UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA P OLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICEVICE-RECTORADO “LUIS CABALLERO MEJIAS” SISTEMAS ELECTRONICOS I
Profesor: Walter Rivero
Integrantes: Anthony Mujica Exp 2013203046 Diego Uzcategui Exp 20132030 José Landaeta Exp 2013203
¿QUÉ ES UN MICROPROCESADOR?
Los microprocesadores son circuitos integrados que contienen millones de transistores en su interior, los cuales crean circuitos complejos encargados de realizar diferentes tareas. También se los denomina unidad de procesamiento central o CPU, ya que muchos de ellos pueden actuar como el “cerebro” de un sistema computacional, administrando todas las tareas que este realice y llevando a cabo las operaciones con los datos.
Los microprocesadores están diseñados para interpretar y ejecutar las instrucciones que nosotros les indiquemos y que suelen ser operaciones simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. Pero también existen instrucciones lógicas, como AND, OR , NOT, entre otras. El listado de instrucciones recibe el nombre de programa, que las ejecuta una por una por medio del microprocesador.
¿Qué es una microcomputadora?
El avance de las escalas de integración permitió integrar cada vez más transistores por unidad de superficie. El desarrollo de la tecnología VLSI (muy alta escala de integración), que produjo los microprocesadores, pronto permitió introducir en un solo
chip todo un sistema mínimo. Esto dio nacimiento a la microcomputadora, actualmente conocida como microcontrolador. Dentro de ellas encontramos una CPU, una memoria de programa, una memoria de datos, el circuito de reset y el circuito oscilador, además
de los puertos de entrada/salida, también conocidos como PORTS I/O. A partir de los 90 los microcontroladores invadieron la electrónica de consumo, brindando a los electrodomésticos y a todo tipo de sistema electrónico de consumo la capacidad de inteligencia y conectividad. El mundo actual está rodeado de
microcontroladores; desde nuestros celulares, sistemas de alarmas y lavarropas, hasta las computadoras de abordo de los automóviles. Sin ellos, nuestro mundo actual no existiría. Las microcomputadoras o microcontroladores nacieron a mediados de los 80 y rápidamente ganaron mercado, al desplazar a los sistemas mínimos desarrollados con microprocesadores en el campo del control industrial. Los microcontroladores, debido a su muy bajo costo, alta inmunidad al ruido eléctrico y pequeño tamaño, produjeron la revolución microcontrolada, que desplazó a toda la lógica cableada (utilizada en la electrónica industrial) y a la lógica programada(realizada
con
microprocesadores). Es en este campo donde se los bautizó con el nombre de microcontroladores y se desechó el de microcomputadores.
Arquitectura interna de los microcontroladores
Mencionamos anteriormente que los microcontroladores están formados por varios bloques. Dentro de ellos existe, como elemento principal, la CPU, que se interconecta con sus periféricos para formar lo que se conoce como arquitectura interna. Esta puede ser de dos tipos: Von Neumann o Harvard.
Arquitectura Neumann
Fue desarrollada en 1949 por el profesor John von Neumann e implementada para la construcción de las computadoras como la ENIAC (nombre de la primera computadora electrónica). Según esta arquitectura, existe un bus de datos que liga la CPU con la memoria de datos y de programa por el cual viajan datos e instrucciones.
Este concepto fue muy útil en las primeras décadas de las computadoras, pero al incrementarse la cantidad de datos por procesar, la velocidad de procesamiento se redujo. Rápidamente, la arquitectura se saturó, ya que el bus de datos debía compartirse con los datos y las instrucciones, lo que generaba un cuello de botella. Fue así que se presentaron varios problemas en la arquitectura, como mencionamos a continuación.
Por un lado, el ancho del bus de datos era de 8 bits y, como por él viajan los datos y las instrucciones, el ancho de los datos limitaba el ancho de las instrucciones Como consecuencia, las instrucciones con más de 8 bits debían ser enviadas en varias partes, lo cual hacía que el sistema resultara lento. Otro conflicto es que nunca se sabía cuánta memoria de programa se usaba, pues esto depende del ancho en byte que tengan las instrucciones, lo cual es muy variable. Esta arquitectura llegó a su fin a finales de los 80 y fue suplantada por los microcontroladores Harvard. Arquitectura Harvard
Fue desarrollada en 1970 para solucionar los problemas de velocidad de procesamiento que presentaba la arquitectura Von Neumann Esta arquitectura conectó la CPU hacia su memoria mediante dos buses distintos: uno de datos y otro de instrucciones. De este modo, el ancho del bus de instrucciones no está limitado por el de datos, y el procesador puede recibir instrucciones por caminos diferentes, aprovechando el tiempo del ciclo de máquina. El concepto y nombre de la arquitectura deviene de la computadora MARK1, construida en la Universidad de Harvard en 1944.
Definición de Computadora
La computadora es un circuito digital capaz de procesar información binaria. En este circuito encontramos un microprocesador, una memoria del tipo no volátil (ROM, EPROM, EEPROM, FLASH), una memoria RAM, un circuito oscilador, un circuito de reset y los puertos de entrada/salida. La memoria no volátil es conocida como memoria
de programa, ya que en ella se almacena el que hace funcionar a la computadora. La RAM es usada por la computadora para guardar los resultados de procesamientos de datos internos o los que provienen del exterior. Por su parte, los puertos I/O (entrada/salida) se usan para intercambiar información y controlar todo el entorno externo a la máquina.
Todos estos elementos se encuentran en forma discreta(es decir, en encapsulados en chips individuales) y montados sobre un PCB. A este conjunto se lo denomina sistema mínimo. Las computadoras miden su potencia de procesamiento en función de la cantidad de instrucciones que pueden ejecutar por segundo, medida en unaunidad denominada MIPS.
Diferencias entre µC y µP
No debemos confundir los microprocesadores con los microcontroladores. Los primeros, simplemente, son la unidad central de procesamiento. No incorporan puertos para control de periféricos, ni memoria de programa ni tampoco memoria de datos. Están especialmente diseñados para procesar grandes cantidades de datos y son muy susceptibles al ruido eléctrico. En cambio, los microcontroladores son una pequeña computadora inyectada en un chip. Están diseñados, principalmente, para el control industrial y no para el procesamiento de grandes cantidades de datos. Su principal ventaja radica en la alta inmunidad al ruido, el bajo costo y la reducción de espacio.
Principales marcas de microcontroladores
Empresa
8bits
12bits
14bits
16bits
32bits
Atmel AVR Freescale
68HC05,
68HC12,
683xx,
(antes
68HC08,
68HC16
68HCS12,
Motorola)
68HC11, HCS08
68HCSX12
64bits
Hitachi, Ltd
H8
Holtek
HT8
Intel
MCS-48
MCS96,
(familia
MXS296
8048) MCS51 (familia 8051) 8xC251 National
COP8
Semiconductor
Microchip
Familia
Familia 12Cxx
Familia 12Fxx,
18Cxx y 18Fxx
10f2xx
de 12 bits
16Cxx y 16Fxx
de 16 bits
de 14 bits (PIC16F87X)
NEC
78K
Parallax ST
ST 62,ST 7
Texas
TMS370,
Instruments
MSP430
Zilog
Z8, Z86E02
Silabs
C8051
Puertos del PC
EL PUERTO SERIAL / COM / RS-232
Puerto serial, puerto COM, puerto de comunicaciones y puerto RS-232 ("Recomended Standard-232"), hacen referencia al mismo puerto. Se le llama serial, porque permite el
envío de datos, uno detrás de otro, mientras que un paralelo se dedica a enviar los datos de manera simultánea. La sigla COM es debido al término ("COMmunications"), que traducido significa comunicaciones. Es un conector semitrapezoidal de 9 terminales, que permite la transmisión de datos desde un dispositivo externo (periférico), hacia la computadora; por ello es denominado puerto.
.
Características eléctricas del puerto serial COM
En el ámbito de la electrónica comercial se le denomina como conector DB9 ("D subminiature type B, 9 pin"), esto es D-subminiatura tipo B, con 9 pines.
Se utilizaba principalmente para la conexión del ratón ( Mouse), algunos tipos antiguos de escáneres y actualmente para dispositivos como PDA´s (" Personal Digital Assistant ") ó asistentes personales digitales.
Cada puerto, permite conectar solamente 1 dispositivo.
Para conectar y desconectar los dispositivos, así como para que la computadora los reconozca de manera correcta, es necesario apagar y reiniciar la computadora.
Terminales del puerto serial
El puerto serial cuenta con 9 contactos tipo pin; se muestran las líneas eléctricas y su descripción básica.
1.- DCD (Detecta la portadora)
2.- RxD (Recibe datos)
3.- TxD (Transmite datos)
4.- DTR (Terminal de datos listo)
5.- SG (Tierra)
6.- DSR (Equipo de datos listo)
7.- RTS (Solicita enviar)
8.- CTS (Disponible para enviar)
9.- RI (Indica llamada)
El uso principal que se le asignaba era para conectar el ratón (Mouse), e incluso escáneres, pero con la salida al mercado del puerto USB se dejó de utilizar con este fin. Un uso actual es para conectar algunos tipos de PDA´s, agendas electrónicas, conexiones directas entre computadoras (" Laplink "), dispositivos electrónicos para prácticas académicas y colectoras de datos.
EL PUERTO PARALELO / LPT Y CENTRONICS
Puerto paralelo y puerto LPT se refieren al mismo tipo de conector. Se le llama paralelo, porque permite el envío de datos, en conjuntos simultáneos de 8 bits, mientras que un serial se dedica a enviar los datos uno detrás de otro. La sigla LPT significa ("Line Print Terminal / Line PrinTer"), que traducido significa línea terminal de impresión/línea de la impresora.
Es un conector semitrapezoidal de 25 terminales, que permite la transmisión de datos desde un dispositivo externo (periférico), hacia la computadora; por ello es considerado puerto
.
Características del puerto paralelo o LPT
En el ámbito de la electrónica comercial se le denomina como conector DB25 ("D subminiature type B, 25 pin"), esto es D-subminiatura tipo B, con 25 huecos para
pines.
Se utilizaba principalmente para la conexión de impresoras, unidades de lectura para discos ZIP y escáneres.
Para conectar y desconectar los dispositivos, así como para que la computadora los reconozca de manera correcta, es necesario apagar y reiniciar la computadora.
Terminales del puerto LPT / Pinout LPT
El puerto LPT tiene 25 huecos para albergar pines destinados a la alimentación eléctrica y transmisión de datos, en la siguiente figura se muestran las líneas eléctricas y su descripción básica.
1.- Stroben (Valida datos)
2 a 9.- D0-D7 (Datos)
10.- Ack# (Recibir dato o no)
11.- Busy (Impresora ocupada / error)
12.- PE (Sin papel)
13.- Slct in (Impresora en línea)
14.- AutoFD# (Retorno de carro)
15.- Error# (Error)
16.- Init# (Reset)
17.- Select# (Impresora seleccionada)
18 a 25.- Ground (Tierra)
Se utilizan para conectar dispositivos, tales como impresoras, escáneres, Plotters, unidades externas para discos ZIP, conexiones directas entre computadoras por medio de cable (Laplink) y algunos dispositivos mas especializados como colectoras de datos.
EL PUERTO USB 1 / 2.0 Y 3.0-3.1
Significa ("Universal Serial Bus") ó su traducción al español es línea serial universal de transporte de datos. Es básicamente un conector rectangular de 4 terminales que permite la transmisión de datos entre una gran gama de dispositivos externos (periféricos) con la computadora; por ello es considerado puerto; mientras que la definición de la Real
Academia Española de la lengua es "toma de conexión universal de uso frecuente en las computadoras"
Características del puerto USB
La versión USB 1.0 Aparece en el mercado, junto con el lanzamiento del microprocesador Intel® Pentium II en 1997. - Cada puerto, permite conectar hasta 127 dispositivos externos, pero solo se recomiendan como máximo 8, porque se satura la línea del puerto y se ralentiza el sistema al tener que administrarse todos simultáneamente. - Cuenta con tecnología "Plug&Play" la cuál permite conectar, desconectar y reconocer dispositivos sin necesidad de reiniciar ó apagar la computadora. - Las versiones USB 1.X y USB 2.0 transmiten en un medio unidireccional los datos, esto es solamente se envía ó recibe datos en un sentido a la vez, mientras que la versión USB 3 cuenta con un medio Duplex que permite enviar y recibir datos de manera simultánea. -A pesar de que el puerto USB 3, está actualmente integrado ya en algunas placas de nueva generación, aún no hay dispositivos comerciales/populares para esta tecnología.
Terminales del puerto USB 1.X, USB 2.0 y USB 3.0 / Pinout USB 1.X, USB 2.0 y USB 3.0
Los puertos USB 1.0, 1.1 y USB 2.0 tienen 4 contactos, mientras que el puerto USB 3.0 cuenta con 9 (2 por los cuáles es capaz de enviar, 2 por los cuáles recibir de manera simultánea); en las siguientes figuras se muestran las líneas eléctricas y su descripción básica:
1.- Vbus (+ 5 Volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
1.- Vbus (+ 5 volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
5.- StdA_SSRX- (Recibe datos)
6.- StdA_SSRX+ (Recibe datos)
7.- GND_DRAIN (tierra-drenado)
8.- StdA_SSTX- (Envía datos)
9.- StdA_SSTX+ (Envía datos)
Versiones del puerto USB 1, USB 2, USB 3 y sus características
Han existido hasta este momento las versiones USB 1.0, USB 1.1 y USB 2.0, las cuáles son idénticas físicamente, teniendo la variante de la velocidad entre ellas, sin embargo la versión USB 3.0 ya lanzado al mercado para dispositivos de nueva generación, con el nombre clave de "SuperSpeed", se diferencia de las versiones anteriores, ya que permite un transmisión de información en un medio Duplex (enviar y recibir datos de manera simultánea), su uso es básicamente para la transmisión directa, a muy alta velocidad, de video entre los dispositivos y la computadora, así como para discos duros externos.
El puerto USB 3.0 es totalmente compatible con las tecnologías USB 1.X y USB 2.0, esto es, reconoce dispositivos con tales formatos (debido a que físicamente es un puerto USB común con 5 conectores agregados). Es importante mencionar que físicamente el puerto en la Motherboard es igual a las anteriores versiones, por lo que se puede conectar y es compatible, lo que cambia es que los dispositivos cuentan con los puertos USB 3.0 modificados. Es fácil identificar el puerto USB 3.0 ya que tiene un color azul para distinguirlo de los puertos 2.0.
Un ejemplo son algunos modelos de discos duros externos, que cuentan con el puerto miniUSB 3.0 en la estructura del mismo, mientras que el conector que se coloca en la computadora es similar al 2.0.
Los puertos USB se utilizan para conectar todo tipo de dispositivos, tales como memorias USB, cámaras fotográficas digitales, videocámaras digitales, dispositivos para captura de video, reproductores MP3, impresoras, reproductores MP4, discos duros externos, grabadores de CD-DVD externos, conexión directa entre computadoras (Laplink),
reproductores iPOD de Apple®, etc., mientras que la versión USB 3 tiene el objetivo de aumentar de manera radical las velocidades de transmisión entre los anteriores dispositivos con las computadoras.
Puerto Bluetooth
Nombre común de la especificación industrial IEEE 802.15.1, que define un estándar global de comunicación inalámbrica que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia segura, globalmente y sin licencia de corto rango. Usos específicos del Puerto Bluetooth:
Permite la conexión inalámbrica de toda una gama de periféricos que soporten esta tecnología o que dispongan fundamentalmente, de las dos partes importantes: en primer lugar, un dispositivo de radio (encargado de transmitir y modular la señal), y el controlador digital compuesto por un procesador de señales digitales, una CPU y de los diferentes interfaces con el dispositivo anfitrión. De esta manera puede estar presente en impresoras, PDA, teléfonos celulares, cámaras fotográficas, etc. Características principales
La especificación de Bluetooth definiría un canal de comunicación de máximo 720 kb/s con rango óptimo de 10 metros (opcionalmente 100 metros con repetidores). Su frecuencia de tráfico, con la que trabaja, se encuentra en el rango de 2,4 a 2,48 GHz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en Full Duplex con un máximo de 1600 saltos/s, los cuales se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1Mhz. Por todo, la potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10 metros es de 0 dbm (1 mW), mientras que, en sí, la versión de largo alcance transmite entre los 20 y 30 dBm (entre 100 mW y 1 W).
