Arquitectura Von Newman y Harvard Gallegos Martinez Ivan Alejandro - Iván gallegos

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Arquitectura Von Neumann y Harvard 
 
Ivan Alejandro Gallegos Martinez 
 
Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Zamora 
 
alexgalle125242@outlook.com 
RESUMEN: Este es un documento en el que se 
hablara acercas de dos arquitecturas de 
computadoras, tal como la de Von Neumann y de 
Harvard. Tratando de hacer lo mas breve pero 
conciso y sin lagunas de conocimiento 
 
I. INTRODUCCIÓN 
 
Durante el desarrollo de esta investigacion podremos 
observar en que consiste la arquitectura de Von Neumann 
y Harvard, aprenderemos primeramente que es, en que 
consiste y lo necesario para poder comprender el tema de 
una manera más efectiva y eficiente. Asi como tambien 
ver las limitaciones que estos tienen, como funcionan y 
como pueden ser mejores o peores para ciertos aspectos. 
 
II. DESARROLLO 
 
Arquitectura Von Neumann 
Aunque los ordenadores han ido incorporando muchos 
perfeccionamientos técnicos, el principio que rige su 
funcionamiento se estableció hace ya más de cincuenta 
años. En un calculador tradicional, el operador introduce 
los datos u operandos en secuencia con la operación que 
desea se ejecute entre ellos. Para realizar la misma 
operación con otros operandos, hay que volver a 
introducir más datos y, de nuevo, las instrucciones u 
operaciones. En un ordenador, la novedad radical reside 
en que el programa, es decir la secuencia de operaciones 
a realizar, está previamente almacenado en la memoria. 
A eso se le ha llamado precisamente "arquitectura Von 
Neumann". 
Lo llamamos así por qué fue el matemático John Von 
Neumann quien expuso este principio en un breve 
artículo de una claridad y una simplicidad lógica 
asombrosas. 
IDEA CLAVE: El programa se almacena en memoria 
junto con todos los datos 
Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan 
de las siguientes partes: 
• Memoria principal: Es el subsistema donde se 
almacenan temporalmente los datos e 
instrucciones que son utilizados por el 
computador. Esta información está representada 
en una codificación binaria de 0 y 1. La memoria 
se divide en celdas, donde cada celda tiene una 
dirección única, de tal forma que el contenido de 
ellas puede ser buscado, extraído y utilizado. 
• La unidad central de proceso (CPU) que a su vez 
esta formada por: 
o La unidad aritmética logica (LU). se 
encarga de realizar las operaciones 
aritméticas y comparaciones. 
o La unidad de control (UC). Se encarga 
de: 
1. Obtener de la memoria la próxima 
instrucción a utilizar o ejecutar; 
2. Según la decodificación hecha, 
enviar el comando apropiado a la 
ALU, memoria o controlador de 
entrada/salida para que realice la 
tarea 
 
• Los dispositivos de entrada y salida, formados 
por: 
o El bus de datos o unidades de 
intercambio, este proporciona un 
transporte de los datos entre las distintas 
partes 
o La memoria secundaria: permite 
conservar datos y programas en forma 
permanente, aún luego de apagar el 
computador 
o Los periféricos: dispositivos utilizados 
para suministrar información entre el 
computador y el exterior (Ratón, teclado, 
monitor, etc.) 
 
Las principales limitaciones de la arquitectura de Von 
Neumann son las que estan relacionadas con la memoria 
RAM, que es donde se encuentran las instrucciones y los 
mailto:alexgalle125242@outlook.com
datos que han de ser procesados se encuentran 
unificados compartidos a través de un mismo bus de 
datos y direccionamiento común. Por lo que las 
instrucciones y los datos han de ser captados de manera 
secuencial desde la memoria. Este cuello de botella es el 
llamado cuello de botella de Von Neumann. Es por ello 
que los diferentes microprocesadores tienen la caché 
más cercana al procesador dividida en dos tipos, una 
para datos y otra para instrucciones. 
La limitación de la longitud de las instrucciones por el 
bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que 
realizar varios accesos a memoria para buscar 
instrucciones complejas. 
La limitación de la velocidad de operación a causa del 
bus único para datos e instrucciones que no deja acceder 
simultáneamente a unos y otras, lo cual impide 
superponer ambos tiempos de acceso. 
 
Arquitectura Harvard 
A diferencia del modelo de Von Neumann, el modelo de 
arquitectura de Harvard, que proviene del Harvard Mark 
I, se diferencia principalmente por la división de las 
instrucciones de los datos que se comunican con la unidad 
central de proceso en dos memorias separadas. Esto 
genera también que se utilicen distintos buses de 
información. Aunque es común un único bus de 
direcciones, con un control que pueda diferenciar entre 
ambas memorias. Al contrario del modelo de arquitectura 
de John Von Neumann, el modelo de Harvard no requiere 
de la ambigüedad para poder reconocer los datos, pero no 
es tan eficiente en la utilización de la memoria. Estos 
ordenadores siempre se componen por los mismos 
elementos que los utilizados por el modelo de Von 
Neumann, excepto por que tiene dos memorias, una 
utilizada para las instrucciones y otra para los datos, y no 
una única memoria como el otro modelo 
En este modelo, las instrucciones y los datos se 
almacenan en cachés diferentes para mejorar el 
rendimiento. Pero por su contraparte, tiene el 
inconveniente de tener que dividir la cantidad de memoria 
caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo en los 
casos particulares cuando la frecuencia de lectura de 
instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. 
Resumidamente, la arquitectura de Harvard se basa en: 
• Las instrucciones y los datos se almacenan en 
caches separadas para mejorar el rendimiento 
• Tienen el inconveniente de tener que dividir las 
memorias caches entre los dos, por lo que no 
funciona de la mejor manera, salvo cuando la 
frecuencia de lectura de instrucciones y de datos 
es aproximadamente la misma 
• Esta arquitectura suele utilizarse en DSPs, o 
procesador de señal digital, usados prácticamente 
siempre en los productos para el procesamiento 
de audio y vídeo. 
 
Las máquinas de arquitectura Harvard relativamente 
puras se utilizan principalmente en aplicaciones cuyas 
compensaciones, como los costes y el ahorro de energía 
de la omisión de caché, superan las desventajas de 
programación que vienen con tener espacios de 
direcciones de código y datos diferentes. 
los procesadores de señal digital (DSPs) ejecutan 
pequeños algoritmos altamente optimizados de 
procesamiento de audio o vídeo. Evitan cachés porque su 
comportamiento debe ser extremadamente reproducible. 
Las dificultades de lidiar con múltiples espacios de 
direcciones son una preocupación secundaria a la 
velocidad de ejecución. En consecuencia, algunos DSPs 
cuentan con múltiples memorias de datos en distintos 
espacios de direcciones para facilitar tanto el 
procesamiento SIMD como el VLIW. 
 
Los microcontroladores se caracterizan por tener 
pequeñas cantidades de programa (memoria flash) y 
memoria de datos (SRAM), sin cache, y aprovechan la 
arquitectura de Harvard para acelerar el procesamiento 
por medio de acceso simultáneo a instrucciones y a datos. 
El almacenamiento separado significa que las memorias 
pueden diferir en anchos de bit, por ejemplo, utilizando 
instrucciones de 16 bits de ancho y los datos de 8 bits de 
ancho. Esto también significa que se pueden traer 
instrucciones antes de que se necesiten (prefetching) 
mientras que en paralelo se realizan otras actividades. 
Entre los ejemplos se incluyen el AVR de Atmel Corp y 
la PIC de Microchip Technology, Inc. 
 
 
III. CONCLUSIONES 
 
Durante el desarrollo de esta investigación pudimos 
comprender que la arquitectura de Von Neumann 
basicamente se encuentra basada en que el programa se 
almacena en memoria junto con todos los datos, esta fue 
una idea que se le ocurrió al matemático ya mencionado, 
tomando una arquitectura donde los registros y las 
unidades UC y LU se encuentran trabajandodentro del 
mismo lugar, cosa que es lo que la diferencia de la 
arquitectura de Harvard la cual tiene estas unidades 
separadas, y asi nos logra quitar algunas limitaciones que 
tiene la arquitectura Von Neumann pero esta tampoco es 
perfecta ya que tambien tiene sus limitaciones. Ambas 
arquitecturas tienen su uso, y su razon de existir, esto y 
mucho más logramos observar durante el desarrollo. 
 
REFERENCIAS 
 
[1] Prieto, A., Lloris, A., & Torres, J. C. (1989). 
Introducción a la Informática (Vol. 20). McGraw-Hill. 
 
[2] Barceló, M. (s. f.). ARQUITECTURA ¿VON 
NEUMANN? https://upcommons.upc.edu/. Recuperado 
20 de septiembre de 2021, de 
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/1285
89/Arquitectura_Von_Neumann_BYTE%2039.pdf 
 
[3] Carballo, Yusneyi. 2011. Algoritmos y Programación. 
Guías de Clase. Lecturas en Ciencias de la Computación. 
Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ciencias, 
Escuela de Computación. ISSN 1316-6239. DOI: 
10.13140/RG.2.2.32272.00000 
[4] Ocaña Velásquez, J. D. ARQUITECTURA DE 
COMPUTADORAS. 
 
 
 
ACLARACIONES ADICIONALES 
 
1. Los valores de los márgenes del documento son los siguientes: 
• Superior: 1.9 cm 
• Inferior: 2.5 cm 
• Izquierdo-derecho: 1.7 cm 
2. El formato es a dos columnas con un espacio entre ellas de: 
• Espacio entre columnas: 0.5 cm 
3. Todos los párrafos deben estar justificados. 
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la referencia no tendrá validez. 
7. Todos los valores deben incluir su respectiva incertidumbre. 
 
 
Mauricio Silva