MODELOS DE ARQUITECTURA DE LAS COMPUTADORAS

                                            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.

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 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 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 aparteEl 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.
                                   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 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 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.

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.

                                      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.
Búsqueda Ejecución
Espera EsperaLos 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.