Caratteristiche e architettura del modello di Von Neumann in informatica

In informatica, con il termine architettura di Von Neumann si intende uno schema progettuale di calcolatori elettronici inventato dal matematico John Von Neumann. Questa è una tipologia di architettura hardware per computer digitali programmabili a programma memorizzato la quale condivide i dati del programma e le istruzioni del programma nello stesso spazio di memoria. A tal proposito vediamo gli elementi essenziali dell’architettura di Von Neumann.

La memoria centrale è lo spazio fisico in cui vengono immagazzinate le informazioni e le istruzioni che compongono i programmi.

La CPU (Central Processing Unit) è il “cervello” del computer ed è composta da un’Unità di Controllo (CU) che governa il funzionamento della macchina e gestisce le relazioni con memoria e CPU e da un’Unità di Calcolo (ALU) che esegue operazioni aritmetiche e logiche.
Si definiscono invece periferiche di comunicazione i dispositivi che permettono di svolgere le operazioni di input (tastiera, mouse) e di output (schermo, stampante). Il modem è una periferica di comunicazione che serve a comunicare con un altro computer anziché con l’utente.

Si definiscono periferiche di memorizzazione (o memorie secondarie) i dispositivi (hard-disk, chiavette, CD, DVD) che permettono di sopperire alle dimensioni limitate e alla natura “volatile” della parte principale (RAM) della memoria centrale. La parte non volatile della memoria centrale si chiama ROM e serve nella fase di accensione del computer (bootstrap).

La differenza fondamentale fra il computer e i suoi antenati (primo fra tutti la calcolatrice) è che il computer è in grado di ricevere e memorizzare non soltanto semplici informazioni (numeri, testi, immagini, suoni) ma anche istruzioni (azioni da compiere sulle informazioni).

Ne consegue che il computer è una macchina programmabile, in grado di eseguire una quantità illimitata di elaborazioni diverse (anziché una quantità limitata come i tasti che corrispondono alle operazioni della calcolatrice). Dunque nel computer le istruzioni sono una categoria speciale di informazioni.

L’utilizzatore che è in grado di introdurre nella macchina soltanto informazioni normali (affidandosi a elaborazioni predefinite) si chiama utente; mentre l’utilizzatore che è in grado di introdurre anche istruzioni (e quindi di dire al computer non solo che cosa fare, ma anche come farlo) si chiama programmatore. Utente e programmatore sono due ruoli diversi è bisogna tenerne conto anche quando ad interpretarli è la stesa persona.

Infine, bisogna concludere dicendo che l’architettura di Von Neumann riguarda soltanto l’hardware. Per avere un modello che tenga conto anche del software, usiamo lo schema proposto dall’informatico olandese Andrew Tanenbaum ovvero i livelli: