Juan Mendoza Bravo juanmenbra@yahoo.es

Un sistema microprogramable es un sistema electrnico digital formado por uno o varios chips integrados, capaz de interpretar y ejecutar secuencialmente las rdenes contenidas en un programa, a una velocidad muy elevada. t id l id d l d

Aplicaciones ms importantes: Informticas: Los ordenadores personales son sistemas microprogramables en los que el usuario introduce el programa de aplicacin que desea utilizar en cada momento. Clculo matemtico: Las modernas calculadoras y los grandes ordenadores de clculo. Procesos industriales: Los sistemas microprogramables, en numerosas ocasiones, se utilizan para controlar procesos industriales, como es el caso de los autmatas programables (PLC) utilizados para controlar robots, cadenas de montaje, etc. Electrodomsticos: l d El t d ti lavadoras, hornos, frigorficos, l h f i fi lavavajillas, batidoras, televisores, jill b id l i vdeos, reproductores DVD, equipos de msica, mandos a distancia, consolas, etc. Sistemas de comunicacin: en grandes automatismos como centrales y en telfonos fijos, mviles, fa etc fijos m iles fax, etc. Automocin: climatizacin, seguridad, ABS, etc. Sistemas de supervisin, vigilancia y alarma: ascensores, calefaccin, aire acondicionado alarmas de incendio, robo, etc. incendio robo etc acondicionado,

Un sistema microprogramable es un dispositivo o conjunto de dispositivos de propsito general, que segn sea necesario se programan para resolver distintos problemas. .

Tienen una gran variedad de aplicaciones, ya que simplemente g p y q p variando la programacin, se les puede indicar que realicen una funcin u otra.

En un sistema microprogramable todos los conceptos relacionados se agrupan bajo los trminos genricos siguientes: Hardware: Es el conjunto de circuitos y componentes electrnicos que forman el sistema microprogramable o, dicho de otra forma, es la parte fsica del sistema. Software: Es el conjunto de programas y aplicaciones formado por instrucciones y rutinas que se utilizan para programar y coordinar al sistema microprogramable. Tambin T bi se d denomina software al conjunto d l i ft l j t de lenguajes empleados para elaborar j l d l b dichos programas. Firmware: Es un " f i "software" grabado en l estructura electrnica d l sistema " b d la l i del i microprogramable y que el usuario en principio no puede alterar. En los ordenadores personales, la BIOS (Basic Input/Output System) utiliza firmware y contiene un i di i t l ft grupo d programas que sirven d i t de de intermediario entre el software y h d hardware.

Esquema de bloques de un sistema microprogramable:

Reloj: Es un generador de ondas cuadradas peridicas, utilizado para que todo el sistema est sincronizado. Su frecuencia define la velocidad d trabajo. l id d de b j Unidad Central de Proceso o CPU (Central Process Unit): Es la parte mas importante del sistema microprogramable. Es donde se realiza p j la interpretacin y ejecucin de las instrucciones, se generan todas las rdenes de control para gobernar todo el sistema y se realizan las operaciones aritmticas y lgicas.

Esquema de bloques de un sistema microprogramable: Memoria Central o Interna: En este tipo de dispositivos se encuentran los datos y programas que debe utilizar el sistema microprogramable. Existe otro tipo de memorias con las cuales no se deben confundir, denominadas memorias de masa, que forman parte de los perifricos y se encuentran fuera del i d l sistema, como por ejemplo l di j l los discos d duros. Unidad de entrada/salida (Interfaz): Este circuito permite la comunicacin del sistema microprogramable con el exterior. Su funcin fundamental es la de adaptar las diferentes velocidades y cdigos utilizados por los elementos externos del sistema y el interior.

Esquema de bloques de un sistema microprogramable:

Perifricos: Estrictamente hablando podramos decir que no forman parte del sistema microprogramable. Es un conjunto d i bl j de dispositivos que realizan un trabajo en el exterior del sistema. Estos perifricos pueden ser d entrada o d salida, aunque existen de t d de lid it algunos que realizan ambas. Por ejemplo, en un PC los perifricos de entrada mas importantes son el teclado y el ratn y los de salida el monitor y la impresora.

Sistemas microprogramables integrados en un solo chip.

Clasificacin de los sistemas microprogramables. Ordenadores Personales: Son sistemas que utilizan como CPU un microprocesador. Destinados a procesos informticos, aunque con un hardware adecuado, son capaces de controlar procesos o maquinaria industrial. Autmatas programables: Son sistemas que utilizan como CPU un microcontrolador al cual se le aaden sistemas de control de potencia como contactores y rels. Destinados al control de maquinaria industrial y automatizacin. Pequeos automatismos: Son sistemas gobernados por microprocesadores o microcontroladores PIC destinados a , , , controlar electrodomsticos, rtulos luminosos, calculadoras, alarmas

Microcontroladores (PIC): Todo el sistema microprogramable est integrado en un nico circuito integrado de manera que un integrado, microcontrolador es un circuito integrado que integra en la misma pastilla la CPU, la Memoria Central los puertos de E/S digitales y Central, otros elementos como convertidores A/D y D/A. Como desventaja su capacidad de trabajo q p es menor que la de los microprocesadores. Se utiliza en aquellas aplicaciones en las que necesitamos el uso de un pequeo procesador.

Arquitectura de un sistema basado en microprocesador (P).

Hardware de un sistema basado en P. CPU (P):

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) U id d A it ti L i (ALU) (P): Unidad Aritmtico Lgica

Controla por medio de las instrucciones que decodifica e interpreta a las memorias, la unidad I/O y a los perifricos externos. Est formada principalmente en: Unidad Aritmtico Lgica (ALU). Unidad de control. (Decodificacin e interpretacin) Registros. Contador de programa. Como se utiliza: Normalmente uno de los datos de entrada proviene del registro acumulador (ACUM) y el otro de un registro interno, una posicin de memoria o como literal de la propia instruccin. El resultado se devuelve en el acumulador machacando el valor que tenia antes. Hay tambin otros tipos de funcionamiento. Esta compuesta por un circuito combinacional complejo que se encarga de realizar las operaciones aritmticas (suma, multiplicacin...), lgicas (AND, OR...) desplazamientos, etc.

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) U id d d C t l (UC) (P): Unidad de Control Es una parte fundamental del sistema puesto que se encarga de gobernar el funcionamiento global del mismo. Recibe la informacin, la transforma e interpreta, enviando las ordenes precisas a los elementos que las requieren para un procesamiento correcto de los datos. En la Unidad de Control se encuentra el contador de programa (CP) que indica en que posicin de la memoria se encuentra la prxima instruccin a ejecutar. En esta unidad se encuentra tambin el decodificador de instrucciones (DI), dispositivo que "traduce" las instrucciones del programa contenidas en la memoria a microordenes grabadas internamente, para saber los pasos que debe internamente realizar para ejecutar la instruccin.

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) R i t (P): Registros. Un registro es una pequea memoria interna, donde se almacenan temporalmente los resultados intermedios de las operaciones. Los registros estn formados por bi l d i di d l i L i f d biestables bl colocados de tal forma que pueden almacenar la informacin en un momento determinado. Existen varios registros diferentes: Registro acumulador. Registro de estado. estado Registro SP (Stack Pointer). La pila. Registro CP (Contador de Programa) g ( g ) Registros internos.

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) R i t acumulador (P): Registro l d

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) R i t d estado (P): Registro de t d

La CPU contiene al menos un acumulador o registro en el que se almacenan datos procedentes de la memoria o de otros registros que posea el sistema. Las operaciones con dos comandos se realizan siempre entre acumuladores (si existe mas de uno), entre el acumulador y el contenido de una posicin de memoria, entre un acumulador y otro registro, o entre el acumulador y un termino constante implcito en la propia instruccin a travs de la Unidad Aritmtica-Lgica (ALU). Es decir, siempre las operaciones se realizan a travs del acumulador, apareciendo tambin el resultado en el acumulador.

En una CPU, existen unos biestables denominados banderas o "flags" que cambian de estado como consecuencia del resultado de la ltima operacin efectuada sobre el registro acumulador. La estructura del registro de estado varia mucho de unos sistemas a otros, tanto en la posicin que cada uno de los flag ocupa dentro del registro, como en los tipos de informaciones que almacenan.

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) R i t d estado - Fl (P): Registro de t d FlagsOF (Overflow Flag o Bandera de Desbordamiento): Se pone a uno si se produce un desbordamiento. Es decir, el tamao del resultado de una operacin es mayor que el lugar donde debe guardarse. Su contenido puede ser modificado por software. SF (Sign Flag o Bandera de Signo): Nos indica el signo del resultado de una operacin. Si el resultado es negativo se pone a uno, y a cero si es positivo. ZF (Zero Flag o Bandera de Cero): Se activa si el resultado de una operacin es 0. Su estado no es modificable por software. PF (Parity Flag o Bandera de Paridad): Se activa (pone a uno), si el resultado de una operacin uno) es un nmero par. CF (Carry Flag o Bandera de Acarreo): Se pone a 1, si existe acarreo final en el bit 7 en operaciones de 8 bits (byte) y en el bit 15 en operaciones de 16 bits (palabra). Tambin es utilizado en los desplazamientos.

Hardware de un sistema basado en P. CPU ( P) R i t contador d programa (P): Registro t d de

Es un registro que se encuentra en la Unidad de Control y que indica en que posicin de la memoria se encuentra la prxima instruccin a ejecutar. Este registro, se incrementa automticamente para obtener las instrucciones y los datos de la memoria, ya sea de modo secuencial o de forma aleatoria.

Hardware de un sistema basado en P. Memoria RAM (Random Access Memory):

Hardware de un sistema basado en P. Memoria RAM: proceso de actuacin con la CPU:1 Presentaenelbusdedirecciones,el cdigobinariodeladireccindela memoriasobrealquequiereoperar.

Es un tipo de memoria que permite tanto la lectura o extraccin (read) como la escritura o almacenamiento (write). Es voltil, esto es, los datos se pierden si deja de alimentarse. Su funcin en el sistema es la de almacenar los programas a ejecutar, los datos y los resultados intermedios del proceso. El bus de datos de una memoria RAM es bidireccional ya que cabe la posibilidad de leer o escribir en ella.

2 Presentaenelbusdecontrolla 2 Presenta en el bus de control la activacindelasealCSoEdela memoriasobrelaquequiereoperar.

3 Dependiendodelaoperacina efectuarlectura/escrituraseactiva medianteelbusdecontrollasealR/W (1 Lectura;0 (1 Lectura ; 0 Escritura)

Hardware de un sistema basado en P. Memoria RAM: proceso de actuacin con la CPU:4 Dependiendodelaoperacin,elbus dedatossellenaconlainformacina leeroescribir.

Hardware de un sistema basado en P. Memoria ROM (Read Only Memory):

Es un tipo de memoria que solo permite la lectura o extraccin (read) de la informacin almacenada. No es voltil, esto es, los datos no se pierden si deja de alimentarse. Su funcin en el sistema es la de almacenar los datos y programas a ejecutarse en el arranque del sistema microprogramable. El bus de datos de una memoria ROM es unidireccional ya que solo cabe la posibilidad de leer de ella.

5 LaCPUinterpretalaoperacinde lecturaoescritura.

6 Sedesactivantodaslaslneas utilizadasdelbusdecontrol.

Hardware de un sistema basado en P. Unidad de entradas/salidas ( Inteface I/O):

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema:

Esta unidad comunica al sistema con el mundo exterior, permitiendo la introduccin y la extraccin de informacin al sistema. Estas unidades consisten generalmente en registros que, accionados por los buses de control y direcciones, almacenan la informacin suministrada por el bus de datos. Se emplean circuitos especiales para adaptar las diferentes caractersticas e p ea c cu tos espec a es pa a adapta as d e e tes ca acte st cas elctricas de las seales digitales empleadas en el interior del sistema microprogramable y las empleadas en el exterior del sistema. Adaptacin en frecuencia. p Adaptacin en cdigos binarios de trabajo.

Un bus es el conjunto de grupos de cables que transportan informacin del mismo tipo y que sirven para realizar la comunicacin entre los diferentes componentes del sistema microprogramable. El nmero de lneas que compone el bus indica el ancho del bus. Por ejemplo, si tenemos un bus de 16 bits, significa que circulan 16 bits en paralelo a la vez, por lo que el bus tiene un ancho de 16 lneas En los sistemas microprogramables lneas. microprogramables, existen tres buses fundamentales que son: Bus de datos (Data bus). Bus de direcciones (Address bus) bus). Bus de control (Control bus).

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema: Bus de datos (DB)

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema: Bus de direcciones (AB)

Por l circulan los datos binarios entre los diferentes componentes del sistema. Caractersticas: Bidireccional: L i f Bidi i l La informacin puede viajar en l d sentidos. i d i j los dos tid N de lneas: Representa la cantidad de bits que se pueden transmitir simultneamente e igual a la longitud de palabra binaria que procesa el P. Denominacin: Habitualmente se denominan mediante la inicial D D0 el D. bit de menor peso y Dn el bit de mayor peso. Ejemplo: Un P de 8 bits posee: Bus de datos de 8 lneas D0 a D7

Por este bus van a circular los bits (combinacin binaria) que seleccionaran la posicin de la memoria o el registro de entrada/salida en el que deseamos leer o escribir. Caractersticas: Unidireccional: La informacin solo puede viajar de la CPU a los componentes del sistema. N de lneas: Determina la capacidad de direccionamiento de la CPU, es decir, la mxima cantidad de memoria que es capaz de gobernar el sistema. Denominacin: Habitualmente se denominan mediante la inicial A. A0 el bit de bi d menor peso y An el bi d mayor peso. l bit de

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema: Bus de direcciones (AB)

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema: Bus de control (CB)

El nmero total de direcciones de memoria que pueden direccionarse viene dado por la formula: N N Direcciones de memoria = 2N Lneas del bus de direcciones Ejemplo: Un P Pentium tiene un Bus de Direcciones de 36 lneas: N Direcciones de memoria = 236 lneas = 68719476736 = 64GB

Por este bus van a circular las ordenes de activacin o desactivacin para enviar o recibir informacin. Caractersticas: Unidireccional: La informacin solo puede viajar de la CPU a los componentes del sistema. N de lneas: Depende del fabricante del microprocesador. Denominacin: Cada lnea del bus de control se denomina de diferente manera.

Hardware de un sistema basado en P. Buses del sistema: Bus de control (CB)

Hardware de un sistema basado en P. Perifricos:

Alguna de las lneas ms comunes son:

Perifricos de comunicacin:

Perifricos de almacenamiento:

R/W: Lectura / Escritura de los dispositivos. Reset: Seal de inicializacin. CLK: Seal de reloj para el sincronismo. CS: Seal de activacin de dispositivo.

Dispositivos triestado. Los buses estn permanentemente conectados a todos los dispositivos del sistema. La informacin que es enviada por un dispositivo podra entrar en los restantes, mezclando informaciones y produciendo errores. Anlisis:+Vcc Dispositivo 1 Transmite un 1 Lnea de Bus de Datos PROBLEMA! PROBLEMA! +Vcc Dispositivo 2 Transmite un 0 ALTA IMPEDANCIA SOLUCIN Lnea de Bus de Datos

Dispositivos triestado. Los dispositivos triestado trabajan con tres estados de salida posibles que son comandados mediante la entrada de control CS: Estado 0 (L): Correspondiente a la informacin cero (0) (0). Estado 1 (H): Correspondiente a la informacin uno (1).Mientras el dispositivo 1 transmite el resto estn en alta impedancia +Vcc +V

Estado inactivo: Correspondiente a la desconexin o alta impedancia.

Sistemas de numeracin y unidades. Los sistemas microprogramables trabajan con datos e instrucciones codificadas en binario (base 2). Para los programadores es complicado trabajar en binario con lo que se utiliza el sistema hexadecimal (base 16).Decimal D i l0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sistemas de numeracin y unidades. Conversin de sistemas de numeracin. De nmero decimal a binario. De nmero binario a decimal.

Binario Bi i0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001

Hexadecimal H d i l0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Decimal D i l10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Binario Bi i1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 10001 10010 10011

Hexadecimal H d i lA B C D E F 10 11 12 13

Sistemas de numeracin y unidades. Conversin de sistemas de numeracin. De nmero decimal a hexadecimal. De nmero hexadecimal a decimal.

Sistemas de numeracin y unidades. Conversin de sistemas de numeracin. De nmero binario a hexadecimal. De nmero hexadecimal a binario.

Sistemas de numeracin y unidades. Sistema de unidades de capacidad de memoria.

Clasificacin de los microprocesadores: Los microprocesadores se clasifican y se denominan en funcin de la longitud de su bus de datos.

Clasificacin de los microprocesadores: Los microprocesadores se clasifican y se denominan en funcin de la longitud de su bus de datos.

El nmero de transistores de un chip se duplica cada 18 meses.

Juan Mendoza Bravo juanmenbra@yahoo.es