arquitecturas-de-computadoras

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
PROGRAMA SINTÉTICO 
 
CARRERA: Ingeniería en Computación. 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras SEMESTRE: Sexto 
 
 
OBJETIVO GENERAL: 
 
El alumno analizará las bases del diseño y construcción de los bloques de un sistema de cómputo ( procesador, 
memoria y subsistemas de entrada y salida), establecerá los criterios de selección de los elementos que darán 
origen a la velocidad, rendimiento y costo en una unidad procesadora. 
 
CONTENIDO SINTÉTICO: 
 
 I. Antecedentes y Técnicas de Mainframes 
 II. Algoritmos de Caché 
III. El Pipeline y sus Tipos. 
IV. Arquitectura de Grupo Reducido de Instrucciones. (RISC) 
 V. Arquitectura de Procesador Escalable (SPARC) y Arquitecturas Paralelas. 
 
 
 
METODOLOGÍA: 
 
Participación de los alumnos con la guía del profesor, en la búsqueda y análisis de la información que permita la 
integración de los aspectos teóricos, prácticos y de resolución de problemas. 
 
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: 
 
Tres exámenes departamentales. 
Entrega de trabajos realizados en clase, tareas y prácticas de laboratorio. 
Participación en actividades individuales y de equipo. 
 
BIBLIOGRAFIA. 
Barry B.Brey Los Microprocesadores Intel Arquitectura de Programación e Interfases Prentice Hall. New York 5ª 
Ed. 2004. Pp. 21-176 
 
Andrew S. Tanenbaum Organización de Computadoras Pearson. España 3ª Ed. 2002. Pp. 4-34, 68-216 
 
Stallings, William, Organización y Arquitectura de Computadoras, Buenos Aires 3ª. Ed. Prentice may. Pp. 3-98, 
189-216. 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
 
 
 
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica 
y Eléctrica. 
CARRERA: Ingeniería en Computación. 
OPCIÓN: 
COORDINACIÓN: Academia de Microprocesadores 
DEPARTAMENTO: Ingeniería en Computación. 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras 
SEMESTRE: Sexto 
CLAVE: CLA034 
CRÉDITOS: 7.5 
VIGENTE: Agosto 2005 
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica 
MODALIDAD: Escolarizada 
 
 
TIEMPOS ASIGNADOS 
 
 
 
HORAS/SEMANA/TEORÍA: 3.0 
HORAS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5 
 
 
HORAS/SEMESTRE/TEORÍA: 54 
HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA : 27 
 
HORAS/TOTALES: 81 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: 
 Academia de Microprocesadores de ESIME Culhuacan. 
REVISADO POR: Subdirección Académica de ESIME Culhuacan. 
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Culhuacan. 
Ing. Ernesto Mercado Escutia 
 
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio 
del Consejo General Consultivo del IPN. 
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SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 2 DE 9 
 
 
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA 
 
 
 
La Arquitectura de una computadora se define como todo aquello que impacta en la lógica de programación. Por lo 
tanto, la importancia de la asignatura para el Ingeniero en Computación, radica en el hecho de ser el enlace entre el 
software y el hardware, es decir, las técnicas arquitectónicas de diseño que influirán en los sistemas de software, como 
en el sistema operativo. 
 
Dentro de las asignaturas antecedentes de la materia de Arquitectura de Computadoras se encuentran: circuitos lógicos 
I y II pues le permiten conocer la constitución y diseño de un circuito digital así como su concepción como sistema. Así 
mismo, Arquitectura de Computadoras dará soporte a asignaturas como sistemas operativos, redes de computadoras y 
lenguajes para arquitecturas en paralelo. La asignatura de organización de computadoras se encuentra en el plan de 
estudios como antecedente de arquitectura de computadoras, y juntas representan el conocimiento completo de un 
sistema computacional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA 
 
El alumno analizará las bases del diseño y construcción de los bloques de un sistema de cómputo ( procesador, 
memoria y subsistemas de entrada y salida), estableciendo los criterios de selección de los elementos que darán 
origen a la velocidad, rendimiento y costo en una unidad procesadora. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 3 DE 9 
 
No. UNIDAD I NOMBRE: Antecedentes y Técnicas de Mainframes 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno explicará los diferentes modelos y aportaciones de las arquitecturas computacionales mas 
representativas. 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
1.1 
1.1.1 
 
1.1.2 
1.2. 
 
1.2.1 
1.2.2 
1.2.3 
1.2.4 
1.2.5 
1.2.6 
1.2.7 
Historia 
Concepto de organización y arquitectura de 
Computadoras 
Generaciones computacionales 
Aportaciones de arquitectura computacional en las 
generaciones 
MARK I 
ENIAC / EDVAC 
IAS (Máquina de Von Newman) 
Serie 7000 de IBM 
Sistema 360 / 370 de IBM 
Burroughs 5000 
Illiac IV 
 
 
 
 
 
 
 
Subtotal
3.0 
 
 
 
 
6.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.5 
4.5 
1.5 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10.5 
6.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 
2B,3B 
 
 
 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Elaboración de ejercicios y recopilación de información por parte del alumno de las distintas arquitecturas de 
microprocesadores, para su discusión en clase, con la coordinación del profesor, destacando las características, 
ventajas y desventajas de estas. Exposición por parte del profesor, de las arquitecturas y técnicas de diseño 
usadas en la creación de los microprocesadores actuales, utilizando diversos recursos didácticos. 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Se evaluará con un 10% el desempeño del alumno observando la metodología empleada en cada conjunto de 
ejercicios y en su sencilla aplicación. Se realizará un examen que abarcará los conocimientos adquiridos en las 
unidades I y II, como primer examen departamental, que contará un 60 % de la calificación teórica. Además, la 
realización de prácticas de laboratorio aportara un 30 % de la calificación total del departamental. 
 
 
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FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 4 DE 9 
 
 
No. UNIDAD II NOMBRE: Algoritmos de Caché 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno explicará los diferentes métodos de manejo de la Memoria Caché como una forma de aumento de 
rendimiento, así como la influencia en el código de programación. 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
2.1 
2.2 
2.3 
2.3.1 
2.3.2 
Algoritmos de sustitución 
Algoritmos de búsqueda 
Algoritmos de escritura 
Write-Back 
Write-Through 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subtotal
1.5 
1.5 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 
1.5 
1.5 
1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5 
4.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5 
2B,3B 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Exposición por parte del alumno empleando prototipos, presentaciones y acetatos. Tareas, ejercicios y trabajos 
extraclase. Resolución de ejercicios de aplicación de los temas. 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Se evaluará con un 10% el desempeño del alumno observando la metodología empleada en cada conjunto de 
ejercicios y en su sencilla aplicación. Se realizará un examen que abarcará los conocimientos adquiridos en las 
unidades I y II, como primer examen departamental, que contará un 60 % de la calificación teórica.Además, la 
realización de prácticas de laboratorio aportara un 30 % de la calificación total del departamental. 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 5 DE 9 
 
No. UNIDAD III NOMBRE: El Pipeline y sus tipos. 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno evaluará los diferentes tipos de Pipeline, sus ventajas y problemas de control en los 
microprocesadores utilizados actualmente. 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
3.1 
3.2 
3.3 
3.3.1 
3.3.1.1 
3.3.1.2 
3.3.1.3 
3.3.1.4 
3.4 
3.5 
3.6 
3.7 
3.8 
Estructura del pipeline 
Desempeño del pipeline 
Tipos de pipeline 
El pipeline de instrucciones 
El problema de búsqueda 
El problema estructural 
El problema de datos 
El problema de control 
Tabla de reservación 
Vectores de colisión 
Pipelining y superescalaridad 
Pipeline aritmético y su aplicación 
Diseño del conjunto de instrucciones para una 
arquitectura segmentada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subtotal
1.5 
1.5 
3.0 
 
 
 
 
 
1.5 
3.0 
1.5 
1.5 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16.5 
 
3.0 
 
 
 
 
 
3.0 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.0 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 
1C, 2B, 3B 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Exposición por parte del alumno empleando, presentaciones y acetatos. Discusión en clase con la coordinación del 
profesor. Resolución de ejercicios de aplicación de los temas. Realización de prácticas de laboratorio. 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
Se evaluarán los ejercicios que el alumno realice, así como su participación en grupos de discusión, además de la 
búsqueda de información y exposición en clase con valor de un 10% el desempeño del alumno observando la 
metodología empleada en cada conjunto de ejercicios y en su sencilla aplicación. Se realizará un examen que 
abarcará los conocimientos adquiridos en la unidad III, como segundo examen departamental, que contará un 60 % 
de la calificación teórica. Además, la realización de prácticas de laboratorio aportara un 30 % de la calificación total 
del departamental. 
 
 
 
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FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 6 DE 9 
 
No. UNIDAD IV NOMBRE: Arquitectura de Grupo Reducido de Instrucciones. (RISC) 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno comparará la arquitectura RISC y CISC, determinando sus ventajas y desarrollo en 
microprocesadores de uso cotidiano. 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
4.1 
4.2 
4.3 
4.4 
4.4.1 
4.4.2 
4.5 
 
Características de la arquitectura RISC 
Comparación contra CISC 
Arquitecturas representativas 
Intel 4004 – Pentium II (CISC) 
MIPS (RISC) 
ARM 
Diseño del conjunto de instrucciones para una 
arquitectura RISC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subtotal
1.5 
1.5 
4.5 
 
 
 
1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.0 
 
1.5 
 
1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
3.0 
 
 
 
 
1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5 
 
1C,2B 
 
 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Integración de nuevos conceptos. Discusión en clase con ejemplos ilustrativos. Realización de prácticas de 
laboratorio. Realización de trabajos y tareas extraclase. 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
El tercer examen departamental abarcará las unidades IV y V, evaluando conocimientos adquiridos, lo que será un 
60 % de la calificación. Un 10 % lo será los trabajos extraclase. Se evaluará la aplicación práctica de los 
conocimientos mediante pequeños prototipos que serán un 30% de la calificación. 
 
 
 
 
 
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FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 7 DE 9 
 
No. UNIDAD V NOMBRE: Arquitectura de Procesador Escalable (SPARC) y 
 Arquitecturas Paralelas. 
 
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD 
 
El alumno explicará el funcionamiento de una arquitectura de procesador escalable (SPARC), así como el 
diseño de un prototipo donde se aplique lo visto en clase. 
 
 
 
 
HORAS 
 
No. 
TEMA 
 
T E M A S 
T P EC 
 
CLAVE BIBLIOGRÁFICA 
5.1 
5.2 
5.3 
5.3.1 
5.3.2 
5.3.3 
5.3.4 
Clasificación de Flynn 
Funcionamiento de una arquitectura vectorial 
La arquitectura de procesador escalable (SPARC) 
Registro de ventana. 
Modos de direccionamiento y sus de instrucciones 
El manejo de la ventana en procesos. 
Aplicaciones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subtotal
1.5 
1.5 
1.5 
3.0 
3.0 
1.5 
1.5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13.5 
 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 
 
1C 2B 3B 
 
ESTRATEGIA DIDÁCTICA 
 
Exposición por parte del alumno empleando, presentaciones y acetatos. Discusión en clase con la coordinación del 
profesor. Resolución de ejercicios de aplicación de los temas. Tareas, ejercicios y trabajos extraclase. 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
 
El tercer examen departamental abarcará las unidades IV y V evaluando conocimientos adquiridos en un 60 %. Se 
evaluará la habilidad del alumno en la comprensión de los esquemas de operación de arquitecturas escalables y 
paralelos, así como su capacidad de aplicación en un prototipo que valdrá el 30 %. Además de un 10 % del 
desempeño e integración de los alumnos en las discusiones sobre temas selectos. 
 
 
 
 
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FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 8 DE 9 
 
RELACIÓN DE PRÁCTICAS 
 
 
PRACT. 
No. 
 
NOMBRE DE LA PRÁCTICA 
 
UNIDAD 
 
DURACIÓN 
 
 
LUGAR DE REALIZACIÓN
 
1 
2 
3 
 
4 
 
5 
6 
7 
 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transferencia de registros con HDL 
Control microprogramado con HDL 
Unidad de lógica y aritmética con 
HDL 
Microcomputadora y memoria con 
HDL 
Algoritmos de caché 
Diseño de un pipeline estático 
Programación del método de tablas 
de control 
Programación del método de 
Tomasulo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I 
I 
I 
 
II 
 
III 
III 
 
III 
 
IV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Total 
 
3.0 
4.5 
3.0 
 
4.5 
 
3.0 
3.0 
 
3.0 
 
3.0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27.0 
 
Todas las prácticas se 
realizarán en el Laboratorio 
de Microprocesadores 
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SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
ASIGNATURA: Arquitectura de Computadoras CLAVE: CLA034 HOJA: 9 DE 9 
 
 
 
PERÍODO 
 
UNIDAD 
 
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 
1 
 
 
 
 
2 
 
 
 
3 
I y II 
 
 
 
 
III 
 
 
 
IV y V 
10% - Programas y ejercicios desarrollados en clase y extra clase. 
60% - Examen del periodo. 
30% - Prácticas de laboratorio 
 
10% - Programas y ejercicios desarrollados en clase y extra clase. 
60% - Examen del periodo. 
30% - Prácticas de laboratorio 
 
60% - Examen del periodo. 
30% - Prácticas de laboratorio. 
10% - Programas y ejercicios desarrollados en clase y extraclase. 
CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 
1 
 
 
2 
 
 
3 
 
 
 
 
 
X 
 
 
X 
X 
 
 
 
 
 
 
 
 
Barry B.Brey Los Microprocesadores Intel Arquitectura de Programación e Interfases 
Prentice Hall. New York 5ª Ed. 2004. Pp. 21-176 
 
Andrew S. Tanenbaum Organización de Computadoras Pearson.España 3ª Ed. 
2002. Pp. 4-34, 68-216 
 
Stallings, William, Organización y Arquitectura de Computadoras, Buenos Aires 3ª. 
Ed. Prentice may. Pp. 3-98, 189-216. 
 
 
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SECRETARÍA ACADÉMICA 
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS 
FÍSICO MATEMÁTICAS 
 
 
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 
 
 
1. DATOS GENERALES 
 
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacan. 
 
CARRERA: Ingeniería en Computación SEMESTRE Sexto 
 
 
ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM.
 
 
ACADEMIA: Microprocesadores ASIGNATURA: Arquitectura de computadoras 
 
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Licenciatura ó Maestría en Sistemas Digitales, Electrónica o Computación 
 
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA 
 
El alumno analizará las bases del diseño y construcción de los bloques de un sistema de cómputo ( procesador, 
memoria y subsistemas de entrada y salida), estableciendo los criterios de selección de los elementos que 
darán origen a la velocidad, rendimiento y costo en una unidad procesadora. 
 
 
3. PERFIL DOCENTE: 
 
CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA 
PROFESIONAL 
HABILIDADES ACTITUDES 
 
Electrónica. 
 
Electrónica digital. 
 
Computación. 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño de sistemas 
digitales. 
 
Programador de sistemas 
de cómputo. 
 
Áreas afines en el sector 
privado o público. 
 
Diseño de sistemas. 
 
Liderazgo. 
 
Manejo de grupo. 
 
Conocimientos de 
cómputo. 
 
Ética. 
 
Responsable. 
 
Respetuoso. 
 
Tolerancia. 
 
Compromiso Social. 
 
 
 
ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ 
 
 
__________________________ __________________________ ________________________ 
 Ing. Carlos A. Estrada Arriaga M. en C. Alberto Paz Gutiérrez Ing. Ernesto Mercado Escutia 
 Presidente de la Academia Subdirector Académico Director 
 de Microprocesadores 
 
FECHA: Agosto 2005