Identifica las características de operación de los microprocesadores, de acuerdo a su principio de funcionamiento. Resultado de Aprendizaje 1.1
Contenido A. Identificación de las características del microprocesador Concepto. Elementos que lo conforman. Diferencia entre el microprocesador y Microcontrolador. Tipos de microprocesador. Por Velocidad. Por ancho de palabra.
Concepto de Microprocesador Un Microprocesador es un Circuito Integrado de Alta Escala de Integración formado de miles circuitos básicos, como transistores, flip flops, contadores, registros, decodificadores, comparadores, etc; todos ellos distribuidos internamente en varios bloques funcionales.
Microprocesador Es la Unidad Central de Procesamiento CPU de todo sistema de Cómputo. También son empleados en dispositivos electrónicos modernos como electrodomésticos "inteligentes", juegos electrónicos, instrumentos de medida, equipos de control para procesos industriales, equipos médicos, calculadoras, controles de aviones, sistemas de automóviles, naves espaciales, robots, etc.
Elementos de un Microprocesador Unidad Aritmética y Lógica ALU Registros internos: Acumulador, Propósito General. Buses internos Unidad de control y Temporización Unidad de Punto Flotante FPU Memoria caché: Nivel 1 (L1). Unidad de Administración de los Buses Buses Externos: Datos Dirección Control
Diferencias entre Microprocesador y Microcontrolador
Un Microprocesador: Un Microprocesador es un dispositivo electrónico que realiza funciones de procesamiento de datos. Se dice que un Microprocesador es un Sistema Abierto, ya que es flexible y permite construir una computadora con las características que uno desea, instalando los módulos o tarjetas necesarias.
Un Microcontrolador: Un Microcontrolador es un Sistema Cerrado que contiene una computadora completa en su interior, de prestaciones limitadas que no se pueden modificar. Sólo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos.
Tipos de Microprocesadores Los Microprocesadores se pueden clasificar según sus características: Información General: Fabricante, Código del Procesador y Generación del Procesador. Especificaciones de Velocidad: Velocidad del Bus de Memoria (MHz), Factor de Multiplicación y Velocidad del Procesador (MHz, GHz). Benchmarks: Desempeño de los microprocesadores.
Tipos de Microprocesadores Características Físicas: Tecnología de Fabricación, Tamaño del Transistor, Tamaño del Procesador y Número de transistores. Voltaje: Voltaje interno y externo Arquitectura Externa: Ancho de Bus de Datos, Ancho del Bus de Direcciones, Tamaño de Caché Nivel 2 (L2) y Multiprocesamiento. Arquitectura Interna: Modos del Procesador y Tamaño de Caché Nivel 1 (L1).
Contenido B. Descripción de la arquitectura del microprocesador. Diagrama a bloques. Arquitectura externa. C. Conexión del microprocesador. Dispositivos de Memoria. Dispositivos de Periféricos. Interface programable (8255). Interrupciones programables (8259). Comunicación serial.
Arquitectura del Microprocesador
Arquitectura del Microprocesador Unidad Aritmética y Lógica (ALU): Es la unidad encargada de realizar todas las operaciones matemáticas. Registro Acumulador: Es el registro y esta involucrado en la mayoría de las operaciones aritméticas, lógicas, transferencia de datos, etc. Registro de Instrucción: Almacena el código de operación de una instrucción. Le pasa información al Decodificador de Instrucciones.
Arquitectura del Microprocesador Decodificador de instrucciones: Interpreta el código de operación de una instrucción y determina el microprograma exacto a seguir para ejecutar esa instrucción. Unidad de Control y Temporización: Genera todas las señales hacia todos los bloques internos del ?P, para cumplir exactamente con la instrucción ordenada.
Arquitectura del Microprocesador Registro de Estado: Los bits de este registro contienen información sobre la última operación que ha ejecutado el ?P. Tiene los siguientes señalizadores: Cero, Positivo, Negativo, Acarreo, Paridad, entre otros. Contador de Programa: Registro que apunta hacia la dirección de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.
Arquitectura Externa (?P 8086) El ?P Intel 8086 Fue el primer ?P de 16 bits. Formó parte de la primera Computadora Personal (IBM-PC). Su arquitectura marcó una pauta, a partir de él se creó la Arquitectura x86.
?P Intel 8086 Dispone de una Unidad de Interfaz con el Bus (BIU), para realizar operaciones de prefetch. Lee instrucciones y las va almacenando en la Cola de Instrucciones. Se agiliza la ejecución de las instrucciones.
?P Intel 8086 En un uP, las operaciones de Lectura de Memoria son las que toman más tiempo en ejecutarse. Esto hace que el uP ocupe más su tiempo en leer de la memoria externa que en ejecutar las operaciones El uP 8086 incorpora una BIU (Unidad de Interfaz con el Bus) que dispone de un almacen de 6 Bytes de Instrucciones y realiza algo llamado prefetch que consiste en anticiparse al leer y almacenar por adelantado las instrucciones desde la memoria.
Sistemas basado en un ?P 8086 Un sistema basado en el ?P Intel 8086 puede incluir los siguientes circuitos: Coprocesador matemático 8087 Coprocesador de Entrada/Salida 8089 Controlador de Bus 8288 Circuito para Interrupciones 8259 Circuito para Interfaces Programables de Periféricos 8255 Comunicación Serial UART 8250 Circuito Generador de Reloj 8284 Memoria RAM y Memoria ROM
Ejemplo de un sistema ?P 8086
Sistema ?P 8086 en modo Máximo
Interface Programable de Periféricos 8255 (PPI) Circuito compatible con las familias ?P 8085 y 8086. Proporciona al ?P puertos de Entrada/Salida programables. Dispone de un buffer bidireccional triestado de 8 bits para conectar al bus de sistema. Tres puertos programables A, B y C, con amplia variedad de características.
Controlador de Interrupciones Programables 8259 Interrupción: Señal recibida por el ?P indicando que debe interrumpir el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta situación. El 8259 se emplea en sistemas basados en ?P 8085 y 8086. Controla ocho entradas de interrupción en una simple salida de interrupción hacia el ?P. Maneja prioridades y pueden conectarse en cascada 8 esclavos 8259 a un Maestro para manejar hasta 64 IRQ (Peticiones de Interrupción).
UART 8250 La comunicación serial es el proceso de envío de datos de un bit a la vez, de manera secuencial. Ejemplos: RS-232, RS-485, FireWire, USB, Serial ATA. El UART 8250 Es un Transmisor-Receptor Asíncrono Universal que implementa la interface para las comunicaciones seriales. Dispone de dos puertos COM1 y COM2 programables.
Conclusiones El Microprocesador es un avance tecnológico que revolucionó el mundo actual, las aplicaciones son muy extensas, los podemos encontrar en electrodomésticos, juguetes, equipos de comunicaciones, sistemas de computo, etc. Su evolución ha sido sorprendente, las tecnologías actuales de fabricación y las modernas arquitecturas internas hacen que los microprocesadores sean cada vez más veloces, con excelente rendimiento y prestaciones, más pequeños y de bajo consumo de energía. La importancia del estudio y comprensión de los microprocesadores y sistemas basados en ellos, para los alumnos de la carrera de Mantenimiento de Sistemas Electrónicos, está en el hecho de que la gran mayoría de los equipos y tarjetas electrónicas cuentan con un Microprocesador o un Microcontrolador. En este módulo adquirirán las herramientas para comprender la operación de estos sistemas, poder realizar su instalación y proporcionarles mantenimiento Preventivo y/o Correctivo.
Leng Ensamblador Nemotécnicos. Conjunto de Instrucciones EMU8086 Programa en Ensamblador para controlar las luces de tráfico.