Tema01

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01 La computadora y su arquitectura
Estructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco)
1
Contenido
• La computadoras
• Computadora
• Computación
• Computación en la vida diaria
• Razón de ser de las Computadoras
• Información Digital
• El idioma digital y su programación
• Sistema Binario
• Sistema Hexadecimal
• Medida de la información dugital
• Arquitectura de una computadora
• Hardware y software
• Partes principales de una arquitectura
• Arquitecturas según su modelo de memoria
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Las computadoras
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Computadora
¿Qué es una computadora?
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• Una computadora es una máquina capaz de procesar
información a gran velocidad.
• ¿Qué es una máquina?
• ¿Qué es procesar?
• ¿Qué es una información? 5
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¿Qué es una maquina?
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¿Qué es procesar?
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¿Qué es información?
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• La Información es un conjunto de datos ordenados que
representan algo.
• Los datos ordenados son los que constituyen una entrada
(input) a la computadora, la cuál se encarga de procesar
mediante una lógica (programa) para producir una nueva
información de salida (output).
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Procesamiento
Información 
de entrada
Información 
de salida
• ¿Qué es computación?
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Computación
• Conjunto de conocimientos científicos y de técnicas que
hacen posible el tratamiento automático de la información
por medio de computadoras.
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Computación
• Comunicación, entretenimiento, productividad, salud,
alimentación, ciencia, bienestar, servicios, etc.
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Computación en la vida diaria
• Y el futuro…
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• Debido a su gran velocidad para realizar cálculos,
almacenar información ,procesarla y recuperarla y seguir
secuencias de instrucciones de manera precisa podemos
decir que:
“La razón de ser de una computadora es poder resolver 
problemas capaces de ser modelados y representados en 
datos coherentes y ordenados (información), apoyándose 
de su gran velocidad y capacidad de seguir una serie de 
pasos programados con anterioridad y dependientes de la 
información que se maneja”.
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Razón de ser de las Computadoras
El idioma digital y su 
programación
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•Una computadora es una máquina
capaz de procesar información digital a
gran velocidad.
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Información digital
• Aquella maquina a la que se le suministran los datos mediante
dígitos o elementos finitos o discretos..
• ¿Qué es información digital?
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Máquina digital
• La información digital es toda aquella información
que es almacenada o transmitida empleando un
sistema de codificación discreto de los datos, en el
caso de la computación un sistema de unos y
ceros (el sistema binario) es fácil de implementar.
• Estos unos y ceros representan un estado real de
materia, onda o energía.
• P.g., en un disco óptico (CD, DVD...) un láser lee la
superficie que está "marcada" de distintas formas
para representar el 1 y el 0.
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• El sistema binario, es un sistema de numeración en el que
los números se representan utilizando solamente dos cifras:
cero y uno (0 y 1).
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Sistema binario
• Es uno de los sistemas que se utilizan en las computadoras,
debido a que estas trabajan internamente con dos niveles
de voltaje, por lo cual su sistema de numeración natural es
el sistema binario.
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• Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas
que permiten representar datos numéricos. Los sistemas de
numeración actuales son sistemas posicionales, que se
caracterizan porque un símbolo tiene distinto valor según la
posición que ocupa en la cifra.
• Para realizar las conversiones de base en sistemas
numéricos esta relacionado con el valor posicional.
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Conversión de Binario a Decimal
• Desarrollar el número, teniendo en cuenta el valor de cada
dígito en su posición, que es el de una potencia de 16, cuyo
exponente es 0 en el bit situado más a la derecha, y se
incrementa en una unidad según vamos avanzando
posiciones hacia la izquierda.
• P.g., convertir el número binario 10100112a decimal
1x26 + 0x25+ 1x24+ 0x23+ 0x22+ 1x21+ 1x20= 8310
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64 32 16 8 4 2 1
Conversión de Decimal a Binario
• Realizar divisiones sucesivas por 2 y escribir los residuos obtenidos en cada
división en orden inverso al que han sido obtenidos.
• P.g., convertir al sistema binario el número 7710
𝟕𝟕
𝟐
= 𝟑𝟖 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟏
𝟑𝟖
𝟐
= 𝟏𝟗 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟎
𝟏𝟗
𝟐
= 𝟗 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟏
𝟗
𝟐
= 𝟒 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟏
𝟒
𝟐
= 𝟐 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟎
𝟐
𝟐
= 𝟏 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟎
𝟏
𝟐
= 𝟎 𝒄𝒐𝒏 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝟏
• Tomando los residuos en orden inverso obtenemos la cifra binaria:
7710 = 10011012 25
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• Es el sistema de numeración posicional
que tiene como base el 16. Su uso actual
está muy vinculado a la informática y
ciencias de la computación donde las
operaciones de la CPU suelen usar el byte
u octeto como unidad básica de
memoria; y, debido a que un byte
representa 28 valores posibles, y esto
puede representarse como: 28 = 24 ×
24 = 16 × 16 = 1𝑥162 + 0 × 161 + 0 ×
160, que equivale al número 100 en base
hexadecimal dos dígitos hexadecimales
corresponden exactamente a un byte.
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Sistema hexadecimal
Conversión de Hexadecimal a Decimal
• Desarrollar el número, teniendo en cuenta el valor de cada
dígito en su posición, que es el de una potencia de 2, cuyo
exponente es 0 en el digito situado más a la derecha, y se
incrementa en una unidad según vamos avanzando
posiciones hacia la izquierda.
• P.g., convertir el número hexadecimal A2F716a decimal
10x163+ 2x162+ 15x161+ 7x160= 4171910
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23 22 21 20
A 2 F 7
Conversión de Decimal a Hexadecimal
• Realizar divisiones sucesivas por 16 y escribir los residuos obtenidos en
cada división en orden inverso al que han sido obtenidos.
• P.g., convertir al sistema hexadecimal el número 4171910
41719
16
= 2607 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 7
2607
16
= 162 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 15 = F
162
16
= 10 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 2
162
16
= 0 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 10 = 𝐴
• Tomando los residuos en orden inverso obtenemos la cifra
hexadecimal:
4171910 = A2F716
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Conversión de Binario a Hexadecimal a Binario
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Binario Hexadecimal
0000 0
0001 1
0010 2
0011 3
0100 4
0101 5
0110 6
0111 7
1000 8
1001 9
1010 A
1011 B
1100 C
1101 D
1110 E
1111 F
Separación por nibles (4 bits) de derecha
a izquierda y asignación de su valor. P.g.
convertir a base 16 11 1011 0010 10012
Conversión de Binario a Hexadecimal
Conversión de Hexadecimal a Binario
5BB16 = 101101110112
30
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101101011112 = 5AF16
5 A F
1011
1011
0101
Un byte es una unidad de información de ocho bits; un bit se
refiere a un digito del sistema de numeración binario y
proviene del inglés bite, “mordisco”, ya que es la cantidad
más pequeña de datos que una computadora podía “morder”
a la vez.
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n
Medida de la información digital
Múltiplo (símbolo) SI
kilobyte (kB) 10
3
megabyte (MB) 10
6
gigabyte (GB) 10
9
terabyte (TB) 10
12
petabyte (PB) 10
15
exabyte (EB) 10
18
zettabyte (ZB) 10
21
yottabyte (YB) 10
24
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Número de bytes Múltiplo Equivalencia aproximada
1 1 B Una letra.
10 10 B Una o dos palabras.
100 100 B Una o dos frases.
1000 1 kB Una historia muy corta.
10 000 10 kB
Una página de enciclopedia, tal vez con 
un dibujo simple.
100 000 100 kB Una fotografía de resolución mediana.
1 000 000 1 MB Una novela.
10 000 000 10 MB
Dos copias de la obra completa 
de William Shakespeare.
100 000 000 100 MB Un estante de un metro de libros.
1 000 000 000 1 GB Una furgoneta llena de páginas con texto.
1 000 000 000 000 1 TB
Todas las páginas de texto elaboradas de 
50 000 árboles.
10 000 000 000 000 10 TB
La colección impresa de la biblioteca del 
congreso de EE. UU.
1 000 000 000 000 000 1 PB Los datos que maneja Google cada hora.
1 000 000 000 000 000 000 1 EB
El peso de todos los datos en Internet 
para finales de 2001.
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nPrefijo Símbolo del prefijo
Nombre resultante del 
prefijo + byte
Símbolo del múltiplo 
del byte
Factor y valor en el SI
Valor de referencia byte B 100 = 1
kilo k kilobyte kB 103 = 1 000
mega M megabyte MB 106 = 1 000 000
giga G gigabyte GB 109 = 1 000 000 000
tera T terabyte TB 1012 = 1 000 000 000 000
peta P petabyte PB
1015 = 
1 000 000 000 000 000
exa E exabyte EB
1018 = 
1 000 000 000 000 000 0
00
zetta Z zettabyte ZB
1021 = 
1 000 000 000 000 000 0
00 000
yotta Y yottabyte YB
1024 = 
1 000 000 000 000 000 0
00 000 000
Múltiplos utilizando los prefijos del Sistema Internacional
https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades
• Durante los inicios de la informática ―a mediados del siglo XX―, las unidades se
mostraban como múltiplos de 1000, pero a finales de los años cincuenta se empezó
a confundir 1000 con 1024, puesto que los ordenadores trabajan en base binaria. El
problema se originó porque para la memoria RAM resultó más fácil direccionar en
múltiplos de 1024=210, puesto que los ordenadores trabajan en base binaria y no
decimal.
• El problema radicó al nombrar las unidades en sentido binario, ya que se adoptaron
los nombres de los prefijos del Sistema Internacional de Unidades, y recibieron los
mismos prefijos que las unidades de base mil. Esto sembró ciertas confusiones que
hasta el día de hoy continúandebatiéndose por la comunidad informática.
• Para clarificar la distinción entre los prefijos decimal y binario, la Comisión
Electrotécnica Internacional (IEC), un grupo de estandarización, en 1997 propuso
prefijos con uniones abreviadas del Sistema Internacional de Unidades con la
palabra binario. Así pues, sería denominado un mebibyte (MiB) contracción de
megabyte binario. Esta convención todavía no se ha difundido suficientemente.
• Debido a las formas irregulares en el uso del prefijo binario en la definición y uso del
kilobyte, el número exacto es el siguiente:
• 1 000 000 bytes o Megabyte es la definición usada por los ingenieros de
telecomunicaciones y por algunos fabricantes de sistemas de almacenamiento, y es
la que resulta coherente con el prefijo del SI «mega». La abreviatura que es igual a
todas y es la adecuada es por tanto MB (megabyte).
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Múltiplos utilizando los prefijos ISO/IEC 80000-13
Prefijo Símbolo del prefijo
Nombre resultante 
del prefijo + byte
Símbolo del múltiplo 
del byte
Factor y valor en 
el ISO/IEC 80000-13
Valor de referencia byte B 20 = 1
kibi Ki kibibyte KiB 210 = 1024
mebi Mi mebibyte MiB 220 = 1 048 576
gibi Gi gibibyte GiB 230 = 1 073 741 824
tebi Ti tebibyte TiB
240 = 
1 099 511 627 776
pebi Pi pebibyte PiB
250 = 
1 125 899 906 842 6
24
exbi Ei exbibyte EiB
260 = 
1 152 921 504 606 8
46 976
zebi Zi zebibyte ZiB
270 = 
1 180 591 620 717 4
11 303 424
yobi Yi yobibyte YiB
280 = 
1 208 925 819 614 6
29 174 706 176
• El sistema hexadecimal es el sistema de numeración
posicional que tiene como base el 16. Su uso actual está
muy vinculado a la informática y ciencias de la computación
donde las operaciones de la CPU suelen usar el byte u
octeto como unidad básica de memoria; y, debido a que un
byte representa 28 valores posibles, y esto puede
representarse como 28 = 24𝑥24 = 16𝑥16 = 1𝑥162 +
0𝑋161 + 0𝑥160que equivale al número en base 16 10016
dos dígitos hexadecimales corresponden exactamente a un
byte.
• 𝑆 = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, 𝐴, 𝐵, 𝐶, 𝐷, 𝐸, 𝐹}
10016 = 1 0000 00002 = 25610
𝐹𝐹16 = 1111 11112 = 25510
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Sistema Hexadecimal
Hexadecimal Decimal
A 10
B 11
C 12
D 13
E 14
F 15
Arquitectura de una 
Computadora
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Hardware y Software
Una computadora esta compuesta por un conjunto
de componentes electrónicos, mecánicos e
interfaces para interactuar con el exterior (usuarios
u otros dispositivos) y por un conjunto de programas
que determinan que operaciones llevar a cabo.
Computadora
Hardware
Software
39
Conjunto de programas
(software)
Computadora (hardware)
Entrada Salida
Una computadora esta formada por un parte física y otra lógica (hardware &
software), la primera de estas esta conformada por los elementos físicos que la
conforman (dispositivos electrónicos y mecánicos), la parte lógica es aquella que
determina que procesos se van a realizar con la información de entrada.
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• Para definir el conjunto de programas de una computadora
existen personas responsables de indicar a la computadora
la lógica de procesamiento. Cada programa es que es
definido necesariamente es construido por especialistas
(arquitectos de software y programadores).
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• La información que puede ser procesada por la
computadora será toda aquella que se encuentre
codificada de manera tal que sea posible manipular por
los dispositivos que la conforman, i.e. la información de
entrada es digitalizada.
• La información de salida es transformada a un formato
entendible por el usuario o dispositivo que la recibirá, lo
que significa que no obligatoriamente el procesamiento
realizado con la información se realizo como
aparentemente se ve a la salida.
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Arquitectura de una computadora
• Computadora: "Máquina capaz de procesar información
a muy alta velocidad".
• Podemos determinar con esta definición que esta tiene
una arquitectura establecida y un modo de
funcionamiento, debido al hecho de ser una maquina.
• La arquitectura de una computadora es un modelo y
una descripción funcional de los requerimientos
elementales y las implementaciones de diseño para la
operación de una computadora, con especial interés en
la forma en que la unidad central de proceso CPU
trabaja internamente y accede a las direcciones de
memoria. 42
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Elementos básicos de una arquitectura
• Todas las computadoras constan principalmente de
tres partes, la CPU que procesa los datos, la
memoria que guarda los datos y los dispositivos de
entrada y salida que permiten la comunicación con
el exterior.
Procesador Memoria
Dispositivos 
de entrada 
y salida
Computadora digital
43
Procesador
• Desde el punto de vista funcional, un
microprocesador es un circuito integrado que
incorpora en su interior una unidad central de
proceso (CPU) y todo un conjunto de elementos
lógicos que permiten enlazar otros dispositivos como
memorias y puertos de entrada y salida (I/O),
formando un sistema completo para cumplir con una
aplicación específica dentro del mundo real. Para
que el sistema pueda realizar su labor debe ejecutar
paso a paso un programa que consiste en una
secuencia de números binarios o instrucciones,
almacenándolas en uno o más elementos de
memoria, generalmente externos al mismo
Procesador
ControlDatapath
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Memoria
• Se refiere a los componentes de una computadora,
dispositivo y medios de almacenamiento que retienen datos
informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las
memorias de computadora proporcionan unas de las
principales funciones de la computación moderna, la
retención o almacenamiento de información. Es uno de los
componentes fundamentales de todas las computadoras
modernas.
• La memoria primaria está directamente conectada a la CPU
de la computadora. Debe estar presente para que la CPU
funcione correctamente. (Registros del procesador, Memoria
cache y memoria principal de acceso aleatorio RAM).
• La memoria secundariarequiere que la computadora use sus
canales de entrada/salida para acceder a la información y se
utiliza para almacenamiento a largo plazo de información
persistente. (Discos Duros, Memorias Flash, etc.)
Memoria
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Dispositivos de entrada-salida
• E/S o I/O (input/output), es la colección de
interfaces que usan las distintas unidades
funcionales (subsistemas) de un sistema de
procesamiento de información para comunicarse
unas con otras.
Dispositivos
Entrada
Salida
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• De acuerdo a lo anterior, una arquitectura de
computadora será formada por los siguientes
elementos básicos.
Procesador
Computadora
Unidad de 
Control
Datapath
(ALU, 
Registros, …)
Memoria Dispositivos
Entrada
Salida
*Un datapath es una colección de unidades funcionales, por ejemplo ALUs o
multiplicadores, o unidades que realizan un proceso u operaciones con los datos. La
mayoría de los procesadores consisten en un datapath y una a unidad de control, la
unidad de control se dedica a regular la interacción entre el datapath y la memoria.
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• Toda arquitectura computacional incluye tres aspectos
que la definen y distinguen.
1. Conjunto de operaciones
2. Organización de la computadora
3. Hardware de la computadora
1. El conjunto de operaciones: es la interfaz visible entre
el hardware y la programación.
• Las dos principales aproximaciones al conjunto de
instrucciones son:
• CISC (Complex Instruction Set Computer)
• RISC (Reduced Instruction Set Computer)
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Aspectos que definen y distinguen una 
arquitectura
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2. La organización de la computadora: es la lógica de
funcionamiento de la arquitectura, pueden
distinguirse dos arquitecturas teóricas básicas.
1. Arquitectura Von Neumann
2. Arquitectura Harvard
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Procesador
Computadora
Unidad de 
Control
Datapath
(ALU, 
Registros, …)
Memoria Dispositivos
Entrada
Salida
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3. El Hardware de la computadora: es lo que
físicamente lleva a cabo el trabajo de
procesamiento. De acuerdo a las capacidades y
tipos se organizan de acuerdo a una arquitectura
estándar para la construcción de una
computadora.
• i.e. este aspecto se refiere a las características del
hardware (Velocidad, capacidad, …).
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• La organización de la computadora: es la lógica de
funcionamiento de la arquitectura, pueden
distinguirse dos arquitecturas teóricas básicas.
1. Arquitectura Von Neumann
2. Arquitectura Harvard
• Ambos modelos contemplan la existencia de un modulo
de procesamiento, una serie de dispositivos de
entrada/salida y memoria.
51
Arquitectura de una computadora
según la organización de los elementos
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Arquitectura Harvard
• Arquitectura Harvard hace referencia una
organización de la computadora que utiliza
dispositivos memorias físicamente separadas para
las instrucciones y para los datos.
• El término proviene de la computadora Harvard Mark I,
que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y
los datos en interruptores.
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Memoria
• Cada memoria dispone de su respectivo bus, lo que
permite, que la CPU pueda acceder de forma
independiente y simultánea a la memoria de datos y a
la de instrucciones.
• Como los buses son independientes éstos pueden
tener distintos contenidos en la misma dirección .
• Además de que el ancho de palabra del bus de datos
de cada memoria puede ser distinto.
Usos de esta arquitectura
• Esta arquitectura suele utilizarse en
Microcontroladores y DSPs (procesadores digitales de
señales), usados habitualmente en productos para
procesamiento de audio y video así como sistemas
electrónicos con cómputo embebido.
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Organización de una computadora bajo la arquitectura 
Harvard
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Procesador Memoria 
de datos
E/S
Memoria 
de programa
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• La arquitectura Von Neumann es un modelo de
organización en arquitecturas de computadoras que
utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento
tanto para las instrucciones como para los datos (a
diferencia de la arquitectura Harvard).
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Procesador
Memoria
E/S
Arquitectura Von Neumann
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Memoria
• Se compone de un conjunto de celdas del mismo
tamaño (número de bits).
• Cada celda está identificada por un número binario
único, denominado dirección.
• Una vez seleccionada una celda mediante su
correspondiente dirección, se pueden hacer dos
operaciones:
• Lectura: Permite conocer el valor almacenado
anteriormente.
• Escritura: Almacena un nuevo valor.
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Unidad Central de Proceso (CPU)
• Es el conjunto formado por la Unidad de Control, los
registros y la Unidad Aritmética Lógica, es decir es el
bloque encargado de ejecutar las instrucciones.
• Con la aparición de los circuitos integrados, y en
concreto a partir de los años 70, cuando la tecnología
alcanzó el nivel de integración adecuado, se integró en
una sola pastilla la CPU. A este circuito integrado se le
denomina Microprocesador.
Una forma de determinar el rendimiento de un
computador es por el número de instrucciones que ejecuta
por segundo (MIPS).
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Unidad de Entrada/Salida
• Realiza la transferencia de información con las unidades
externas, denominadas periféricos: unidades de
almacenamiento secundario (disco duro, disquete, cinta,
etc.), impresoras, terminales, monitores, etc.
• La memoria secundaria (MS), se considera como un
periférico. La MS es más lenta que laprincipal, pero tiene
una mayor capacidad de almacenamiento.
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Buses
• Además de las 4 unidades básicas, en un computador
existen conjuntos de señales, que se denominan buses, y
cuya función es transferir las instrucciones y los datos entre
las distintas unidades.
• Estos buses se representan en la figura mediante flechas de
trazo continuo. Se suelen distinguir tres tipos de buses:
• Bus de direcciones
• Bus de datos
• Bus de control
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Bus de Direcciones
Bus de Datos
Bus de Control
Unidad central 
de proceso 
CPU
Unidad
de control
UC
PC IR
AR ACDR
Unidad
de
Memoria
Unidad
de
E/S
Dispositivos
periféricos
Unidad
Aritmética y 
lógica
ALU E
R/W
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Procesador
Unidad Aritmético-Lógica (ALU)
• Realiza las operaciones elementales, tanto aritméticas
como lógicas, que implementa el computador: suma, resta,
AND, OR, NOT, etc.
• Los datos con los que opera se leen de la memoria, y
pueden almacenarse temporalmente en los registros que
contiene la CPU.
Unidad de Control
• Ejecuta las instrucciones máquina almacenadas en la
memoria.
• Captura las instrucciones y las decodifica.
• Según el tipo de instrucción, genera las señales de control
a todas las unidades internas de la CPU para poder realizar
su ejecución.
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Unidad central de proceso CPU
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