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Electrónica Industrial, 4º ETSII
Tema 7
Sistemas electrónicos digitales
Valentín de Armas Sosa
4º - Ingeniero Industrial
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales
Índice
8.1. Introducción a los microprocesadores
8.2. Sistema de memoria en los microprocesadores
8.2. Sistema de entrada/salida en los microprocesadores
8.3. El software en los microprocesadores
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Introducción a los microprocesadores
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Electrónica Industrial, 4º ETSII
8.1. Introducción a los μProcesadores I
• Descripción: Dispositivo integrado digital, programable y de
actuación secuencial.
• ¿ Donde encontramos un μprocesador ?:
–
–
–
–
–
Encima de la mesa: Unidad Central de Proceso (CPU).
Horno microondas.
Sistemas de control de automóviles.
Teléfono celular.
Hasta en Marte!
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Introducción a los microprocesadores
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8.1. Introducción a los μProcesadores II
• Lógica Cableada y Lógica Programada:
– Lógica cableada:
• Basada en circuitos integrados lógicos.
• Uniones cableadas entre circuitos, conectores.
• Componentes discretos (no integrados), resistencias, condensadores,...
– Lógica programada:
• µprocesador, elementos de almacenamiento.
• Programa.
– Ventajas:
• Flexibilidad a la hora de cambiar la función del sistema.
• Consumo y tamaño reducido al tratarse de dispositivos integrados.
• Facilidad en la puesta a punto al poder contar con herramientas de ayuda
como simuladores y depuradores.
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Introducción a los microprocesadores
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Electrónica Industrial, 4º ETSII
8.1. Introducción a los μProcesadores III
• Verdades sobre un μprocesador:
– Permite el tratamiento de la información almacenada en forma de
programa de instrucciones.
– Sólo entiende lenguaje binario. Lenguaje máquina.
BIT: Unidad mínima de información.
Palabra: Conjunto de bits que codifican una información.
Byte: Palabra de 8 bits.
Nibble: Palabra de 4 bits.
– Sólo hace lo que le decimos.
– Sin embargo: Las órdenes están codificadas en binario.
– Todo lo que un μprocesador sabe está almacenado en memoria o es
proporcionado por un dispositivo periférico.
Introducción a los microprocesadores
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8.1.1. Sistema mínimo
• Sistema μcomputador basado en μprocesador.
••CPU:
CPU:Controla
Controlaelelfuncionamiento
funcionamientode
delas
lasdemás
demás
unidades.
unidades.
RELOJ
MEMORIA
ROM
••RELOJ:
RELOJ:Implica
Implicalalaejecución
ejecucióndel
delprograma
programade
de
forma
formaordenada
ordenadayysincronizada.
sincronizada.
••MEMORIA:
MEMORIA:
PERIFERICOS
CPU
UNIDADES
μP
E/S
MEMORIA
RAM
- TECLADO
- SENSORES
- MONITOR
- IMPRESORA
- TELETIPO
••ROM:
ROM:Memoria
Memoriade
desólo
sólolectura.
lectura.Almacena
Almacenaelel
programa
programaaaejecutar.
ejecutar.
••RAM:
RAM:Memoria
Memoriade
delectura
lecturayyescritura
escriturapara
paraelel
almacenamiento
almacenamientode
dedatos
datosyyresultados.
resultados.
••E/S:
E/S:Controlan
Controlanlas
lastransferencias
transferenciascon
conlos
los
periféricos
periféricosde
deE/S.
E/S.Actúan
Actúancomo
comoadaptadores
adaptadores
(“Interfaces”).
(“Interfaces”).Tipos
Tiposde
detransmisión;
transmisión;Códigos;
Códigos;
Tasa
Tasade
detransferencia.
transferencia.
••PERIFERICOS:
PERIFERICOS:Dispositivos
Dispositivosde
deEE/ /S.
S.
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8.1.2. Dispositivos periféricos
• Dispositivos periféricos:
– Dispositivos de comunicación Sistema - Usuario :
•
•
•
•
Teclado: Personalizado, Hexadecimal o Expandido.
Impresoras: Matricial, Inyección de tinta, Laser, etc...
Visualización: Diodos Leds, Displays de 7 segmentos, Monitores CRT, etc..
Memorias externas: Floppy-Disk, Hard-Disk, etc...
– Dispositivos de comunicación Sistema-Proceso externo :
•
•
•
•
Transductores y sensores: presión, temperatura, humedad, etc...
Elementos de conmutación: relés, semiconductores de potencia, etc...
Conversores Analógicos/Digitales.
Conversores Digitales/Analógicos.
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8.1.3. Arquitectura de buses
BUS DE DIRECCIONES
BUS DE CONTROL
CPU
μP
SUBSISTEMA DE
DECODIFICACIÓN
SELECCIÓN
MEMORIA
DE
PROGRAMA
MEMORIA
DE
DATOS
PUERTOS
DE
ENTRADA
PUERTOS
DE
SALIDA
SEÑALES DE SELECCIÓN
DE DISPOSITIVO
BUS DE DATOS (DATOS/INSTRUCCIONES)
• El subsistema de decodificación/selección se encarga de generar las
señales de selección de cada dispositivo (“chip select”) de acuerdo a su
capacidad, ubicación en el espacio de direccionamiento, tipo de
operaciones admitidas, tiempo de acceso, etc.
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8.1.3. Arquitectura de buses: Bus de direcciones
• Sistema de buses Organizados:
– Bus de direcciones: Contiene la dirección (localización del dato en
memoria) entre el μprocesador y la memoria. Unidireccional.
– Ancho típico de 16 bits -> 216 (65.536) posiciones de memoria. Cada
número se refiere a una posición de memoria.
– Cada posición de memoria almacena un byte (8 bits) o una palabra (16
bits).
Read
Write
A3
A2
A1
A0
DECODIFICADOR
DE DIRECCIONES
MICROPROCESADOR
Palabra 0
BUS DE DIRECCIONES
A15
A14
A13
A12
7
6
5
4
3
2
1
0
Palabra 2
Palabra 3
MEMORIA
RAM
Cs
BUS DE DATOS
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8.1.3. Arquitectura de buses: Bus de datos
– Bus de datos: Transfiere la información, en binario, entre el μprocesador
y otras unidades externas (memoria o E/S). Bidireccional.
– Tamaño típico: 8 ó 16 bits.
– Tamaño relacionado con el ancho
de palabra en la memoria.
– Relacionado directamente con las
prestaciones del sistema. A mayor
ancho, menos accesos a memoria.
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MICROPROCESADOR
Introducción a los microprocesadores
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
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8.1.3. Arquitectura de buses: Bus de control
– Bus de control: Contiene las señales de control específicas para controlar
y coordinar las operaciones del μprocesador.
Read
– Ejemplo: Señal Read.
Write
IO/M
• Ejecuta un ciclo de lectura.
MICROPROCESADOR
– Señal Write.
• Ejecuta un ciclo de escritura.
Reset
INTR
Ready
– Señal simple Read/Write.
– Otras señales: Interrupciones, Reset,
De reloj, etc…
• Esquema general:
SEÑAL DE RELOJ
BUS DE DATOS
X n Bits
BUS DE CONTROL
MICROPROCESADOR
– Señales de reloj.
– Alimentación.
BUS DE DIRECCIONES
X m Bits
VCC
ALIMENTACIÓN
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8.1.4. Arquitectura Interna I
• Arquitectura interna: Unidad de
Control, Ruta de Datos.
– Ejemplo: LDA 3200
1er byte: CO (LDA)
2o byte: AH (32)
3er byte: AL (00)
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BUS DE CONTROL
– Transferencia, memorización y
procesamiento de la información.
– Tipos de información:
Datos,
Instrucciones y
Direcciones.
Introducción a los microprocesadores
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Electrónica Industrial, 4º ETSII
8.1.7. Características de los μprocesadores
– Características Hardware:
μprocesador Bus de Datos Ciclo de Inst. Direcciones Fabricante
8080
8085
2650
Z-80
8086
68000
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
16 bits
1.5 ns.
0.8 ns.
1.5 ns.
1 ns.
0.4 ns.
0.5 ns.
64 K
64 K
32 K
64 K
1M
16 M
Intel
Intel
Signetics
Zilog
Intel
Motorola
– Capacidad de Interrupción: Números y niveles de interrupción.
• Familia de periféricos.
• Número de acumuladores.
– Características Software:
• Juego de Instrucciones.
• Optimización del juego de instrucciones
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8.1.8. Microprocesador 8086/8088
• El microprocesador realiza su operación repitiendo
constantemente los tres siguientes pasos
– Búsqueda de una instrucción en la memoria y guardarla en la CPU
– Decodifica la instrucción y, si se requiere, busca más información en la
memoria
– Ejecuta la instrucción. El resultado se almacena en los registros o en
memoria.
• Tiene dos unidades
internas:
•
•
BIU: unidad de
interfaz de bus
EU: unidad de
ejecución
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8.1.8. Microprocesador 8086/8088
• Organización
interna del
microprocesador 8088
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8.1.7. Características de los μprocesadores
– Características Hardware:
μprocesador Bus de Datos Ciclo de Inst. Direcciones Fabricante
8080
8085
2650
Z-80
8086
68000
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
16 bits
1.5 ns.
0.8 ns.
1.5 ns.
1 ns.
0.4 ns.
0.5 ns.
64 K
64 K
32 K
64 K
1M
16 M
Intel
Intel
Signetics
Zilog
Intel
Motorola
– Capacidad de Interrupción: Números y niveles de interrupción.
• Familia de periféricos.
• Número de acumuladores.
– Características Software:
• Juego de Instrucciones.
• Optimización del juego de instrucciones
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8.1.8. Microprocesador 8086/8088
• El microprocesador realiza su operación repitiendo
constantemente los tres siguientes pasos
– Búsqueda de una instrucción en la memoria y guardarla en la CPU
– Decodifica la instrucción y, si se requiere, busca más información en la
memoria
– Ejecuta la instrucción. El resultado se almacena en los registros o en
memoria.
• Tiene dos unidades
internas:
•
•
BIU: unidad de
interfaz de bus
EU: unidad de
ejecución
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8.1.8. Microprocesador 8086/8088
• Organización
interna del
microprocesador 8088
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