ARQUITECTURA DE COMPUTADORES. NDICE Parte I Microprocesadores Parte I Microprocesadores Parte I Microprocesadores Parte I Microprocesadores Parte II.

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    22-Jan-2016

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  • ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

  • NDICEParte I MicroprocesadoresParte II MemoriasParte III PerifricosParte IV Integracin de perifricos, memorias y microprocesadoresParte V Microcontroladores

  • PARTE I: MICROPROCESADORESConcepto y caractersticasArquitecturaHardwareSoftwareEjemplo de Arquitectura BsicaProgramacinIndice

  • Concepto y caractersticasUn microprocesador es un dispositivo digital diseado para manipular informacinTienen 3 busesDatos: Contiene el flujo de informacinDirecciones: Controla la posicin actual en memoriaControl: Regula el flujo de informacin para evitar conflictosVolver

  • ArquitecturaLa arquitectura de un procesador consiste en el conjunto de caractersticas que lo identifican.Describe de manera resumida las capacidades y posibilidades de operacin del microprocesador.Se clasifican segn Hardware y Software

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  • Arquitecturas segn el HardwareVon NeumannSegmentadaHarvardVolverArquitecturas segn el SoftwareCISCRISCCRISC

  • Mquina secuencialEjecuta solo una operacin a la vezBus de datos y direcciones compartidosLentaGeneralmente se combina con software tipo CISCArquitectura Von NeumannVolver

  • Arquitectura SegmentadaMquina secuencialBuses de datos y direcciones compartidosDiseo multietapa (Pipeline)El diseo multietapa le permite ejecutar ms de una operacin a la vezSe encuentra combinada con software CISC y en pocas ocasiones con RISCMs rpida que Von NeumanVolver

  • Arquitectura HarvardSepara los buses de datos, direcciones y control, y los hace totalmente independientes.Lo anterior permite leer instrucciones con mayor velocidadPueden direccionar altas cantidades de memoriaSe combinan con software RISCVolver

  • Arquitectura CISCComplex Instruction Set ComputerSet de instrucciones grandeOfrece una amplia gama de operacionesFacilita el trabajo de programacinReduce el tamao del cdigo de programaIncrementa el costo de aprender la programacinVolver

  • Arquitectura RISCReduced Instructio Set ComputerPocas instruccionesMs fcil de aprender el mtodo de programacinMayor tamao del cdigo de programa

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  • Arquitectura CRISCCombinacin de CISC con RISCComplex-Reduced Instruction Set Computer

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  • Ejemplo de Arquitectura BsicaBus de DireccionesBus de ControlVolver

  • ProgramacinEl microprocesador no tiene memoria internaSe debe conectar con una memoria externa que contenga el programaEl programa se guarda como datos en la memoria, un dato leido puede ser informacin o un cdigo de operacinEl procesador lee de manera ordenada cada punto de la memoria del programaVolver

  • PARTE II: MEMORIASConceptoPrincipio de funcionamientoTiposRAMROMFlashEPROMEEPROMIndice

  • ConceptoUna memoria es un dispositivo capaz de guardar el estado de un bit durante cierto tiempoPosee casillas o localidades cada una con la capacidad de almacenar un dato generalmente de tamao byte (8 bits)Tiene un bus de direcciones para identificar cada una de las localidades.Tiene un bus de datos por donde entran y salen datos a cada una de las casillas o localidades de la memoria.Volver

  • Principio de funcionamientoCAPACITIVO: Un capacitor se mantiene cargado y representa un 1 lgico, si se descarga represente un 0 lgico.FUSIBLES: Un filamento delgado de semiconductor que se quema o se deja completo para representar un 1 o un 0ORIENTACIN MAGNTICA: La orientacin de un dispositivo magntico representa un 1 o un 0 lgico.Volver

  • Tipos de memoriasRAMRandom Access MemoryAlmacenamiento temporal de datosPierde la informacin capturada cuando se le desconecta alimentacin

    ROMRead Only MemoryMemoria que conserva el contenido aun cuando se desconectaTipos de memorias ROMVolver

  • Tipos de memorias ROMEPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)Funciona con el principio de fusiblesPuede borrarse mediante luz ultravioletaSe reprograma elctricamenteEEPROM (Electrically Erasable-Programable Read Only Memory)Funciona con el principio de fusiblesPuede borrarse con impulsos elctricos controladosSe reprograma elctricamenteFlashFunciona igual que la EEPROM pero a una velocidad de operacin y programacin mayor.

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  • PARTE III: PERIFRICOSDefinicinPuertos del procesadorEjemplosConvertidores Analgico a DigitalSalidas\Entradas serialesSalidas moduladoras de ancho de pulso (PWM)

    Indice

  • Definicin de perifricoDispositivo externo que intercambia datos con el procesador.La comunicacin entre el procesador y el perifrico est regulada por el procesador de acuerdo con los mtodos:POLING: El procesador revisa ordenadamente todos los perifricos para atender a cada uno de ellos secuencialemente.INTERRUPCIONES: El perifrico que est listo para ser atendido por el procesador solicita una interrupcin de la ejecucin del programa para que el procesador lo atienda.Volver

  • Puertos del procesadorVentanas por las cuales el procesador se comunica con los perifricos.Tienen un canal de datos por el cual circula la informacinEl procesador genera las seales de control que permiten habilitar a cada uno de sus perifricosCuando un perifrico es habilitado, este pone informacin en el bus de datos. Esta informacin es leida por el puerto correspondiente.Volver

  • Ejemplos de perifricosConvertidor analgico a digitalPuerto bidireccional de comunicacin serieSalidas de modulacin de ancho de pulsoVolver

  • Convertidor de analgico a digitalDispositivo que recibe una seal analgica y la muestrea con cierta frecuencia para generar un valor digital representativo de la seal al momento de la toma de la muestra.Tiene un voltaje de referencia que se utiliza para definir la escala de valores digitales.La salida se presenta como un cdigo de varios bits, estos se leen todos al mismo tiempo.Estn diseados para generar una seal de interrupcin cada vez que han concluido una conversin a digital.Volver

  • Puerto de comunicaciones serialesEMISOR: Dispositivo que toma un dato de n bits y lo descompone para extraer el dato bit por bit por un solo pin.RECEPTOR: Dispositivo que recibe una secuencia de bits y las almacena hasta componer un cdigo de n bits.PROTOCOLO: Debe ordenarse y marcarse el tiempo que dura un bit en ser transmitido para interpretar correctamente la transmisin de los bits, as como definir mecanismos que marquen el final y el inicio de una transmisin.Volver

  • Modulador de ancho de pulso (PWM)Dispositivo que recibe un cdigo digital de n bits, y de acuerdo con el valor, genera una seal cuadrada con un pulso alto de duracin proporcional al valor recibido.Este dispositivo se utiliza puesto que la seal de salida (PWM) se utiliza para controlar dispositivos reguladores de potencia como SCR (Silicon Controlled Rectifier) y TRIACCon el uso de ambos dispositivos (TRIAC y PWM) se regula la potencia que se aplica a una carga de corriente alterna, por ejemplo motores, bombillas, resistencias de hornos, etcRegular la potencia de un motor de corriente alterna significa regular la velocidad de giro del mismo.Volver

  • PARTE IV: MICROPROCESADORES Y SU INTEGRACIN CON LOS PERIFRICOSIndiceSe fabrican procesadores y en el mismo encapsulado se incluyen dispositivos perifricos comunes como el ADC, PWM, o puerto de comunicacin serieSe reduce la circuitera de soporte para el procesadorSe facilita el desarrollo de aplicaciones especficasSe incluye memoria interna en el procesador para manejar lso perifricos integradosSe inicia la programacin del sistema interno del chip para ejecutar una funcin particular

  • PARTE V: Microcontroladores Que son?ndiceVentajasArquitecturasElementos ComunesFabricantesAplicaciones Comunes

  • Que es un microcontrolador?Sistema electrnico que integra las capacidades de una arquitectura especifica de microprocesador, junto con las capacidades de acople a otros sistemas que brindan los perifricos, todo, en un solo empaquetado. Se logra integracin, disminucin del costo en implementacin de aplicaciones especificas.Volver

  • Ventajas del uso de microcontroladoresReduccin de la cantidad de espacio en la implementacin de un diseo dado.Reduce el costo de implementacin.Permite desarrollo de aplicaciones especificas de manera mas rpida y eficiente.Los fabricantes dan mucho soporte sobre las aplicaciones ms comunes.Se adaptan mejor a aplicaciones especificas

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  • Arquitecturas(1)La arquitectura de un procesador define el modo de operacin del mismo en cuanto a conjunto de instrucciones y modo de ejecucin de las mismas.En cuanto al conjunto de instrucciones, se clasifican en dos grupos principalmente CISC(Complex Instruction Set Computer ), RISC(Reduced Instruction Set Computer )

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  • CISCInstrucciones especializadasse requieren un set de instrucciones amplio para dar soporte a una arquitecturaDuracin de la ejecucin de las instrucciones no es homogneo. programas requieren menos cdigo fuente.

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  • RISCSet de instrucciones reducidoInstrucciones de carcter generalDuracin homognea de la ejecucin de las instrucciones.Se requiere mas cdigo para describir una operacin que con una arquitectura CISC

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  • Arquitecturas(2)En cuanto al modo de ejecucin de las instrucciones las arquitecturas se clasifican en: Von neuman, Segmentada, paralela.En esta clasificacin es importante conocer como esta dispuesto el bus de direcciones y el bus de datos.

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  • Von NeumanEjecucin secuencial de las instruccionesExiste solo una unidad de bsqueda y una unidad de ejecucinLa instruccin siguiente se busca hasta que se ejecute la instruccin actual

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  • SegmentadaDivide la bsqueda de las instrucciones de manera que cuando se ejecute la instruccin actual, ya se este buscando la siguiente.Multiplica la velocidad de ejecucin al doble que la Von Neuman Siguiente

  • HarvardConocida como arquitectura de ejecucin paralela.Posee varias unidades de ejecucinDivide los procesosOrientada a sistema multitareaBus de direcciones y de datos separados en la arquitectura

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  • Elementos Comunes en los microcontroladoresADCUSARTRTC (Real Time Clock)Puertos entrada/salida paralelosPWMUSB

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  • ADC(Convertidor analgico Digital)Permite que el sistema microcontrolador pueda procesar una variable analgicaValor mnimo y mximo ajustableResolucin: indica la precisin de la conversin realizadaEntre ms cantidad de bits, ms es la resolucin del convertidorRequieren configuracin a travs de registros especiales del microntrolador

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  • USART(ADDRESSABLE UNIVERSAL SYNCHRONOUSASYNCHRONOUS RECEIVER TRANSMITTER)Permite conexin serie a otros dispositivosSe configura a travs de registros internos.Velocidad de transferencia variableFormato de la trama variablePuede manejarse a travs de interrupcionesSiguiente

  • Puertos entrada SalidaUnidireccionales o bidireccionalesSe configuran a travs de un registro especificoDebe estar mapeados Se accesan por medio de una direccinPueden ser TTL, CMOS, ST, segn sea el dispositivo con el que se comunican.

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  • Fabricantes Comunes de MicrocontradoresMicrochip: Familas de PICsArquitecturas RISC, HarvardMotorola: Familia 68XXArquitecturas CISC, segmentadaIntel: Familias 80XX Arquitecturas CISC, Von neumanNEC

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  • Aplicaciones ComunesSistemas de Monitoreo y control de variables analgicasComputadoras de uso especificoSistemas de desarrollo y experimentacinSistemas embebidos

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