Conceptos básicos
Arquitectura básica de una computadora El hardware es conocido como los circuitos o parte física. El hardware de la computadora consiste en 4 tipos de componentes. 1.-Microprocesador: Es un circuito integrado de muy alta escala de integración, compuesto por miles y millones de circuitos que contiene la CPU; que suele asociarse como el cerebro de una computadora. Es llamado también procesador. Es el encargado de ejecutar programas desde el sistema operativo. Ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel Solo realiza operaciones aritméticas y lógicas como sumas, resta, multiplicación, división y acceso a memoria.
Dispositivos de entrada: Sirven para cargar el programa y los datos que se van a procesar. Ejemplos: teclados, escaners, lectoras de código de barras, sensores etc. Dispositivos de salida: Sirven para desplegar los resultados de la ejecución de un programa o del procesamiento de datos. Ejemplos: Pantallas, displays de 7 segmentos, impresoras, leds etc. Memoria: Para guardar el programa y los datos que necesita el procesador.
Los sistemas basados en microprocesadores son sistemas abiertos, su configuración es de acuerdo a su aplicación
Microcontrolador Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes necesarios para controlar el funcionamiento de una tarea determinada Es un sistema cerrado, en un solo circuito integrado se encuentra todo un sistema digital programable.
Microcontroladores PIC La familia de microcontroladores PIC(Peripheral Interface controler) son fabricados por Microchip Technology Inc. Su bajo costo, tamaño pequeño, bajo consumo de energía, gran calidad y abundancia de información los han convertido en los microcontroladores de mayor venta en el mundo. Tienen una amplia gama de familias que permiten adaptar el µC a las necesidades de cada aplicación. Gran variedad de unidades funcionales embebidas: temporizadores, convertidores A/D, sistema de comunicación I2C, receptores y transmisores de RF, Ethernet, PWM etc.
Características PIC18F4550
Unidad Aritmética Lógica (ALU) Unidad Aritmética Lógica (ALU).- Realiza todos los cálculos numéricos y lógicos para el procesador. Recibe datos de la memoria realiza la operación y si es necesario, regresa el resultado a la memoria. Registros.- Son lugares de almacenamiento de datos dentro del µC. Se utilizan para colocar, retener datos y/o direcciones de memoria durante la ejecución de un programa. Unidad de control.- La unidad de control decodifica y monitorea la ejecución de programas. Contador de programa (PC).- Es un registro interno que se utiliza para direccionar las instrucciones del programa que esta almacenado en la memoria de programa, este registro tiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar y se incrementa automáticamente. Registro de trabajo (WREG).- Es el registro principal y participa en la mayoría de las instrucciones.
Software Programas.- Son conocidos como software y son una serie de instrucciones que el µC puede ejecutar. Lenguaje Máquina: Es el único lenguaje que entienden los microcontroladores y esta formado por uno (1) y ceros (0), cualquier otro lenguaje debe ser traducido a 1s y 0s para que el µC pueda entenderlo. Lenguaje ensamblador.- Es una forma de expresar las instrucciones de una forma mas natural o entendible para el hombre. El lenguaje ensamblador utiliza nemónicos que son grupo de caracteres que simbolizan las órdenes o tareas a realizar en cada instrucción.
Lenguaje de bajo nivel.- Es por excelencia el lenguaje ensamblador. Lenguaje de alto nivel.- Son los utilizados por los programadores, están diseñados para que las personas escriban y entiendan los programas de un modo mas fácil que los lenguajes de máquina y ensambladores. Ejemplos: C, C++, Basic,Pascal etc.
Arquitectura Von Neumann La unidad central de proceso o CPU esta conectada a una memoria única que contiene las instrucciones del programa y los datos Desventajas: La longitud de las instrucciones esta limitada por la longitud de los datos. La velocidad de operación esta limitada por el efecto de cuello de botella que significa un único bus para datos e instrucciones.
Arquitectura Harvard Dispone de dos memorias independientes una de datos y otra de programa, a las que se conecta el CPU mediante dos buses de comunicación. Ventajas: Ambos buses son independientes y tiene diferente ancho El acceso puede ser simultaneo.
Procesadores CISC-SISC-RISC Los CPU atendiendo al tipo de instrucciones que utilizan se clasifican en: CISC (Complex Instrucción Set Computer). Son procesadores con un set de instrucciones complejo. Algunas instrucciones requieren muchos ciclos de máquina. SISC (Specific Instrucción Set Computer). Estos procesadores tienen un juego de instrucciones especifico para cada aplicación. Están destinados a aplicaciones muy concretas. RISC (Reduced Instrucción Set Compueter). Son procesadores con un repertorio de instrucciones reducido. Las instrucciones son simples y pueden ejecutarse en un ciclo de maquina.
Procesador segmentado o Pipeline Realiza simultáneamente la ejecución de una instrucción y la búsqueda del código de la siguiente de esta manera se puede ejecutar una instrucción en un ciclo de máquina.