UNIDAD IV Micro-controladores

    4.1 Arquitectura: terminales, CPU, espacio de Memoria, entrada/ Salida, características especiales.

CPU

Es el elemento más importante del micro controlador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software.
Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado.
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales.

ESPACIO EN MEMORIA

Memoria En los micro controladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos. Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales: No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el micro controlador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo. La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM. Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas entre 512 bytes y 8 k bytes y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes. Según el tipo de memoria ROM que dispongan los microcontroladores, la aplicación y utilización de los mismos es diferente. Se describen las cinco versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los micro controladores del mercado.

Entrada /Salida

La principal utilidad de las patitas que posee la cápsula que contiene un micro controlador es soportar las líneas de E/S que comunican al computador interno con los periféricos exteriores.
Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

Señal de Corriente de Entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.

Señal de Corriente de Salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada

4.2 Programación: modelo de programación, 
conjunto de instrucciones, modos de
direccionamiento, lenguaje ensamblador

 MODELO DE PROGRAMACIÓN

Posted noviembre 29, 2010 by silva75 in Uncategorized. Tagged: Modelo de Programación. Dejar un comentario

Mecanismos disponibles al programador para expresar la estructura lógica de un programa

Influye

• Complejidad del programa

1. Costo de desarrollo
2. Legibilidad. Costo de mantenimiento

• Rendimiento

1. Influenciado por el modelo
2. por la implementación del modelo
3. Por la estructura de paralelización

Componentes

• Datos

• Procesos

• Comunicación

• Sincronización

• Entrada/salida

CONJUNTO DE INSTRUCCIONES

Posted noviembre 29, 2010 by silva75 in Uncategorized. Tagged: Conjunto de Instrucciones. Dejar un comentarioUn conjunto de instrucciones o repertorio de instrucciones, juego de instrucciones o ISA (del inglés Instruction Set Architecture, Arquitectura del Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que una CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.

Existe principalmente de 3 tipos: CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer) y SISC (Specific Instruction Set Computer).

Los procesadores de los microcontroladores PIC son de tipo RISC.

La arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) se emplea a veces para distinguir este conjunto de características de la microarquitectura, que son los elementos y técnicas que se emplean para implementar el conjunto de instrucciones. Entre estos elementos se encuentras las microinstrucciones y los sistemas de caché.

 MODOS DE DIRECCIONAMIENTO

Se les llama modos de direccionamiento a las distintas formas de combinar los operandos según el acceso que se hace a memoria.

Dicho de otra manera, un modo de direccionamiento será una forma de parámetro para las instrucciones.
Una instrucción que lleve un parámetro, por lo tanto, usará un modo de direccionamiento, que dependerá de cómo direccionará (accesará) al parámetro; una instrucción de dos parámetros, combinará dos modos de direccionamiento.

Direccionamiento implícito
Depende solamente de la instrucción, es decir, la instrucción no lleva parámetros.
Particularmente en instrucciones que no accesan memoria, o bien que tienen una forma específica de accesarla.

Ejemplos: PUSHF, POPF, NOP

Modo registro

Usa solamente registros como operandos

Es el más rápido, pues minimiza los recursos necesarios (toda la información fluye dentro del EU del CPU)

Ejemplo:

MOV AX, BX

Modo inmediato

Tiene dos operandos: un registro y una constante que se usa por su valor.

El valor constante no se tiene que buscar en memoria, pues ya se obtuvo al hacer el “fetch” de la instrucción.

Ejemplo:

MOV AH, 9

Modo directo

Uno de los operandos involucra una localidad específica de memoria

El valor constante se tiene que buscar en memoria, en la localidad especificada.

Es más lento que los anteriores, pero es el más rápido para ir a memoria, pues ya “sabe” la localidad, la toma de la instrucción y no la tiene que calcular.

Ejemplo:

MOV AH, [0000]

MOV AH, Variable

Estas dos instrucciones serían equivalentes, si Variable está, por ejemplo, en la localidad 0 de memoria. En la forma primitiva del lenguaje de máquina, como el primer ejemplo, se tiene que indicar “mover a AH el contenido (indicado por los corchetes), de la localidad 0 de los datos (lo de los datos es implícito). El lenguaje Ensamblador, sin embargo, nos permite la abstracción del uso de variables, pero como una variable tiene una localidad determinada en memoria, para el procesador funciona igual. La única diferencia consiste en que el programador no tiene que preocuparse por la dirección, ese manejo lo hace automáticamente el Ensamblador.

Modo indirecto

Se usan los registros SI, DI como apuntadores

El operando indica una localidad de memoria, cuya dirección (sólo la parte desplazamiento) está en SI o DI.

Es más lento que los anteriores, pues tiene que “calcular” la localidad

Ejemplos:

MOV AL, [SI]

MOV BL, ES:[SI] ; Aquí se dice que se usa un “segment override”, donde se indica que en vez de usar el segmento de datos por defecto, se use en su lugar como referencia el segmento extra.

Modo indexado de base

Formato:

[

BX o BP

+ SI o DI (opcionales)

+ constante (opcional)

]

BX o BP indica una localidad base de la memoria

A partir de BX o BP, se puede tener un desplazamiento variable y uno constante

La diferencia es el segmento sobre el que trabajan por defecto:

BX por defecto en el segmento de datos

BP por defecto en el segmento de pila.

Ejemplos:

MOV AX, [BX]

MOV DX, [BX+2]

MOV CX, [BX+DI]

MOV DL, [BX+SI+3]

LENGUAJE ENSAMBLADOR

El lenguaje ensamblador es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas informáticos, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de computadoras legible por un programador.
Fue usado ampliamente en el pasado para el desarrollo de software, pero actualmente sólo se utiliza en contadas ocasiones, especialmente cuando se requiere la manipulación directa del hardware o se pretenden rendimientos inusuales de los equipos.

Características

1. Programar en lenguaje ensamblador es difícil de aprender, entender, leer, escribir, depurar y mantener, por eso surgió la necesidad de los lenguajes compilados.
2. A pesar de perder rendimiento en un proceso de compilación, en la actualidad la mayoría de las computadoras son suficientemente rápidas.
3. El lenguaje ensamblador no es portable.
4. Programar en lenguaje ensamblador lleva mucho tiempo.
5. Los programas hechos en lenguaje ensamblador son generalmente más rápidos. Al programar cuidadosamente en lenguaje ensamblador se pueden crear programas de 5 a 100 veces más rápidos que con lenguajes de alto nivel.
6. Los programas hechos en lenguaje ensamblador generalmente ocupan menos espacio. Un buen programa en lenguaje ensamblador puede ocupar casi la mitad de espacio que su contrapartida en lenguaje de alto nivel.
7. Con el lenguaje ensamblador se pueden crear segmentos de código imposibles de formar en un lenguaje de alto nivel.

Ventajas

• Rápido en ejecución. (Velocidad de ejecución)

• Ahorra memoria.

• Pocas instrucciones

• Gratis.

Desventajas

• Difícil programar. (difícil de comprender la metodología de la programación)

• Susceptible a errores. (difícil de encontrar un error).