1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura : Arquitectura de Computadoras
Carrera : Ingeniería
Informática
Clave de la asignatura : IFD-1006
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Esta asignatura aporta
al perfil del Ingeniero en Informática la capacidad para explicar el
funcionamiento interno de las computadoras,
adquiriendo el conocimiento conceptual y la aplicación práctica de los
principios elementales
relacionados con el
hardware computacional en general que sirve como base para ubicar diferentes tipos de plataformas,
sus ventajas, desventajas y sus características específicas, en los procesos de
transferencia de información y ejecución de programas, así como el desempeño
eficiente de los nuevos
microprocesadores y la arquitectura de sistemas mínimos para aplicaciones específicas. Además se toma en cuenta que uno de los principales aspectos de la computación que más
se actualiza es el del hardware y constantemente necesitan estar a la vanguardia
en este aspecto debido a la interrelación
que guarda con aplicaciones y soluciones
informáticas vigentes y de reciente
creación.
Para integrarla se ha incursionado del campo de la electrónica digital realizando un análisis
de los componentes básicos que integran una computadora, reconociendo la evolución que se ha tenido
hasta las arquitecturas de las computadoras actuales.
Puesto que esta materia
dará
soporte
a
otras,
más
directamente vinculadas con desempeños profesionales; se inserta en la primera mitad de la carrera; antes de cursar
aquéllas a las que aporta algún tipo de soporte.
De manera particular, lo trabajado
en esta asignatura se aplica en el estudio de los temas: formas de operación
de puertos estándar,
aplicaciones básicas con transferencia de datos a través de puertos, programación multihilos, selección de componentes de manera individual para integrar un equipo
de gama baja, media o alta, según sea el desempeño que se necesita
del equipo en cuestión.
Intención didáctica.
Se organiza el temario, en cinco unidades, en cada una se describe,
analiza y revisa la evolución de cada elemento básico de una computadora, se incluye una quinta unidad que
se destina a la aplicación de los conceptos
abordados en las cuatro primeras,
al utilizar un microcontrolador que representa un sistema mínimo.
Se abordan las arquitecturas de los primeros microprocesadores al
principio del curso
buscando conocer la operación
elemental de los microprocesadores, visualizando las tareas primarias o primitivas que realiza un microprocesador
a gran velocidad, lo que permitirá
comprender el funcionamiento de las nuevas
arquitecturas multinúcleo.
En la segunda unidad se inicia con la configuración
básica de una memoria y se continúa analizando los procesos de almacenamiento y lectura de datos, así como la clasificación de
1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
las memorias utilizadas en los sistemas de cómputo.
Los elementos para la transferencia de la información
y el control de la transferencia
se abordan en la unidad tres, planteando además la comunicación hacia dispositivos externos por medio de interfaces estándar.
La evolución de la tecnología digital, las altas densidades de componentes electrónicos en
un solo chip, así como la
necesidad de mantener compatibilidad con sistemas y aplicaciones anteriores se observa en la unidad
cuatro, donde se le da seguimiento a la evolución
y a las crecientes capacidades de los chipset.
La idea es abordar primero
el análisis de los componentes fundamentales de una computadora por separado, para luego observar
el desempeño de los elementos
integrados en un solo chip y así conseguir la comprensión de su operación en conjunto.
Se sugiere una actividad
integradora, en la quinta unidad, que permita aplicar los conceptos estudiados, al desarrollar un proyecto de aplicación. Esto permite dar un cierre a la materia mostrándola como útil por sí misma en el desempeño profesional, independientemente de la utilidad
que representa en el tratamiento de temas en materias posteriores.
El enfoque sugerido
para la materia requiere
que las actividades prácticas promuevan
el desarrollo de habilidades para la experimentación,
tales como: identificación, integración y uso de componentes electrónicos digitales
y transferencia y procesamiento de información; análisis lógico; trabajo en equipo; asimismo, propicien procesos
intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención
de generar una actividad intelectual compleja; por esta razón
varias
de
las
actividades prácticas se han
descrito
como
actividades previas al tratamiento teórico
de los temas, de manera que no sean una mera
corroboración de lo visto previamente en clase, sino una oportunidad para conceptualizar a partir
de lo observado. En las actividades prácticas sugeridas, es conveniente que el profesor busque sólo guiar a sus alumnos para que ellos hagan la elección de los
circuitos a diseñar y desarrollar.
Para que aprendan a planificar, que no planifique el profesor todo por
ellos, sino involucrarlos en el proceso
de planeación.
La lista de actividades de aprendizaje no es exhaustiva, se sugieren sobre todo las
necesarias para hacer más significativo y efectivo el aprendizaje. Algunas de las actividades sugeridas pueden hacerse como actividad
extra clase y comenzar el tratamiento
en clase a partir de la discusión de los resultados de las observaciones. Se busca partir de experiencias concretas, cotidianas, para que el estudiante se acostumbre a reconocer
los componentes electrónicos básicos
y no sólo se hable de ellos en el aula. Es importante ofrecer diseños distintos, ya sean
para ser construidos físicamente o virtualmente
por medio de simuladores.
En las actividades de aprendizaje sugeridas, generalmente se propone la formalización de los conceptos a partir de experiencias concretas; se busca que el alumno tenga el primer
contacto con el concepto en forma concreta y sea a través de la observación, la reflexión y la discusión que se dé la formalización.
En el transcurso de las actividades programadas es muy importante que el estudiante
aprenda a valorar las actividades que lleva a cabo y entienda que está construyendo su hacer futuro y en consecuencia
actúe de una manera profesional; de igual manera, aprecie la importancia
del conocimiento
y
los
hábitos de trabajo;
desarrolle
la
precisión
y
la
curiosidad, la puntualidad, el
entusiasmo y el interés, la tenacidad, la flexibilidad y la
autonomía.
Es necesario
que el profesor ponga atención y cuidado en estos aspectos
en el desarrollo de las actividades
de aprendizaje de esta asignatura.
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas:
ƒ Reconocer,
identificar y analizar la
arquitectura de un microprocesador y de una microcomputadora, de manera que puedan determinarse las
diferentes capacidades existentes
entre varias microcomputadoras y seleccionar la más apropiada
para una aplicación específica.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales
• Capacidad de análisis
y síntesis.
• Capacidad de organizar
y planificar.
• Conocimientos básicos de la carrera.
• Comunicación oral y escrita.
• Habilidades básicas de manejo de la computadora.
• Habilidad para
buscar y analizar información proveniente
de fuentes diversas.
• Solución de problemas.
• Toma de decisiones.
Competencias interpersonales
• Capacidad crítica y autocrítica.
• Trabajo en equipo.
• Habilidades interpersonales.
Competencias sistémicas
• Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
• Habilidades de investigación.
• Capacidad de aprender.
• Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad).
•
Habilidad para trabajar en forma
autónoma.
• Búsqueda del logro.
Lugar y fecha de elaboración o
revisión
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Participantes
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Evento
|
Instituto
Tecnológico de Saltillo del 5 al
9 de octubre de
2009.
|
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Apizaco, Cerro Azul, Chetumal, Ciudad Juárez, Ciudad Madero, Coatzacoalcos,
Colima, Comitancillo, Conkal, Durango, El Llano Aguascalientes, El Salto,
Fresnillo, Huejutla, Lerdo,
Linares,
Los Mochis, Mexicali, Morelia, Oaxaca, Occidente del Estado de Hidalgo, Ocotlán, Orizaba, Piedras Negras, Pinotepa, Saltillo, San Luis Potosí, Tapachula, Tijuana, Torreón, Tuxtepec, Valladolid, Valle del Guadiana, Zacapoaxtla
y Zacatecas.
|
Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y
Formación de
Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Informática.
|
Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos
del 12 de octubre
de
2009 al 19
de febrero de
2010.
|
Academias de Ingeniería
Informática de los Institutos Tecnológicos
de:
Chetumal, Conkal, Mexicali, Valle del Guadiana y
Occidente del
Estado de Hidalgo
|
Elaboración del programa de estudio propuesto en la
Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería Informática.
|
Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica del 22
al 26
de febrero de 2010.
|
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Apizaco, Cerro Azul, Chetumal, Ciudad Juárez, Ciudad Madero, Coatzacoalcos,
Colima, Comitancillo, Conkal, Durango, El Llano Aguascalientes, El Salto, Fresnillo, Huejutla, Lerdo, Los Mochis,
Mexicali, Morelia, Oaxaca, Occidente del Estado de
Hidalgo, Ocotlán, Orizaba, Piedras Negras,
Pinotepa, Saltillo, San Luis Potosí, Tapachula, Tijuana, Torreón, Tuxtepec, Valladolid, Valle del Guadiana, Zacapoaxtla y Zacatecas.
|
Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en
Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Informática.
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4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
5.- OBJETIVO GENERAL
DEL CURSO
Reconocer, identificar y analizar la arquitectura
de un microprocesador y de una microcomputadora, de manera que puedan determinarse las diferentes capacidades
existentes entre varias microcomputadoras y seleccionar la más apropiada
para una aplicación específica.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
ƒ Conoce los circuitos digitales elementales.
ƒ Construye una unidad
aritmética lógica.
ƒ Identifica, analiza
y aplica los diferentes tipos de memoria
de un sistema digital.
ƒ Diseña y construye un modelo de microcomputadora elemental.
ƒ Identifica y analiza
problemas de hardware y software.
ƒ Programa en algún lenguaje de programación.
7.- TEMARIO
Unidad
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Temas
|
Subtemas
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1.
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El microprocesador (CPU)
|
1.1. Arquitectura básica y sus operaciones.
1.2. Tipos de arquitecturas en la evolución del
CPU.
1.3. Arquitectura multinúcleo.
1.4.
Multiprocesamiento (multihilos) en multinúcleo.
|
2.
|
Memorias
|
2.1. Organización básica.
2.2. Acceso
a los datos
y temporización.
2.3. Tipos de memorias.
|
3.
|
Buses y puertos estándar
|
3.1. Buses y la transferencia de la información.
3.2. Evolución de los
buses y el tamaño
del
dato.
3.3. Tipos de puertos estándar.
3.4. Entrada y salida
de
datos
a
dispositivos
periféricos.
|
4.
|
El Chipset, su evolución y la capacidad de una computadora
|
4.1. Características de los primeros chipsets.
4.2. Las mejoras en
la
evolución de
los chipsets.
4.3. Las características de los
chipsets actuales.
4.4. Desempeño de las computadoras actuales.
|
5.
|
Arquitecturas embebidas o microcontroladores (MCUs)
|
5.1. Organización del
microcontrolador.
5.2. Conjunto de instrucciones y
lenguaje ensamblador.
5.3. Características y uso de elementos
del
microcontrolador (puertos, temporizadores,
convertidores).
5.4. Aplicaciones de los microcontroladores.
|
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
El docente debe:
ƒ Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer su origen y desarrollo histórico para considerar este conocimiento al abordar los temas.
ƒ Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar
el trabajo del
estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo
cooperativo
y
la
toma
de decisiones.
ƒ Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y propiciar la interacción entre
los estudiantes.
ƒ Tomar en cuenta el conocimiento
de los estudiantes como punto de partida y como
obstáculo para la construcción de nuevos conocimientos.
ƒ Propiciar actividades de metacognición.
Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó:
una identificación de patrones,
un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico, etc. Al principio lo hará el
profesor, luego será el alumno quien
lo identifique.
ƒ Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Ejemplo: buscar
y
contrastar especificaciones de componentes y su
funcionamiento,
identificando puntos de coincidencia entre unos y otros en situaciones
concretas.
ƒ Fomentar actividades grupales que propicien
la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes. Ejemplo: al socializar
los
resultados de las
investigaciones y las
experiencias prácticas solicitadas como trabajo extra
clase.
ƒ Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias
del
campo
ocupacional.
Ejemplos: la selección
de una computadora
con capacidad adecuada a una aplicación, el desarrollo de un diseño
de
automatización
de
un
proceso
empleando un
microcontrolador.
ƒ Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las
que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. Ejemplos: identificar las formas de operación de los sistemas de control automático
y las formas de operación de las interfaces estándar, o identificar fallas en un equipo de
cómputo y las posibles formas de evitarlo
y/o corregirlas.
ƒ Propiciar el desarrollo
de capacidades intelectuales
relacionadas con la lectura, la
escritura y la expresión oral. Ejemplos: trabajar las actividades
prácticas a través de
guías escritas, redactar
reportes e informes
de las actividades de experimentación,
exponer al grupo las conclusiones obtenidas durante las observaciones.
ƒ Facilitar el contacto
directo con componentes electrónicos digitales
e instrumentos, al llevar
a cabo actividades prácticas, para contribuir a la formación
de las competencias para el trabajo experimental.
ƒ Propiciar el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis- síntesis, que encaminen hacia
la investigación.
ƒ Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos
y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
ƒ Proponer problemas que permitan
al estudiante la integración de contenidos
de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis
y solución.
ƒ Evaluar los requerimientos de sistema de cómputo
de acuerdo a su aplicación para
seleccionar un equipo
de cómputo.
ƒ Cuando los temas lo requieran,
utilizar medios audiovisuales
para una mejor comprensión del estudiante.
ƒ Propiciar el uso de las nuevas
tecnologías en el desarrollo de la asignatura.
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación debe ser continua
y formativa por lo que se debe considerar el desempeño
en cada una de las actividades
de aprendizaje, haciendo
especial énfasis en:
ƒ Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las
conclusiones obtenidas de dichas observaciones.
ƒ Información obtenida durante
las investigaciones solicitadas plasmada en documentos
escritos.
ƒ Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente.
ƒ Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos.
Competencia específica a desarrollar
|
Actividades de
Aprendizaje
|
Analizar
la arquitectura y comprender el funcionamiento de un
microprocesador elemental.
Conocer
las diferentes arquitecturas desarrolladas
en la evolución de
los microprocesadores, puntualizando las diferencias y mejoras durante su
evolución.
Analizar
y comprender la operación de las
arquitecturas
multinúcleo actuales.
|
• Buscar la arquitectura
básica de un microprocesador, en
textos, Internet, etc.
• Identificar componentes y analizar
su funcionamiento en
el microprocesador básico.
• Investigar y analizar la evolución
de los microprocesadores.
• Buscar la arquitectura
y desempeño de un
microprocesador multinúcleo en textos, manual del fabricante, internet, etc.
•
Analizar
la mejora en
el desempeño de un microprocesador multinúcleo al ejecutar aplicaciones multihilos.
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10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad
1: El Microprocesador (CPU)
Unidad 2: Memorias
Competencia específica a desarrollar
|
Actividades de Aprendizaje
|
Explicar, con
base a las señales digitales, el comportamiento de las
memorias en los procesos de almacenamiento y recuperación de datos.
|
• Buscar la configuración y características de los diferentes tipos de memoria
en textos, manuales de fabricante, páginas
de internet, etc.
• Analizar la temporización de las señales
que intervienen al accesar la memoria en la lectura/escritura de datos.
|
Competencia específica a desarrollar
|
Actividades de
Aprendizaje
|
Conocer, configurar y utilizar puertos de entrada y salida para
la transferencia de información.
|
• Investigar la interconexión que presentan los diferentes elementos
que constituyen una computadora.
• Analizar las señales digitales que se activan en los
buses en los procesos de
|
|
|
Unidad 3: Buses y puertos
estándar
transferencia de datos.
• Identifica los tipos
de puertos y sus
aplicaciones.
• Elaborar un diagrama
de los terminales de conectores estándar para los puertos serie y paralelo.
• Realizar de forma
práctica la transferencia
de datos empleando puertos estándar.
Unidad 4: El
Chipset, su evolución y la capacidad de una computadora
Competencia específica a desarrollar
|
Actividades de Aprendizaje
|
Comprender la organización
y funcionamiento del chipset y su
relación con el resto del sistema de cómputo.
Conocer la evolución del chipset e identificar
su importancia en la sincronización de la transferencia
de información y al mantener
la compatibilidad en los nuevos sistemas con dispositivos periféricos tradicionales.
|
• Investigar y analizar
la evolución de los chipsets.
• Buscar la configuración y características de diferentes chipsets en textos,
manuales de fabricante, páginas de internet, etc.
• Analizar y comparar
las características entre
los diferentes chipsets
investigados determinando su mejor desempeño.
• Investigar las características de
configuración de diferentes computadoras
actuales y basados en los componentes instalados (microprocesador, chipset
y memoria), determinar su desempeño en aplicaciones típicas.
• Determinar, en base
a una aplicación
específica para una computadora,
de entre varias disponibles, qué equipo tiene
la mejor relación costo/desempeño.
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Competencia específica a desarrollar
|
Actividades de
Aprendizaje
|
Analizar
un sistema mínimo y
plantear su aplicación en el
diseño de
automatización de un
proceso simple.
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• Investigar la configuración y
programación de diferentes microcontroladores, en manuales de
fabricante, páginas de
internet, etc.
• Analizar el conjunto de terminales y sus señales de interfaz con que cuenta un microprocesador seleccionado.
• Empleando
un simulador de un microcontrolador desarrollar programas de aplicación simples.
• Elaborar por
equipo, un diseño de la automatización de
un proceso simple empleando un
microcontrolador.
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Unidad 5: Arquitecturas embebidas o microcontroladores (MCUs)
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Behrooz Parhami , Arquitectura de computadoras, Ed.
Mc. Graw Hill.
2. W. Satalling Organización y arquitectura
de computadoras. Prentice
Hall, México
2003.
3. A S Tanenbaum Organización de computadoras, un enfoque practico. Prentice
Hall, Mexico 2006.
4. Gilster, Ron, Guía completa para PC, Ed.
Mc Graw Hill.
5. Parra
Reynada, Leopoldo, Mantenimiento PC, Ed.
Computación Aplicada, 2006.
6. Jamsa,Kris, Superutilidades para PC,
Ed. Mc Graw Hill, 2002.
7. Aspinwall, Jim, El PC los mejores trucos, Ed. Anaya Multimedia, 2005.
8. Martín, Martín-Pozuelo José
María,
Instalación y Mantenimiento de equipos y
Sistemas Informáticos,
Ed. Alfaomega Ra-Ma,
2007.
2005/LectureNotes/index.htm.
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
ƒ Construye una
ALU para
comprobar las
operaciones elementales de
un microprocesador, de ser posible,
emplear un simulador.
ƒ Construye un microprocesador elemental de 4 bits,
con operaciones básicas de
transferencia, aritméticas y lógicas.
ƒ Investiga las características de los chipsets
y su evolución.
ƒ Evalúa y distingue los mejores chipsets de acuerdo a sus características.
ƒ Reconoce las capacidades de una computadora al determinar el microprocesador,
memoria y chipset que tiene instalado.
ƒ Conoce la arquitectura de un microcontrolador específico.
ƒ Analiza los grupos
de instrucciones de un microcontrolador específico.
ƒ Programa aplicaciones de
uso
del
microcontrolador empleando su
lenguaje
ensamblador.
ƒ Desarrolla una aplicación para el microcontrolador donde realice la adquisición de datos
y/o tome acciones por medio de interrupciones de hardware.
