Arquitectura de computadoras (Semestre 2015-1)

Universidad Autónoma de Baja California
Facultad de Ingeniería Mexicali
Microprocesadores y
microcontroladores
- Arquitectura de computadoras M.C. Jorge Eduardo Ibarra Esquer
jorge.ibarra@uabc.edu.mx
Semestre 2015-1
Arquitectura de computadoras
n  Es
la ciencia y arte de seleccionar e
interconectar componentes de hardware
para crear computadoras que cumplan
con ciertos criterios de funcionalidad,
desempeño y costo.
Arquitectura de computadoras
n  Es
una descripción detallada de:
¨ Hardware
– Elementos computacionales, de
comunicación y de almacenamiento de datos.
¨ Organización de computadoras – La forma en
la que los componentes de hardware
interactúan.
¨ Set de instrucciones – La forma en la que los
componentes de hardware son controlados.
Thisted, 1997
Arquitectura del set de
instrucciones (ISA)
n  Se
refiere a la parte del procesador que es
visible al programador o al desarrollador
de compiladores.
¨ Tipos
de datos nativos
¨ Instrucciones
¨ Registros
¨ Modos de direccionamiento
¨ Arquitectura de la memoria
¨ Manejo de interrupciones y excepciones
Complex Instruction Set
Computer (CISC)
n  Instrucciones
especializadas, muchas de
las cuales son rara vez utilizadas.
¨ Múltiples
modos de direccionamiento.
¨ Instrucciones de longitud variable.
¨ Sets de instrucciones grandes.
Arquitecturas CISC
n  m68k
– Motorola 68000
¨ Apple
Macintosh
¨ HP LaserJet
¨ Sega System 16
¨ Atari Jaguar
¨ TI-89, TI-92, TI-Voyage
Arquitecturas CISC
n  x86
– Intel 8086 CPU
¨ Procesadores
Intel, AMD, Cyrix y otros.
¨ Implementaciones de 16, 32 y 64 bits.
¨ Utilizada por la IBM PC
Reduced Instruction Set
Computer (RISC)
n  Conjunto
de instrucciones pequeño que
permita la implementación de tareas
frecuentes de una forma eficiente.
¨ Tamaño
de instrucciones fijo
¨ Pocos modos de direccionamiento.
Arquitecturas RISC
n  ARM
¨ Procesadores
Kinetis
n  AVR
¨ Procesadores
n  PIC
¨ PIC24F
(IOIO)
n  Sparc
n  PowerPC
Atmel (Arduino)
Organización de computadoras
o Microarquitectura
n  Se
refiere a la forma en la que los
componentes del sistema se interconectan
e interoperan.
n  Se representa mediante diagramas de
bloques que muestran la relación entre los
componentes.
Intel
8086
Motorola 68000
Arquitectura de hardware
n  Consiste
de los detalles a bajo nivel de la
computadora:
¨ Requerimientos
de tiempo
¨ Componentes
¨ Descripciones
¨ Diseño
de los circuitos
lógico
¨ Requerimientos de voltaje y corriente
Conceptos básicos
n  Arquitectura
de una computadora
Arquitectura Von Neumann
Arquitectura Harvard
Comparación
Conceptos básicos
n  Memoria
¨ Se
utiliza para almacenar el software y los
datos
¨ La memoria no volátil permite almacenar el
software y los datos constantes
¨ La memoria de acceso aleatorio (volátil) se
utiliza para almacenar datos que están siendo
manipulados por un programa
Conceptos básicos
n  Espacio
de memoria
Conceptos básicos
n  Dispositivos
de E/S (Periféricos)
¨ Permiten
que el microprocesador se
comunique con el mundo exterior para
intercambiar datos
¨ Hay tres formas de hacer dicho intercambio:
n  E/S
Programada
n  E/S controlada por interrupciones
n  Acceso Directo a Memoria DMA
Conceptos básicos
n  Clasificación
¨ Paralela
¨ Serial
¨ Analógica
¨ De
tiempo
de interfaces E/S
Conceptos básicos
n  Interrupciones
¨ Son
una técnica para distraer al procesador
del programa que esté ejecutando, para que
atienda algún evento que se presente
¨ Le evitan al procesador el tener que estar
verificando el estado de cada dispositivo de
E/S presente en el sistema
En resumen
n  Microprocesador
¨ Procesador
implementado en un solo circuito
integrado (registros, unidad de control, ALU,
unidad de interfaz de bus)
¨ Se le conoce también como CPU
n  Microcontrolador
¨ Microprocesador,
memoria y dispositivos de
E/S incluidos en un solo circuito integrado
¨ Por lo general se utiliza en sistemas
empotrados
Sistema basado en
microprocesador
Sistema basado en
microcontrolador