse: unas máquinas que pudiera
recoger materias primas de su entorno y, además de recopilarlas para su
utilización (por ejemplo, en el ámbito de la minería), pudieran ser procesadas
por las propias máquinas para construir réplicas de sí mismas.
El concepto, que tiene cierta similitud
a los "replicantes" de la serie de ciencia-ficción Stargate SG-1,
estaba pensado para trabajos repetitivos como, por ejemplo, la extracción de
mineral y se apoyaba en la replicación para que, de manera indefinida y
exponencial, se pudiese aumentar el rendimiento de explotación gracias a la
escalabilidad horizontal de la maquinaria (crecen las máquinas y, cada una, se
va replicando).
Las máquinas de von Neumann estaban
definidas en base a 8 componentes básicos y cuatro elementos lógicos que,
además, no violaban ninguna ley física. Por tanto, la teoría de von Neumann
está apoyada en principios que podrían ser viables.
Tanto es así, que pasados los años,
conocemos estructuras que son capaces de replicarse de manera autónoma. Los
virus, por ejemplo, son capaces de replicarse y extenderse de ordenador en
ordenador y, además, en el ámbito de la impresión 3D, proyectos como RepRap
parten de la base de la auto-replicación para construir la propia impresora.
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