Arquitectura de computadoras

La arquitectura de computadoras analiza la estructura de los módulos de la computadora, los elementos que la integran y cómo interactúan entre sí.

Este libro es ambicioso en el sentido que se pretende que sirva tanto a nivel divulgativo para un lego como para un nivel de educación secundaria técnica o incluso universitario de primeros años.

A su vez, este libro tiene (al menos) dos líneas de lectura:

• Una línea histórica, desde la computadora de mediados del siglo XX a la más contemporánea ARM y RISC, explicando los problemas que surgían y cómo se solucionaban.
• Una línea conceptual en que los temas se construyen de los más simples, como compuertas AND, OR y NOT, a los más complejos como procesadores y memorias, sin atender a los motivos que dieron lugar a tal o cual tecnología.

Historia de las arquitecturas de computadoras

En 1945 se comercializa la EDVAC, computadora que es el prototipo de todas las modernas. Fue la primera en tener memoria, unidad aritmético lógica, unidad de control, periféricos de entrada y salida.

Entre 1970 y 1980 Digital Equipment Corp. comercializa su PDP-11, primer minicomputadora en la que se desarrolló el sistema operativo UNIX. Fue una arquitectura influyente, que inspiró a la arquitectura del Motorola 68000.

En 1974 Intel comercializa su 8080.

En 1978 esta misma empresa lanza su procesador 8086, el primero con palabra de 16 bits y pipelining y también el primero de su arquitectura x86. Tres años después, en 1981, IBM lanza al mercado la PC usando el procesador 8088, variante del 8086, en un bus ISA.

Tecnologías básicas

Ya sea por vencimiento de las patentes, espionaje industrial o sencillamente porque se volvieron simples en comparación, hay tecnologías que son compartidas por todos los fabricantes y no son secreto para nadie. Por ejemplo, la representación binaria habrá sido un adelanto en su tiempo pero hoy es una tecnología ubicua, obvia, cualquier persona sin formación específica en tecnología de computadoras sabe que la información se representa con ceros y unos. Este juego de tecnologías la llamaremos tecnologías básicas

• Representación binaria de números
• Representación del estado del sistema y su evolución
• Compuertas
• Multiplexores
• Sumadores
• Multiplicadores
• Unidades aritmético lógicas

• Flip-flops
• Registros
• Direccionamiento
• Unidades de control

• Memorias estáticas
• Memorias dinámicas

Contenido

Arquitecturas de computadoras

1. Modelos de arquitectura de computadoras
   1. Modelo Von Newman: El modelo Von Newman es la arquitectura clásica descrita por John Von Newman en 1945, consta de procesador, que contempla la unidad de control, unidad lógica-aritmética y una unidad de registros; un bus de datos para acceder a la memoria, y los dispositivos de entrada y salida.
   2. Modelos Pipeline: Consiste en la segmentación de las instrucciones del procesador, así hay varias instrucciones procesándose simultáneamente, aumentando el flujo de instrucciones procesadas, un ejemplo de esta arquitectura es la RISC.
   3. Modelos multiprocesador: Es una arquitectura de dos o más microprocesadores compartiendo el mismo hardware, puede ser de manera simétrica o asimétrica.

Componentes

1. CPU
2. Memoria
3. Dispositivos de entrada/salida
4. Bus