Arquitectura de Computadoras
Datos Generales
Nombre de la asignatura Nivel de formación Clave de la asignatura
Arquitectura de Computadoras Licenciatura I5629
Prerrequisitos Area de formación Departamento
Sin prerrequisito Básica Común Obligatoria Departamento de Sistemas de Información
Academia Modalidad Tipo de asignatura % de créditos mínimos
PLATAFORMAS OPERATIVAS Semipresencial Mixta Curso-Taller 0 %
Carga Horaria
Teoría Práctica Total Créditos
40 40 80 8
Trayectoria de la asignatura
-
Contenido del programa
Presentación
La asignatura Arquitecturas de Computadoras ofrece al estudiante una visión integral de la evolución, fundamentos y tendencias actuales de las arquitecturas computacionales. A través de un enfoque teórico-práctico, se busca que los alumnos comprendan desde los antecedentes históricos hasta los desarrollos más recientes en áreas como inteligencia artificial, computación cuántica, arquitecturas neuromórficas y edge computing. La modalidad mixta y el apoyo de recursos en línea permiten fomentar el aprendizaje activo, la experimentación con simuladores y el análisis crítico de los impactos tecnológicos en el ámbito profesional y social.
Objetivos del programa
Objetivo general

Que el estudiante comprenda los principios fundamentales de las arquitecturas de computadoras, desde sus orígenes históricos hasta las tendencias actuales, así como analizar la evolución de las arquitecturas computacionales y su impacto en el rendimiento, eficiencia y aplicaciones modernas como la computación cuántica, inteligencia artificial (IA), computación neuromórfica y edge computing, preparando a los estudiantes para desafíos futuros en TI. 

Objetivos Específicos:
  • Reconocer los antecedentes históricos y la evolución de las arquitecturas de computadoras.
  • Analizar los conceptos clave relacionados con jerarquía de memoria, procesamiento paralelo y métricas de rendimiento.
  • Aplicar herramientas de simulación y prácticas de laboratorio para diseñar y evaluar arquitecturas básicas.
  • Examinar el papel de la inteligencia artificial, la computación cuántica y el edge computing en la transformación tecnológica.
  • Desarrollar una visión crítica sobre los aspectos éticos y sociales vinculados al avance de las arquitecturas computacionales.
Contenido
Contenido temático
  1. Antecedentes Históricos de las Arquitecturas de Computadoras.
  2. Jerarquía y visualización de memoria.
  3. Principios fundamentales y optimizaciones.
  4. Nuevas tendencias en arquitecturas de computo.
Contenido desarrollado
1.- Antecedentes históricos de las arquitecturas de computadoras.
   1.1.- Introducción a la computación (maquinas mecánicas precursoras).
   1.2.- Generaciones de computadoras.
       1.2.1.- Primera generación.
       1.2.2.- Segunda generación.
       1.2.3.- Tercera generación.
       1.2.4.- Cuarta generación.
       1.2.5.- Quinta generación.
       1.2.6.- Visión hacia el futuro.
   1.3.- Arquitectura RISC.
   1.4.- Arquitectura CISC.
   1.5.- Arquitectura x86-64.
   1.6.- Arquitectura ARM.

2.- Jerarquía y visualización de memoria.
   2.1.- Cachés de múltiples niveles:
       2.1.1.- Asociatividad.
       2.1.2.- Politicas de reemplazo.
   2.2.- Memoria virtual:
       2.2.1.- TLB y paginación.
       2.2.2.- Coherencia y consistencia en sistemas multinúcleo.
   2.3.- Tecnologías de almacenamiento:
       2.3.1.- SATA.
       2.3.2.- NVMe.
       2.3.3.- SAS.

3.- Principios fundamentales y optimizaciones.
   3.1.- Componentes básicos.
       3.1.1.- El CPU.
       3.1.2.- El GPU.
       3.1.3.- Unidades de control.
   3.2.- Paralelismo.
       3.2.1.- ILP (Instruction-Level Parallelism).
       3.2.2.- TLP (Thread-Level).
       3.2.3.- DPL (Data-Level).
   3.3.- Métricas de rendimiento.
       3.3.1.- CPI (Cycles Per Instruction).
       3.3.2.- MIPS.
       3.3.3.- FLOPS.
       3.3.4.- Optimizaciones.
           3.3.1.- Branch predictions.
           3.3.2.- Speculative execution.
   3.4.- Arquitecturas especializadas.
       3.4.1.- DSP (Digital Signal Processors).
       3.4.2.- ASICs.

4.- Nuevas tendencias en arquitecturas de computadoras
   4.1.- Computación cuántica.
       4.1.1.- Principios (qubits, superposición, entrelazamiento).
       4.1.2.- Evolución (Feynan 1982 a la actualidad).
       4.1.3.- Criptografía.
   4.2.- Inteligencia Artificial y arquitecturas aceleradas.
       4.2.1.- TPUs (Tensor Processing Units).
       4.2.2.- NPUs (Neural Processing Units).
       4.2.3.- Evolución de las GPUs.
   4.3.- Otras tendencias.
       4.3.1.- Grid y Edge computing.
       4.3.2.- Arquitecturas de bajo consumo.
       4.3.3.- Kubernetes (Dockers).
       4.3.4.- Computación óptica y fotónica.
Actividades prácticas
Las actividades prácticas del curso de Arquitectura de Computadoras estarán orientadas a que el estudiante relacione los conceptos teóricos con experiencias aplicadas, mediante el análisis de simuladores en línea que permiten visualizar la organización y operación del CPU, memoria y buses, la elaboración de cuadros comparativos de arquitecturas históricas (RISC, CISC, x86-64, ARM) y su aplicación actual en dispositivos de consumo y servidores, así como el estudio de jerarquías de memoria y su impacto en el rendimiento utilizando herramientas de benchmarking; además, se realizarán ejercicios de optimización en software que evidencien el efecto de técnicas como branch prediction y ejecución especulativa en el rendimiento de los programas, prácticas de investigación sobre arquitecturas emergentes como TPUs, NPUs y computación cuántica con apoyo en artículos científicos, y como actividad integradora los estudiantes cursarán el AWS Academy Cloud Foundations, con el fin de vincular los conocimientos de arquitectura con la infraestructura de nube y servicios modernos que sustentan la transformación digital.
Metodología
El curso se desarrollará bajo una metodología práctico–deductiva, que permitirá al estudiante asumir nuevos retos frente a la rápida evolución de las arquitecturas de computadoras. La modalidad mixta, con 2 horas presenciales y 2 horas virtuales semanales, favorecerá tanto la interacción directa como el trabajo autónomo y en línea. En las sesiones presenciales se aplicarán metodologías como aula invertida, aprendizaje basada en proyectos, aprendizaje colaborativo y aprendizaje basado en problemas para sentar las bases del conocimiento. En la parte virtual, los estudiantes realizarán investigaciones práctico-deductivas, análisis de casos, lecturas previas y prácticas guiadas con simuladores y plataformas en la nube (AWS Academy Cloud Foundations), fomentando la autoformación y el aprendizaje activo.

Técnicas de enseñanza-aprendizaje:
  • Grupales: debates, resolución colaborativa de problemas, foros virtuales.
  • Individuales: lecturas, ejercicios, prácticas en simuladores, investigación documental.
  • Estudio de casos: análisis de tendencias y arquitecturas emergentes en entornos reales.

Actividades de aprendizaje:
  • Atención a la exposición magisterial en sesiones presenciales.
  • Estudio de bibliografía básica y complementaria.
  • Resolución de ejercicios y problemas en clase y en plataforma virtual.
  • Realización de prácticas de laboratorio y en línea.
  • Investigación documental apoyada en recursos digitales.
  • Sesiones de asesoría presencial y virtual para resolver dudas.
  • Exámenes parciales y evaluaciones en línea.
  • Elaboración y presentación de un proyecto final integrador.
Recursos didácticos:
  • Presenciales: pintarrón, cañón de proyección, computadora, simuladores.
  • Virtuales: correo electrónico institucional, aula virtual Moodle/Google Classroom, acceso a Internet, simuladores en línea, plataforma AWS Academy, bibliografía digital.
Evaluación
La evaluación se realizará en forma continua de la siguiente forma:
La evaluación se desarrollara en dos etapas, las cuales fomentan la participación del alumno con casos reales que permitan fortalecer sus habilidades y destrezas, las cuales estarán sujetas al criterio del profesor pero que deberán cumplir un mínimo de actividades.   

 El sistema de evaluación del aprendizaje para este curso taller es: 

  • Evaluación escrita                20%
  • Participación en clase         10%
  • Tareas y laboratorios.           50%
  • Proyecto final                         20% 
Bibliografía

Libro

Computer Organization and Architecture

Stallings William (2012) Prentice Hall No. Ed 9

ISBN: 013293633X

Libro

Upgrading and Repairing PCs

Mueller Scott M. (2011) Pearson No. Ed 20

ISBN: 0789747103

Libro

Computer Systems: An Integrated Approach to Architecture and Operating Systems

Ramachandran & Leahy, Jr. (2012) Pentice Hall No. Ed 1

ISBN: 0132916525

Libro

Computer Systems

Randal E. Bryant & David R. O'Hallaron (2016) Pearson No. Ed 3

ISBN: 978-9332573901

Libro

Computer Arquitecture: A Quantitative Approach

John L. Hennessy & David Patterson (2017) The Morgan Kaufmann No. Ed 1

ISBN: 978-0128119051
Otros materiales
Revista: Curso en la plataforma AWS Academy - AWS Cloud Foundations

Descripción: Curso en linea para entender el funcionamiento de las arquitecturas en la nube
Perfil del profesor
Perfil académico: El profesor debe tener conocimientos sobre la arquitectura básica de los equipos de computo y experiencia en el mantenimiento y operación de los mismos. Debe de contar con Licenciatura en alguna de las siguientes áreas: Ingeniería en computación, Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, Licenciado en Informática, Licenciado en Sistemas de Información.   Experiencia profesional: Preferentemente contar con experiencia en el ensamble y mantenimiento del equipo de computo 
Lugar y fecha de su aprobación
Zapopan, Jalisco, México a
Instancias que aprobaron el programa
  • Profesores de la materia de Arquitectura de computadoras
  • Academia de Plataformas Operativas
  • Colegio Departamental
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