Arquitectura De Comtutadoras

1 ARQUITECTURA.

Aunque inicialmente todos los micro-controladores adoptaron la arquitectura clásica de von Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura Harvard. La arquitectura de von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).

La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una, que contiene sólo instrucciones y otra, sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias.

La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes para datos y para instrucciones, permitiendo accesos simultáneos. Los microcontroladores PIC responden a la arquitectura Harvard.

TERMINALES.

El microprocesador puede trabajar en dos modos diferentes: el modo mínimo y el modo máximo. En el modo máximo el microprocesador puede trabajar en forma conjunta con un microprocesador de datos numérico 8087 y algunos otros circuitos periféricos. En el modo mínimo el microprocesador trabaja de forma más autónoma al no depender de circuitos auxiliares, pero esto a su vez le resta flexibilidad. En cualquiera de los dos modos, las terminales del microprocesador se pueden agrupar de la siguiente forma:

* Alimentación

* Reloj

* Control y estado

* Direcciones y datos

Los Microprocesadores cuentan con tres terminales de alimentación: tierra (GND) en las terminales 1 y 20 y Vcc=5V en la terminal 40. En la terminal 19 se conecta la señal de reloj, la cual debe provenir de un generador de reloj externo al microprocesador.

Para los datos comparten las 16 líneas más bajas de sus líneas de direcciones, las cuales son llamadas AD0 a AD15. Esto se logra gracias a un canal de datos y direcciones multiplexado. En cuanto a las señales de control y estado tenemos las siguientes: La terminal MX/MN controla el cambio de modo del microprocesador.

Esta señal es utilizada por los diferentes dispositivos de E/S para indicarle al microprocesador si se encuentran listos para una transferencia. La terminal TEST se utiliza para sincronizar al con otros microprocesadores en una configuración en paralelo.

Las terminales RQ/GT y LOCK se utilizan para controlar el trabajo en paralelo de dos o más microprocesadores

CPU.

Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software.

Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado.

Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales.

CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución.

Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros.

RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecutan en un ciclo.

La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.

SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es "específico", o sea, las

instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía

se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de

Instrucciones Específico).

ESPACIO DE MEMORIA.

En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.

Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales: No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo.

La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM.

Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas entre 512 bytes y 8 k bytes y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes.

Según el tipo de memoria ROM que dispongan los microcontroladores, la aplicación y utilización de los mismos es diferente. Se describen las cinco versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los microcontroladores del mercado.

1º. ROM con máscara. Es una memoria no volátil de sólo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades superiores a varios miles de unidades.

2ª. OTP. El microcontrolador

...