Contenido 1.- Introducción Introducción..................................... ......................................................... ........................................ ...................................... .................. ..... 3 2.- Marco teórico ....................................... ........................................................... ........................................ .................... .............. ..... 4 2.1.- Microprocesador ...................................... .......................................................... ..................................................... ................................. 4 2.2.- ¿De qué se encarda el microprocesador? .......................................................4 2.3.- Funcionamiento del microprocesador ............................................................5 ..................................................................5 2.4.- Arquitectura del microprocesador ..................................................................5 ........................................................................ ................................... ......... 7 2..- !rocesadores de silicio ..................................... ............................................................................ ...................................... . 7 2.".- #$emplos de arquitecturas ......................................
2.%.- &peración pasó a paso de un Microprocesador. ..............................................8 .......................................................... ........................................... ....................... .......... 11 3.- Microcontrolador Microcontrolador ......................................
3.1.- ¿!ara qué se utili'an los microprocesadores? ..............................................11 3.2.- (aracter)sticas ....................................... ........................................................... ..................................................... ................................. 12 Arquitectura *on +eumann ....................................... ................................................................................. .......................................... 13 Arquitectura ,arard....................................... ........................................................... ........................................... ....................... ........ 14 e/istros....................................... ........................................................... ........................................ ......................................... ..................... ....... 15 0nidad de control ..................................... ......................................................... ........................................ ...................................... .................. 15 ........................................................... .............................................. .......................... 15 0nidad aritmético-ló/ica ....................................... ............................................................ ....................................... ...................................................... ................................... 15 0ses........................................ ......................................................... ........................................... ........................ . 15 (on$unto de instrucciones ...................................... ......................................................... ........................................ ........................................ ................................ ............ 16 Memoria.....................................
4.- Implementación de pro/ramas sicos ...........................................................18 4.1.- *enta$as de len/ua$es de pro/ramación de alto niel ....................................18 4.2.- en/ua$e ( ...................................... .......................................................... ........................................ ........................................18 ....................18 . (onclusión...................................... .......................................................... ........................................ ........................................ .................... ... 19 ". ilio/ra5)a........................................ ........................................................... ....................................... .......................................... ...................... 20
1.- Introducción Esta investigación constara de los temas de la unidad 5 en la que se encuentran; microprocesadores, microcontroladores y la implementación de programas básicos, para lo cual l os microprocesadores han venido a ser el resultado del desarrollo en el camino emprendido por la Electrónica Digital hacia la miniaturización, primeramente implementando una unidad de procesos completa en una sola pastilla o chip de circuito integrado, y posteriormente, mediante el aumento de la rapidez, capacidad de trabajo y potencia de dicha unidad. a aparición de los microprocesadores !"#$ representa el siguiente punto de salto en la electrónica despu%s del ocurrido con la invención del transistor, y la tecnolog&a de su construcción avanza tan rápidamente que prácticamente ha revolucionado en corto tiempo el desarrollo de m'ltiples campos de la ciencia y la t%cnica, a la vez que se introduce de manera convincente en nuestra vida dom%stica, siendo di(&cil mencionar una rama o campo de la ciencia en la cual no e)ista una aplicación de los microprocesadores. De hecho, cada d&a aumenta el n'mero de instrumentos, sistemas de control de procesos, medios y equipos para las telecomunicaciones, medicina, servicios p'blicos e incluso juguetes, que emplean dentro de su estructura alg'n tipo de "#, "#, sin entrar a considerar el hecho he cho real de la introducción, divulgación y aceptación que han tenido las nuevas generaciones de computadoras digitales basadas en este componente y que son conocidas por nosotros como microcomputadoras. Es di(&cil predecir qu% pasará en la electrónica en los pró)imos a*os, pero de acuerdo con la opinión de personalidades de esta rama, la in(luencia de los "# en el (uturo será cada vez mayor y de ah& la importancia de preparar a los pro(esionales encargados de su aplicación y desarrollo, y de que a su vez, los graduados de nivel superior posean conocimientos elementales que les permitan ganar en la cultura general necesaria que sirva de base a un conocimiento mayor de la aplicación espec&(ica en el campo en que desarrollarán su vida pro(esional. Esencialmente, un microprocesador es un circuito de alta escala de integración !+$, compuesto de muchos circuitos más simples como son los -ip(lops, contadores, registros, decodi(icadores, comparadores, etc.; todos ellos en una misma pastilla de silicio, de modo que el microprocesador puede ser considerado un dispositivo lógico de propósito general o universal. uni versal. /odos /odos estos componentes que llevan a cabo (&sicamente la lógica y operación del microprocesador se denominan el hard0are del micro. 1demás e)iste una lista de instrucciones que puede realizar o acciones que puede llevar a cabo el micro.
2.- Marco teórico 2.1.- Microprocesador
El microprocesador !o simplemente procesador $ es el circuito integrado central y más complejo de un sistema in(ormático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analog&a el 2cerebro3 de un computador.
2.2.- ¿De qué se encarda el microprocesador?
Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritm%ticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
2.3.- Funcionamiento del microprocesador
Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritm%tica lógica ! ALU $ y una unidad de cálculo en coma (lotante !conocida antiguamente como 2coprocesador matemático3$. El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo espec&(ico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable (uncionamiento, se le incorpora un sistema de re(rigeración que consta de un disipador de calor (abricado en alg'n material de alta conductividad t%rmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el e)ceso del calor absorbido por el disipador. Entre el disipador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta t%rmica para mejorar la conductividad del calor. E)isten otros m%todos más e(icaces, como la re(rigeración l&quida o el uso de c%lulas peltier para re(rigeración e)trema, aunque estas t%cnicas se utilizan casi e)clusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overcloc4ing.
2.4.- Arquitectura del microprocesador
El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control. onsiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a entender el microprocesador. El hizo posible la (abricación de potentes calculadoras y de muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que es usado en la unidad procesadora central !#6$ de una computadora digital. El microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesadora !"#6$. En otras palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un microprocesador se puede di(erenciar diversas partes7 •
#ncapsulado7 es lo que rodea a la oblea de silicio en s&, para darle
consistencia, impedir su deterioro !por ejemplo, por o)idación por el aire$ y permitir el enlace con los conectores e)ternos que lo acoplaran a su zócalo a su placa base. •
Memoria cac6é7 es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador
para tener alcance directo a ciertos datos que 2predeciblemente3 serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria 81", reduciendo as& el tiempo de espera para adquisición de datos. /odos los micros compatibles con # poseen la llamada cach% interna de primer nivel o 9; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a %l. os micros más modernos !ore i:, ore i5, ore i, etc.$ incluyen tambi%n en su interior otro nivel de cach%, más grande, aunque algo menos rápida, es la cach% de segundo nivel o < e incluso los hay con memoria cach% de nivel :, o :. •
(oprocesador matemtico 7 unidad de coma (lotante. Es la parte del micro
especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el e)terior del procesador en otro chip. Esta parte está considerada como una parte 2lógica3 junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos. •
e/istros7 son básicamente un tipo de memoria peque*a con (ines
especiales que el micro tiene disponible para algunos usos particulares. =ay
varios grupos de registros en cada procesador. 6n grupo de registros está dise*ado para control del programador y hay otros que no son dise*ados para ser controlados por el procesador pero que la #6 los utiliza en algunas operaciones, en total son treinta y dos registros. Memoria7 es el lugar donde el procesador encuentra las instrucciones de
•
los programas y sus datos. /anto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde all&. a memoria es una parte interna de la computadora y su (unción esencial es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso. !uertos7 es la manera en que el procesador se comunica con el mundo
•
e)terno. 6n puerto es análogo a una l&nea de tel%(ono. ualquier parte de la circuiter&a de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un 2n'mero de puerto3 que el procesador utiliza como si (uera un n'mero de tel%(ono para llamar circuitos o a partes especiales. 2..- !rocesadores de silicio
El proceso de (abricación de un microprocesador es muy complejo. /odo comienza con un buen pu*ado de arena !compuesta básicamente de silicio$, con la que se (abrica un mono cristal de unos <> ) 95> cent&metros. #ara ello, se (unde el material en cuestión a alta temperatura !9.:> ?$ y muy lentamente !9> a @> mm por hora$ se va (ormando el cristal. De este cristal, de cientos de 4ilos de peso, se cortan los e)tremos y la super(icie e)terior, de (orma de obtener un cilindro per(ecto. uego, el cilindro se corta en obleas de 9> micras de espesor, la d%cima parte del espesor de un cabello humano, utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas, y de cada oblea se (abricarán varios cientos de microprocesadores.
2.".- #$emplos de arquitecturas • •
A5)) "B+ /echnology A5><
• • • • • •
• • • •
Cestern Design enter A5)) 18" 1ltera ios, ios 18 !puramente microcontroladores$ E+ 81 9F>< !a4a 81 B+"1, D#9F><$ DE 1lpha ntel ntel @55A, @>@> ntel FG>, F>F5, Hilog HF>
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
• •
ntel tanium ntel iFA> ntel i595 attice"ico:<
•
":<8 "#+ "otorola "otorola AF>> "otorola AF>G "otorola c995, old-ire orelduo 95@F5 se0cret ranses >.<@5 "otorola FF>>> !antecesor de la (amilia #o0er# con el I" #BCE8$ I" #BCE8 !antecesor de la (amilia #o0er# con el "otorola FF>>>$ -amilia #o0er#, J:, J@, J5 + :<>)) Bpen8+ #18+ ational +emiconductor +K"# !LscampL$ +ignetics
+#18 +uper= (amily /ransmeta rusoe, /ransmeta E((iceon !arquitectura C, con emulador de la 1:< de :<bit ntel )FA$ "B+ /ransputer )FA
•
• • • •
ntel F>FA, F>FF, F>9FA, F>9FF !arquitectura )FA de 9Abit con sólo modo real$ ntel F>
2.%.- &peración pasó a paso de un Microprocesador.
1unque a primera vista el tratamiento de un "# como un elemento de circuito pudiera aparecer como una tarea muy compleja, cuando se mira como un dispositivo que pasa por m'ltiples estados, se simpli(ica notablemente y su operación paso a paso puede describirse en t%rminos más simples, como ilustramos a continuación mediante un ejemplo . eamos cuál es la actividad que se requiere realizar para imprimir un carácter el cual ha sido previamente cargado en el acumulador. 1sumimos que el peri(%rico a considerar es una impresora7 El so(t0are que necesitamos está almacenado en la memoria y consta de tres palabras de F bits !: bytes$ que contienen el código de la operación a imprimir seguido de dos bytes que de(inen la dirección de la impresora. #ara imprimir el carácter, el "# transita por los nueve estados que se muestran en la (igura7 +i nosotros asumimos por conveniencia que la (recuencia impuesta por el reloj es de 9 "=z, nuestro circuito cambiará sus estados cada vez que transcurra 9 microsegundo. a acción que se realiza en cada estado se e)plica a continuación7 #stado M1-71. El contador de programa se conecta al bus de direcciones y coloca
en %ste la dirección de memoria en la cual está almacenado el primer byte. +imultáneamente un pulso de lectura es generado por la unidad de tiempo y control y enviado por el bus de control a la memoria, causando que el primer byte, o sea, el código de operación, pueda ser le&do de la memoria. #stado M1-72. 1sumamos que la memoria toma menos que un microsegundo en
responder. Esto signi(ica que cuando nuestro circuito entra en este estado, el primer byte ya se encuentra en los terminales de salida de la memoria. Es por ello que en este estado el registro de instrucciones !8$ se conecta al bus de datos, produci%ndose el enlace directo entre la memoria y este 8, el cual recibirá la se*al de control que le indica que debe almacenar la in(ormación e)istente en la
memoria y que se le env&a a trav%s del bus de datos. ote que el bus de direcciones no está siendo usado en este estado. #stado M1-73. En este estado el código de operación se decodi(ica. a salida del
decodi(icador posibilitará la secuencia correcta de estados y las se*ales que debe generar la unidad de control para que la instrucción sea correctamente ejecutada. En nuestro caso ello implica transitar por los estados "</9, "</<, ":/9, ": /<, "@/9 y "@/<. En este estado ni el bus de control ni el de datos han sido utilizados. #stado M2-71. a acción realizada en este estado es id%ntica a la del estado "9
/9, con la e)cepción que el # ha sido incrementado. Estado "</<. En este estado el DI se conecta al registro de direcciones y mediante un pulso correspondiente de control este graba el segundo byte en el lugar correspondiente !este es un registro de 9A bits$. Estado ":/9. a acción es semejante a los estados "9/9 y "</<, con la e)cepción que el # tiene la dirección del tercer byte. #stado M3-72. uando el "# asume este estado, se obtiene el siguiente byte
componente de la dirección, generándose por la unidad de control las se*ales apropiadas para grabar este byte en el lugar correspondiente del registro de direcciones. En el transcurso de esta secuencia de estados desde "9/9 hasta ":/< hemos realizado el ciclo de b'squeda de la instrucción. En este punto dentro del "# se posee la in(ormación del código que de(ine la operación, y la dirección de la impresora. #stado M4-71. El registro de direcciones se conecta al 1I por lo que la
in(ormación que %ste posee puede ser decodi(icada, generándose as& la se*al que permite identi(icar a que peri(%rico se quiere acceder !en nuestro caso la impresora$. #stado M4-72. En este estado el acumulador se conecta al DI, y a trav%s de %ste
y los inter(aces correspondientes se env&an la in(ormación a la impresora. 1l mismo tiempo, el inter(ace monitorea las se*ales de estado del "# en el bus de control, las cuales son usadas para generar las se*ales de control necesarias para activar la impresora y permitir as& que el carácter en el acumulador se imprima
6na clasi5icación /eneral de carcter sico que delimita al/unos de los campos industriales de más inter%s y desarrollo de los sistemas basados en "# es la siguiente7 9ndustria en general.
<ndustria el%ctrica y de electrodom%sticos. :nstrumentación y medidas. @/erminales inteligentes. 5Nuegos y derivados.
3.- Microcontrolador Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques (uncionales, los cuales cumplen una tarea espec&(ica. 6n microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades (uncionales de una computadora7 unidad central de procesamiento, memoria y peri(%ricos de entradaKsalida.
3.1.- ¿!ara qué se utili'an los microprocesadores?
1lgunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits y (uncionan a velocidad de reloj con (recuencias tan bajas como @ 4=z, con un consumo de baja potencia !mC o microvatios$. #or lo general, tendrá la capacidad de mantenerse a la espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción; as&, el consumo de energ&a durante el estado de reposo !reloj de la #6 y los peri(%ricos de la mayor&a$ puede ser sólo de nanovatios, lo que hace que muchos de ellos sean muy adecuados para aplicaciones con bater&a de larga duración. Btros microcontroladores pueden servir para roles de rendimiento cr&tico, donde sea necesario actuar más como un procesador digital de se*al !D+#$, con velocidades de reloj y consumo de energ&a más altos.
3.2.- (aracter)sticas os microcontroladores están dise*ados para reducir el costo económico y el consumo de energ&a de un sistema en particular. #or eso el tama*o de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los peri(%ricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodom%stico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy peque*o !@ u F bits$ porque sustituirá a un autómata (inito. En cambio, un reproductor de m'sica yKo v&deo digital !"#: o "#@$ requerirá de un procesador de :< bits o de A@ bits y de uno o más códecs de se*al digital !audio yKo v&deo$. El control de un sistema de (renos 1I+ !1ntiloc4 Ira4e +ystem$ se basa normalmente en un microcontrolador de 9A bits, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. os microcontroladores representan la inmensa mayor&a de los chips de computadoras vendidos, sobre un 5>O son controladores LsimplesL y el restante corresponde a D+# más especializados. "ientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa !6d. está usando uno para esto$, usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodom%sticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. #ueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos microondas, tel%(onos, etc. 6n microcontrolador di(iere de una unidad central de procesamiento normal, debido a que es más (ácil convertirla en una computadora en (uncionamiento, con un m&nimo de circuitos integrados e)ternos de apoyo. a idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, enganchado a la (uente de energ&a y de in(ormación que necesite, y eso es todo. 6n microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por
otros chips. =ay que agregarle los módulos de entrada y salida !puertos$ y la memoria para almacenamiento de in(ormación. 6n microcontrolador t&pico tendrá un generador de reloj integrado y una peque*a cantidad de memoria de acceso aleatorio yKo 8B"KE#8B"KEE#8B"K(lash, con lo que para hacerlo (uncionar todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. os microcontroladores disponen generalmente tambi%n de una gran variedad de dispositivos de entradaKsalida, como convertidor analógico digital, temporizadores, 618/s y buses de inter(az serie especializados, como < y 1. -recuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. os modernos microcontroladores (recuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el lenguaje de programación I1+ que se utiliza bastante con este propósito. os microcontroladores negocian la velocidad y la (le)ibilidad para (acilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir (uncionalidad, como los dispositivos de entradaKsalida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuiter&a.
Iásicamente e)isten dos arquitecturas de computadoras, y por supuesto, están presentes en el mundo de los microcontroladores7 on eumann y =arvard. 1mbas se di(erencian en la (orma de cone)ión de la memoria al procesador y en los buses que cada una necesita.
Arquitectura *on +eumann
a arquitectura on eumann utiliza el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos, siendo la que se utiliza en un ordenador personal porque permite ahorrar una buena cantidad de l&neas de EK+, que son bastante costosas, sobre todo para aquellos sistemas donde el procesador se monta en alg'n tipo de zócalo alojado en una placa madre. /ambi%n esta organización les ahorra a los dise*adores de placas madre una buena cantidad de problemas y reduce el costo de este tipo de sistemas.
En un ordenador personal, cuando se carga un programa en memoria, a %ste se le asigna un espacio de direcciones de la memoria que se divide en segmentos, de los cuales t&picamente tenderemos los siguientes7 código !programa$, datos y pila. Es por ello que podemos hablar de la memoria como un todo, aunque e)istan distintos dispositivos (&sicos en el sistema !disco duro, memoria 81", memoria (lash, unidad de disco óptico...$. En el caso de los microcontroladores, e)isten dos tipos de memoria bien de(inidas7 memoria de datos !t&picamente alg'n tipo de +81"$ y memoria de programas !8B", #8B", EE#8B", (lash u de otro tipo no volátil$. En este caso la organización es distinta a las del ordenador personal, porque hay circuitos distintos para cada memoria y normalmente no se utilizan los registros de segmentos, sino que la memoria está segregada y el acceso a cada tipo de memoria depende de las instrucciones del procesador. 1 pesar de que en los sistemas integrados con arquitectura on eumann la memoria est% segregada, y e)istan di(erencias con respecto a la de(inición tradicional de esta arquitectura; los buses para acceder a ambos tipos de memoria son los mismos, del procesador solamente salen el bus de datos, el de direcciones, y el de control. omo conclusión, la arquitectura no ha sido alterada, porque la (orma en que se conecta la memoria al procesador sigue el mismo principio de(inido en la arquitectura básica. 1lgunas (amilias de microcontroladores como la ntel F>59 y la HF> implementan este tipo de arquitectura, (undamentalmente porque era la utilizada cuando aparecieron los primeros microcontroladores.
Arquitectura ,arard
a otra variante es la arquitectura =arvard, y por e)celencia la utilizada en supercomputadoras, en los microcontroladores, y sistemas integrados en general. En este caso, además de la memoria, el procesador tiene los buses segregados, de modo que cada tipo de memoria tiene un bus de datos, uno de direcciones y uno de control.
a ventaja (undamental de esta arquitectura es que permite adecuar el tama*o de los buses a las caracter&sticas de cada tipo de memoria; además, el procesador puede acceder a cada una de ellas de (orma simultánea, lo que se traduce en un aumento signi(icativo de la velocidad de procesamiento. /&picamente los sistemas con esta arquitectura pueden ser dos veces más rápidos que sistemas similares con arquitectura on eumann. a desventaja está en que consume muchas l&neas de EK+ del procesador; por lo que en sistemas donde el procesador está ubicado en su propio encapsulado, solo se utiliza en supercomputadoras. +in embargo, en los microcontroladores y otros sistemas integrados, donde usualmente la memoria de datos y programas comparten el mismo encapsulado que el procesador, este inconveniente deja de ser un problema serio y es por ello que encontramos la arquitectura =arvard en la mayor&a de los microcontroladores. #or eso es importante recordar que un microcontrolador se puede con(igurar de di(erentes maneras, siempre y cuando se respete el tama*o de memoria que este requiera para su correcto (uncionamiento.
e/istros
+on un espacio de memoria muy reducido pero necesario para cualquier microprocesador, de aqu& se toman los datos para varias operaciones que debe realizar el resto de los circuitos del procesador. os registros sirven para almacenar los resultados de la ejecución de instrucciones, cargar datos desde la memoria e)terna o almacenarlos en ella.
0nidad de control
Esta unidad es de las más importantes en el procesador, en ella recae la lógica necesaria para la decodi(icación y ejecución de las instrucciones, el control de los registros, la 16, los buses y cuanta cosa más se quiera meter en el procesador.
0nidad aritmético-ló/ica
omo los procesadores son circuitos que hacen básicamente operaciones lógicas y matemáticas, se le dedica a este proceso una unidad completa, con cierta independencia. 1qu& es donde se realizan las sumas, restas, y operaciones lógicas t&picas del álgebra de Ioole.
0ses
+on el medio de comunicación que utilizan los di(erentes componentes del procesador para intercambiar in(ormación entre s&, eventualmente los buses o una parte de ellos estarán re(lejados en los pines del encapsulado del procesador.
(on$unto de instrucciones
1unque no aparezca en el esquema, no pod&amos dejar al conjunto o repertorio de instrucciones (uera de esta (iesta, porque este elemento determina lo que puede hacer el procesador. De(ine las operaciones básicas que puede realizar el procesador, que conjugadas y organizadas (orman lo que conocemos como so(t0are. El conjunto de instrucciones vienen siendo como las letras del al(abeto, el elemento básico del lenguaje, que organizadas adecuadamente permiten escribir palabras, oraciones y cuanto programa se le ocurra.
Memoria
En los microcontroladores la memoria no es abundante, aqu& no encontrará Jigabytes de memoria como en las computadoras personales. /&picamente la memoria de programas no e)cederá de 9A Plocalizaciones de memoria no volátil !(lash o eprom$ para contener los programas.
Mscara &M. En este caso no se QgrabaR el programa en memoria sino que el
microcontrolador se (abrica con el programa, es un proceso similar al de producción de los D comerciales mediante masterización. El costo inicial de producir un circuito de este tipo es alto, porque el dise*o y producción de la máscara es un proceso costoso, sin embargo, cuando se necesitan varios miles o incluso cientos de miles de microcontroladores para una aplicación determinada, como por ejemplo, alg'n electrodom%stico, el costo inicial de producción de la máscara y el de (abricación del circuito se distribuye entre todos los circuitos de la serie y, el costo (inal de %sta, es bastante menor que el de sus semejantes con otro tipo de memoria. Memoria !&M !#rogrammable 8eadBnly "emory$ tambi%n conocida como
B/# !Bne /ime #rogrammable$. Este tipo de memoria, tambi%n es conocida como #8B" o simplemente 8B". os microcontroladores con memoria B/# se pueden programar una sola vez, con alg'n tipo de programador. +e utilizan en sistemas donde el programa no requiera (uturas actualizaciones y para series relativamente peque*as, donde la variante de máscara sea muy costosa, tambi%n para sistemas que requieren serialización de datos, almacenados como constantes en la memoria de programas. Memoria #!&M !Erasable #rogrammable 8ead Bnly "emory$. os
microcontroladores con este tipo de memoria son muy (áciles de identi(icar porque su encapsulado es de cerámica y llevan encima una ventanita de vidrio desde la cual puede verse la oblea de silicio del microcontrolador. +e (abrican as& porque la memoria E#8B" es reprogramable, pero antes debe borrase, y para ello hay que e)ponerla a una (uente de luz ultravioleta, el proceso de grabación es similar al empleado para las memorias B/#. 1l aparecer tecnolog&as menos costosas y más (le)ibles, como las memorias EE#8B" y -1+=, este tipo de memoria han ca&do en desuso, se utilizaban en sistemas que requieren actualizaciones del programa y para los procesos de desarrollo y puesta a punto. ##!&M !Electrical Erasable #rogrammable 8ead Bnly "emory$. -ueron el
sustituto natural de las memorias E#8B", la di(erencia (undamental es que pueden ser borradas el%ctricamente, por lo que la ventanilla de cristal de cuarzo y los encapsulados cerámicos no son necesarios.
1l disminuir los costos de los encapsulados, los microcontroladores con este tipo de memoria se hicieron más baratos y cómodos para trabajar que sus equivalentes con memoria E#8B". Btra caracter&stica destacable de este tipo de microcontrolador es que (ue en ellos donde comenzaron a utilizarse los sistemas de programación en el sistema que evitan tener que sacar el microcontrolador de la tarjeta que lo aloja para hacer actualizaciones al programa. Memoria 5las6. En el campo de las memorias reprogramables para
microcontroladores, son el 'ltimo avance tecnológico en uso a gran escala, y han sustituido a los microcontroladores con memoria EE#8B". 1 las ventajas de las memorias (lash se le adicionan su gran densidad respecto a sus predecesoras lo que permite incrementar la cantidad de memoria de programas a un costo muy bajo. #ueden además ser programadas con las mismas tensiones de alimentación del microcontrolador, el acceso en lectura y la velocidad de programación es superior, disminución de los costos de producción, entre otras.
4.- Implementación de pro/ramas sicos omo el proceso de escribir un código ejecutable era considerablemente arduo, en consecuencia (ue creado el primer lenguaje de programación denominado ensamblador !1+"$. +iguiendo la sinta)is básica del ensamblador, era más (ácil escribir y comprender el código. as instrucciones en ensamblador consisten en las abreviaturas con signi(icado y a cada instrucción corresponde una localidad de memoria. 6n programa denominado ensamblador compila !traduce$ las instrucciones del lenguaje ensamblador a código máquina !código binario$. Este programa compila instrucción a instrucción sin optimización. omo permite controlar en detalle todos los procesos puestos en marcha dentro del chip, este lenguaje de programación todav&a sigue siendo popular. 4.1.- *enta$as de len/ua$es de pro/ramación de alto niel
1 pesar de todos los lados buenos, el lenguaje ensamblador tiene algunas desventajas7 •
•
•
ncluso una sola operación en el programa escrito en ensamblador consiste en muchas instrucciones, haci%ndolo muy largo y di(&cil de manejar. ada tipo de microcontrolador tiene su propio conjunto de instrucciones que un programador tiene que conocer para escribir un programa 6n programador tiene que conocer el hard0are del microcontrolador para escribir un programa
4.2.- en/ua$e ( El lenguaje dispone de todas las ventajas de un lenguaje de programación de alto nivel !anteriormente descritas$ y le permite realizar algunas operaciones tanto sobre los bytes como sobre los bits !operaciones lógicas, desplazamiento etc.$. as caracter&sticas de pueden ser muy 'tiles al programar los microcontroladores. 1demás, está estandarizado !el estándar 1+$, es muy portable, as& que el mismo código se puede utilizar muchas veces en di(erentes proyectos. o que lo hace accesible para cualquiera que conozca este lenguaje sin reparar en el propósito de uso del microcontrolador. es un lenguaje compilado, lo que signi(ica que los archivos (uentes que contienen el código se traducen a lenguaje máquina por el compilador. /odas estas caracter&sticas hicieron al uno de los lenguajes de programación más populares.
. (onclusión os temas descritos anteriormente nos ayudan a desarrollar una mejor visión de microprocesadores y su arquitectura de computadoras desde el punto de vista económico o cuantitativo, desde el punto de rendimientocosto; ya que ejecutan instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritm%ticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria. 1 mi parecer, no deja de ser importante aprender las bases principales del dise*o de microprocesadores ya que ello llevará a una mejor comprensión de los lenguajes de programación, segmentación, computadoras de procesadores paralelos, microcontroladores, etc. 1demás, poder dise*ar un microprocesador sencillo como el que se desarrolla en este documento, nos conduce a conocer y comprender uno de los secretos de la electrónica más enigmáticos. 8esumiendo, el campo de microcontroladores ha evolucionado desde su origen junto con las computadoras y otros aparatos electrónicos. Este tema se relaciona con las áreas de anotecnolog&a, 8obótica, Electrónica, -&sica, n(ormática y omputación, teniendo como objetivo llevar a cabo procesos lógicos o acciones programadas en lenguaje ensamblador por un usuario o programador. uenta con tres di(erentes tipos los cuales se clasi(ican por bits, por arquitectura y (inalmente por so(t0are. os microcontroladores cuentan con una gran variedad de aplicaciones, las mayores aplicaciones se encuentran re(lejadas en el campo de la industria automotriz y en segundo lugar se puede ver el campo de la arquitectura y (uncionamiento del termostato digital. a prospectiva de este tema indica que este tema seguirá evolucionando de manera progresiva a trav%s de los a*os y con las mejoras que vengan en el campo de dispositivos como lo son los microcontroladores, ya que estos ayudan a terminar procesos mucho más rápidamente. #or lo cual, e campo de microcontroladores es un campo de estudio importante en el estudio para las (uturas generaciones debido a que siempre e)istirá la necesidad de que aparatos electrónicos (uncionen cada vez más rápido y que su tecnolog&a en microchips sea cada vez de tama*o más reducido sin disminuir la velocidad. 1demás que con la ayuda de todos los lenguajes de programación nos podemos ayudar a realizar con una sola acción, vario cientos de procesos, por lo cual es indispensable para la electrónica el desarrollo de estos procesos.
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8ashid. /ercera Edición. Editorial7 #earson #rentice =all
4.
Brganización y arquitectura de computadoras. Cilliam +tallings. Ed. #rentice =all.
