MICROCONTROLADORES

El microcontrolador es un dispositivo electrónico el cual sirve para llevar a cabo procesos lógicos los cuales son  programados mediante el lenguaje ensamblador los cuales son introducidos a través de un programador. Un microcontrolador es un solo circuito integrado el cual contiene todos los componentes electrónicos que se utilizaban para hacer funcionar con un microprocesador, esto quiere decir que contiene la unidad de proceso, la memoria ram, la memoria rom, puertos de entrada y salida y otros periféricos que permiten la reducción de espacio, lo cual logra hacer que el microcontrolador sea un circuito integrado que contiene todos los componentes de un computador.


Estructuras de un sistema abierto basado en un microprocesador, la disponibilidad de los buses en el exterior permiten que se configure a la medida de la aplicación

Estructura de un Microprocesador

El microcontrolador es un sistema cerrado, todas las partes del procesador están contenidas en su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos

Estructura de un Microcontrolador

Microcontrolador vs Microprocesador 

Las diferencias más importante que tienen los microcontroladores con los microprocesadores son la configuración mínima básica de un microprocesador, un microprocesador estaba constituida por un micro de 40 pines, una memoria ram de 28 pines una memoria rom de 28 pines y un decodificador de direcciones de 18 pines, en cambio un microcontrolador  incluye todos estos elementos en un solo circuito integrado lo que hace una gran ventaja en varios factores: en el circuito impreso por su amplia simplificación de circuitos , el costo para un sistema basado en microcontroladores es mucho menor y lo mejor de todo, el tiempo de desarrollo de su proyecto electrónico se disminuye considerablemente.

El microprocesador lo podemos ver como el cerebro de una persona y el microcontrolador como el cuerpo, el cerebro se encarga de procesar toda la información pero necesita los demás órganos para funcionar.

Los microcontroladores se pueden ocupar en proyectos industriales y como también en proyectos caseros como una alarma, también los podemos encontrar en electrodomésticos, semáforos, o contadores de atención al público, su uso se ha  masificado gracias al ahorro de espacio y exactitud de su funcionamiento, quizás el microcontrolador sea para muchos algo complicado de usar, pero con un poco de información al respecto se darán cuanto que no es tan complicado como parece que el microcontrolador es un sistema integrado, esto quiere decir que tiene todos los componentes suficientes para llevar a cabo los procesos lógicos a programar.

MICROPROCESADOR

El microprocesador es el encargado de procesar la información que fue programada mediante el lenguaje ensamblador, este recibe las instrucciones y luego las deriva para que el microcontrolador las ejecute.

El microprocesador se divide en 3 grandes bloques

·         Unidad de decodificación

·         Unidad de ejecución

·         Unidad lógica aritmética

Unidad de decodificación

Esta unidad se encarga de interpretar el código para averiguar el tipo de instrucción a realizar, por ejemplo: instrucciones de suma, resta, multiplicaciones, almacenamiento de datos en memoria etc.

Unidad de ejecución

Es la encargada de dar las órdenes necesarias a las diversas partes del microprocesador para poder ejecutar cada una de las instrucciones

Unidad lógica aritmética

Las operaciones que realiza son las siguientes: sumar, restar, multiplicar, dividir, y aquellas que trabajan con dígitos binarios.

Los pasos para llevar a cabo una instrucción son

·         Búsqueda de la instrucción

·         Decodificación de las instrucciones

·         Búsqueda de operadores

·         Ejecución de las instrucciones

·         Almacenamiento del resultado

Un microprocesador lo podemos considerar compuesto por dos unidades esta son

Unidad de control

• unidad de codificaron
• unidad de ejecución  

ALU

• unidad lógica aritmética

Unidad de control

Es aquí donde se controlan y  gobiernan todas las operaciones, sus funciones básicas son tomar las instrucciones de memoria, decodificar o interpretar las instrucciones y ejecutar las instrucciones para realizar su función.

La unidad de control consta con los siguientes elementos:

·         Contador de programa: contienen permanentemente la direcciones de memoria de la siguiente instrucciones a ejecutar

·         Registro de instrucciones: contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento

·         Decodificador: se encarga de extraer el código de operación de las instrucciones en curso, lo analiza y emite as señales necesarias al resto de los elementos para su ejecución a través del secuenciador

·         Reloj: proporciona una secuencia de impulsos eléctricos o ciclos en intervalos constantes

Secuenciador: aquí se generan ordenes muy elementales, micro ordenes que sincronizadas por los impulsos  del reloj hacen que se valla ejecutando poco a poco las instrucciones que están cargadas en el registro de las instrucciones

Unidad lógica aritmética 

Esta está formada por circuito de operacional, registros de entrada, registros acumulador, y registro de estado.

·         Circuito operacional: contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con los datos procedentes de los registros de entrada.

·         Registro de entrada: en ellos se almacenan los datos que interviene en una instrucción antes de la realización de las operaciones por parte llevada a cabo por el circuito operacional.

·         Registro de acumulador: almacena los datos de las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional.

·         Registro de estado: se trata de unos registros de memoria  en los que se deja constancia de algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada.

ARQUITECTURAS DE LOS Mp Y Mc

Dentro de los microcontroladores podemos encontrar 2 arquitecturas que son la Von Neumann y la Harvard, estas si diferencian por tener distinta conexión con la memoria del procesador y también por la cantidad de buses que cada una necesita 

Arquitectura Von Neumann

En 1945 John Von Neumann trabajaba en el laboratorio nacional Los alamos, fue aquí donde conoció a los constructores de la ENIAC (computador e integrador numérico electrónico), Neumann se interesó en este proyecto por el problema de la necesidad de reconfigurar la máquina para cada nueva tarea.

Esta arquitectura consiste es que la unidad central de proceso (CPU) está conectada a una memoria  donde se encuentran la memoria para los datos e instrucciones, el tamaño de la unidad de datos e instrucciones está fijada por el ancho del bus (que es de 8 bits lo que corresponde a 1 bytes) que comunica la memoria con la CPU, de esta manera un microprocesador de 8 bits y un bus de 8 bits solo manejaran datos e instrucciones de hasta 8 bits, esto quiere decir que cuando se tengan que tomar de la memoria datos e instrucciones de más de 8 bits, el bus tendrá que ir más de una vez a la memoria a tomar los datos e instrucciones lo cual llevara más tiempo. 

Limitaciones de la arquitectura Von Neumann 

Las limitaciones de la arquitectura Von Neumann son dos  estas son

·         Limitaciones por el ancho del bus de dato

Al ser un bus con capacidad para 8 bits hace que el microprocesador tenga que acceder en más de una ocasión a la memoria para buscar los datos e instrucciones más tienen más de 8 bits que son los más complejos

·         Limitación por su velocidad

Esto es a raíz de la arquitectura Von Neumann que solo consta de un bus para transportar datos e instrucciones a una memoria única, lo que no deja acceder simultáneamente a ambas memorias de forma independiente lo cual impide superponer los tiempos de acceso.

Arquitectura Harvard

Esta arquitectura se diferencia con la de Von Neumann por trabajar con dos buses, uno para las instrucciones y otro para los datos, los cuales son guardados en las memorias que estas conectadas cada una de manera independiente con la CPU. Para u procesador RISC el set de instrucciones y el bus de memoria del programa se pueden diseñar para que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud, como esta arquitectura tiene buses independientes permite que la CPU pueda acceder a los datos terminar la ejecución de una instrucción a las vez estar leyendo la instrucciones que viene a continuación 

Ventajas de la arquitectura Harvard

·         El tamaño de instrucciones no está relacionado con el tamaño de los datos, esto permite que las instrucciones se adecuen para que ocupen solo una posición de memoria de programa, esto permite una mayor velocidad ocupando una menor longitud de programa

·         Con sus buses independientes el tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse al de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operación. 

Desventajas de la arquitectura Harvard

Una de las desventajas de la arquitectura Harvard es que deben poseer instrucciones especiales para acceder a las tablas de valores constantes que puedan ser necesarios incluir en los programas, ya que estas tablas se encuentran físicamente en la memoria del programa, como en las EPROM de un microprocesador.