MICROPROCESADORES

Grupo Nº1

BALACCO LUCIANOTACCHINI JULIÁN MONACO ANDRESBOGETTI JUAN PINO ARIELPEREZ LUCAS

¿Qué es un microprocesador?

-Es el cerebro del ordenador. Se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en el ordenador recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen, esto es, es una unidad que controla todos los procesos dentro del micro controlador. Consiste en varias unidades más pequeñas.

Diferencia entre un Microprocesador y un Microcontrolador:

La primera y la más importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos.

El microprocesador no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se deben utilizar los circuitos especiales.

Al micro controlador se lo diseña de tal manera que tenga todas las componentes integradas en el mismo chip. No necesita de otros componentes especializados para su aplicación, porque todos los circuitos necesarios, que de otra manera correspondan a los periféricos, ya se encuentran incorporados. Así se ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo.

(Todos los componentes de arriba en un solo chip)

Partes principales de un microprocesador

Encapsulado : es lo que rodea a la oblea de silicio en sí, para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa madre directamente. 

Memoria caché : es una memoria ultrarrápida que emplea el procesador para tener alcance directo a ciertos datos que «predeciblemente» serán utilizados en las siguientes operaciones, sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo así el tiempo de espera para adquisición de datos. Todos los micros compatibles con PC poseen la llamada caché interna de primer nivel o L1; es decir, la que está dentro del micro, encapsulada junto a él. Los micros más modernos (Core i3, Core i5, core i7, etc) incluyen también en su interior otro nivel de caché, más grande, aunque algo menos rápida, es la caché de segundo nivel o L2 e incluso los hay con memoria caché de nivel 3, o L3.

Coprocesador matemático : es el FPU (Floating Point Unit - Unidad de como flotante) la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemático 

Unidad lógica aritmética (ALU): es la parte inteligente del chip, y realiza todas las funciones de suma, resta, multiplicación o división. También sabe leer comandos lógicos, como OR. AND o NOT. Los mensajes de la unidad de control le dicen a la ALU que debe hacer. 

Unidad de control : regula el proceso entero de cada operación que realiza el microprocesador, basándose en las instrucciones de la unidad de decodificación, crea señales que controlan a la ALU y los Registros. La unidad de control dice qué hacer con los datos y en qué lugar guardarlos. Una vez que finaliza, se prepara para recibir nuevas instrucciones. 

Registros : son pequeñas memorias en donde se almacenan los resultados de las operaciones realizadas por la ALU por un corto periodo de tiempo, es decir, es una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte. 

¿Cómo funciona un microprocesador?

-La unidad de control se encarga de recibir las instrucciones provenientes de la memoria a través del bus de datos, decodifica cada instrucción y la ejecuta, enviando datos a cualquier dispositivo que la instrucción indique.

-La unidad aritmético lógica es una parte del micro que se encarga de realizar las operaciones lógicas y aritméticas, que luego depositará los resultados de las operaciones en un registro

-El micro está gobernado por un reloj de sistema, un cristal de cuarzo regulado que cumple el papel de un metrónomo electrónico. A mayor velocidad del reloj, más operaciones se podrán realizar en el mismo período de tiempo. La velocidad de este reloj se mide en megahertz (millones de ciclos por segundo). 

Características principales

•Ancho de los buses de datos y direcciones •Tamaño de la memoria cache•Frecuencia de reloj a la que trabaja

(velocidad interna )•Frecuencia a la que trabaja el bus de

sistema (velocidad externa )•Densidad de integración•Alimentación (voltaje )

1) BusesEl bus está formado por 8, 16 o más cables. Hay dos tipos de buses: el bus de direcciones y el bus de datos. 1)Bus de datos

– Representa el dato más grande que es capaz de manejar el Microprocesador en una sola operación.– Además, el tamaño de este bus determina el ancho de palabra de la memoria principal.- Se utiliza para conectar todos los circuitos dentro del micro controlador. 2) Bus de direcciones

- El bus de direcciones consiste en tantas líneas como sean necesarias para direccionar la memoria. Se utiliza para transmitir la dirección de la CPU a la memoria.-El tamaño de este bus determina la cantidad máxima de memoria que podemos direccionar.-Actualmente casi todos los microprocesadores disponen de buses de direccionamiento de 64 bits por lo que podrían direccionar 16 exabytes.

2) Memoria Cache ➢ Se trata de memorias de tamaño mucho más pequeño y de

velocidades mucho mayores que la memoria RAM. En ellas se almacenan las últimas instrucciones procesadas o las futuras a procesar junto con sus datos y evita tener que recurrir a la RAM haciendo los procesos más rápidos.

3) Velocidad interna del procesador

  ➢ Se trata de la frecuencia de reloj interna a la que trabaja elMicroprocesador. En general, cuanto mayor sea la velocidad del procesador, mayor será el número de operaciones por unidad de tiempo que realiza y por lo tanto tendrá mayor rendimiento (Sin embargo, un procesador de 2Ghz no es el doble de rápido que uno a 1Ghz puesto que el rendimiento global va a depender también del resto de características que estamos viendo.)

4) Velocidad del Bus Principal 

➢Es la frecuencia de reloj a la que viajan los datos por el bus principal. Dado que el microprocesador internamente funciona a una frecuencia y la placa a otra, se necesita de un multiplicador que ajuste/adapte la diferencia de velocidad entre ambos.Lógicamente, para aumentar el rendimiento del procesador interesa que la velocidad del bus principal sea lo más alta posible.

5) Alimentación o Voltaje ➢ A mayor voltaje mayor frecuencia de funcionamiento del procesador

pero también mayor calor disipado y mayor consumo de energía.En la actualidad se utiliza un parámetro conocido como Thermal Design Power (TDP) para representar la máxima cantidad de calor que necesitar disipar el microprocesador.

6) Densidad de integración

  ➢ Indica la separación que hay entre los transistores que forman el microprocesador. También se conoce como tecnología de fabricación y se mide en micras/micrómetros (mn) o nanómetros (nm).Mayor densidad de integración implica mayor número de componentes y por lo tanto mayor rendimiento.

Tipos de conexión

El rendimiento de los micros no sólo dependen de ellos mismos, sino de la placa en donde se instalan. Existen 2 tipos de conexión: tipo cartucho y zócalo. 

El tipo cartucho, generalmente integran el cooler (ventilador), con la única diferencia que tiene un cable que se conecta a la placa madre y a cada lado tiene unas presillas que sirven para extraer el micro. La desventaja principal de este tipo de micro, es que ocupa mucho espacio, lo que dificulta la ventilación, y había que ejercer mucha fuerza a veces para conectarlo, lo que podía causar problemas tanto en el micro como en la placa madre. 

El tipo zócalo, se conecta directamente sobre un conector en la placa madre sin necesidad de tener que generar presión sobre el mismo. Para extraerlo sólo basta con levantar la palanca del zócalo hacia arriba. 

Conexión tipo Cartucho

Conexión tipo Cartucho

Conexión tipo Zócalo

Núcleos e hilos

Persiguen el objetivo de aumentar la velocidad del microprocesador.La tecnología multinúcleo, lo que hace es colocar dos o más procesadores (núcleos) dentro de un sólo encapsulado de silicio, esto permite ejecutar múltiples tareas simultáneamente en paralelo, ya que mientras un núcleo ejecuta una instrucción, otro ejecuta otra instrucción al mismo tiempo, teniendo así una mayor velocidad y menor tiempo de respuesta por parte del micro. Un procesador con dos núcleos permite ejecutar en paralelo dos instrucciones a la vez de programas distintos. Si en un momento estamos ejecutando un programa muy exigente (por ejemplo, estamos jugando o convirtiendo una película a otro formato), el procesador está ocupado casi al 100% y eso repercute en una desatención de las demás tareas y un aumento de la lentitud del sistema. Si tenemos dos núcleos, puede dedicarse uno de ellos a esa tarea más “pesada” y queda otro núcleo libre para seguir usando el ordenador normalmente con el resto de aplicaciones.

1) Procesador Mononúcleo

2) Procesador Multinúcleo

Tecnología de hilosLa tecnología de hilos o hipertreading, permite a los programas preparados para ejecutar múltiples hilos procesarlos en paralelo dentro de un único procesador, incrementando el uso de las unidades de ejecución del procesador. Esta tecnología consiste en simular dos procesadores lógicos dentro de un único procesador físico. El resultado es una mejoría en el rendimiento del procesador, dado que al simular dos procesadores se pueden aprovechar mejor las unidades de cálculo manteniéndolas ocupadas durante un porcentaje mayor de tiempo.

ARQUITECTURA INTERNA

Todos los micro controladores actuales utilizan uno de dos modelos básicos de arquitectura denominados Harvard y von-Neumann.Son dos maneras diferentes del intercambio de datos entre la CPU y la memoria.

Arquitectura de Von Neumann

Los microcontroladores que utilizan la arquitectura von- Neumann disponen de un solo bloque de memoria y de un bus de datos de 8 bits. Como todos los datos se intercambian por medio de estas 8 líneas, este bus está sobrecargado, y la comunicación por si misma es muy lenta e ineficaz. La CPU puede leer una instrucción o leer/escribir datos de/en la memoria. Los dos procesos no pueden ocurrir a la vez puesto que las instrucciones y los datos utilizan el mismo bus

ARQUITECTURA DE HARVARD

Los micro controladores que utilizan esta arquitectura disponen de dos buses de datos diferentes. Uno es de 8 bits de ancho y conecta la CPU con la memoria RAM. El otro consiste en varias líneas (12, 14 o 16) y conecta a la CPU y la memoria ROM. Por consiguiente, la CPU puede leer las instrucciones y realizar el acceso a la memoria de datos a la vez.

Las ventajas de este diseño son las siguientes:

• Todos los datos en el programa son de un byte (8 bits) de ancho. Como un bus de datos utilizado para lectura de programa tiene unas líneas más (12, 14 o 16), tanto la instrucción como el dato se pueden leer simultáneamente al utilizar estos bits adicionales. Por eso, todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo.

• El hecho de que un programa (la ROM) y los datos temporales (la RAM) estén separados, permite a la CPU poder ejecutar dos instrucciones simultáneamente. Es más veloz.

JUEGO DE INSTRUCCIONES

El nombre colectivo de todas las instrucciones que puede entender el microcontrolador es llamado Juego de Instrucciones. Cuando se escribe un programa en ensamblador, en realidad se especifican instrucciones en el orden en el que deben ser ejecutadas. La restricción principal es el número de instrucciones disponibles. Los fabricantes aceptan cualquiera de los dos enfoques descritos a continuación:

RISC

CISC

Arquitectura CICS capaces de manejar instrucciones

complejas y muy amplias.

Ventajas:

•Programas más pequeños.•Aceleración de ciertas utilidades.•Permite reducir el costo total del sistema.•Facilita la depuración de errores

Desventajas

•Unidad de control más compleja. •Más bloqueos. •Falta de paralelismo•mayor inconveniente es su eficiencia

Arquitectura RISC Capaces de manejar instrucciones sencillas a

mayor velocidad.Ventajas: • Las instrucciones por tanto son más sencillas de

implementar en la propia CPU

• Mas espacio dentro del propio chip para otros elementos.Instrucciones de tamaños fijos y presentadas en un

reducido número de formatos.

• Codificación uniforme de instrucciones, lo que permite una decodificación más rápida.

Un conjunto de registros homogéneo

¿CISC o RISC?Consideremos el siguientes algoritmo.• Paso 1: Abrir la tapa de la pava eléctrica.• Paso 2: Echar Agua.• Paso 3: Colocar la pava en su base

(previamente enchufada).• Paso 4: Darle la temperatura deseada a través

del potenciómetro.• Paso 5: Prender.• Paso 6: Esperar a que llegue a la temperatura

deseada• Paso 7: Colocar en una taza un saquito de té,

verterle el agua y a disfrutar

¿CISC o RISC?Analicemos el Paso 7: : Colocar en una

taza un saquito de té y vertirle el agua.Es una Instrucción compleja que puede dividirse en varias instrucciones más simples:Paso 7.1: Sacar un saquito de té de su cajaPaso 7.2: Agarrar una taza (limpia)Paso 7.3: Colocar el saquito de té en nuestra tazaPaso 7.4: Colocarle aguaPaso 7.5: Dejar reposar 5 minutosPaso 7.7: Sacar el saquitoPaso 7.8: Tirarlo a la basura. Y a disfrutar nuestro té

CISC contra RISC.Un ejemplo más real es:• Multiplicando dos números en

memoria.

La filosofía CISC.• Instrucción específica ("MULT")• la tarea completa puede ser llevada a

cabo con una única instrucción: MULT (2:3), (5:2)

• MULT es lo que se conoce como una "instrucción compleja".

La filosofía RISC.• El comando "MULT“ podría ser

dividido en tres comandos por separado:

"LOAD", "PROD", "STORE"• El proceso de cálculo sería: 

LOAD A, (2:3)LOAD B, (5:2)PROD A, BSTORE (2:3), A

CISC contra RISC.Un ejemplo más real es:• Multiplicando dos números en

memoria.

CISC contra RISC.

Aplicación de Microprocesadores en las PC

Hay 5 partes fundamentales en una computadora. Estas incluyen al procesador (llamado unidad central de proceso o CPU), la memoria (de la cual hay varios tipos), los circuitos de entrada/salida (o E/S como es comúnmente llamada), el almacenamiento en disco, y los programas. Nos centraremos ahora en la memoria y en el microprocesador:

Los módulos de memoria se encuentran conectados al microprocesador a través del bus de datos.

La memoria principal funciona como un gran archivador, en el que parte de la información guardada puede ser modificada por el usuario y otra parte debe permanecer inalterada. Es en el microprocesador donde se realiza el tratamiento de la información, para obtener resultados útiles.

LA ORGANIZACIÓN INTERNA DE LA COMPUTADORA :

Como dijimos, una computadora está conformada por los subsistemas: Procesador, Memoria, Dispositivos de Entrada y Salida.

PROCESADOREstá hecho de cientos

de miles diminutos suitches y sendas por las puede transmitir información binaria.

Un microprocesador puede procesar más de 100 millones de instrucciones por segundo. Su función es ejecutar programas almacenados en la memoria principal, tomar de ellos cada instrucción, examinarla y ejecutarlas una después de la otra. La CPU está conformada por tres unidades diferentes, así: Unidad de Control, Unidad Aritmética Lógica , Registros de Almacenamiento Temporal y están contenidos en un chip muy pequeño llamado microprocesador

UNIDAD DE CONTROL :Dirige las operaciones de todas las otras unidades del computador incluyendo los dispositivos periféricos (Mouse, teclado, etc). La unidad de control obtiene las instrucciones de la memoria, las interpreta y luego las transmite al componente apropiado para que efectué la tarea que se necesita.

UNIDAD ARITMETICA LOGICA :Cuando una instrucción en un programa involucra Aritmética o lógica, la unidad de control le pasa el control a la ALU (Unidad Aritmética Lógica) que se encarga de realizar las operaciones de tipo aritmético y lógico. Esta puede ser reemplazada por un coprocesador, como se verá más adelante.

LOS REGISTROS:Los registros son un conjunto de lugares donde el procesador almacena datos mientras trabaja sobre ellos.

LA MEMORIA :Está compuesta por un número de celdas consecutivas llamadas byte, cada byte puede almacenar un carácter de información. La memoria la utilizamos para almacenar datos y programas. La capacidad de almacenamiento de un computador puede expresarse en función del número de bytes que puede almacenar.

Algunos tipos de memoria son : la memoria RAM, la memoria ROM, etc.

Historia de los procesadoresEn las PC, el procesador es siempre un miembro de la familia 86 de Intel.A continuación se muestran los miembros de la familia 86, junto con las fechas en que cada procesador fue presentado.

Junio 1978………….8086Junio 1979…………..8088Febrero 1982……….80186Marzo 1982…………80286Octubre 1985………80386 DXJunio 1988………….80386 SXAbril 1989…………..80486DXMarzo 1993………..Pentium

Versión del procesador

Las computadoras guardan y manipulan información en forma de bits. Se puede caracterizar un procesador diciendo con qué tantos bits puede trabajar al mismo tiempo y qué tantos bits puede enviar o recibir al mismo tiempo. Procesador 8086 Trabaja con 16 bits en el interior del chip, y se

comunica (flujo de información) con 16 bits (es decir, puede enviar o recibir 16 bits a la vez).

Procesador 8088 Trabaja con 16 bits en el interior del chip, pero se comunica con solo 8 bits (es decir, puede enviar o recibir 8 bits a la vez).

‘’En otras palabras, ambos procesadores trabajan con 16 bits internamente, pero se comunican externamente con 16 bits (el 8086) u 8

bits (el 8088)’’.El procesador 286El 286 fue una mejora grandísima sobre sus antecesores en cuatro aspectos importantes:

1º Podía usar más memoria: Cuando el 8086, 8088, 188 y 186 podían usar hasta 1MB de memoria, el 286 podía usar hasta 16 MB.2º Memoria virtual: Esto le permite al procesador usar memoria externa (como la memoria de disco) para simular una gran cantidad de memoria interna real y así expandir grandemente la escala de trabajo. 16 MB (real) 1 Gbyte. (el 286 era capaz de usar hasta 16MB de memoria real, podía beneficiarse del almacenamiento externo y simular hasta 1 Gigabyte (GB) de memoria virtual)

3º Trabajar en más de una actividad a la vez: esto le añadió funcionalidad. Esta característica es llamada multitarea. Por ej, se pueden tener varias ventanas en la pantalla, con un programa en cada una de ellas. Aunque parece que los programas se están ejecutando todos al mismo tiempo.

4º La velocidad de operación del procesador: La PC original operó a 4MHz, y la PC basada en el 286, operó a 6 MHz. Sin embargo, esto fue aumentando rápidamente a 8 MHz, y se convirtió en el estándar.

Sistema DOS Sistema operativo antiguo basado en la arquitectura del 8088. Esto hizo que el procesador 286 fuera inepto. Sin embargo:

Modo Real: el 286 se comporta como un 8086, lo que lo hace completamente compatible con el DOS y la gran cantidad de software de esa época

Procesador 286

Modo Protegido: es el modo protegido donde el 286 está en su medio, ofreciendo memoria virtual, multitareas y un gran espacio de memoria. Esto modo fue llamado protegido porque, como el procesador está en multitareas, cada programa ejecuta se ejecuta aislado de los otros programas. Desafortunadamente, el DOS sólo se podía ejecutar en modo real.

El procesador 386

Puede trabajar en dos modos diferentes (Real y Protegido). Su modo protegido expandió las características de potencia, llevando potencia

de 32 bits de datos de E/S. Puede soportar hasta 4GB de memoria real (2^32 bytes) y hasta 64 terabytes de

memoria virtual (para poner esto en perspectiva, 64 Terabytes es suficiente para guardar un nombre y número de identificación para cualquier persona del mundo!)

El Procesador 486

Funcionalmente, incorpora dentro de un chip la circuitería del 386 más otros dos componentes importantes: el coprocesador matemático y el controlador del caché, que dirige la memoria especial de alta velocidad. Lo más importante del 486, el cual es completamente compatible con el 386, es que los programas antiguos ejecutan sin cambio: simplemente, más rápido.

El procesador PentiumTrabaja a 100 millones de instrucciones por segundo. Puede ejecutar DOS, UNIX

y WindowsDe manera similar a los procesadores de 32 bits, el Pentium trabaja en modo

real y protegido.Además, este chip de 64 bits incluye el modo de Administración de Sistema

(SMM)

Usando señales en patas adecuadas del Pentium (conexiones externas del chip), los programadores pueden usar a SMM para controlar la operación de otras partes del sistema. Por ejemplo, SMM puede activar las características de administración de corriente de un disco duro, haciendo que gire más lento durante periodos extendidos de inactividad y volviéndolo a encender cuando se reciba una petición de datos.

El Pentium está disponible en dos velocidades, 60 y 66Mhz

Ahora veamos un procesador potente actual, y observemos algunas de sus características:

El Intel Celeron

64 bits del proceso 1mb de memoria cache Un procesador con velocidad de hasta 2.2 ghz Ahorra energía de acuerdo con las normas establecidas

Potencia de los procesadores.Una de las preguntas que siempre se repite es: “qué tan rápida es esta computadora comparada con la otra?”

Esto está vinculado directamente a la potencia del procesador

Los procesadores nuevos son más rápidos que los antiguos.

Funcionamiento: cada procesador depende de un impulso eléctrico que sucede muchas veces por segundo. Esta señal actúa como el pulso del procesador, y el tiempo que se lleva para ejecutar una operación particular se mide en ciclos. Por ejemplo, demanda más ciclos multiplicar dos números que sumar dos números.

La cantidad de ciclos por segundo se expresa en megahertz (MHz). Por ej. Cuando la PC AT hizo su debut, tenía un procesador 286 que ejecutaba a 6 MHz. Más tarde la IBM llegó con una PC AT más rápida, que usaba el mismo 286, pero ejecutaba a 8 MHz.

Los procesadores nuevos ejecutan más eficientemente que los antiguos. Por lo tanto, un 486 ejecutando a 25 MHz es más rápido que un 386 ejecutando a 25 Mhz.

Coprocesadores MatemáticosPueden usarse para extender la potencia del procesador principal.Están dedicados a operaciones matemáticas únicamente.Si no se tiene uno, el procesador principal hace todo el trabajo.

Conclusiones de un Procesador de PC

Un procesador de PC puede ejecutar las 4 operaciones básicas de la aritmética: suma, resta, multiplicación y división.

Como ejemplo el 8086 es un procesador de 16 bits, se sabe que pueden hacer sumas y restas con números de 16 bits. El 486 y 386 pueden ser programados directamente con 32 bits, lo que permite que se usen números más grandes.

Aunque la aritmética forma una gran parte del núcleo importante de las operaciones de la computadora, el procesador de la computadora puede hacer más cosas que sólo aritmética. (Sino sólo sería una potente máquina sumadora).

Lo que hace a las computadoras mucho más poderosas que las simples calculadoras es una variedad de instrucciones conocidas como lógica de la computadora.

Hay 3 tipos principales de operaciones lógicas de la computadora: Pruebas, ramificaciones condicionales y repeticiones.

La prueba:

Es alguna forma de aritmética (como la comparación de dos números, que es el equivalente de restar uno de otro para ver si uno es mayor o si son iguales).

Las banderas que se usan tienen un significado aritmético.

Si bandera = 0 comparó 2 números y los encontró iguales.

Este resultado de cualquier operación de prueba de comparación, montan el escenario para la siguiente parte de la lógica de la computadora, las ramificaciones condicionales.

Ramificación Condicional

Una ramificación es un cambio en la secuencia de pasos que está efectuando la computadora. Una ramificación condicional se salta de un juego de comandos a otro basándose en una condición, tomando en cuenta el estado de las banderas.

Microcontrolador o Microprocesador PICLos PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc.y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument.

 En realidad, el nombre completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (controlador de interfaz periférico).

Introduccion El PIC original se diseñó para ser usado con la nueva CPU de 16 bits CP16000.

Siendo en general una buena CPU, ésta tenía malas prestaciones de entrada y salida, y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de E/S a la CPU. El PIC utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar estas tareas; y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se trata de un diseño RISC que ejecuta una instrucción cada 4 ciclos del oscilador.

En 1985 la división de microelectrónica de General Instrument se separa como compañía independiente que es incorporada como filial (el 14 de diciembre de 1987 cambia el nombre a Microchip Technology y en 1989 es adquirida por un grupo de inversores) y el nuevo propietario canceló casi todos los desarrollos, que para esas fechas la mayoría estaban obsoletos. El PIC, sin embargo, se mejoró con EPROM para conseguir un controlador de canal programable. Hoy en día multitud de PICs vienen con varios periféricos incluidos (módulos de comunicación serie, UARTs, núcleos de control de motores, etc.) y con memoria de programa desde 512 a 32.000 palabras (una palabra corresponde a una instrucción en lenguaje ensamblador, y puede ser de 12, 14, 16 ó 32 bits, dependiendo de la familia específica de PICmicro).

Juego de instrucciones •El PIC usa un juego de instrucciones tipo RISC,

cuyo número puede variar desde 35 para PICs de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entre las que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador y una posición de memoria, instrucciones de condicionamiento y de salto/retorno, implementación deinterrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamada sleep

Arquitectura central• La arquitectura del PIC es sumamente minimalista. Está caracterizada por las siguientes

prestaciones:• Área de código y de datos separadas (Arquitectura Harvard).• Un reducido número de instrucciones de longitud fija.• Implementa segmentación de tal modo que la mayoría de instrucciones duran 1 tiempo de

instrucción (o 4 tiempos de reloj). Pueden haber instrucciones de dos tiempos de instrucción (saltos, llamadas y retornos de subrutinas y otras) o inclusive con más tiempo de instrucción en PICs de gama alta. Esto implica que el rendimiento real de instrucciones por segundo del procesador es de al menos 1/4 de la frecuencia del oscilador.

• Un solo acumulador (W), cuyo uso (como operador de origen) es implícito (no está especificado en la instrucción).

• Todas las posiciones de la RAM funcionan como registros de origen y/o de destino de operaciones matemáticas y otras funciones.1

• Una pila de hardware para almacenar instrucciones de regreso de funciones.• Una relativamente pequeña cantidad de espacio de datos direccionable (típicamente, 256 bytes),

extensible a través de manipulación de bancos de memoria.• El espacio de datos está relacionado con el CPU, puertos, y los registros de los periféricos.• El contador de programa está también relacionado dentro del espacio de datos, y es posible

escribir en él (permitiendo saltos indirectos).• A diferencia de la mayoría de otros CPU, no hay distinción entre los espacios de memoria y los

espacios de registros, ya que la RAM cumple ambas funciones, y esta es normalmente referida como "archivo de registros" o simplemente, registros.

Espacio de datos (RAM) Los microcontroladores PIC tienen una serie de registros que funcionan como

una RAM de propósito general. Los registros de propósito específico para los recursos de hardware disponibles dentro del propio chip también están direccionados en la RAM. La direccionabilidad de la memoria varía dependiendo de la línea de dispositivos, y todos los dispositivos PIC tienen algún tipo de mecanismo de manipulación de bancos de memoria que pueden ser usados para acceder memoria externa o adicional. Las series más recientes de dispositivos disponen de funciones que pueden cubrir todo el espacio direccionable, independientemente del banco de memoria seleccionado. En los dispositivos anteriores, esto debía lograrse mediante el uso del acumulador.

Para implementar direccionamiento indirecto, se usa un registro de "selección de registro de archivo" (FSR) y uno de "registro indirecto" (INDF): Un número de registro es escrito en el FSR, haciendo que las lecturas o escrituras al INDF serán realmente hacia o desde el registro apuntado por el FSR. Los dispositivos más recientes extienden este concepto con post y preincrementos/decrementos para mayor eficiencia al acceder secuencialmente a la información almacenada. Esto permite que se pueda tratar al FSR como un puntero de pila.

La memoria de datos externa no es directamente direccionable excepto en algunos microcontroladores PIC 18 de gran cantidad de pines.

Programación del PIC Para transferir el código de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivo

llamado programador La mayoría de PICs que Microchip distribuye hoy en día incorporan ICSP (In Circuit Serial Programming, programación serie incorporada) o LVP (Low Voltage Programming, programación a bajo voltaje), lo que permite programar el PIC directamente en el circuito destino. Para la ICSP se usan los pines RB6 y RB7 (En algunos modelos pueden usarse otros pines como el GP0 y GP1 o el RA0 y RA1) como reloj y datos y el MCLR para activar el modo programación aplicando un voltaje de 13 voltios. Existen muchos programadores de PICs, desde los más simples que dejan al software los detalles de comunicaciones, a los más complejos, que pueden verificar el dispositivo a diversas tensiones de alimentación e implementan en hardware casi todas las funcionalidades. Muchos de estos programadores complejos incluyen ellos mismos PICs preprogramados como interfaz para enviar las órdenes al PIC que se desea programar. Uno de los programadores más simples es el TE20, que utiliza la línea TX del puerto RS232 como alimentación y las líneas DTR y CTS para mandar o recibir datos cuando el microcontrolador está en modo programación. El software de programación puede ser el ICprog, muy común entre la gente que utiliza este tipo de microcontroladores. Entornos de programación basados en intérpretes BASIC ponen al alcance de cualquiera proyectos que parecieran ser ambiciosos.

Se pueden obtener directamente de Microchip muchos programadores/depuradores

Caracteristicas Los PICs actuales vienen con una amplia gama de mejoras hardware incorporadas: Núcleos de CPU de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes Puertos de E/S(típicamente 0 a 5,5 voltios) Temporizadores de 8/16/32 bits Tecnología Nanowatt para modos de control de energía Periféricos serie síncronos y asíncronos: USART, AUSART, EUSART Conversores analógico/digital de 8-10-12 bits Comparadores de tensión Módulos de captura y comparación PWM Controladores LCD Periférico MSSP para comunicaciones I²C, SPI, y I²S Memoria EEPROM interna con duración de hasta un millón de ciclos de lectura/escritura Periféricos de control de motores Soporte de interfaz USB Soporte de controlador Ethernet Soporte de controlador CAN Soporte de controlador LIN Soporte de controlador Irda

VARIACIONES DE LOS PIC• PICs modernos Los viejos PICs con memoria PROMo EPROM se están renovando

gradualmente por chips con memoria Flash. Así mismo, el juego de instrucciones original de 12 bits del PIC1650 y sus descendientes directos ha sido suplantado por juegos de instrucciones de 14 y 16 bits. Microchip todavía vende versiones PROM y EPROM de la mayoría de los PICs para soporte de aplicaciones antiguas o grandes pedidos.

Se pueden considerar tres grandes gamas de MCUs PIC en la actualidad: Los básicos (Linebase), los de medio rango (Mid Range) y los de alto desempeño (high performance). Los PIC18 son considerandos de alto desempeño y tienen entre sus miembros a PICs con módulos de comunicación y protocolos avanzados (USB, Ethernet, Zigbee por ejemplo).

• Clones del PIC Por todos lados surgen compañías que ofrecen versiones del PIC más baratas o

mejoradas. La mayoría suelen desaparecer rápidamente. Una de ellas que va perdurando es Ubicom (antiguamente Scenix) que vende clones del PIC que funcionan mucho más rápido que el original. OpenCores tiene un núcleo del PIC16F84 escrito en Verilog..

• PICs wireless El micro controlador rfPIC integra todas las prestaciones del

PICmicro de Microchip con la capacidad de comunicación wireless UHF para aplicaciones RF de baja potencia. Estos dispositivos ofrecen un diseño muy comprimido para ajustarse a los cada vez más demandados requerimientos de miniaturización en aparatos electrónicos. Aun así, no parecen tener mucha salida en el mercado.

• PICs para procesado de señal (dsPICs) Los dsPICs son el penúltimo lanzamiento de Microchip,

comenzando a producirlos a gran escala a finales de 2004. Son los primeros PICs con bus de datos inherente de 16 bits. Incorporan todas las posibilidades de los anteriores PICs y añaden varias operaciones de DSP implementadas en hardware, como multiplicación con suma de acumulador (multiply-accumulate, o MAC), barrel shifting, bit reversion o multiplicación 16x16 bits.

• PICs de 32 bits (PIC32) Microchip Technology lanzó en noviembre de 2007 los nuevos

microcontroladores de 32 bits con una velocidad de procesamiento de hasta 1.6 DMIPS/MHz con capacidad HOST USB. Sus frecuencias de reloj pueden alcanzar los 80MHz a partir de cuarzos estándares de 4 a 5MHz gracias a un PLL interno. Funcionan a 3.3V en sus puertos de entrada y salida, aunque el fabricante indica que salvo en los pines con función analógica, en la mayoría se toleran tensiones de hasta 5V. Disponen de una arquitectura optimizada con alto grado de paralelismo y núcleo de tipo M4K y una elevada capacidad de memoria RAM y FLASH ROM. Todo ello hace que estos MCUs permiten un elevado procesamiento de información.

Microcontrolador PIC

www.youtube.com/watch?v=ctS_hRcUoVI&feature=related

Proceso de fabricación de Microprocesadores

Bibliografía:

Toda la PC, 5ª edición, Peter Norton

www.microe.com

Fundamentos de los Microprocesadores, 2ª edición, Roger Tokheim.

Tanembaum, Andrew S. (1992)"Organización de Computadoras. Un Enfoque Estructurado“.