LIBRO MANUFACTURA AVANZADA

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Instituto Tecnológico De Tepic[pic 3]

Academia De Ingeniería Eléctrica Y Electrónica

Carrera De Ingeniería Mecatrónica

        MICROCONTROLADORES

UNIDAD 1

CATEDRÁTICO:

Luis Alberto Castañeda Montaño

ALUMNO:

Luis Antonio Navarro Ramirez

NO. DE CONTROL:

13400566

INDICE

1        Introducción        1

2        Diferencias entre microcontrolador, microprocesador y microcomputadora        2

3        Tipos de arquitecturas computacionales        3

3.1        RISC        3

3.2        CISC        5

4        Tipos de microcontroladores y sus fabricantes        6

4.1        PIC Microchip® 16F84A        6

4.2        Motorola/Freesacle™ M68HC11        7

4.3        Atmel® ATMega 328P        8

5        Examen de unidad        9

6        Conclusiones        10

7        Fuentes de información        10

1. Introducción

La electrónica digital es uno de los nuevos pilares que sostienen la civilización. El estilo de vida, la calidad de vida, nuestra nueva manera de comunicarnos, la economía y demás es llevado parcialmente por sistemas digitales. Uno de esos sistemas digitales son los microcontroladores.

Dispositivos programables para realizar tareas en específico, presente en una amplía gamma de productos como elemento principal, acompañado por otros microcontroladores, o solo como parte de un sistema más complejo. Los microcontroladores son muy versátiles, esto gracias a que son reprogramables y la gran variedad de fabricantes han desarrollado un gran repertorio de estos. Cada uno diferente del otro, con más o menos memoria RAM, distintas tecnologías, CPUs más poderosos, pocas o muchas entradas y salidas que puedes ser digitales o análogas, y así van variando cada especificación para que exista cobertura para todos los requisitos que el público pueda requerir. Por misma razón que se logran encontrar en numerosos dispositivos que conforman ya la vida cotidiana. Como ejemplos juguetes, relojes, controles remoto, vehículos, reproductores musicales o de vídeo, calculadoras, televisores, etc…

En este trabajo se presentan distintos tipos de computadoras como lo son los microcontroladores, y sus diferentes arquitecturas, todo con concepto de introducirse en lo que son y la base de la composición de los microcontroladores.

1. Diferencias entre microcontrolador, microprocesador y microcomputadora

Microprocesador:

• Es un conjunto de circuitos sumamente complejos, integrados por componentes electrónicos microscópicos encapsulados en un pequeño Chip. Se encarga de la coordinación y dirección de todas las operaciones que se llevan a cabo entre los diversos dispositivos de la computadora; tales como la memoria RAM, las unidades de disco duro, la ejecución de instrucciones de los programas, el control hacia los puertos de comunicación, las operaciones matemáticas, etc. Se les puede referir como CPU, GPU o VPU (central process unit, graphics process unit or video process unit).
• El microprocesador está constituido por registros, una unidad de control, una unidad aritmética lógica (ALU) y dependiendo del tipo de microprocesador también puede contener una unidad de cálculo en coma flotante; coprocesador matemático.
• Es la parte más importante de una computadora, sin embargo por sí mismo no puede funcionar.
• Existen muchas variedades de Arquitecturas. Actualmente las más usadas son las x86-64 bits y ARM-32 bits.

Microcontrolador:

• También conocidos como μC, UC o MCU es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. [pic 4][pic 5]
• Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento (CPU), memoria (RAM y ROM; EEPROM, Flash), periféricos de entrada/salida e inclusive su propia señal de reloj.
• Las arquitecturas que manejan son Von Neumann o Harvard, las cuales organizan la distribución de datos y programas, y sus CPU’s son por generalmente modalidades de las CISC y RISC.
• Puede funcionar por sí mismo; y una fuente de alimentación, sin necesidad de otros componentes; según el diseño. Ya que guarda su programación y la puede ejecutar gracias a contar con todo lo necesario para ello.

Microcomputadora:

•   Son aquellos conjuntos mínimos de dispositivos para poder lograr realizar una computadora basado en el uso de un microprocesador. El termino nació en los 70’s para computadoras comerciales de tamaño pequeños y precios accesibles.
• Está compuesta por un microprocesador, una unidad aritmética lógica (ALU), una unidad de control, memorias RAM Y ROM, registros; de uso general y específico,  buses; de datos, dirección, control y sistema, y entradas/salidas.
• Es una computadora en forma. Por lo que puede ser programada desde sí misma, realizar la ejecución de la programación, interactuar con dispositivos a través de la I/O.
• Igual que el microcontrolador puede estar basado en las arquitecturas Von Neumann o Harvard, aunque en cuanto a CPU dependerá de la arquitectura del microprocesador.  

1. Tipos de arquitecturas computacionales

1. RISC

Del inglés Reduced Instruction Set Computer, en español Computador con Conjunto de Instrucciones Reducidas. Es un tipo de estrategia de diseño de CPU generalmente utilizado en microprocesadores o microcontroladores y se le considera como lo opuesto al CISC. Estos tienen como su nombre indica un set de instrucciones simplificadas proveyendo alto rendimiento cuando se combina con un microprocesador cuya arquitectura sea capaz de ejecutar esas instrucciones usando pocos ciclos por instrucción. [pic 6][pic 7]

Aunque algunos diseño por los 60’s y 70’s habían usado conceptos similares a RISC, no fue hasta los 80’s donde nace el diseño moderno de esta arquitectura. En particular, dos proyectos de la Universidad de Stanford y la Universidad de California, Berkeley son las más asociadas con la popularización del concepto. Aunque el diseño de Stanford se comercializo como la exitosa arquitectura MIPS, fue Berkeley quien le dio el nombre de RISC a todo el concepto, comercializado como el SPARC. Y por supuesto otro gran suceso de la arquitectura fue con los esfuerzos de IMB desarrollando la arquitectura PowerPc.

De manera resumida, los sistemas RISC usan pequeños y altamente optimizados sets de instrucciones, en vez de uno más versátil como de algunas otras arquitecturas. Otra característica del RISC es el uso de arquitectura de Carga/Guarda, donde la memoria es normalmente ingresada solo a través de instrucciones específicas, en vez de ser ingresadas como parte de otras instrucciones.

No se debe confundir el uso de reducido como que al set se le hayan quitado instrucciones o tenga menos que su contraparte CISC, pues de hecho con los años el set ha crecido para cubrir diferentes nuevas necesidades. Por ejemplo, la arquitectura PowerPc, basada en RISC, supera en número de instrucciones al mainframe IBM System/370 CISC. Sino que el  término fue acuñado como se mencionó anteriormente, para describir la cantidad de trabajo reducido en el que una instrucción es completada; en su más un simple ciclo de la  información en memoria, comparado con la CISC que pueden requerir docenas de ciclos de memoria en orden para ejecutar una simple instrucción.

Las características esenciales de una arquitectura RISC pueden resumirse como sigue:

• Las instrucciones, aunque con otras características, siguen divididas en tres grupos:

• Transferencia.
• Operaciones.
• Control de flujo.

• Formato uniforme de instrucciones, usando una simple palabra con el opcode; código de operación, en las mismas posiciones del bit en cada instrucción, demanda menos decodificación.
• Reducción del conjunto de instrucciones a instrucciones básicas simples, con la que pueden implantarse todas las operaciones complejas.
• Arquitectura del tipo load-store (carga y almacena). Las únicas instrucciones que tienen acceso a la memoria son 'load' y 'store'; registro a registro, con un menor número de acceso a memoria.
• Idénticos registros de memoria de uso general, permitiendo que cualquier registro ser usado en cualquier contexto, simplificando el diseño del compilador.
• Casi todas las instrucciones pueden ejecutarse dentro de un ciclo de reloj. Con un control implantado por hardware (con un diseño del tipo load-store), casi todas las instrucciones se pueden ejecutar cada ciclo de reloj, base importante para la reorganización de la ejecución de instrucciones por medio de un compilador.
• Pipeline (ejecución simultánea de varias instrucciones). Posibilidad de reducir el número de ciclos de máquina necesarios para la ejecución de la instrucción, ya que esta técnica permite que una instrucción puede empezar a ejecutarse antes de que haya terminado la anterior. [pic 8]

Las computadoras con microprocesadores RISC usan generalmente la arquitectura Harvard para la memoria. Hoy en día los procesadores RISC siguen en el mercado, aunque la arquitectura x86 sea la más popular para computadoras comerciales, se les puede encontrar hoy en día aun en Supercomputadoras, microcontroladores y amplia variedad de dispositivos móviles, tales como celulares, tablets y consolas portables gracias a las arquitectura ARM; Acorn RICS Machine. [pic 9]

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