Módulo 15: Arquitectura y hardware de computadoras

Un programa no trabaja en el vacío. Calcula, guarda y mueve datos sobre una máquina física. El desempeño aparece cuando esas tres acciones encajan; el cuello de botella aparece cuando una de ellas no alcanza a las otras.

Ciudad retrofuturista vista desde arriba: una torre central de cómputo conectada por rutas luminosas a distritos de memoria y almacenamiento.

Creación original generativa para este curso, producida con OpenAI, 2026.

Lectura textual de la imagen: el núcleo de cómputo no está aislado. Depende de capas de memoria, almacenamiento y rutas capaces de llevarle datos.

Esta unidad construye un mapa para leer una laptop, una GPU o un centro de datos según cuatro dimensiones: ubicación de los datos, unidad que los transforma, costo de moverlos y recurso que se satura primero.

Al terminar

Podrás explicar por qué un programa compatible necesita la ISA correcta; distinguir reloj, ciclos, latencia y throughput; razonar sobre RAM, VRAM, caché y almacenamiento; y elegir una dirección de optimización a partir de mediciones, no de slogans.

Ruta en dos sesiones

ESTIMATE (diseño docente): la ruta requiere 125 minutos netos en dos sesiones nominales de 90. Los escenarios se trabajan en grupos pequeños y en paralelo; las flashcards quedan para después de clase.

Sesión 1 — De la máquina al movimiento

  1. Orientación — este mapa de la unidad (~5 min).
  2. Compute, instrucciones y CPU — piezas físicas, ISA, reloj, ciclos, cores, threads y SIMD (~20 min).
  3. Memoria y movimiento de datos — jerarquía, latencia, ancho de banda y rutas CPU↔GPU (~25 min).

Sesión 2 — Del paralelismo a la decisión

  1. Paralelismo, performance y energía — CPU, GPU, aceleradores, Roofline y potencia (~43 min).
  2. IA, escala y selección de hardware — memoria de modelos, comunicación, selección y repaso final (~32 min).

Siete modelos mentales

  1. La computadora es un sistema de especialistas. CPU, memoria, almacenamiento, red y aceleradores colaboran mediante interconexiones.
  2. La ISA es un contrato. Define qué instrucciones entiende un procesador; no es lo mismo que el lenguaje en el que escribiste el programa.
  3. El reloj asigna pasos, no garantiza trabajo útil. Los ciclos pueden ocuparse en cálculo, espera o coordinación.
  4. La proximidad de los datos tiene precio. Cerca del cómputo suele significar menor latencia, pero menor capacidad y mayor costo por byte.
  5. El paralelismo tiene forma. Pocos flujos complejos y muchos flujos regulares necesitan arquitecturas distintas.
  6. El cuello de botella decide la métrica. Más FLOPS no ayuda si faltan memoria, ancho de banda o comunicación.
  7. Escalar amplifica movimiento y energía. Chip, servidor, rack y centro de datos son niveles del mismo sistema.

Cómo leer las cifras

  • FACT: dato reportado directamente por una fuente identificada.
  • DERIVED: resultado reproducible a partir de datos o una fórmula mostrada.
  • ESTIMATE: supuesto o escenario útil, no una medición.

Estas etiquetas importan: una especificación máxima, una derivación y una observación real no responden la misma pregunta.