PDF de programación - Tema 1 Operación básica de un Microprocesador - Microprocesadores

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA

Microprocesadores
1121060
Tema 1
Operación básica de un
Microprocesador

Microprocesadores 1121060

Tema 1.
Operación básica de un Microprocesador

1. Introducción a los microprocesadores
2. Arquitectura Básica de un microprocesador.
3. Sistema de Bus común
4. Operación Típica de un microprocesador
5. Bloques funcionales de un sistema mínimo

basado en un microprocesador.

6. Poleo, interrupciones y DMA

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

En 1940 y 1950 se tienen máquinas

computadoras muy grandes, construidas con
relevadores y tubos de vacío (bulbos).

Conforme evolucionó la electrónica se utilizaron
transistores a finales de la década de los 40’s y
componentes electrónicos de estado sólido para
la construcción de computadoras poderosas
(1960).

Con el advenimiento de los Circuitos Integrados

se perfeccionó el microprocesador de la
Computadoras.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

ENIAC (Electronic Numerical Integrator
and Computer, 1945). Se construyó por
encargo del ejécito de los Estados Unidos
en 1943 para realizar cálculos balísticos
(reemplazaba a 200 personas encargadas
de calcular las tablas de tiro). Estaba
compuesta por 70 mil resistencias, 10 mil
condensadores, 1.500 relés, 6 mil
conmutadores manuales y 17.486 válvulas,
que debido a su fragilidad debían cambiarse
frecuentemente (19 mil cambios en los
nueve años en que la máquina estuvo en
servicio)

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Evolución Histórica de los Microprocesadores

Microprocesadores de 4 bits: En 1971
Intel Corporation lanza comercialmente el
primer microprocesador, el “4004” con un
tamaño de palabra de 4 bits y una
capacidad de direccionamiento de memoria
de 4096 palabras. Con un conjunto de 45
instrucciones diferentes.

Solo se podía emplear en aplicaciones

limitadas.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Microprocesador Intel 4004

(1971)- Microprocesador de 4 bits.
Era una minúscula placa de silicio de
7mm de lado que integraba 2300
transistores y ejecutaba 60,000
operaciones por segundo a una
frecuencia de 108 Khz. Su potencia
era igual a la de la computadora
ENIAC.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

4004 Intel

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Microprocesadores de 8 bits (1972): Al darse
cuenta Intel de la viabilidad del 4004 introduce, al
año siguiente, el primer microprocesador de 8 bits, el
8008, el cual contenía 3500 transistores. El hecho de
que el 8008 procesara 8 bits de datos
simultáneamente y que pudiera acceder a mucha
más memoria, le permitía operar unas tres o cuatro
veces más rápido que sus predecesores de 4 bits.

La frecuencia de reloj era de 200KHz y su memoria

direccionable era de 16K bytes contaba con un
conjunto de 48 instrucciones.

Se utilizó en aplicaciones más avanzadas, pero el uso

demandante del microprocesador pronto limitó su
utilidad. En 1973 Intel introduce el 8080.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Microprocesadores de

8 bits (1973):El 8080
es considerado el primer
procesador moderno de
8 bits
Diez veces más rápido que
el 8008 y direccionaba 64k
bytes.
Pronto otras empresas
empezaron a introducir
comercialmente sus
propias versiones de
procesadores de 4 y 8
bits.

Fabricante

Fairchild

Nombre del
Microprocesador
F-8

Mos Technology

6502

Motorola

MC 6800

National
Semiconductor
Rockwell
International
Zilog

IMP-8

PPS-8

Z-80

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Microprocesador Z-80

El Z-80 era realmente compatible con el

microprocesador 8080

Zilog, además de diseñar un buen producto,

mejoró notablemente la arquitectura respecto la
del 8080

Entre las ventajas pueden citarse: mayor

cantidad de instrucciones (158 contra 74),
frecuencia de reloj más alta, circuito para el
apoyo de refresco de memorias RAM dinámicas,
compatibilidad de código objeto (los códigos de
operación de las instrucciones son iguales) y una
sola tensión para su funcionamiento (+5V).

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Ejemplo de

Instrucciones
de transferencia
de 8 Bits
8080/Z80

Se observa la

compatibilidad
en el código
máquina.

Mnemónic
o 8080
MOV A,A

Mnemónic
o Z80
LD A,A

Código
Máquina
7F

MOV A,B

LD A,B

MOV A,C

LD A,C

MOV A,D

LD A,D

MOV A,E

LD A,E

MOV A,H

LD A,H

MOV A,L

LD A,L

MOV A,M

LD A,(HL)

LDAX B

LDAX D

LD A,(BC)

LD A,(DE)

78

79

7A

7B

7C

7D

7E

0A

1A

Operación

A A

A B

A C

A D

A E

A H

A L

A (HL)

A (BC)

A (DE)

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

En 1977 Intel introduce el microprocesador 8085,

considerado una nueva versión del 8080 ya que,
entre otras cosas, también direccionaba 64Kbytes de
memoria y empleaba el mismo conjunto de
instrucciones.

El generador de reloj se integra en el mismo circuito
integrado (era externo en el 8080) y utiliza una sola
fuente de alimentación.

Fue fabricado por NEC, AMD, Toshiba y Hitachi bajo

licencia de Intel.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Estructura Interna 8085

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Microprocesadores de 16 bits

En 1978 Intel introduce el 8086 y un año más tarde el

8088. Ambos son microprocesadores de 16 bits.

• Bus de direcciones de 20 bits:

• 1 Mbyte o 512K palabras (16 bits) en el 8086
• 1 Mbyte en el 8088

• Bus de datos interno de 16 bits
• Bus de datos externo de

• 16 bits en el 8086
• 8 bits en el 8088

• Original del IBM PC/XT
• 89 instrucciones
• Sin coprocesador aritmético interno

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Arquitectura

Interna
8086/8088

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Fecha

Velocidad de
reloj

Anchura del
bus
Número de
transistores
Memoria
direccionable
Memoria virtual

Descripción

4004
15/11/71

8008
1/4/72

108KHz

200KHz

8080
1/4/74

2MHz

8086
8/6/78

8088
1/6/79

5MHz, 8MHz,
10MHz

5MHz, 8MHz

4 bits

8 bits

8 bits

16 bits

8 bits

2.300

3.500

6.000

29.000

29.000

640 bytes

16 Kbytes

64 Kbytes

1 Mbyte

1 Mbyte

--

--

--

--

--

Primer chip
para
microcompu-
tadora

Manipulación de
datos/caracteres

10 veces
mejor
desempeño
que el 8008

10 veces mejor
desempeño que
el 8080

Idéntico al
8086 excepto
por el bus de
datos externo

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Fecha
Velocidad de
reloj

Anchura del
bus
Número de
transistores

Memoria
direccionable

Memoria
virtual
Descripción

80286
1/2/82
6MHz, 8MHz,
10MHz,12.5MHz

Intel386 DX
17/10/85
16MHz, 20MHz,
25MHz,33MHz

Intel386 SX
16/6/88
16MHz, 20MHz,
25MHz,33MHz

Intel486 DX
10/4/89
25MHz,
33MHz,50MHz

16 bits

32 bits

16 bits

32 bits

134.000

275.000

275.000

1,2 millones

16 megabytes

4 gigabytes

4 gigabytes

4 gigabytes

1 gigabyte

64 terabytes

64 terabytes

64 terabytes

3-6 veces mejor
desempeño que
el 8086

Primer chip en
manejar 32 bits

Cache nivel 1
en el chip

Bus de datos de
16 bits que
permite procesar
32 bits a bajo
costo

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

Fecha
Velocidad de
reloj

Anchura del
bus
Número de
transistores

Memoria
direccionable

Memoria
virtual
Descripción

80486 SX
22/4/91
16MHz, 20MHz,
25MHz,33MHz

Pentium
22/3/93
60MHz, 66MHz

32 bits

32 bits

Pentium Pro
1/11/95
150MHz,
166MHz,
180MHz, 200MHz
64 bits

Pentium II
7/5/97
200MHz, 233MHz,
266MHz,300MHz

64 bits

1,185 millones

3,1 millones

5,5 millones

7,5 millones

4 gigabytes

4 gigabytes

64 gigabytes

64 gigabytes

64 gigabytes

64 terabytes

64 terabytes

64 terabytes

Idéntico al 486 DX
pero sin
coprocesador
matemático

Arquitectura
superescalar

La arquitectura de
ejecución dinámica
maneja
procesadores de alto
rendimiento

Bus Dual
independiente,
ejecución dinámica,
tecnología Intel MMX

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

1993. Aparece el Intel Pentium introduciendo el uso
de técnicas superescalares, que permiten que varias
instrucciones se ejecuten en paralelo.

1995. Intel presenta el Pentium Pro que continua la

tendencia iniciada con el Pentium hacia la
organización superescalar, con el uso de registros,
predicción de ramificaciones (saltos), análisis del flujo
de datos y ejecución especulativa.

1997.Aparición del Intel Pentium II que incorpora la
tecnología Intel MMX, que se diseñó específicamente
para procesar de forma eficiente datos de vídeo,
audio y gráficos.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

En 1999 el Pentium III, incorpora instrucciones

adicionales en punto flotante para procesar software de
gráficos 3D.

En el 2000 el Pentium 4, trabaja a velocidades

superiores y mejora las instrucciones con el nombre de
SSE2 (streaming SIMD extensions 2, 144 nuevas)
algunas capaces de manejar cálculos de doble
precisión de 128 bits en punto flotante. La idea es
reducir el número de operaciones necesarias para
realizar las tareas, entre otros muchos avances
tecnológicos.

Tema 1. Operación básica de un Microprocesador

Introducción

SIMD: Single

Instruction, Multiple
Data; instrucción única,
datos múltiples. Estas
instrucciones permiten
r