Este documento presenta un resumen de los conceptos básicos de la arquitectura de computadoras. Explica las arquitecturas clásicas como Von Neumann y Harvard, así como las arquitecturas segmentadas y de multiprocesamiento. También describe los componentes principales de una CPU como su funcionamiento, tipos de arquitecturas y características a considerar. Finalmente, analiza los componentes de una CPU imaginaria simple para ilustrar su funcionamiento básico al procesar instrucciones de un programa.

1. Apuntes de arquitectura de computadoras
Unidad 1 Modelo de arquitecturas de cómputo.
1.1 Modelos de arquitecturas de cómputo.
1.1.1 Arquitecturas Clásicas.
Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de
vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las
arquitecturas modernas
Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)
Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso
que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los
códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este.
Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta
versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como
entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código
maquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros
programas). Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la
misma memoria para datos y para el código del programa.
Bus principal Memoria Principal
Procesador
Almacena
Unidad de el programa y
Control los datos
ALU
Registros Entrada y salida
Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Von Newman.
La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones único se convierte en
un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria,
obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales. Esto limita el grado de paralelismo
(acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora.
Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman
En esta arquitectura apareció por primera vez el concepto de programa almacenado. Anteriormente la

2. secuencia de las operaciones era dictada por el alambrado de la unidad de control, e cambiarla
implicaba un proceso de recableado laborioso, lento(hasta tres semanas) y propenso a errores. En esta
arquitectura se asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la
misma unidad de memoria que los datos que van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se
encuentran almacenados en memoria. Esto permite cambiar rápidamente la aplicación de la
computadora y dio origen a las computadoras de propósito general
Mas a detalle, el procesador se subdivide en una unidad de control (C.U.), una unidad lógica aritmética
(A.L.U.) y una serie de registros. Los registros sirven para almacenar internamente datos y estado del
procesador. La unidad aritmética lógica proporciona la capacidad de realizar operaciones aritméticas y
lógicas. La unidad de control genera las señales de control para leer el código de las instrucciones,
decodificarlas y hacer que la ALU las ejecute.
Arquitectura Harvard
Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von
Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el
programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de
memoria ni en el mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en
doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en 8 bits en una memoria aparte.
Bus de Bus de
programa Procesador datos
Memoria de datos
Unidad de
Memoria de Control
programa
ALU
Registros Entrada y salida
Figura 1.1.1.2 Diagrama a bloques de la arquitectura Harvard
El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código
de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la
instrucción previa. Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor
desempeño.
En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a
la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen
varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos,
buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.
1.1.2 Arquitecturas Segmentadas.
Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando
paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias

3. unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones. Para
comprender mejor esto, supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo
consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en otra etapa de ejecución
de la instrucción. En un procesador sin segmentación del cauce, las dos etapas se realizarían de manera
secuencial para cada una de la instrucciones, como lo muestra la siguiente figura.
B1 E1 B2 E2 B3 E3
Figura 1.1.2.1 Búsqueda y ejecución en secuencia de tres instrucciones en un
procesador sin segmentación del cause
En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad
funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas
unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican
por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de
instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute. Esta cola se
parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía
proviene el nombre en ingles: Pipelining o entubamiento. En general se divide al procesador
segmentado en una unidad independiente por cada etapa del ciclo de instrucción.
Unidad de Unidad de
Cola de Instrucciones
Búsqueda ejecución
Figura 1.1.2.3 Comunicación entre las unidades en un procesador con segmentación de cauce.
Completando el ejemplo anterior, en un procesador con segmentación, la unidad de búsqueda
comenzaría buscando el código de la primera instrucción en el primer ciclo de reloj. Durante el
segundo ciclo de reloj, la unidad de búsqueda obtendría el código de la instrucción 2, mientras que la
unidad de ejecución ejecuta la instrucción 1 y así sucesivamente. La siguiente figura muestra este
proceso.
B1 B2 B3 B3 Unidad de búsqueda
E1 E2 E3 Unidad de ejecución
Figura 1.1.2.3 Búsqueda y ejecución en secuencia de tres instrucciones en un

4. procesador con segmentación del cause
En este esquema sigue tomando el mismo numero de ciclos de reloj (el mismo tiempo), pero como se
trabaja en varias instrucciones al mismo tiempo, el número promedio de instrucciones por segundo se
multiplica. En teoría, el rendimiento de un procesador segmentado mejora con respecto a uno no
segmentado en un factor igual al numero de etapas independientes. Sin embargo, la mejora en el
rendimiento no es proporcional al numero de segmentos en el cauce debido a que cada etapa no toma el
mismo tiempo en realizarse, además de que se puede presentar competencia por el uso de algunos
recursos como la memoria principal. Otra razón por la que las ventajas de este esquema se pierden es
cuando se encuentra un salto en el programa y todas las instrucciones que ya se buscaron y se
encuentran en la cola, deben descartarse y comenzar a buscar las instrucciones desde cero a partir de la
dirección a la que se salto. Esto reduce el desempeño del procesador y aún se investigan maneras de
predecir los saltos para evitar este problema.
Espera Espera
Búsqueda Ejecución
Figura 1.1.2.4 Consecuencias de la competencia por un recurso
1.1.3 Arquitecturas de multiprocesamiento.
Cuando se desea incrementar el desempeño más aya de lo que permite la técnica de segmentación del
cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador
para la ejecución del programa de aplicación.
Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:
● SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes
● SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales
● MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado
● MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters
Procesadores vectoriales – Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a
una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como
simuladores para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas complejas, etc., donde
los datos son representados como grandes números de datos en forma matricial sobr los que se deben se
aplicar el mismo algoritmo numérico.
En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors), varios procesadores comparten la misma memoria
principal y periféricos de I/O, Normalmente conectados por un bus común. Se conocen como
simétricos, ya que ningún procesador toma el papel de maestro y los demás de esclavos, sino que todos
tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y periféricos y ambos son administrados por
el sistema operativo.

5. Los Clusters son conjuntos de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por
un bis de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema. Es clave en su
funcionamiento contar con un sistema operativo y programas de aplicación capaces de distribuir el
trabajo entre las computadoras de la red.
1.2 Análisis de los componentes.
1.2.1 CPU.
1.2.1.1 Arquitecturas.
Ademas de las arquitecturas clásicas mencionadas anteriormente, en la actualidad han aparecido
arquitecturas híbridas entre la Von Newman y la Harvard, buscando conservar la flexibilidad, pero
mejorando el rendimiento.
El cambio más importante de los últimos años en diseño de las computadoras de los últimos años se dio
durante los años 1980, con la aparición de la corriente de diseño conocida como computadoras de
conjunto reducido de instrucciones (RISC, por sus siglas en ingles). Esta escuela pretende aplicar un
enfoque totalmente distinto al tradicional hasta entonces, que paso a conocerse como computadoras de
conjunto complejo de instrucciones (CISC) para diferenciarla de la nueva tendencia.
La tendencia tradional, representada por las arquitecturas CISC (Complex Instruction Set Computers)
se caracterizan por tener un número amplio de instrucciones y modos de direccionamiento. Se
implementan instrucciones especiales que realizan funciones complejas, de manera que un
programador puede encontrar con seguridad, una instrucción especial que realiza en hardware la
función que el necesita. El número de registros del CPU es limitado, ya que las compuertas lógicas del
circuito integrado se emplean para implementar las secuencias de control de estas instrucciones
especiales.
Al investigar las tendencias en la escritura de software científico y comercial al inicio de los 80, ya se
pudo observar que en general ya no se programaba mucho en ensamblador, sino en lenguajes de alto
nivel, tales como C. Los compiladores de lenguajes de alto nivel no hacían uso de las instrucciones
especiales implementadas en los procesadores CISC, por lo que resultaba un desperdicio de recursos
emplear las compuertas del circuito de esta forma. Por lo anterior, se decidió que era mejor emplear
estos recursos en hacer que las pocas instrucciones que realmente empleaban los compiladores se
ejecutaran lo más rápidamente posible. Así surgió la escuela de diseño RISC (Reduced Instruction Set
Computers) donde solo se cuenta con unas pocas instrucciones y modos de direccionamiento, pero se
busca implementarlos de forma muy eficiente y que todas las instrucciones trabajen con todos los
modos de direccionamiento. Ademas, se observo que una de las tareas que tomaban más tiempo en
ejecutarse en lenguajes de alto nivel, era el pasar los parámetros a las subrutinas a través de la pila.
Como la forma más rápida de hacer este paso es por medio de registros del CPU, se busco dotarlo con
un amplio número de registros, a través de los cuales se pueden pasar dichos parámetros.
1.2.1.2 Tipos.
Los CPUs modernos pueden clasificarse de acuerdo a varias características, tales como: el tamaño del
ALU o del Bus de conexión al exterior (8, 16, 32, 64 bits),si tienen cauce segmentado o no
segmentado, si con tipo CISC o RISC, Von Newan o Harvard y si solo tienen instrucciones enteras o
implementan también instrucciones de punto flotante

6. 1.2.1.3 Características.
Las características más importantes a considerar al escoger un CPU para usarlo en una aplicación, son:
•Modelo del programador (Conjunto de registros que el programador puede utilizar), forman el modelo
mental del CPU que el programador utiliza al programar en ensamblador.
•Conjunto de instrucciones que puede ejecutar el CPU
•Modos de direccionamiento que pueden usarse para obtener los operandos de las instrucciones.
•Ciclo de instrucción (el conjunto de pasos que realiza el CPU para procesar cada instrucción)
•Buses de interconexión, usados para que el CPU lea y escriba a la memoria y a los dispositivos de
entrada y salida.
1.2.1.4 Funcionamiento.
Debido a la gran variedad de CPU disponibles comercialmente, se explicara el funcionamiento de un
unidad central de proceso imaginaria muy simple, pero que resume el funcionamiento básico de la
mayoría de los CPUs. Este CPU es similar a las primeras computadoras existentes en los años 1950s.
Esta computadora contara con una memoria de 4096 palabras de 16 bits cada una. Esto corresponde a
un bus de direcciones de 12 bits y un bus de datos de 16 bits). En cada localidad de memoria se podrá
almacenar un entero de 16 bits o el código de una instrucción, también de 16 bits.
Todos los CPU tienen como función principal la ejecución de un programa acorde a la aplicación del
mismo. Un programa es un conjunto de instrucciones almacenadas de acuerdo al orden en que deben
ejecutarse. Por lo tanto, toda computadora debe ser capaz de procesar las instrucciones de su programa
en un ciclo de instrucción, consistente en un número de etapas que varia con cada CPU, pero que
tradicionalmente han sido tres:
1-Búsqueda del código de Instrucción. Esta consiste en leer de la memoria cual será la siguiente
instrucción a ejecutar, la cual esta almacenada en forma de un código numérico que indica cual de
todas las operaciones que puede realizar el CPU sera la siguiente y con que operandos se ejecutara.
2- Decodificación. Consiste en tomar el código numérico e identificar a cual de las operaciones que
puede realizar el CPU corresponde dicho código. El proceso contrario, la codificación, consiste en
conociendo la instrucción, determinar el número que la va a representar. Esta etapa usualmente se
realiza con un decodificador binario.
3- Ejecución. En esta etapa se lleva a cabo la operación sobre los datos que se vallan a procesar. En
general, la unidad de control (CU) genera las señales de control necesarias para llevar los datos a las
entradas de la Unidad Aritmética Lógica, la cual efectuará las operaciones aritméticas y lógicas.
Posteriormente, la unidad de control generara las señales de control necesarias para transferir la salida
de la Unidad Aritmética Lógica al registro donde serán almacenados los resultados para su uso
posterior.

7. Búsqueda de la Instrucción
Decodificación de la Instrucción
Ejecución de la Instrucción
Figura 1.2.1.4.1 Ciclo de instrucción
Es importante recordar que cada instrucción del programa se almacena en memoria como un número
binario. Este número se conoce como código de instrucción, y usualmente se divide en al menos dos
campos: un código de operación (Opcode) y un número que representa al operando u operandos de la
instrucción. En el caso de la computadora imaginaria que estamos estudiando, se almacena cada
instrucción en una de las 4096 palabras de memoria de 16 bits cada una. Se utiliza un formato de un
solo operando, con un segundo operando en el acumulador cuando es necesario. Los cuatro bits más
significativos de los dieciséis bits de la palabra se dedican a almacenar el código de operación. Los
doce bits menos significativos se dedican a almacenar la dirección del operando.
Código de Instrucción
Operación Operando 1 Operando 2
Operando único
Codigo de Operación
Figura 1.2.1.4.2 Codificación de las instrucciones
La siguiente tabla resume los códigos de operación de la computadora de ejemplo.
Código de Operación Instrucción Operación
0h LOAD (Carga) ACC<-[M]
1h STORE (Almacena) [M]<-ACC
2h ADD (Suma) ACC<-ACC+[M]
3h ADC (Suma con Acarreo) ACC<-ACC+[M]+C
4h SUB (Resta) ACC<-ACC+-M]

8. 5h OR (Or Bit a Bit) ACC<-ACC or [M]
6h AND (And bit a Bit) ACC<-ACC and [M]
7h XOR (Xor Bit a Bit) ACC<-ACC xor [M]
8h SHL (Corrimiento a la Izquierda) ACC<-ACC << 1
9h SHR (Corrimiento a la derecha) ACC<-ACC >> 1
Ah BRA Bifurcación o salto PC<-M
Bh BRZ (Bifurca si es Cero) Si Z==1 => PC<-M
Ch BRC (Bifurca si hay Acarreo) Si Z==1 => PC<-M
Dh BRO (Bifurca si hay Sobreflujo) Si Z==1 => PC<-M
Eh LDI (Carga Constante Inmediata) ACC <-[PC]; PC<-PC+1
Fh STOP Detener la ejecución
Tabla 1.2.1.4.1 Códigos de operación para la computadora de ejemplo
Las partes del CPU de la computadora imaginaria son:
ACC – Acumulador, se usará para almacenar uno de los operandos y el resultado de varias de las
instrucciones
MAR – (Memory Address Register) Registro de dirección de memoria, selecciona a que localidad de
memoria se va a leer o a escribir.
MBR – (Memory Bus Register) Registro de bus de memoria. A través de él se lee y se escriben los
datos.
PC – (Program Counter) El contador de programa almacena la dirección de la siguiente instrucción a
buscar. Por esta razón también es conocido como apuntador de instrucciones.
IR - Registro de instrucción, guarda el código de la instrucción que se esta ejecutando.
Flags – Registro de Banderas, agrupa a todas las banderas de la ALU en un registro, en el caso de
nuestra computadora imaginaria, las banderas disponibles serán: Z – Bandera de Cero, se pone en uno
cuando todos los bits del resultado son cero; O – Sobreflujo, se pone en uno cuando el resultado de la
ultima operación se sale de el rango de los números de 16 bits con signo; C – Acarreo, se enciende
cuando el resultado de la ultima operación se sale del rengo de los números de 16 bits sin signo.

9. Contenido Dir.
XXXXh 000h
Banderas XXXXh 001h
MAR
2023h 002h
Acumulador 4024h 003h
BUS ...
PC XXXXh 022h
MBR
1234h 023h
IR 4567h 024h
...
XXXXh FFFh
CPU
Memoria
Figura 1.2.1.4.2 Diagrama a bloques del CPU a estudiar
Como se explico anteriormente, el funcionamiento del CPU se basa en los pasos del ciclo de
instrucción, consistentes en búsqueda, decodificación y ejecución de la instrucción. Comenzaremos
revisando los pasos correspondientes a la búsqueda de la instrucción.
El registro PC contiene la dirección de la localidad de memoria que contiene el código de instrucción
de la siguiente instrucción a ejecutar. Como la etapa de búsqueda consistirá básicamente en leer este
código y almacenarlo en el registro IR para su posterior uso en las etapas de decodificación y
ejecución, el contenido de PC se copia al MAR para poder leer esa localidad de memoria. Se lee la
memoria y el resultado de dicha lectura se copia del MBR al IR. Finalmente, se incrementa el PC para
que en el siguiente ciclo de instrucción se lea la instrucción de la localidad de memoria consecutiva.
Resumiendo estas operaciones en lenguaje de transferencia de registros:
MAR<-PC
IR<-[MAR]
PC<-PC+1
En la etapa de decodificación simplemente se separan los códigos de operación de los operandos. Por
ejemplo, la instrucción LOAD 023h se codificaría como 0023h, siendo 0h el código de operación y
023h el operando. Además, la unidad de control deberá identificar que al opcode 0 corresponde a la
instrucción LOAD para que en la siguiente etapa se realicen las operaciones correspondientes a esta
instrucción.
En cuanto a la etapa de ejecución, los pasos realizados en esta etapa varían dependiendo del código de
operación leído en la etapa de búsqueda. Por ejemplo, si el código leído es un 0, que corresponde con
una instrucción LOAD, la etapa de ejecución consistirá en copiar la parte de la dirección del operando
en el registro MAR para poder leer la localidad en donde se encuentra el operando. Se lee el operando
de memoria y el dato leído se copia del MBR al acumulador. Resumiendo dichas operaciones en
lenguaje de transferencia de registros se tiene:
MAR<-IR(M) //IR(M) representa los bits del registro IR que almacenan la dirección del operando
ACC<-MBR

10. Para el código de operación 2, correspondiente a la instrucción ADD, también se transfiere la dirección
del operando al MAR y se lee el contenido de la memoria, pero en vez de enviarse directamente del
MBR al acumulador, se envía al ALU para que se sume con el contenido del acumulador y
posteriormente se almacene el resultado de la suma en el acumulador. Resumiendo en lenguaje de
transferencia de registros:
MAR<-IR(M) //IR(M) representa los bits del registro IR que almacenan la dirección del operando
ACC<-ACC+MBR
La columna operación de la Tabla 1.2.1.4.1 proporciona un resumen el lenguaje de transferencia de
registros de las operaciones correspondientes a cada código de operación.
1.2.2 Memoria.
Una memoria es un dispositivo que puede mantenerse en por lo menos dos estados estables por un
cierto periodo de tiempo. Cada uno de estos estados estables puede utilizarse para representar un bit. A
un dispositivo con la capacidad de almacenar por lo menos un bit se le conoce como celda básica de
memoria.
Un dispositivo de memoria completo se forma con varias celdas básicas y los circuitos asociados para
poder leer y escribir dichas celdas básicas, agrupadas como localidades de memoria que permitan
almacenar un grupo de N bits. El número de bits que puede almacenar cada localidad de memoria es
conocido como el ancho de palabra de la memoria. Coincide con el ancho del bus de datos. Uno de los
circuitos auxiliares que integran la memoria es el decodificador de direcciones. Su función es la de
activar a las celdas básicas que van a ser leídas o escritas a partir de la dirección presente en el bus de
direcciones. Tiene como entradas las n lineas del bus de direcciones y 2N lineas de habilitación de
localidad, cada una correspondiente a una combinación binaria distinta de los bits de direcciones. Por
lo tanto, el número de localidades de memoria disponibles en un dispositivo (T) se relaciona con el
número de lineas de dirección N por T= 2N .
1.2.2.1 Arquitecturas.
Desde hace unas decenas de años, los procesadores han estado aumentando su velocidad de operación a
un paso mucho más rápido que las memorias, lo que ha llevado a la situación en que los procesadores
actuales operan mucho más rápidamente que la memoria principal de las computadoras. Esto hace que
el procesador tenga que quedarse detenido por varios ciclos de reloj (estados de espera) cada vez que
tiene que leer o escribir a la memoria principal.
Para aliviar un poco esta situación conservando el precio de la computadora razonablemente bajo, se ha
organizado a la memoria como una jerarquía de diversos niveles con distintos tamaños y velocidades.
Hay que recordar que la memoria más rápida es mucho más cara que la más lenta y que por lo tanto, es
menor la cantidad de memoria de este tipo que se puede usar. Esta estructura jerárquica se ilustra en la
figura 1.2.2.1. De esta manera, la mayor parte de la capacidad de almacenamiento de la maquina se
encuentra en el disco duro, que tiene un costo por Gbyte muy bajo, pero que también es muy lento
debido a que hay que mover piezas mecánicas para leer o escribir en él. En seguida se encuentra la
memoria principal, que normalmente es del tipo RAM dinámica. Es en esta memoria donde se
almacenan los programas para que los pueda ejecutar el procesador, así como los datos con que
trabajan dichos programas. Con el objetivo de mejorar la velocidad del procesador al ejecutar ciclos y
al leer repetidamente datos de uso común, se coloca una pequeña cantidad de memoria RAM estática
entre el procesador y la memoria principal. Esta memoria es conocida como memoria cache y guarda
una copia de una pequeña región de la memoria principal, para que si se requiere volver a leer los datos
almacenados en esta región de memoria, no se tenga que esperar a que se lea la memoria principal, que

11. es mucho más lenta que la cache y que el procesador. Finalmente, en la cima de la jerarquía, se
encuentran los registros del procesador que aunque son muy pocos, son los que se pueden leer y
escribir más rápidamente.
Menor tamaño, Mayor Velocidad
Registros del
procesador
Memoria Cache
Memoria principal
Disco Duro
Menor velocidad, mayor tamaño
Figura 1.2.2.1 Jerarquía de memoria en un procesador Moderno
1.2.2.2 Tipos.
Los diversos tipos de memorias se clasifican como memorias volátiles y memorias no volátiles. Las
memorias volátiles pierden la información que almacenan al momento en que se les desconecta la
energía, mientras que las no volátiles conservan su contenido aunque no estén alimentadas.
Las memorias volátiles son conocidas desde las primeras computadoras como memorias de acceso
aleatorio (RAM), ya que en esa época las memorias volátiles eran de acceso secuencial. Dentro de las
memorias volátiles se encuentran las subclases RAM Dinámica y RAM Estática.
Las memorias no volátiles conservan sus datos a pesar de que en este conectadas el voltaje del
alimentación. De hecho pueden conservar sus datos por un periodo de tiempo relativamente largo,
usualmente entre cien y 200 años. Conforme evolucionado la tecnología, se han desarrollado diversas
familias de rumores no volátiles, entre las cuales se encuentran: la memoria de solo lectura (ROM -
Read only Memory), la memoria de solo lectura programable (PROM -Programable Read only
Memory), la memoria de solo lectura programable y borrable (EPROM - Erasable Read only Memory),
la memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM Electricaly Erasable Read

12. only Memory) y la memoria flash.
1.2.2.3 Características.
En cuanto a las memorias volátiles, la memoria RAM dinámica es muy rápida pero muy cara. En
contraste, la memoria RAM estática es muy barata pero muy lenta.
En general, las memorias no volátiles son baratas y su precio depende sobre todo de su capacidad de
almacenamiento. Algunas de estas tecnologías son consideradas obsoletas y por lo tanto casi no son
utilizadas en actualidad.
1.2.2.4 Funcionamiento.
El tipo más común de memorias volátiles es la RAM dinámica, que utiliza la capacitancia parásita de
los transistores MOSFET con los que esta construida para almacenar un bit. Como solo se requiere de
un transistor por celda de memoria, esta memoria es muy económica, pero debido al tiempo que toma
cargar la gran capacitancia de los transistores con los que esta construida, es muy lenta.
S e le c c ió n
d e r e n g lo n
C a p a c ita n c ia
I/O d e p a r á s ita
C o lu m n a
Figura 1.2.2.4.1 - Estructura de una celda de RAM Dinámica mostrando la capacitancia parásita en
donde se almacenan el dato.
El otro tipo de memoria RAM utilizado en la actualidad, es la RAM estática. Esta memoria se
construye con el mismo tipo de transistores con los que se construyen los procesadores, por lo que
pueden operar a una velocidad similar a la del procesador. Sin embargo, como se requieren alrededor
de 8 transistores por bit, el costo de esta memoria es mucho más alto que el de la RAM dinámica.

13. I/O de
columna
Selección de renglon
Figura 1.2.2.4.2 Estructura de una celda de RAM Estática a nivel de transistores.
En cuanto a las memorias no volátiles, En cuanto a las memorias no volátiles, históricamente han
existido varios tipos. Los primeros sólo podían ser leídos, por lo que fueron conocidos como memorias
de solo lectura (ROM - Read Only Memory). A pesar de que los tipos más modernos permiten que su
contenido se ha modificado por el usuario, aún son conocidos como memorias de solo lectura.
En las memorias de solo lectura originales (ROM), el almacenar en uno o un cero, depende de si el
fabricante colocó o no un diodo físicamente en el circuito de la memoria. De esta manera, el contenido
de la memoria queda establecido por el fabricante desde el momento de su construcción y no es posible
que el usuario no modifique. Sin embargo, este tipo de memoria es aún muy usada debido a que es muy
económica y por lo tanto, ideal para la producción en masa de muchos artefactos de consumo masivo.
CE A2 A1 A0 Salida
1 0 0 0 0
1 0 0 1 1
1 0 1 0 0
1 0 1 1 1
1 1 0 0 1
1 1 0 1 0
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0
0 X X X HZ
Figura 1.2.2.4.3 – Estructura de una memoria ROM de 8x1 bits y la tabla con el contenido de cada
celda. Solo hay ceros en las columnas con un diodo conectado.
Con el objetivo de hacer a la memoria de solo lectura un dispositivo más versátil, algunos fabricantes
de memorias sustituyeron a los diodos por fusibles semiconductores que el usuario podía quemar
usando un programador especial. Esto permitió a los usuarios tener dispositivos de memoria de solo
lectura cuyo contenido ellos mismos podían programar, por lo que estos dispositivos fueron conocidos

14. como memorias de solo lectura programables (PROM - Programable Read Only Memory). El único
inconveniente que presentaban estas memorias era que si se necesitaba hacer un pequeño cambio, debía
descartarse a la memoria ya programada y utilizar un dispositivo nuevo en blanco.
Este problema pudo eliminarse al sustituir los fusibles semiconductores por transistores con una
compuerta flotante que les permitía almacenar una carga eléctrica por un tiempo muy grande. Esta
compuerta flotante permite almacenar una carga eléctrica que reduce el voltaje que debe ser aplicado a
la compuerta principal para hacer que el rector conduzca. De esta manera, aplicando un voltaje de
prueba a la compuerta principal y observando si el transistor conduce, se puede saber si un transistor no
tiene carga en su compuerta flotante (está borrado o almacena un uno) o sí (estaba programado o
almacena un cero).
La primera generación de dispositivos que utilizó esta tecnología, conocidos como memorias de solo
lectura programables y borrables (EPROM), podían grabarse eléctricamente aplicando un voltaje más
alto de lo normal a la compuerta principal. Sin embargo, para eliminar la carga tendría que aplicarse
una luz ultravioleta intensa al dispositivo, lo cual eliminaba la carga almacenada en la compuerta
flotante. Para realizar este proceso de borrado era necesario retirar al dispositivo del circuito de
aplicación y colocarlo en el borrador de luz ultravioleta por aproximadamente media hora .
En la segunda generación de dispositivos de memoria que utilizaban transistores con compuertas
flotante se logró eliminar la carga eléctricamente, con lo que dichos dispositivos se volvieron más
versátiles. Los dispositivos de esta generación se conocieron como memorias de solo lectura
programables y borrables eléctricamente (EEPROM). Como cada byte de la memoria podía ser borrado
de forma independiente, requerían de muchos circuitos auxiliares para permitir este tipo de borrado, lo
que aumentaba su costo.
Para la tercera generación, se buscó reducir el costo de los dispositivos reduciendo la cantidades
circuitos auxiliares necesarios para el borrado. Esto se logró permitiendo únicamente el borrado de
bloques de memoria de tamaño relativamente grande. También se buscó almacenar más de un bit por
celda de memoria controlando la cantidad de carga almacenada en cada celda, de manera que con ocho
voltajes discretos se pueden representar las ocho combinaciones correspondientes a tres bits. Los
dispositivos de esta generación son conocidos como memorias FLASH.
1.2.3 Dispositivos de I/O.
1.2.3.1 Arquitecturas.
1.2.3.2 Tipos.
1.2.3.3 Características.
1.2.3.4 Funcionamiento.