Arquitectura de computadoras: Es el diseño y la organización de un sistema para un equipo de cómputo. Es un modelo y descripción de cada función, así como los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes del equipo de cómputo.

Principalmente enfocamos en la Unidad Central de Procesamiento lo conocemos como (CPU) el cual trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria y a los sistemas de entrada salida, periféricos.

También suele definirse como la selección e interconexión de los componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

El equipo de cómputo recibe y envía la información a través de los periféricos por medio de los canales de distribución o buses (cableado físico de interconexión).

El CPU se encarga de procesar la información que le llega al equipo de cómputo y el intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y el CPU.

Modelos de Arquitectura Clásicas

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Hay dos arquitecturas distintas relacionadas con el uso y distribución de la memoria: Arquitectura de Jonh Von Neumman y Arquitectura Harvard.

Arquitectura Von Neumann

Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en esta arquitectura, en la cual la unidad central de proceso (CPU), está conectada a una memoria principal única (casi siempre sólo RAM) donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A dicha memoria se accede a través de un sistema interconexión de buses único (control, direcciones y datos).

En un sistema con arquitectura Von Neumann el tamaño de la unidad de datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus que comunica la memoria con la CPU. Así un microprocesador de 8 bits con un bus de 8 bits, tendrá que manejar datos e instrucciones de una o más unidades de 8 bits (bytes) de longitud.

Si tiene que acceder a una instrucción o dato de más de un byte de longitud, tendrá que realizar más de un acceso a la memoria.

El tener un único bus hace que el microprocesador sea más lento en su respuesta, ya que no puede buscar en memoria una nueva instrucción mientras no finalicen las transferencias de datos de la instrucción anterior.

Las computadoras digitales convencionales presentan un aspecto Von Neumann. Este modelo consta de cinco componentes principales.

• Unidad de Memoria.
• Unidad de Entrada/Salida.
• Unidad de Control. Incluidos CPU.
• Unidad Aritmética Lógica. Incluida en CPU.
• Registros de Programas. Incluidos en CPU.

Modelo Von Neumann

Las instrucciones provenientes del sistema de entrada, son almacenados por la memoria, procesados por la ALU bajo la dirección de la unidad de control. Los resultados obtenidos son enviados a la unidad de salida.

El programa almacenado es lo más importante en el modelo. Los programas se almacenan en la memoria del equipo junto con los datos a procesar.

En las computadoras de programa almacenado, el programa puede manipularse como si se tratara de datos. Este concepto da origen a los compiladores, sistemas operativos y es la base de la gran versatilidad de las computadoras modernas. Limitaciones Von Neumann

La longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.

La velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso.

Modelo Harvard

Esta arquitectura utiliza los Micro controladores, tiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes.

Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de Datos).

Ambos buses son totalmente independientes 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 estos pueden tener distintos contenidos en la misma dirección y también distinta longitud.

También la longitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta, lo que optimiza el uso de la memoria en general. Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa pueden diseñarse de tal manera que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud.