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Tutorial Microcontroladores

Tutorial Microcontroladores.







Microcontroladores

Unidad Central de Proceso (CPU)

La CPU es el núcleo de todo sistema de computadora. La tarea de la CPU es ejecutar obedientemente las instrucciones del programa que le fuera suministrado por el programador. Un programa de computadora da instrucciones a la CPU para leer información de las entradas, leer información de la memoria de trabajo y escribir información en ella, y para escribir información sobre ellas. Algunas instrucciones del programa involucran sencillas decisiones que causan que se continúe ejecutando la próxima instrucción o bien que se la saltee pasando a un nuevo punto dentro del programa. En un capítulo posterior veremos más cuidadosamente el conjunto de las instrucciones disponibles para un microcontrolador en particular.

En computadoras mainframes y en PC’s hay actualmente niveles de programas comenzando con los programas internos que controlan las operaciones más básicas de la computadora. Otros niveles incluyen programas de usuario que habiendo sido cargados en la memoria del sistema de computadora estarán disponibles para ser ejecutados desde allí. Esta estructura es muy compleja y no resulta ser un buen ejemplo para presentar a un principiante como trabaja una computadora.

En un microcontrolador hay usualmente sólo un programa, el que atiende una aplicación específica de control. La CPU MC68HC05 (CPU05) y la MC68HC08 (CPU08) reconocen alrededor de 60 y 89 instrucciones diferentes respectivamente, no obstante, ellas son representativas del conjunto de instrucciones de un sistema de computadora. Este modesto sistema de computadora, resulta ser un buen modelo para aprender los fundamentos de la operación de una computadora puesto que es posible conocer con exactitud qué sucede en cada pequeña etapa en que la CPU ejecuta un programa.

Reloj

Con muy pocas excepciones, las computadoras utilizan un pequeño reloj o circuito oscilador para forzar a la CPU a moverse en secuencia desde una etapa a la próxima. En el capítulo sobre arquitectura de una computadora veremos que siempre, una instrucción por simple que sea, se puede dividir en una serie de etapas más elementales. Cada una de estas pequeñas etapas en la operación de una computadora, toma un ciclo de reloj de la CPU.

Memoria

Hay varios tipos de memoria que se utilizan para diversos propósitos en los sistemas de computadora. Los principales tipos que se encuentran en sistemas con microcontroladores, son la memoria de la lectura solamente (ROM) y la memoria de lectura / escritura de acceso aleatorio (RAM). La ROM se utiliza principalmente para el almacenamiento de programas y datos en forma permanente, que permanecerán inalterables aún cuando se apague la fuente de alimentación del sistema con microcontrolador. Mientras que la RAM en cambio sirve para el almacenamiento temporário de datos y resultados intermedios generados durante la operación. Hay microcontroladores que incluyen otro tipo de memoria tales como ROM programable eléctricamente y borrable eléctricamente (EEPROM). Conoceremos más respecto a estos tipos de memoria en un capítulo posterior.

La menor unidad de almacenamiento de memoria en una computadora es el bit que puede retener un valor de cero o uno lógico. Estos bits agrupados en conjuntos de a 8 forman lo que se denomina byte. Las computadoras más grandes poseen grupos de bits en conjuntos de a 16 a 32 formando una unidad denominada word. El tamaño de un word puede variar según la computadora, sin embargo un byte siempre estará formado por 8 bits.

Las PC’s trabajan con programas muy extensos y gran cantidad de datos por lo que recurren a tipos especiales de memoria denominados dispositivos de almacenamiento masivo. Son dispositivos de almacenamiento masivo los discos flexibles, rígidos y compactos. Hay en día es usual encontrar en computadoras personales millones de bytes de RAM. Igualmente esto no permite mantener almacenados los extensos programas típicos de las PC’s, por lo que además incluyen discos rígidos con una capacidad de almacenamiento de decenas o cientos de millones de bytes. Los discos compactos, muy similares a los usados para grabaciones de audio, por su parte poseen una capacidad de alrededor de 600 millones de bytes de ROM. Los sistemas con pequeños microcontroladores típicamente poseen un total que va de 1 mil a 64 miles de bytes de memoria.

Programa

La figura 1-2 muestra al programa como una nebulosa ya que éste es pergeñado en la imaginación de un programador, analista o ingeniero. Esto es comparable al diseño de un circuito por parte de un ingeniero electrónico o a la formulación de un ensamble por un ingeniero mecánico. Los componentes de un programa son las instrucciones contenidas en el repertorio de instrucciones de la CPU. Del mismo modo que un diseñador de circuitos puede implementar un circuito sumador partiendo de elementos simples como AND, OR y NOT, un programador puede escribir un programa que adiciona números recurriendo a simples instrucciones.

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