PDF de programación - Lección 13 - Microcomputadores

Electrónica Digital

UPM
DIE

LECCIÓÓN 13N 13
LECCI
LECCIÓN 13

MICROCOMPUTADORES
MICROCOMPUTADORES
MICROCOMPUTADORES

Introducción: Conceptos básicos
Introducción: Conceptos básicos
Sistema microcomputador
Sistema microcomputador
Unidad Central de Proceso (CPU)
Unidad Central de Proceso (CPU)
Memoria
Memoria

13. Microcomputadores

13-1

Electrónica Digital

Introducción
Introducción

UPM
DIE

Por quéé surgen los microprocesadores?
¿¿Por qu
surgen los microprocesadores?

Circuitos digitales
Circuitos digitales

Avance técnico
Avance técnico

Circuitos más
Circuitos más
complejos
complejos

Especialización
Especialización

Alto coste
Alto coste

Circuitos específicos con alto coste de desarrollo
Difícil justificación utilidad/coste
Nueva aplicación Nuevo diseños

¿¿Es posible un
Es posible un
¿Es posible un
circuito para
circuito para
circuito para
varias tareas?
varias tareas?
varias tareas?

13. Microcomputadores

13-2

1

Electrónica Digital

Introducción
Introducción

UPM
DIE

Solucióón: Microprocesadores
n: Microprocesadores
Soluci

Circuito de propósito general
Programable

Hardware
Hardware
Hardware

Componentes físicos

Sistema
Sistema
Sistema
computador
computador
computador

Software
Software
Software

Programa que controla su
funcionamiento

13. Microcomputadores

13-3

Electrónica Digital

Secciones primarias
Secciones primarias

UPM
DIE

Memoria
CPU
Entrada/Salidas

Memoria
Memoria
Memoria

CPUCPUCPU

Entrada
Entrada
Entrada
Salida
Salida
Salida

Almacena:
• datos
• programa

Ejecuta instrucciones
del programa

Dispositivos para
comunicarse con el
exterior

13. Microcomputadores

13-4

2

Electrónica Digital

UPM
DIE

Comunicación dentro del microcomputador
Comunicación dentro del microcomputador

Bus de datos (longitud de palabra)
Bus de direcciones
Bus de control

La comunicación tiene lugar a través
de buses
Bus conjunto cables que permiten
flujo información

Memoria
Memoria
Memoria

CPUCPUCPU

Entrada
Entrada
Entrada
Salida
Salida
Salida

Bus direcciones
Bus datos
Bus control

13. Microcomputadores

13-5

Electrónica Digital

Registros, direcciones
Registros, direcciones

UPM
DIE

FFF

Memoria
Memoria
Memoria

Dirección

005
004
003
002
001
000
13. Microcomputadores

Memoria formada por registros, o posiciones

de memoria

Cada registro tiene un número de

identificación dirección

Registro
0
1

0

1

1

0

0

1

Capacidad de direccionamiento:
Número de posiciones de memoria que el procesador
puede especificar. Determinada por el nº de bits del
bus de direcciones (NA). 2NA

Ejemplo:
Bus de direcciones 10 bits puede direccionar 210
=1024 (1k) posiciones de memoria

13-6

3

Electrónica Digital

Salidas triestado
Salidas triestado

Para evitar que dos registros impongan
Para evitar que dos registros impongan
tensiones distintas en un bus, lo que
tensiones distintas en un bus, lo que
produciríía un cortocircuito se utilizan salidas
a un cortocircuito se utilizan salidas
producir
triestado
triestado

UPM
DIE

Salidas triestado
Salidas triestado

A

Y

c

C = 1 Y = A (salida = entrada)
C = 0 Y = Z (salida = alta impedancia)

X1

X2

X3

Bus

Si X1 = 1 y X2 = 0
en la línea del bus
aparecería un conflicto,
para evitarlo salidas
triestado

X1

X2

X3

13. Microcomputadores

c1

c2

c3

C2=1

Seleccionamos
qué dato (X2)
queremos
poner en el bus

13-7

Electrónica Digital

Almacenamiento de datos y programa
Almacenamiento de datos y programa

UPM
DIE

Memoria
Memoria
Memoria

Libre

Programa

Datos

Dirección

Contenido

Ejemplo, si el ancho de la

memoria es de 1byte:

1005

1004

1003

1002

1001

1000

operando

operando

opcode
opcode

operando

opcode
opcode

opcode
opcode

instrucción de 3 bytes

instrucción de 2 bytes

instrucción de 1 byte

Numéricos

Enteros (con/sin signo)
Punto fijo/flotante

Texto

Opcode (código de operación): define la operación que ha de ejecutar una
Opcode (código de operación): define la operación que ha de ejecutar una

instrucción. Operando: información que acompaña al opcode (dato, dirección)
instrucción. Operando: información que acompaña al opcode (dato, dirección)
13. Microcomputadores

13-8

4

Electrónica Digital

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador
Bus Datos Externo

Bus Datos Interno

UPM
DIE

Acumulador

Reg Instr

Control

y

Decodificación

13-9

UPM
DIE

SP

PC

R0 R1

RN

ALU

Banderas

Bus Direcciones Interno

Bus Direcciones Externo

13. Microcomputadores

Electrónica Digital

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador

Acumulador
Acumulador

Registro de uso general
Mayor parte de operaciones sobre él o relacionadas con él
Muy ligado con la ALU

Registros ííndice
ndice
Registros

Almacenan información sobre direcciones
Normalmente se pueden incrementar o decrementar de forma

automática para acceso secuencial de direcciones

13. Microcomputadores

13-10

5

Electrónica Digital

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador

UPM
DIE

Registro instrucciones
Registro instrucciones

Registro que almacena el opcode para su ejecución
Conectado a unidad de control y decodificación de instrucciones

Contador de programa
Contador de programa

Almacena la dirección de memoria del siguiente byte de
programa. Al finalizar la ejecución de una instrucción, el
contador del programa apunta a la siguiente instrucción a
ejecutar.

Se incrementa cada vez que se extrae un byte, señalando al

siguiente de manera automática.

13. Microcomputadores

13-11

Electrónica Digital

UPM
DIE

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador
Unidad Aritméético L
Unidad Aritm

tico Lóógica (ALU)
gica (ALU)

Realiza operaciones aritméticas y lógicas necesarias para ejecutar

distintos opcodes
Resta, suma, incremento, decremento
AND, OR, XOR
Desplazamiento izquierda, derecha, rotación de palabras de datos

Registro de estado (Banderas)
Registro de estado (Banderas)

Relacionado con la ALU



Indican estados de operaciones

Existen reglas de cuando cambian
Existen instrucciones que dependen de banderas saltos

Ejemplo

Z (Zero) se pone a 1 si el resultado de una operación es cero y a cero si el resultado es

distinto de cero

13. Microcomputadores

13-12

6

UPM
DIE

Electrónica Digital

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador

Unidad de control y decodificacióónn
Unidad de control y decodificaci

Corazón del procesador
Extrae de forma secuencial instrucciones y las ejecuta

Ciclo de Búsqueda
Ciclo de Búsqueda

Secuencia fija de señales de control
Objetivo: pone el opcode en el registro de instrucciones

opcode

Registro
Registro

Instrucciones
Instrucciones

Decodificador de
Instrucciones

Ciclo de Ejecución
Ciclo de Ejecución

Después de decodificar la instrucción se genera la secuencia apropiada de señales de

control para poder ejecutarla. Esta secuencia de señales es el ciclo de ejecución.

Depende de cada instrucción.

13. Microcomputadores

13-13

Electrónica Digital

UPM
DIE
Búsqueda y ejecución de una instrucción. Ejemplo
Búsqueda y ejecución de una instrucción. Ejemplo

1 byte

3F

“LDA”

CF03
CF02
CF01
CF00

LDA 3F

“Cargar acumulador con dato 3F”

Ciclo de Búsqueda
Ciclo de Búsqueda

CP

11

CP(CF01) AB (Address Bus)

22 Habilita señal de lectura en memoria

“LDA” DB (Data Bus)

33 DB(“LDA”) RI

44

CP =CP+1 (CF02)

13. Microcomputadores

13-14

7

Electrónica Digital

UPM
DIE
Búsqueda y ejecución de una instrucción. Ejemplo
Búsqueda y ejecución de una instrucción. Ejemplo

El código de la instrucción se decodifica y se lanza la secuencia de señales apropiada

Ciclo de Ejecución
Ciclo de Ejecución

55

CP(CF02) AB (Address Bus)

66 Habilita señal de lectura en memoria

3F DB (Data Bus)

77 DB(3F) A

88

CP =CP+1 (CF03)

El contador del programa se queda apuntando a la siguiente
instrucción a ejecutar.

13. Microcomputadores

13-15

Electrónica Digital

Estructura de un microprocesador
Estructura de un microprocesador

Puntero de pila
Puntero de pila

UPM
DIE

Registro especial que poseen la mayoría de microprocesadores.
Almacena dirección que apunta a la posición actual de memoria de la pila.
Hay instrucciones cuyo opcode origina tratamiento de información en la

posición definida por el apuntador de pila.

pila

SP
1001

pila

A

SP
1000

pila

SP
1000

PushPush AA



Introduce A
Incrementa SP

PullPull
Decrementa SP



Extrae valor

13. Microcomputadores

13-16

8

Electrónica Digital

UPM
DIE

Tipos de memoria
Tipos de memoria
Las memorias son dispositivos capaces de almacenar información, que se
puede leer o modificar por el procesador cuando éste ejecuta una instrucción
de lectura o escritura en memoria. Primaria (RAM, ROM, acceso rápido) y
secundaria (disco duro o unidades de disco, acceso relativamente lento).

RAM (Random
RAM (

Random Access

Access Memory
Memory))

Memoria de Acceso Aleatorio. Suele almacenarse información que debe
cambiarse durante la ejecución de un programa. El tiempo de acceso a
cualquier dato es el mismo.

Es volátil, sin alimentación de cc. se pierden los datos.
Tipos de RAM (dos técnicas diferentes):

RAM estática (Biestables). La información se mantiene siempre que

haya alimentación.

RAM dinámica (Matriz de carga/descarga de condensadores). Necesita

refresco, es decir, actualizar el valor de los condensadores.

13. Microcompu