Arquitectura de computadoras

En ingeniería informática, la arquitectura de ordenadores es el diseño conceptual y la estructura operativa fundamental de un sistema informático. Son los dibujos técnicos y la descripción funcional de todos los requisitos de diseño (especialmente las velocidades y las interconexiones), es cómo diseñar e implementar varias partes de un ordenador - centrándose en gran medida en la forma en que la unidad central de procesamiento (CPU) opera internamente y cómo accede a las direcciones en la memoria.

Puede definirse como la ciencia y el arte de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear ordenadores que cumplan objetivos funcionales, de rendimiento y de coste.

La arquitectura de los ordenadores incluye al menos tres subcategorías principales:

  1. La arquitectura del conjunto de instrucciones, o ISA, es el modelo abstracto de un sistema informático que ve un programador de lenguaje de máquina (o lenguaje ensamblador), incluyendo el conjunto de instrucciones, los modos de dirección de la memoria, los registros del procesador y los formatos de dirección y datos.
  2. La microarquitectura, también conocida como organización del ordenador, es un nivel inferior, una descripción detallada del sistema que es suficiente para describir completamente el funcionamiento de todas las partes del sistema informático, y cómo están interconectadas e interoperan para implementar el ISA. El tamaño de la caché de un ordenador, por ejemplo, es una cuestión organizativa que generalmente no tiene nada que ver con el ISA.
  3. Diseño del sistema, que incluye todos los demás componentes de hardware de un sistema informático, como:

·         Interconexiones de sistemas, como buses informáticos y conmutadores.

·         Controladores y jerarquías de memoria.

·         Mecanismos de descarga de la CPU, como el acceso directo a la memoria.

·         Cuestiones como el multiprocesamiento.

Una vez especificados el ISA y la microarquitectura, hay que diseñar el sistema informático en hardware. Este proceso de diseño se llama implementación. La implementación suele ser un proceso de diseño de ingeniería de hardware.

La aplicación puede dividirse en tres partes, aunque no totalmente separadas:

  • Implementación lógica: Diseño de los bloques definidos en la microarquitectura, principalmente, a nivel de registro-transferencia y puerta.
  • Implementación de circuitos: Diseño a nivel de transistores de los elementos básicos (puertas, multiplexores, flip-flops, etc.) así como de algunos bloques más grandes (ALUs, cachés, etc.) que pueden ser implementados a este nivel, o incluso a un nivel físico inferior, por razones de rendimiento.
  • Implementación física: Se dibujan los circuitos físicos, se colocan los diferentes componentes del circuito en un plano de la viruta o en una placa y se colocan los cables que los conectan.

En el caso de las CPU, todo el proceso de implementación suele denominarse diseño de CPU; también puede tratarse de una familia de diseños de CPU relacionados, como RISC y CISC.

Ejemplos de arquitecturas informáticas

Algunos profesionales de la arquitectura informática utilizan subcategorías más finas:

  • Macroarquitectura: Capas arquitectónicas más abstractas que la microarquitectura, por ejemplo, la ISA.
  • Arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA): Como se ha definido anteriormente.
  • UISA (Arquitectura de Conjunto de Instrucciones de Microcódigo): Una familia de máquinas con diferentes microarquitecturas a nivel de hardware puede compartir una arquitectura de microcódigo común, por lo que se denomina UISA.
  • Ensamblador ISA: Un ensamblador inteligente puede convertir un lenguaje ensamblador abstracto común a un grupo de CPUs en un lenguaje de máquina ligeramente diferente para diferentes implementaciones de CPU.
  • Macroarquitectura visible para el programador: Las herramientas de lenguaje de alto nivel, como los compiladores, pueden definir una interfaz definida para los programadores que las utilizan, abstrayendo las diferencias entre las ISA subyacentes, las UISA y las microarquitecturas; por ejemplo, los estándares C, C++ o Java definen tres interfaces de programación definidas diferentes.
  • Arquitectura de pines: Conjunto de funciones que se espera que proporcione un microprocesador, desde el punto de vista de una plataforma de hardware. Por ejemplo, las señales que se espera que emita el procesador durante la ejecución de una instrucción.


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  • El x86, fabricado por Intel y AMD.
  • El SPARC, fabricado por Sun Microsystems y otros.
  • El PowerPC, fabricado por Apple, IBM y Motorola.

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Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la arquitectura informática?


R: La arquitectura informática es el diseño conceptual y la estructura operativa fundamental de un sistema informático. Implica los planos técnicos y la descripción funcional de todos los requisitos de diseño, como las velocidades y las interconexiones, con el fin de crear ordenadores que cumplan los objetivos de rendimiento, coste y funcionalidad.

P: ¿Cuáles son las tres subcategorías principales de la arquitectura informática?


R: Las tres subcategorías principales de la arquitectura de ordenadores son la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA), la microarquitectura (también conocida como organización del ordenador) y el diseño del sistema.

P: ¿En qué consiste la ISA?


R: La arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) implica un modelo abstracto de un sistema informático que es visto por un programador de lenguaje máquina o lenguaje ensamblador. Incluye el conjunto de instrucciones, los modos de direccionamiento de la memoria, los registros del procesador y los formatos de direcciones y datos.

P: ¿Qué implica la microarquitectura?


R: La microarquitectura implica una descripción detallada de nivel inferior del sistema que es suficiente para describir completamente el funcionamiento de todas las partes del sistema informático, así como la forma en que están interconectadas e interactúan entre sí para implementar el ISA.

P: ¿Qué implica el diseño del sistema?


R: El diseño del sistema implica todos los demás componentes de hardware de un sistema informático, como las interconexiones del sistema, como los buses informáticos y los conmutadores; los controladores de memoria; los mecanismos de descarga de la CPU, como el acceso directo a la memoria; las cuestiones de multiprocesamiento; etc.

P: ¿Cómo se descompone la implementación en tres partes?


R: La implementación puede desglosarse en Implementación lógica, que incluye el diseño de bloques definidos en la microarquitectura a nivel de registro-transferencia o puerta; Implementación de circuitos, que incluye el diseño a nivel de transistor para elementos básicos o bloques más grandes; Implementación física, que incluye el trazado de circuitos físicos, la colocación de los diferentes componentes del circuito en un plano o placa de un chip, el enrutamiento de los cables que los conectan entre sí.

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