Computación: Microprocesadores y Microcontroladores

Introducción y Conceptos Básicos

Un ordenador es una máquina que puede ejecutar cualquier secuencia (programa) de instrucciones previamente definidas para procesar, almacenar o mover datos.

La Unidad Central de Procesado (CPU) es la parte de un sistema informático que lleva a cabo las instrucciones de un programa de ordenador, para realizar las operaciones aritméticas de base, lógicas y de entrada/salida del sistema.

Un microprocesador es un dispositivo multifuncional programable, que acepta datos digitales como entrada y los procesa según un conjunto de instrucciones almacenado en su memoria, dando un resultado como salida. Incorpora las funciones de la CPU del ordenador en un solo circuito integrado.

Un microcontrolador es un pequeño ordenador en un solo circuito integrado que contiene un núcleo de procesador, programa y memoria de datos, y periféricos de entrada/salida programables.

Arquitectura Harvard

La arquitectura Harvard tiene la memoria de programa y la memoria de datos separadas, y se accede a ellas desde buses separados. Esto mejora el ancho de banda de la arquitectura de von Neumann, en la que se recuperan programas y datos desde la misma memoria utilizando el mismo bus. Con una arquitectura de Harvard, la instrucción se recupera en un solo ciclo de instrucción. Mientras se está accediendo a la memoria de programa, la memoria de datos está en un bus independiente y se puede leer y escribir. Estos buses separados permiten ejecutar una instrucción mientras se recupera la siguiente instrucción.

Memoria

Hay dos bloques de memoria: la memoria de programa y la memoria de datos. Cada bloque tiene su propio bus, por lo que el acceso a cada bloque puede ocurrir durante el mismo ciclo del oscilador.

CPU

La CPU es responsable de utilizar la información en la memoria de programa (instrucciones) para controlar el funcionamiento del dispositivo. Busca la instrucción correcta, la decodifica y la ejecuta. La CPU controla el bus de direccionamiento de la memoria de programa, el bus de direccionamiento de la memoria de datos y el acceso a la pila.

ALU

Muchas de las instrucciones de cualquier programa operan en la memoria de datos. Para operar en esta memoria se necesita la ALU. Es una unidad de aritmética y lógica de propósito general. Es de 8 bits de ancho y es capaz de sumar, restar, cambiar y realizar operaciones lógicas. En las instrucciones de dos operandos, por lo general, un operando es el registro de trabajo (Registro W). El otro operando es un registro de archivo o una constante inmediata. En las instrucciones de un solo operando, el operando es o bien el registro W o un registro de archivo.

Registros

El Contador de Programa (PC) especifica la dirección de la instrucción a recuperar para su ejecución. Se trata de un registro de 13 bits capaz de hacer frente a un espacio de memoria de programa de 8K. El Acumulador (W) es un registro de trabajo de 8 bits y se utiliza para las operaciones de la ALU. No es un registro direccionable. El registro STATUS contiene el estado de la aritmética de la ALU. El registro FSR es un registro de 8 bits para el direccionamiento indirecto.