Máquina de Von Neumann

Em 1946 entrou em funcionamento o primeiro computador digital eletrônico chamado ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator). Ele possuía 19.000 válvulas, 1.500 relés, diversos resistores, capacitores, indutores, consumindo cerca de 200 quilowatts de potência. Sua memória podia registrar até 20 números de 10 dígitos cada um.

A programação do ENIAC era feita conectando-se tomadas através de fios com pinos (como num painel de telefonista). Apenas os dados eram armazenados na memória. Este tipo de programação era inconveniente por se demorada, cansativa e propensa a erros. Além disso, sempre que se desejasse executar o mesmo programa ele tinha que ser reintroduzido pelo painel.

Em 1946, John Von Neuman, engenheiro matemático húngaro e naturalizado americano e seus companheiros apresentaram um projeto de computador baseado na lógica, com armazenamento eletrônico da informação e de dados de programação. O computador processaria dos dados de acordo com as necessidades do usuário, ou seja, as instruções não viriam pré-determinadas. Além disso, muitos detalhes de especificação e conceitos apresentados no trabalho de Von Neumann influenciaram a arquitetura dos computadores construídos nos anos seguintes e até os dias de hoje. Esta influência foi tão significativa que muitos dos computadores atuais são classificados como tendo arquitetura do "tipo Von Neumann". Mais tarde em 1948 esse computador foi construído recebendo o nome de EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer).

Nesse modelo de Von Neumann, um elemento processador segue as instruções armazenadas em uma memória de programas, para ler canais de entrada, enviar comandos sobre canais de saída e alterar as informações contidas em uma memória de dados. A Figura 1 indica a estrutura desse modelo.

Figura 1.  Modelo de Von Neuman

A máquina de Von Neumann possuía cinco partes: a memória, a unidade lógico-aritmética, a unidade de controle de programa e os equipamentos de entrada e saída. A memória consistia de 4096 palavras, cada palavra possuindo 40 bits (0 ou 1). Cada palavra armazenava duas instruções de 20 bits ou um inteiro de 39 bits com sinal. As instruções possuíam 8 bits dedicados a dizer o tipo da instrução, e 12 bits para especificar uma dentre 4096 palavras de memória.

Dentro da unidade lógico-aritmética, a precursora da atual CPU (Central Processing Unit), havia um registrador interno especial de 40 bits denominado acumalador. Uma instrução típica adicionava uma palavra de memória ao acumulador ou armazenava o acumulador na memória. A máquina não possuía aritmética de ponto-flutuante, pois Von Neumann achava que qualquer matemático competente deveria ser capaz de acompanhar de cabeça a posição do ponto decimal (na realidade, ponto binário).

A partir dessas conquistas, surgiram as primeiras linguagens de programação de alto nível: o Fortran, em 1957, e o Cobol, em 1960.

O modelo de Von Neumann evoluiu para uma estrutura em barramento (Figura 2), que é à base dos computadores modernos. Nessa estrutura, as memórias de dados e de programa são fundidas em uma memória única, e as comunicações entre elementos são efetuadas através de uma via comum de alta velocidade.

Figura 2.  Estrutura em Barramento

Conclusão

As idéias de von Neumann que são utilizadas até hoje fizeram com que os computadores pudessem ser programados através de programas, rotinas de manipulação de dados que se utilizam de instruções próprias do computador.

As contribuições que John Von Neumann trouxe, inclui: várias áreas da matemática, matemática aplicada, física, meteorologia, economia e computação. Em vários casos, as suas contribuições foram muito além de solução de problemas propostos por outros, desbravando