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• Eric Yair Ventura

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1.1 INTRODUCCION A LOS MICROPROCESADORES La aparición del microprocesador (1971) ha marcado una revolución en el campo del diseño de controladores industriales y de sistemas lógicos en general, teniendo impacto principalmente en sistemas complejos en lo referente a costo, flexibilidad y minimización de espacio físico ocupado. Los problemas de instrumentación y control lógico relativamente complejos deben tomar en cuenta dos alternativas de solución: - Lógica Cableada. - Lógica Programada. Estas soluciones no son necesariamente electrónicas; en la siguiente tabla se muestran algunas Opciones Tecnológicas que pueden ser solución de problemas digitales.

TABLA 1: Opciones tecnológicas para sistemas digitales. Este curso se avoca solamente a los aspectos subrayados en la tabla anterior. En la figura 1 se muestran los lineamientos generales recomendados a la hora de buscar una solución adecuada a un problema digital.

Como una guía en la elección entre lógica cableada o programada en la figura 2 se muestran algunas consideraciones generales a tomar en cuenta.

Otras consideraciones que puede ser útil tener presente a la hora de decidir, son mostradas en la tabla 2

Tabla 2 Tabla comparativa entre lógica cableada y programada

En la figura 3 se ilustra la diferencia en velocidad de los dos tipos de lógica

Las opciones para la lógica programada como se puede ver en la tabla 1, son: - Sistemas mínimos (basados en microprocesador o microcontrolador) - Automátas o Controladores Lógico Programables (P.L.C.) - Microcomputadoras - Minicomputadoras

1.1.1 DEFINICION DEL MICROPROCESADOR Un microprocesador es un circuito de alta escala de integración (chip programable), compuesto por miles de circuitos más simples como: flip flops, contadores, registros, decodificadores, comparadores, etc; todos ellos distribuidos internamente en varios bloques funcionales. Tambien es conocido como Unidad Central de Procesamiento o CPU. Las caracteristicas principales de un microprocesador son su universalidad y su programabilidad. La programabilidad de un microprocesador se refiere a la capacidad que este tiene para que su funcion sea definida a traves de un programa. El programa consta de una serie de instrucciones relacionadas, ejecutadas secuencialmente (una a la vez) por el microprocesador y que pueden implicar operaciones, por ejemplo: suministrar se~ales para los demas elementos del sistema, buscar y traer datos desde la memoria, transferir datos desde y hacia los dispositivos de entrada y salida, decodificar instrucciones, realizar operaciones logicas o aritmeticas, etc. De acuerdo a esto, el microprocesador es el "cerebro" de un sistema de computo. Su principal aplicación consiste en unidad principal de proceso de computadoras; tambien son empleados en dispositivos electronicos modernos como electrodomesticos "inteligentes", juegos electronicos, instrumentos de medida, equipos de control para procesos industriales, equipos medicos, calculadoras, controles de aviones, sistemas de automoviles, naves espaciales, robots, etc.

1.1.2 DIFERENCIA ENTRE MICROPROCESADOR Y MICROCONTROLADOR

DIFERENCIAS: 

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La configuración mínima básica de un Microprocesador esta 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; Microcontrolador incluye todo estos elementos del Microprocesador en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja en varios factores: En el circuito impreso por su amplia simplificación de circuitería. El costo para un sistema basado en Microcontrolador es mucho menor, mientras que para del Microprocesador, es muy alto en la actualidad. Los Microprocesadores tradicionales se basan en la arquitectura de Von Newmann, mientras que los microcontroladores trabajan con arquitectura de harvard. El tiempo de desarrollo de su proyecto electrónico es menor para los Microcontroladores. Se puede observar en las gráficas # 2 y 6, que la principal diferencia entre ambos radica en la ubicación del registro de trabajo, que para los PIC’s se denomina W (Working Register), y para los tradicionales es el Acumulador (A). En los microcontroladores tradicionales todas las operaciones se realizan sobre el acumulador. La salida del acumulador esta conectada a una de las entradas de la Unidad Aritmética y Lógica (ALU), y por lo tanto este es siempre uno de los dos operandos de cualquier instrucción, las instrucciones de simple operando (borrar, incrementar, decrementar, complementar), actúan sobre el acumulador. En los microcontroladores PIC, la salida de la ALU va al registro W y también a la memoria de datos, por lo tanto el resultado puede guardarse en cualquiera de los dos destinos. La gran ventaja de esta arquitectura(Microcontroladores ) es que permite un gran ahorro de instrucciones ya que el resultado de cualquier instrucción que opere con la memoria, ya sea de simple o doble operando, puede dejarse en la misma posición de memoria o en el registro W, según se seleccione con un bit de la misma instrucción . Las operaciones con constantes provenientes de la memoria de programa (literales) se realizan solo sobre el registro W.

CONCLUSIONES Ha sido tanto el avance en el sector de tecnologías de la información y la comunicación que hoy en día nos vemos beneficiados en ello, teniendo la posibilidad de escoger dispositivos que se adapten a nuestras necesidades y a los requerimientos planteados para la elaboración o la puesta en marcha de proyectos de automatización, o para el manejo adecuado y eficiente de datos. Es así que los es de gran importancia establecer cuales son las principales diferencias y ventajas de los Microcontroladores y Microprocesadores, dispositivos que hoy en día tienen amplio campo de acción y que de una u otra forma representan gran parte del desarrollo tecnológico que se viene dando.

Cada uno de ellos posee un sector de aplicación distinto en donde cada uno establece algunos requerimientos de trabajo así como también poseen especificaciones para su manejo dependiendo de las aplicaciones en las cuales se van a utilizar.

1.2.3 TIPOS DE MICROPROCESADORES SEGÚN SU VELOCIDAD Y ANCHO DE PALABRA Las características básicas que definen a un microprocesador son la longitud de palabra (comúnmente de 8, 16, 32, 64 ó 128 bits), la velocidad de ejecución y la capacidad de gestionar interrupciones. Otras de sus calidades diferenciarías, son el número de instrucciones, el número de registros, y los tipos de direccionamiento. La longitud de la palabra se refiere al número de bits que procesa simultáneamente un microprocesador y se determina por su arquitectura, es decir, por el tamaño de los registros, de la unidad lógica y aritmética (ALU) y de los buses internos. La longitud de la palabra crece conforme las nuevas tecnologías lo permiten. El primer microprocesador tenía una longitud de 4 bits, ahora y una frecuencia de108 KHz, el microprocesador PENTIUM IV Tiene una longitud de palabra de 64bits, con una frecuencia de 2GHz.

1.2 ARQUITECTURA DEL MICROPROCESADOR 1.2.1

A TRAVES DE DIAGRAMA DE BLOQUES La unidad central de proceso (CPU) o microprocesador, es el verdadero cerebro de la computadora. Su misión consiste en controlar y coordinar todas las operaciones del sistema. Para ello extrae, una a una, las instrucciones del programa que está en la memoria central del computadora (memoria RAM), las analiza y emite las órdenes necesarias para su completa realización. Para entender cómo funciona un microprocesador, hay que tener en primer lugar una clara idea acerca de su arquitectura. De otro modo, será prácticamente imposible hacerse una idea sobre su funcionamiento. De una forma global, podemos considerar al microprocesador dividido en tres grandes bloques:

UNIDAD DE DECODIFICACION Se encarga de decodificar la instrucción que se va a ejecutar. Es decir, saber qué instrucción es. Cuando el microprocesador lee de memoria una instrucción, el código de esa instrucción le llega a esta unidad. Esta unidad se encarga de interpretar ese código para averiguar el tipo de instrucción a realizar. Por ejemplo, instrucciones de suma, multiplicación, almacenamiento de datos en memoria, etc. UNIDAD DE EJECUCION Una vez que la unidad de decodificación sabe cuál es el significado de la instrucción leída de memoria, se lo comunica a la unidad de ejecución. Esta unidad será la encargada de consumar la ejecución y para ello activará las señales necesarias y en un orden determinado. Es decir, es la encargada de dar las órdenes necesarias a las diversas partes del microprocesador para poder ejecutar cada una de las instrucciones. UNIDAD ARITMETICO LOGICA (ALU) La ALU (Aritmethic Logic Unit) es el bloque funcional del microprocesador encargado de realizar todas aquellas operaciones matemáticas y lógicas así como también operaciones de corrimiento. Las operaciones que realiza son las siguientes: suma, resta, multiplicación, división y aquellas que trabajan con dígitos binarios (10 que se conoce como operaciones lógicas: AND, NOR, NOT, NAND,OR, X-OR, etc).En suma, saber cómo funciona un microprocesador, implica conocer cómo se van ejecutando cada una de las instrucciones del programa que se almacena en memoria. Los pasos globales que se siguen a la hora de ejecutar una instrucción son: Búsqueda de la instrucción

Decodificación de la instrucción

Almacenamiento de resultados

Búsqueda de operandos

Ejecución de la instrucción