Arquitectura de Computadoras

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DATOS DE IDENTIFICACIÓN

Asignatura

_{Arquitectura de Computadoras}

Propósito del

curso:

El alumno será capaz de reconocer y analizar los componentes de un sistema de cómputo, su organización, diseño y funcionamiento para ser utilizada en aplicaciones específicas, como también obtendrá los elementos teóricos para realizar una comparativa de las tecnologías modernas.

Clave:

Horas y créditos:

Teóricas: 60 Prácticas:20 Estudio Independiente: 30

Total de horas: 110 Créditos: 8

Tipo de curso: Teórico: Teórico-práctico: X Práctico: Competencias del

perfil de egreso a la que aporta

Capacidad para reconocer la forma en que opera una computadora, su organización y sus componentes.

Capacidad para identificar la evolución de diseño de las computadoras y con ello predecir las tecnologías futuras.

Proponer e implantar la infraestructura computacional necesaria en una organización para que sus procesos puedan llevarse a cabo de manera adecuada. Analizar y aprovechar de mejor forma los recursos de una computadora.

Aprender las filosofías de diseño de las computadoras y tenga la formación de base que les permita entender las tecnologías futuras.

Responsables de elaborar y/o actualizar el programa:

Dra. Paulina Saiz Aguilar M.C. Alejo Gerardo Sánchez

M.C. María Alicia López Valenzuela M.C. Eugenio Inzunza Aldana M.C. Cynthia Beatriz Pérez Castro L.S.C. María Higinia Germán Medina L.S.C. Jesús Ramón Quintero López L.S.C. Carlos Alberto López Iribe L.S.C. Adrián Torres Sánchez L.S.C. Cristina González Armenta L.S.C. Efraín Burgos Campos

L.S.C. Cesáreo Antonio Leal Andrade L.I. Jorge Luis Franco López

L.C.C. Ahidé Atondo Sánchez

Fecha de: Elaboración: 24 de Mayo de 2013 Actualización:

FACULTAD DE ADMINISTRACIÓN AGROPECUARIA Y DESARROLLO RURAL (FAADER)

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS CONTENIDO TEMÁTICO

Unidad Temas Tiempo

I. Introducción a los sistemas de cómputo

Fundamentos de los sistemas de cómputo (3 h) • Terminología y conceptos sobre los sistemas de cómputo: hardware, software, firmware.

• La computadora como máquina multinivel o multicapa.

• Conceptos sobre: sistemas operativos, lenguajes, traductores o compiladores, intérpretes, programa, máquina virtual.

Perspectiva histórica del desarrollo de las computadoras (4 h)

 Evolución de la computadora: generaciones de las computadoras

 Computadoras de propósito especial o de uso general.

 Computadoras de programa almacenado: computadora de Von Neumann

 La computadora electrónica digital moderna Clasificación de las computadoras (3 h)

 Por el flujo de datos e instrucciones (taxonomía de Flynn)

 Medidas y parámetros del desempeño de una computadora

 Por su desempeño y aplicaciones: supercomputadora, macrocomputadora, minicomputadora, microcomputadora,…)  Por la arquitectura del procesador: CISC, RISC,

VLIW, 32 bits, 64 bits,…

 Tipos de microcomputadoras o computadoras personales

 Características generales de las computadoras personales

Sistema básico de una computadora electrónica digital moderna (5 h)

 Diagrama a bloques de una computadora  La CPU, memoria principal y los canales de

comunicación

 Interfaces y dispositivos periféricos

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS II. El Microprocesador

Tipos de procesadores y especificaciones (10 h)  La historia y evolución de los microprocesadores  Familias y tipos de microprocesadores

 Nombres de los procesadores

 Arquitectura y organización básica de la CPU: unidades funcionales y conjunto de instrucciones  Especificaciones de los microprocesadores  Características de los microprocesadores

modernos

 Procesos de manufactura

 Sockets y slots para procesadores

 Voltajes de operación de los microprocesadores El coprocesador matemático (2 h)

 La unidad de punto flotante (FPU)  Formato de datos para la FPU

 La arquitectura del x87: interfaz con la CPU y su conjunto de instrucciones.

Las tarjeta principal y sus buses (5 h)  Los factores de forma de la tarjeta

madre/principal

 Los sockets/slots del procesador  Chipsets

 SuperI/O chips

 Conectores de la tarjeta madre  Tipos de buses de I/O

 Criterios de selección de la tarjeta madre El BIOS (3 h)

 Fundamentos del BIOS

 ROM BIOS de la tarjeta madre

 Especificaciones del SETUP del CMOS  BIOS Plug & Play

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS III. La Memoria

Memoria principal (10 h)

 Clasificación de las memorias: principal y secundaria

 La memoria principal: tipos de RAM y rendimiento

 Módulos de memoria: características y tamaño, velocidad y bancos de memoria

 Paridad y memorias ECC.

 Actualización de la memoria RAM. Memoria secundaria (10 h)

 La interfaz ATA: PATA/IDE y SATA  Principios del almacenamiento magnético

 Los discos duros: factores de forma, componentes y características de un HDD

 Almacenamiento removible: dispositivos de memoria flash y ópticos

20 horas

IV. Interfaces de E/S y Periféricos.

Interfaces externas de E/S (6 h)  Introducción a los puertos de E/S  Puertos seriales y paralelos  Los puertos USB y eSATA

 Los dispositivos de entrada externos: teclado, ratón, etc.

Interfaces de audio, video y LAN (9 h)  Adaptadores de video y monitores/pantallas  Adaptadores de audio

 Adaptadores de red local: cableada e inalámbrica

15 horas

V. Computadoras avanzadas y dispositivos inteligentes

Computadoras avanzadas y paralelismo (5 h)  Cómputo paralelo, paralelismo y sistemas de alto

desempeño

 Multiprocesadores, supercomputadoras y clusters de PCs

Dispositivos inteligentes (5 h)

 Tipos de dispositivos inteligentes y sus características

 Tabletas



Smart Phones

10 horas

BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA

1. Murdocca, Miles. Principios de arquitectura de computadoras 1ra ed. Pearson, Educacion, 2002. 2. Martinez Durá, Rafael J. Estructura de Computadores y periféricos. Afaomega. 2001

3. Tocci, Ronald J. Sistemas Digitales: Principios y Aplicaciones 8va ed. Pearson. 2003 4. Balabanian, Norman. Principios de Diseño Logico Digital. Editorial Cepsa. 2002

5. Sanchís, Enrique. Sistemas Electrónicos Digitales: fundamentos y diseño de Aplicaciones. Editorial Universitat de Valencia. 2002.

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS 1993.

7. Alcalde, Eduardo, F. Ormachea y J. Portillo, Arquitectura de ordenadores, McGraw-Hill, España, 1991.

8. Beekman, George, Computación & informática hoy. Una mirada a la tecnología del mañana, Addison Wesley, México, 1995.

9. Downton, A.C., Computadores y microprocesadores, Addison Wesley, México, 1993. 10. Hennesy, Patterson, Arquitectura de Computadoras, McGraw-Hill, 1993.

11. McCalla, T.R., Lógica digital y diseño de computadoras, Limusa, México, 1994.

12. Patterson, David y John Hayes, Organización y diseño de computadores, McGraw-Hill, México, 1995.

13. Tanenbaum, Andrew, Organización de computadoras, 3a edición, Prentice Hall, México, 1990. 14. Tokheim, Roger, Fundamentos de los microprocesadores, 2a edición, McGraw-Hill, Serie Schaum,

México, 1991.

PERFIL DEL PROFESOR Grado mínimo de Licenciatura en Informática o carreras afines.

Experiencia docente en nivel superior. Dominio de modelo basado en competencias.

INSTRUMENTOS Y MEDIOS DIDÁCTICOS - Aula con videoproyector

- Biblioteca

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS DISEÑO DE UNIDADES

Unidad de Aprendizaje I. Introducción a los sistemas de cómputo

Horas 15

Objetivo de la unidad

Al finalizar la unidad el alumno será capaz de identificar conceptos básicos de los sistemas de cómputo para diferenciar sus arquitecturas.

Competencias a desarrollar

 Capacidad para reconocer la forma en que opera una computadora, su organización y sus componentes.  Capacidad para identificar la evolución de diseño de las computadoras y con ello predecir las

tecnologías futuras. S ab er es e sp ec ífi cos a d es ar ro ll a r Conceptuales  Reconoce la importancia de las computadoras en nuestro entorno

 Identifica elementos internos y externos así como el funcionamiento de un computador Procedimentales

 Pacta con el profesor las condiciones de operación.

 Identifica los elementos básicos que componen una computadora.

 Ilustra la estructura interna y externa de un computador y sus principios de funcionamiento. Actitudinales

 Disposición al trabajo en equipo

 Asume actitud responsable en el uso de la tecnología y manejo de la información  Respeta la opinión de sus compañeros

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS SECUENCIA DIDÁCTICA UNIDAD I

C on te n id os Te máti cos

Fundamentos de los sistemas de cómputo (3 h)

• Terminología y conceptos sobre los sistemas de cómputo: hardware, software, firmware. • La computadora como máquina multinivel o multicapa.

• Conceptos sobre: sistemas operativos, lenguajes, traductores o compiladores, intérpretes, programa, máquina virtual. Perspectiva histórica del desarrollo de las computadoras (4 h)

 Evolución de la computadora: generaciones de las computadoras  Computadoras de propósito especial o de uso general.

 Computadoras de programa almacenado: computadora de Von Neumann  La computadora electrónica digital moderna

Clasificación de las computadoras (3 h)

 Por el flujo de datos e instrucciones (taxonomía de Flynn)  Medidas y parámetros del desempeño de una computadora

 Por su desempeño y aplicaciones: supercomputadora, macrocomputadora, minicomputadora, microcomputadora,…)  Por la arquitectura del procesador: CISC, RISC, VLIW, 32 bits, 64 bits,…

 Tipos de microcomputadoras o computadoras personales  Características generales de las computadoras personales

Sistema básico de una computadora electrónica digital moderna (5 h)  Diagrama a bloques de una computadora

 La CPU, memoria principal y los canales de comunicación  Interfaces y dispositivos periféricos

S ec u en ci a d id ác ti ca

Actividades de Aprendizaje Productos de Aprendizaje Instrumentos de evaluación  El profesor hace el encuadre del curso dando a

conocer al estudiante el programa, los criterios de evaluación y las rúbricas del producto integrador de cada unidad de aprendizaje.  El profesor inicia el curso lanzando una

pregunta generadora donde se discuten los conocimientos previos del estudiante en cuanto a los elementos básicos de un sistema de cómputo.

 El alumno realiza una búsqueda bibliográfica

 Carta compromiso de las reglas del curso

 Discusión grupal

 Cuadro de doble entrada

 Guía de observación

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS sobre los conceptos básicos relevantes sobre la

arquitectura de una computadora.

Producto Integrador Cuadro comparativo sobre las diferentes tecnologías que componen una computadora

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Unidad de Aprendizaje II. El Microprocesador

Horas 20

Al finalizar la unidad el alumno será capaz de identificar la arquitectura de los distintos tipos de procesadores, así como los periféricos que lo rodean, para proponer el procesador óptimo para la organización.

 Capacidad para identificar la evolución de diseño de las computadoras y con ello predecir las tecnologías futuras.

 Proponer e implantar la infraestructura computacional necesaria en una organización para que sus procesos puedan llevarse a cabo de manera adecuada.

 Analizar y aprovechar de mejor forma los recursos de una computadora.

S ab er es e sp ec ífi cos a d es ar ro ll a r Conceptuales  Reconoce arquitectura y funcionamiento del procesador.

 Identifica diferencia entre distintos tipos de procesadores

Procedimentales  Pacta con el profesor las condiciones de operación.

 Identifica la arquitectura física y lógica del procesador.  Analiza los diferentes tipos de procesadores.

 Reconoce los periféricos del procesador.

Actitudinales  Disposición al trabajo en equipo

 Asume actitud responsable en el uso de la tecnología y manejo de la información  Respeta la opinión de sus compañeros.

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS SECUENCIA DIDÁCTICA UNIDAD II

Tipos de procesadores y especificaciones (10 h)  La historia y evolución de los microprocesadores  Familias y tipos de microprocesadores

 Nombres de los procesadores

 Arquitectura y organización básica de la CPU: unidades funcionales y conjunto de instrucciones  Especificaciones de los microprocesadores

 Características de los microprocesadores modernos  Procesos de manufactura

 Sockets y slots para procesadores

 Voltajes de operación de los microprocesadores El coprocesador matemático (2 h)

 La unidad de punto flotante (FPU)  Formato de datos para la FPU

 La arquitectura del x87: interfaz con la CPU y su conjunto de instrucciones. Las tarjeta principal y sus buses (5 h)

 Los factores de forma de la tarjeta madre/principal  Los sockets/slots del procesador

 Chipsets  SuperI/O chips

 Conectores de la tarjeta madre  Tipos de buses de I/O

 Criterios de selección de la tarjeta madre El BIOS (3 h)

 Fundamentos del BIOS

 ROM BIOS de la tarjeta madre

 Especificaciones del SETUP del CMOS  BIOS Plug & Play

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS S ec u en ci a d id ác ti ca

Actividades de Aprendizaje Productos de Aprendizaje Instrumentos de evaluación  El profesor inicia la unidad haciendo

un recuento de los conocimientos de la unidad anterior.

 El alumno realiza una búsqueda bibliográfica sobre los conceptos básicos de la unidad.

 El alumno identifica las actividades de la organización y el tipo de procesador que utiliza el equipo de cómputo de la misma.  Preguntas dirigidas  Resumen escrito  Examen escrito  Investigación de campo  Guía de observación  Rúbrica  Examen

Producto Integrador Propuesta escrita sobre el procesador que se adapte a las necesidades de la organización.

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS

DISEÑO DE UNIDADES Unidad de Aprendizaje III. La Memoria

Horas 20

Al finalizar la unidad el alumno identificara la función y los diferentes tipos de memoria utilizadas por una computadora, para proponer la memoria óptima a utilizar en una organización.

tecnologías futuras.

 Analizar y aprovechar de mejor forma los recursos de una computadora.

S ab er es e sp ec ífi cos a d es ar ro ll a r Conceptuales  Reconoce tipos y funcionamiento de la memoria.

 Identifica diferencia entre distintos tipos de memoria.

 Identifica la memoria de una computadora.  Analiza los diferentes tipos de memorias.

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS SECUENCIA DIDÁCTICA UNIDAD III

C on te n id os Te máti cos Memoria principal (10 h)

 Clasificación de las memorias: principal y secundaria  La memoria principal: tipos de RAM y rendimiento

 Módulos de memoria: características y tamaño, velocidad y bancos de memoria  Paridad y memorias ECC.

 Actualización de la memoria RAM. Memoria secundaria (10 h)

 La interfaz ATA: PATA/IDE y SATA  Principios del almacenamiento magnético

 Los discos duros: factores de forma, componentes y características de un HDD  Almacenamiento removible: dispositivos de memoria flash y ópticos

 El alumno identifica los tipos de memorias y sus tecnologías.

 Preguntas dirigidas  Resumen escrito  Examen escrito  Investigación de campo  Mapa Conceptual  Guía de observación  Rúbrica  Examen  Rúbrica

Producto Integrador Propuesta escrita sobre la memoria que se adapte a las necesidades de la organización. Instrumento de evaluación Rúbrica para evaluar el escrito.

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Unidad de Aprendizaje IV. Interfaces de Entrada/Salida y periféricos

Horas 15

Al finalizar la unidad el alumno será capaz de identificar los tipos de interface que componen a una computadora, para optimizar su rendimiento.

 Analizar y aprovechar de mejor forma los recursos de una computadora o arreglo de computadoras.

S ab er es e sp ec ífi cos a d es ar ro ll a r Conceptuales  Reconoce que es una interface de una computadora.

 Identifica los tipos de interfaces que integran a una computadora.  Analiza los diferentes tipos de interfaces.

 Identifica las interfaces de una computadora.  Analiza los diferentes tipos de interface.

(15)

PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS SECUENCIA DIDÁCTICA UNIDAD IV

Interfaces externas de E/S (6 h)  Introducción a los puertos de E/S  Puertos seriales y paralelos  Los puertos USB y eSATA

 Los dispositivos de entrada externos: teclado, ratón,… Interfaces de audio, video y LAN (9 h)

 Adaptadores de video y monitores/pantallas  Adaptadores de audio

 Adaptadores de red local: cableada e inalámbrica

 El alumno identifica los tipos de interfaces.  Preguntas dirigidas  Resumen escrito  Examen escrito  Investigación de campo  Guía de observación  Rúbrica  Examen  Rúbrica

Producto Integrador Propuesta escrita sobre las interfaces y periféricos, para que identifique las más comunes en las organizaciones.

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Unidad de Aprendizaje V. Computadoras avanzadas y paralelismo.

Horas 15

AL finalizar la unidad el alumno será capaz de identificar el paradigma de paralelismo y los tipos de dispositivos inteligentes para hacer uso y aplicarlos en las organizaciones.

 Analizar y aprovechar de mejor forma los recursos de una computadora o arreglo de computadoras.  Aprender las filosofías de diseño de las computadoras y tenga la formación de base que les permita

entender las tecnologías futuras.

S ab er es e sp ec ífi cos a d es ar ro ll a r Conceptuales  Reconoce que es paralelismo.

 Identifica tipos de paralelismo.

 Identifica y analiza los diferentes tipos de dispositivos inteligentes. Procedimentales  Pacta con el profesor las condiciones de operación.

 Identifica que es paralelismo.  Reconoce los tipos de paralelismo.

 Analiza los diferentes tipos de dispositivos inteligentes.

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PE “Arquitectura de Computadoras” Lic. en Informática, FAADER, UAS SECUENCIA DIDÁCTICA UNIDAD V

Computadoras avanzadas y paralelismo (5 h)

 Cómputo paralelo, paralelismo y sistemas de alto desempeño  Multiprocesadores, supercomputadoras y clusters de PCs Dispositivos inteligentes (5 h)

 Tipos de dispositivos inteligentes y sus características  Tabletas  Smart Phones S ec u en ci a d id ác ti ca

Actividades de Aprendizaje Productos de Aprendizaje Instrumentos de evaluación  El profesor inicia la unidad

haciendo un recuento de los conocimientos de la unidad anterior.

 El alumno identifica los tipos de paralelismo y dispositivos inteligentes.  Preguntas dirigidas  Resumen escrito  Examen escrito  Investigación de campo  Guía de observación  Rúbrica  Examen  Rúbrica

Producto Integrador Propuesta escrita sobre las interfaces y periféricos, para que identifique las más comunes en las organizaciones.