El microprocesador tiene una arquitectura parecida a la
computadora digital. En otras palabras, el microprocesador es como la
computadora digital porque ambos realizan cálculos bajo un programa de control.
Consiguientemente, la historia de la computadora digital ayuda a entender el
microprocesador.
El hizo posible la fabricación de potentes calculadoras y de
muchos otros productos. El microprocesador utiliza el mismo tipo de lógica que
es usado en la unidad procesadora central (CPU) de una computadora digital. El
microprocesador es algunas veces llamado unidad microprocesador (MPU). En otras
palabras, el microprocesador es una unidad procesadora de datos. En un
microprocesador se puede diferenciar diversas partes:
Encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en
si, para darle consistencia, impedir su deterioro (por ejemplo, por oxidación
por el aire) y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaran
a su zócalo a su placa base
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: unidad de coma flotante. Es
la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos,
antiguamente estaba en el exterior del procesador en otro chip. Esta parte está
considerada como una parte «lógica» junto con los registros, la unidad de
control, memoria y bus de datos.
Registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña
con fines especiales que el micro tiene disponible para algunos usos
particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de
registros está diseñado para control del programador y hay otros que no son
diseñados para ser controlados por el procesador pero que la CPU los utiliza en
algunas operaciones, en total son treinta y dos registros.
Memoria: es el lugar donde el procesador encuentra
las instrucciones de los programas y sus datos. Tanto los datos como las
instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador las accede desde
allí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial
es proporcionar un espacio de almacenamiento para el trabajo en curso.
Puertos: es la manera en que el procesador se
comunica con el mundo externo. Un puerto es análogo a una línea de teléfono.
Cualquier parte de la circuitería de la computadora con la cual el procesador
necesita comunicarse, tiene asignado un «número de puerto» que el procesador
utiliza como si fuera un número de teléfono para llamar circuitos o a partes
especiales.
2.- PROGRAMACION DE MICROPROCESADORES
Es sobradamente conocido que los actuales sistemas
operativos son programados en su mayor parte en lenguajes de alto nivel,
especialmente C, pero siempre hay una parte en la que el ensamblador se hace
casi insustituible bajo DOS y es la programación de los drivers para
los controladores de dispositivos, relacionados con las tareas de más bajo
nivel de una máquina, fundamentalmente las operaciones de entrada/salida en las
que es preciso actuar directamente sobre los demás chips que
acompañan al microprocesador. Por ello y porque las instrucciones del lenguaje
ensamblador están íntimamente ligadas a la máquina, vamos a realizar primero un
somero repaso a la arquitectura interna de un microordenador.
8 bits
En arquitectura de computadoras, 8 bits es un adjetivo usado
para describir enteros, direcciones de memoria u otras unidades de datos que
comprenden hasta 8 bits (1 octeto) de ancho, o para referirse a una
arquitectura de CPU y ALU basadas en registros, bus de direcciones o bus de
datos de ese ancho.
Las CPU de 8 bits normalmente usan un bus de datos de 8 bits y un bus de direcciones de 16 bits lo que causa que su memoria direccionable esté limitada a 64 kilobytes; sin embargo esto no es una "ley natural", ya que existen excepciones.
16 Bit
En arquitectura de computadoras, 16 bits es un adjetivo usado para describir enteros, direcciones de memoria u otras unidades de datos que comprenden hasta 16 bits (2 octetos) de ancho, o para referirse a una arquitectura de CPU y ALU basadas en registros, bus de direcciones o bus de datos de ese ancho.
Al igual que en las videoconsolas, se denominan 16 bits a una serie de ordenadores que tenían en común usar procesadores de 16 bits.
32 y 64 bits
Cuando buscamos información sobre arquitecturas de 32 y 64 bits de Intel y AMD podemos terminar realmente mareados y confusos entre tantos términos que, en principio, parecen iguales pero en el fondo no lo son, o que nos llevan a pensar una cosa totalmente errónea
El salto a los 64 bits se produjo con la aparición de una nueva
extensión en el año 2000 derivada de IA-32 llamada x86-64, desarrollada por AMD
y posteriormente renombrada a AMD64 (el primer procesador con soporte para este
conjunto de instrucciones fue el Opteron).
Más tarde, en el 2004, esta arquitectura extendida fue
adoptada por Intel, el nuevo conjunto de instrucciones recibió el acrónimo
EM64T (Extended Memory 64 Technology), cuyo nombre código fue Yamhill o IA-32e,
y posteriormente fue renombrado adoptando el nombre definitivo de Intel 64
(arquitectura utilizada por primera vez a principios del 2005 con el Pentium
4).
A estas arquitecturas de 64 bits se las conoce de
manera genérica como x86-64 o x64, y no debemos confundirlas con la
arquitectura IA-64 de 64-bits.
Muchas arquitecturas de procesador de 64 bits pueden
ejecutar nativamente código de la versión de 32 bits de la arquitectura sin
ninguna penalización en el rendimiento. Este tipo de soporte se conoce
frecuentemente como soporte biarquitectura o más generalmente como soporte
multiarquitectura.
multiarquitectura.
3.- INTERFACES CON EL MICROPROCESADOR
Las interfaces, son como todos aquellos recursos que
permiten la comunicación entre la computadora y el usuario; es decir los menús
que te aparecen en la pantalla, el ratón, algunos sonidos.
Hay interfaz de hardware como el ratón y el teclado, y existe interfaz de software, que es lo que vemos en la pantalla como las ventanas y los botones a los que les damos clic.
4.- MICROCONTROLADORES
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. Un microcontrolador
incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad
central de procesamiento, memoria y periféricos de
entrada/salida.
Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras de
cuatro bits y funcionan a velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4
kHz, con un consumo de baja potencia (mW o micro vatios). Por lo general, tendrá
la capacidad de mantenerse a la espera de un evento como pulsar un botón o de
otra interrupción; así, el consumo de energía durante el estado de reposo
(reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría) puede ser sólo de nano
vatios, lo que hace que muchos de ellos sean muy adecuados para aplicaciones
con batería de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir para
roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como un procesador
digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía más
altos.
Cuando es fabricado el microcontrolador, no contiene datos
en la memoria ROM. Para que pueda controlar algún proceso es necesario generar
o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del
microcontrolador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje
ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores; sin embargo, para que
el programa pueda ser grabado en la memoria del microcontrolador, debe ser
codificado en sistema numérico hexadecimal que es finalmente el sistema
que hace trabajar al microcontrolador cuando éste es alimentado con el voltaje adecuado
y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su
funcionamiento.
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5.- PROYECTOS Y APLICACIONES
Muchos cursos de Integración a Muy Gran Escala (VLSI) de
nivel de pregrado y postgrado tienen proyectos que corresponden a uno o
más aspectos del diseño de microprocesadores. El enfoque en estos
proyectos es poner a prueba la habilidad del estudiante para aplicar los
conocimientos teóricos a un entorno práctico.
Tales proyectos ayudan al estudiante a adquirir experiencia con
el software y las herramientas utilizadas en el Diseño VLSI.
El objetivo debe ser mantener los proyectos simples como
para que el estudiante puede terminarlos dentro de un plazo razonable, al mismo
tiempo que presentar un desafío a los estudiantes para que piensen más allá del
libro de texto.
Las aplicaciones de los microcontroladores son más que las
de los microprocesadores. Las aplicaciones más resaltantes están en:
• Periféricos y dispositivos auxiliares de computadores
• Electrodomésticos
• Aparatos portátiles (PDA, teléfonos, tarjetas,…)
• Máquinas expendedoras
• Juguetes
• Sistemas de seguridad, alarmas y domótica en general
• Instrumentación
• Automoción
• Control industrial y robótico
• Sistemas de navegación
• Termorregulación: Aire acondicionado, calderas de
calefacción
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