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Universidad Nacional de Ingeniería
Investigación de Electrónica Digital II.
Tema de investigación: Microprocesadores vs Micro controladores.
Instructor de documento: Ing. Carlos Ortega.
Realizado por:
Oswaldo José Bustillo Olivas
Carlos José Luis Martínez Hernández.
Grupo: 3T1-Eo
Fecha: 22-11-2010
Resumen
En este documento damos a conocer las diferencias entre microprocesador y
microcontrolador así como información actualizada del funcionamiento, características,
rentabilidades y demás de diversos tipos de dispositivos que son usados para
procesamiento de datos, unos de datos al azar de cualquier especie y otros que procesan
datos únicos una y otra vez.
Estas tecnologías son usadas a diario para diversos tipos de finalidades y por diversos
tipos de usuario desde el más pequeño con su juguete (si nos referimos a niños) hasta los
más grandes con sus autos o en su propia oficina con un sistema de seguridad para
entrar en ella usando una cerradura electrónica (en cuanto a profesionales se refiere) son
tantas las aplicaciones que podríamos y que podemos implementar para estos
dispositivos.
Abstract
In this paper we present the differences between microprocessor and microcontroller and
an update of the performance, characteristics, returns and other various types of devices
that are used for data processing, a random data of any kind and other data
processing Unique over and over again.
These technologies are used daily for a variety of purposes and by different user types
from the smallest with her toy (if we refer to children) to the largest with their cars or in
their own office with a security system to enter it using an electronic lock (as professionals
are concerned) are many applications that we could and we can implement for these
devices.
Introducción:
Microprocesadores y micro controladores ambas tecnologías son actualmente conocidas
por sus diversas aplicaciones en distintas ramas del procesamiento de información o
control de dispositivos de precisión el avance de la tecnología ha logrado implementar
dispositivos tan poderosos y tan necesarios para los distintos procesos o interacciones de
maquinas para con el usuario ya sean en una fábrica de gran envergadura con un
sinnúmero de maquinarias especializadas u oficinas que tienen un cargo especifico en
una institución o simplemente en el hogar en un pequeño juguete o electrodoméstico etc.
Muchas personas en la actualidad conocen el termino procesador refiriéndose
directamente a una computadora no es que sea algo erróneo es solo que el termino
procesador va mas allá de una simple computador es todo lo que tiene que ver con
procesamiento de datos como un teléfono celular o un juego de video que procesa y
maneja aceleración grafica o un servidor conectado a una red que maneja datos de
distintos usuarios. En cuanto a micro controladores se refiere es un término más
especializado o sea que no es manejado ni de manera nociva por las personas como por
ejemplo un ama de casa que a diario usa este tipo de tecnología sin saber que la usa o un
chico que destruye su juguete sin saber que está destruyendo un algoritmo un programa
que fue hecho especificadamente para el propósito de manejo de motores o luces o
sonidos que conforman el juguete en el documento dejaremos claro las aplicaciones, las
tendencias de cada dispositivo ¿por qué deberíamos usar una tecnología y no la otra? así
como también una breve reseña histórica.
Para establecer diferencias semejanzas o comentarios debemos por lo menos tener una
idea de lo que son ambos dispositivos para ello establezcamos definiciones de los
mismos y de cada uno de sus componentes.
Microprocesador:
El microprocesador o simplemente procesador, es el circuito integrado más importante, de
tal modo, que se le considera el cerebro de una computadora. Está constituido por
millones de transistores integrados. Puede definirse como chip, un tipo de componente
electrónico en cuyo interior existen miles o en ocasiones millones, según su complejidad,
de elementos llamados transistores cuyas interacciones permiten realizar las labores o
funciones que tenga encomendado el chip.
Desde el punto de vista funcional, un microprocesador es un circuito integrado que
incorpora en su interior una unidad central de proceso (CPU) y todo un conjunto de
elementos lógicos que permiten enlazar otros dispositivos como memorias y puertos de
entrada y salida (I/O), formando un sistema completo para cumplir con una aplicación
específica dentro del mundo real. Para que el sistema pueda realizar su labor debe
ejecutar paso a paso un programa que consiste en una secuencia de números binarios o
instrucciones, almacenándolas en uno o más elementos de memoria, generalmente
externos al mismo. La aplicación más importante de los microprocesadores que cambió
totalmente la forma de trabajar, ha sido la computadora personal, ordenador o
microcomputadora.
Así mismo, es la parte de la computadora diseñada para llevar a cabo o ejecutar los
programas. Éste ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel
realizando operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar o dividir. Se ubica
generalmente en un zócalo específico en la placa o tarjeta madre y dispone para su
correcto y estable funcionamiento de un sistema de refrigeración (generalmente de un
ventilador montado sobre un disipador de metal térmicamente muy conductor).
Lógicamente funciona como la unidad central de procesos (CPU/Central Procesing Unit),
que está constituida por registros, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica
principalmente, aunque en la mayoría de las ocasiones también integra una unidad de
coma flotante. En el microprocesador se procesan todas las acciones de la computadora.
Su "velocidad" se determina por la cantidad de operaciones por ciclo que puede realizar y
los ciclos por segundo que desarrolla: también denominada frecuencia de reloj. La
frecuencia de reloj se mide Hertzios, pero dado su elevado número se utilizan los
múltiplos mega hertzio o giga hertzio una computadora personal o más avanzada puede
estar soportada por uno o varios microprocesadores, y un microprocesador puede
soportar una o varias terminales (redes). Un núcleo suele referirse a una porción del
procesador que realiza todas las actividades de una CPU real.
La tendencia de los últimos años ha sido la de integrar múltiples núcleos dentro de un
mismo encapsulado, además de componentes como memorias caché, controladoras de
memoria e incluso unidades de procesamiento gráfico; elementos que anteriormente
estaban montados sobre la placa base como dispositivos individuales.
Este es uno de los
microprocesadores actuales de 64
bits y doble núcleo es un AMD
ATHLON 64x 3600 con su
correspondiente zócalo y los
diversos dispositivos que
conforman toda la estructura de
componentes que hace que
funcione la computadora una
poderosa herramienta de
manipulación de datos.
Funcionamiento:
Desde el punto de vista lógico, singular y funcional, el microprocesador está compuesto
básicamente por: varios registros, una unidad de control, una unidad aritmética lógica y
dependiendo del procesador, puede contener una unidad de coma flotante.
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios
organizados secuencialmente en la memoria principal. La ejecución de las instrucciones
se puede realizar en varias fases:
PreFetch, pre lectura de la instrucción desde la memoria principal.
Fetch, envío de la instrucción al decodificador
Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto
qué se debe hacer.
Lectura de operandos (si los hay).
Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el
procesamiento.
Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la
estructura del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración de
estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al
tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor
coste temporal. El microprocesador se conecta a un circuito PLL, normalmente basado en
un cristal de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera
varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la actualidad, genera miles de MHz.
Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador
con las características que se desee acoplándole los módulos necesarios.
Rendimiento:
El rendimiento del procesador puede ser medido de distintas maneras, hasta hace pocos
años se creía que la frecuencia era una medida precisa, pero ese mito, conocido como
"mito de los mega hertzios" se ha visto desvirtuado por el hecho de que los procesadores
no han requerido frecuencias más altas para aumentar su potencia de cómputo.
Durante los últimos años esa frecuencia se ha mantenido en el rango de los 1,5 GHz a 4
GHz dando como resultado procesadores con capacidades de proceso mayores
comparados con los primeros que alcanzaron esos valores. Además la tendencia es a
incorporar más núcleos dentro de un mismo encapsulado para aumentar el rendimiento
por medio de una computación paralela, de manera que la velocidad de reloj es un
indicador menos fiable aún.
Medir el rendimiento con la frecuencia es válido únicamente entre procesadores con
arquitecturas muy similares o iguales, de manera que su funcionamiento interno sea el
mismo: en ese caso la frecuencia es un índice de comparación válido. Dentro de una
familia de procesadores es común encontrar distintas opciones en cuanto a frecuencias
de reloj, debido a que no todos los chips de silicio tienen los mismos límites de
funcionamiento: son probados a distintas frecuencias, hasta que muestran signos de
inestabilidad, entonces se clasifican de acuerdo al resultado de las pruebas.
Esto se podría reducir en que los procesadores son fabricados por lotes con diferentes
estructuras internas atendiendo a gamas y extras como podría ser una memoria caché de
diferente tamaño, aunque no siempre es así y las gamas altas difieren muchísimo más de
las bajas que simplemente de su memoria caché. Después de obtener los lotes según su
gama, se someten a procesos en un banco de pruebas, y según su soporte a las
temperaturas o que vaya mostrando signos de inestabilidad, se le adjudica una
frecuencia, con la que vendrá programada de serie, pero con prácticas de overclock se le
puede incrementar
La capacidad de un procesador depende fuertemente de los componentes restantes del
sistema, sobre todo del chipset, de la memoria RAM y del software. Pero obviando esas
características puede tenerse una medida aproximada del rendimiento de un procesador
por medio de indicadores como la cantidad de operaciones de coma flotante por unidad
de tiempo FLOPS, o la cantidad de instrucciones por unidad de tiempo MIPS. Una medida
exacta del rendimiento de un procesador o de un sistema, es muy complicada debido a
los múltiples factores involucrados en la computación de un problema, por lo general las
pruebas no son concluyentes entre sistemas de la misma generación.
La fabricación de estos monstruos del procesamiento de datos es demasiado compleja
pero podría resumirse de la forma siguiente:
Con arena (compuesta básicamente de silicio), se fabrica un mono cristal de unos 20 x
150 centímetros. Para ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura (1.370 °C)
y muy lentamente (10 a 40 Mm por hora) se va formando el cristal.
El cristal se corta de tal forma que quede un cilindro perfecto Luego, el cilindro se corta en
obleas de 10 micras de espesor, la décima parte del espesor de un cabello humano,
utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen miles de obleas, y de cada
oblea se fabricarán varios cientos de microprocesadores.
Las obleas se pulen hasta quedar una superficie perfectamente plana y luego pasan por
un proceso llamado annealing este proceso remueve las impurezas que puedan existir en
el material por medio del sometimiento del mismo al calor extremo después de una
supervisión mediante láseres capaz de detectar imperfecciones menores a una milésima
de micra, se recubren con una capa aislante formada por óxido de silicio transferido
mediante deposición de vapor.
Después sigue el proceso de dibujado de los transistores que conformara cada uno de los
microprocesadores esto es con la aplicación de sucesivas mascaras sobre la oblea de
silicio procesada estas mascaras se endurecen mediante luz ultravioleta posteriormente
se pasan por ácidos que removerán las impurezas más insignificantes para por fin llegar
al producto finalizado el circuito de procesamiento.
Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas
limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está
prácticamente libre de polvo. Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan
de clase 1. La cifra indica el número máximo de partículas mayores de 0,12 micras que
puede haber en un pie cúbico (0,028 m3) de aire. Como comparación, un hogar normal
sería de clase 1 millón. Los trabajadores de estas plantas emplean trajes estériles para
evitar que restos de piel, polvo o pelo se desprendan de sus cuerpos.
Buses del procesador:
Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y
reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset o
desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el procesador y el resto
del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bits por
segundo.
Ese bus puede ser implementado de distintas maneras, con el uso de buses seriales o
paralelos y con distintos tipos de señales eléctricas. La forma más antigua es el bus
paralelo en el cual se definen líneas especializadas en datos, direcciones y para control.
En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se llama el
Front Side Bus y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de direcciones además de
-En la primera imagen de la izquierda se
observa un pedazo de silicio después de
haber pasado por el proceso de fundición
(donde se tomo la arena compuesta
mayormente por este material.
-En la siguiente imagen observamos la
oblea de silicio finalmente grabada con
cada uno de los circuitos de procesamiento
posteriormente será cortada para su
respectivo ensamblen resto del hardware.
múltiples líneas de control que permiten la transmisión de datos entre el procesador y el
resto del sistema. Este esquema se ha utilizado desde el primer procesador de la historia,
con mejoras en la señalización que le permite funcionar con relojes de 333 MHz haciendo
4 transferencias por ciclo. [1]
En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el
bus principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport que maneja
los datos en forma de paquetes usando una cantidad menor de líneas de comunicación,
permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas.
Los microprocesadores de última generación de Intel y muchos de AMD poseen además
un controlador de memoria DDR en el interior del encapsulado lo que hace necesario la
implementación de buses de memoria del procesador hacia los módulos. Ese bus está de
acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en líneas de bus paralelo, para
datos, direcciones y control. Dependiendo de la cantidad de canales pueden existir de 1 a
4 buses de memoria.
Microcontroladores:
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres
unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y
unidades de E/S (entrada/salida).
En las imágenes podemos observar una serie de microcontroladores diseñados para cumplir
funciones especificas de acuerdo a su programación la imagen a la izquierda muestra
microcontroladores de uso general la imagen a la derecha muestra un microcontrolador
Motorola 68 HC11 con chips de soporte.
Características:
Son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema
en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de
memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un
electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8
bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo
digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más
Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock
Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el
sistema de control electrónico del motor en un automóvil.
Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras
vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs
más especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito
general en casa (Ud. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente
entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores.
Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles,
lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc.
Registros:
Son un espacio de memoria muy reducido pero necesario para cualquier
microprocesador, de aquí se toman los datos para varias operaciones que debe realizar el
resto de los circuitos del procesador. Los registros sirven para almacenar los resultados
de la ejecución de instrucciones, cargar datos desde la memoria externa o almacenarlos
en ella.
En la figura de la izquierda observamos el
esquema de un microcontrolador el cual es nada
menos que un circuito integrado con su respectivo
CPU, periféricos, buses, memoria y puertos de
entrada y salida son varios circuitos en uno en la
parte exterior conectamos los circuito que lo
complementan para cumplir determinada función
de control como por ejemplo: el control de un
motor para manejar una pluma o el control de
temperatura de una habitación.
Aunque la importancia de los registros parezca trivial, no lo es en absoluto. De hecho una
parte de los registros, la destinada a los datos, es la que determina uno de los parámetros
más importantes de cualquier microprocesador. Cuando escuchamos que un procesador
es de 4, 8, 16, 32 ó 64 bits, nos estamos refiriendo a procesadores que realizan sus
operaciones con registros de datos de ese tamaño, y por supuesto, esto determina
muchas de las potencialidades de estas máquinas.
Mientras mayor sea el número de bits de los registros de datos del procesador, mayores
serán sus prestaciones, en cuanto a poder de cómputo y velocidad de ejecución, ya que
este parámetro determina la potencia que se puede incorporar al resto de los
componentes del sistema, por ejemplo, no tiene sentido tener una ALU de 16 bits en un
procesador de 8 bits.
Unidad de control:
Esta unidad es de las más importantes en el procesador, en ella recae la lógica necesaria
para la decodificación y ejecución de las instrucciones, el control de los registros, la ALU,
los buses y cuanta cosa más se quiera meter en el procesador.
La unidad de control es uno de los elementos fundamentales que determinan las
prestaciones del procesador, ya que su tipo y estructura, determina parámetros tales
como el tipo de conjunto de instrucciones, velocidad de ejecución, tiempo del ciclo de
máquina, tipo de buses que puede tener el sistema, manejo de interrupciones y un buen
número de cosas más que en cualquier procesador van a parar a este bloque.
Por supuesto, las unidades de control, son el elemento más complejo de un procesador y
normalmente están divididas en unidades más pequeñas trabajando de conjunto. La
unidad de control agrupa componentes tales como la unidad de decodificación, unidad de
ejecución, controladores de memoria cache, controladores de buses, controladores de
interrupción, pipelines, entre otros elementos, dependiendo siempre del tipo de
procesador.
Unidad aritmético-lógica:
Como los procesadores son circuitos que hacen básicamente operaciones lógicas y
matemáticas, se le dedica a este proceso una unidad completa, con cierta independencia.
Aquí es donde se realizan las sumas, restas, y operaciones lógicas típicas del álgebra de
Boole.
Actualmente este tipo de unidades ha evolucionado mucho y los procesadores más
modernos tienen varias ALU, especializadas en la realización de operaciones complejas
como las operaciones en coma flotante. De hecho en muchos casos le han cambiado su
nombre por el de “coprocesador matemático”, aunque este es un término que surgió para
dar nombre a un tipo especial de procesador que se conecta directamente al procesador
más tradicional.
Su impacto en las prestaciones del procesador es también importante porque,
dependiendo de su potencia, tareas más o menos complejas, pueden hacerse en tiempos
muy cortos, como por ejemplo, los cálculos en coma flotante.
Buses:
Son el medio de comunicación que utilizan los diferentes componentes del procesador
para intercambiar información entre sí, eventualmente los buses o una parte de ellos
estarán reflejados en los pines del encapsulado del procesador.
En el caso de los microcontroladores, no es común que los buses estén reflejados en el
encapsulado del circuito, ya que estos se destinan básicamente a las E/S de propósito
general y periféricos del sistema.
Existen tres tipos de buses:
Dirección: Se utiliza para seleccionar al dispositivo con el cual se quiere trabajar o
en el caso de las memorias, seleccionar el dato que se desea leer o escribir.
Datos.
Control: Se utiliza para gestionar los distintos procesos de escritura lectura y
controlar la operación de los dispositivos del sistema.
Conjunto de instrucciones:
Aunque no aparezca en el esquema, no podíamos dejar al conjunto o repertorio de
instrucciones fuera de esta fiesta, porque este elemento determina lo que puede hacer el
procesador.
Define las operaciones básicas que puede realizar el procesador, que conjugadas y
organizadas forman lo que conocemos como software. El conjunto de instrucciones
vienen siendo como las letras del alfabeto, el elemento básico del lenguaje, que
organizadas adecuadamente permiten escribir palabras, oraciones y cuanto programa se
le ocurra.
Existen dos tipos básicos de repertorios de instrucciones, que determinan la arquitectura
del procesador: CISC y RISC.
CISC, del inglés Complex Instruction Set Computer, Computadora de Conjunto de
Instrucciones Complejo. Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones
que se caracteriza por ser muy amplio y que permiten realizar operaciones complejas
entre operandos situados en la memoria o en los registros internos. Este tipo de repertorio
dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que en la actualidad, la mayoría de los
sistemas CISC de alto rendimiento, convierten las instrucciones complejas en varias
instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones.
Memoria:
Anteriormente habíamos visto que la memoria en los microcontroladores debe estar
ubicada dentro del mismo encapsulado, esto es así la mayoría de las veces, porque la
idea fundamental es mantener el grueso de los circuitos del sistema dentro de un solo
integrado.
En los microcontroladores la memoria no es abundante, aquí no encontrará Gigabytes de
memoria como en las computadoras personales. Típicamente la memoria de programas
no excederá de 16 K-localizaciones de memoria no volátil para La memoria RAM está
destinada al almacenamiento de información temporal que será utilizada por el
procesador para realizar cálculos u otro tipo de operaciones lógicas. En el espacio de
direcciones de memoria RAM se ubican además los registros de trabajo del procesador y
los de configuración y trabajo de los distintos periféricos del microcontrolador. Es por ello
que en la mayoría de los casos, aunque se tenga un espacio de direcciones de un tamaño
determinado, la cantidad de memoria RAM de que dispone el programador para
almacenar sus datos es menor que la que puede direccionar el procesador.
El tipo de memoria utilizada en las memorias RAM de los microcontroladores es SRAM, lo
que evita tener que implementar sistemas de refrescamiento como en el caso de las
computadoras personales, que utilizan gran cantidad de memoria, típicamente alguna
tecnología DRAM. A pesar de que la memoria SRAM es más costosa que la DRAM, es el
tipo adecuado para los microcontroladores porque éstos poseen pequeñas cantidades de
memoria RAM.
En el caso de la memoria de programas se utilizan diferentes tecnologías, y el uso de una
u otra depende de las características de la aplicación a desarrollar, a continuación se
describen las cinco tecnologías existentes, que mayor utilización tienen o han tenido,
hasta el momento de escribir este libro:
ROM de máscara. En este caso no se “graba” el programa en memoria sino que el
microcontrolador se fabrica con el programa, es un proceso similar al de
producción de los CD comerciales mediante masterización.
El costo inicial de producir un circuito de este tipo es alto, porque el diseño y producción
de la máscara es un proceso costoso, sin embargo, cuando se necesitan varios miles o
incluso cientos de miles de microcontroladores para una aplicación determinada, como
por ejemplo, algún electrodoméstico, el costo inicial de producción de la máscara y el de
fabricación del circuito se distribuye entre todos los circuitos de la serie y, el costo final de
ésta, es bastante menor que el de sus semejantes con otro tipo de memoria.
OTP One Time Programmable. Este tipo de memoria, también es conocida como
PROM o simplemente ROM.
Los microcontroladores con memoria OTP se pueden programar una sola vez, con algún
tipo de programador. Se utilizan en sistemas donde el programa no requiera futuras
actualizaciones y para series relativamente pequeñas, donde la variante de máscara sea
muy costosa, también para sistemas que requieren serialización de datos, almacenados
como constantes en la memoria de programas.
EPROM Erasable Programmable Read Only Memory. Los microcontroladores con
este tipo de memoria son muy fáciles de identificar porque su encapsulado es de
cerámica y llevan encima una ventanita de vidrio desde la cual puede verse la
oblea de silicio del microcontrolador.
Se fabrican así porque la memoria EPROM es reprogramable, pero antes debe borrase, y
para ello hay que exponerla a una fuente de luz ultravioleta, el proceso de grabación es
similar al empleado para las memorias OTP. Al aparecer tecnologías menos costosas y
más flexibles, como las memorias EEPROM y FLASH, este tipo de memoria han caído en
desuso, se utilizaban en sistemas que requieren actualizaciones del programa y para los
procesos de desarrollo y puesta a punto.
EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Fueron el
sustituto natural de las memorias EPROM, la diferencia fundamental es que
pueden ser borradas eléctricamente, por lo que la ventanilla de cristal de cuarzo y
los encapsulados cerámicos no son necesarios.
Al disminuir los costos de los encapsulados, los microcontroladores con este tipo de
memoria se hicieron más baratos y cómodos para trabajar que sus equivalentes con
memoria EPROM. Otra característica destacable de este tipo de microcontrolador es que
fue en ellos donde comenzaron a utilizarse los sistemas de programación en circuito o
ICSP (In Circuit Serial Progamming) que evitan tener que sacar el microcontrolador de la
tarjeta que lo aloja para hacer actualizaciones al programa.
Flash. En el campo de las memorias reprogramables para microcontroladores, son
el último avance tecnológico en uso a gran escala, y han sustituido a los
microcontroladores con memoria EEPROM.
A las ventajas de las memorias FLASH se le adicionan su gran densidad respecto a sus
predecesoras lo que permite incrementar la cantidad de memoria de programas a un
costo muy bajo. Pueden además ser programadas con las mismas tensiones de
alimentación del microcontrolador, el acceso en lectura y la velocidad de programación es
superior, disminución de los costos de producción, entre otras. Lo más habitual es
encontrar que la memoria de programas y datos está ubicada toda dentro del
microcontrolador, de hecho, actualmente son pocos los microcontroladores que permiten
conectar memoria de programas en el exterior del encapsulado. Las razones para estas
“limitaciones” están dadas porque el objetivo fundamental es obtener la mayor integración
posible y conectar memorias externas consume líneas de E/S que son uno de los
recursos más preciados de los microcontroladores. A pesar de lo anterior existen familias
como la INTEL 51 cuyos microcontroladores tienen la capacidad de ser expandidos en
una variada gama de configuraciones para el uso de memoria de programas externa. En
el caso de los PIC, estas posibilidades están limitadas sólo a algunos microcontroladores
de la gama alta, la Figura 5 muestra algunas de las configuraciones para memoria de
programa que podemos encontrar en los microcontroladores. La configuración (a) es la
típica y podemos encontrarla casi en el 100% de los microcontroladores. La configuración
(b) es poco frecuente y generalmente se logra configurando al microcontrolador para
sacrificar la memoria de programas interna, sin embargo el 8031 de INTEL es un
microcontrolador sin memoria de programas interna. La configuración (c) es la que se
encuentra habitualmente en los microcontroladores que tienen posibilidades de expandir
su memoria de programas como algunos PIC de gama alta.
Cuando se requiere aumentar la cantidad de memoria de datos, lo más frecuente es
colocar dispositivos de memoria externa en forma de periféricos, de esta forma se pueden
utilizar memorias RAM, FLASH o incluso discos duros como los de las PC, mientras que
para los cálculos y demás operaciones que requieran almacenamiento temporal de datos
se utiliza la memoria RAM interna del microcontrolador. Esta forma de expandir la
memoria de datos está determinada, en la mayoría de los casos, por el tipo de repertorio
de instrucciones del procesador y porque permite un elevado número de configuraciones
distintas, además del consiguiente ahorro de líneas de E/S que se logra con el uso de
memorias con buses de comunicación serie.
Periféricos:
Cuando vimos la organización básica de un microcontrolador, señalamos que dentro de
este se ubican un conjunto de periféricos, cuyas salidas están reflejadas en los pines del
microcontrolador. A continuación describiremos algunos de los periféricos que con mayor
frecuencia encontraremos en los microcontroladores.
Entradas y salidas de propósito general:
También conocidos como puertos de E/S, generalmente agrupadas en puertos de 8 bits
de longitud, permiten leer datos del exterior o escribir en ellos desde el interior del
microcontrolador, el destino habitual es el trabajo con dispositivos simples como relés,
LED, o cualquier otra cosa que se le ocurra al programador.
Algunos puertos de E/S tienen características especiales que le permiten manejar salidas
con determinados requerimientos de corriente, o incorporan mecanismos especiales de
interrupción para el procesador.
Típicamente cualquier pin de E/S puede ser considerada E/S de propósito general, pero
como los microcontroladores no pueden tener infinitos pines, ni siquiera todos los pines
que queramos, las E/S de propósito general comparten los pines con otros periféricos.
Para usar un pin con cualquiera de las características a él asignadas debemos
configurarlo mediante los registros destinados a ellos.
Conversor analógico/digital:
Como es muy frecuente el trabajo con señales analógicas, éstas deben ser convertidas a
digital y por ello muchos microcontroladores incorporan un conversor A/D, el cual se utiliza
para tomar datos de varias entradas diferentes que se seleccionan mediante un
multiplexor.
Las resoluciones más frecuentes son 8 y 10bits, aunque hay microcontroladores con
conversores de 11 y 12 bits, para resoluciones mayores es preciso utilizar conversores
A/D externos. Los conversores A/D son uno de los periféricos más codiciados en el
mundo de los microcontroladores y es por ello que muchísimos PIC los incorporan, siendo
esta una de las características más destacables de los dispositivos que fabrica Microchip
de última generación.
En la figura observamos el flujo grama de un fotocontador el cual utiliza un microcontrolador
especialmente diseñado para cumplir esa función toma una variable analógica la cual es procesada
para su posterior visualización.
Los microcontroladores más comunes son:
Empresa 8 bits 12
bits
14
bits 16 bits 32 bits
64
bits Observaciones
Atmel
AVR
(mega y
tiny),89
Sxxxx
familia
similar
8051
SAM7
(ARM7TDMI),
SAM3 (ARM
Cortex-M3),
SAM9
(ARM926)
Freescale
(antes
Motorola)
68HC05
,
68HC08
,
68HC11
, HCS08
x x
68HC12,
68HCS12,
68HCSX12,
68HC16
683xx,
PowerPC
Architecture,C
oldFire
x x
Holtek HT8
En la imagen se muestra el diagrama de flujo de un modulador de voz que utiliza un microcontrolador
con convertidor analógico-digital de 8 bits y digital-analógico con memorias integradas además de un
amplificador de micrófono con polarización interna este es un dispositivo de uso especifico.
Intel
MCS-48
(familia
8048)
MCS51
(familia
8051)
8xC251
x x MCS96, MXS296 x x x
National
Semiconduc
tor
COP8 x x x x x x
Microchip
Familia
10f2xx
Familia
12Cxx
Familia
12Fxx,
16Cxx y
16Fxx
18Cxx y
18Fxx
PIC24F, PIC24H y
dsPIC30FXX,dsPI
C33F con motor
dsp integrado
PIC32 x x
NXP
(antes
Philips)
80C51
XA
Cortex-M3,
Cortex-M0,
ARM7, ARM9
Parallax
Renesas
(antes
Hitachi,
Mitsubishi y
NEC)
78K,H8
H8S,78K0R,R8C,
R32C/M32C/M16C
RX,V850,Supe
rH,SH-
Mobile,H8SX
x x
STMicroelec ST
tronics 62,ST 7
Texas
Instruments
TMS370
,
MSP430
C2000, Cortex-
M3 (ARM) ,
TMS570 (ARM)
Zilog
Z8,
Z86E02
Silabs C8051
Diferencias:
Establezcamos las diferencias para hacer más fácil el análisis tomemos en cuenta un
modelo de microprocesador y uno de microcontrolador (Pentium 4 para procesador) y
(8051 para microcontrolador).
Microprocesador es un circuito de propósito general (procesar). Microcontrolador
es un circuito de propósito específico (control).
Microprocesador instrucciones diseñadas para el procesamiento de datos: el juego
de instrucciones es extenso incluyen no solo operaciones lógicas y aritméticas de
punto fijo sino también de tipo flotante. Microcontrolador instrucciones necesarias
solo para aplicaciones de control: juego de instrucciones reducido y fácil de utilizar.
por ejemplo el 8051 tiene 111 instrucciones solo maneja aritmética de punto fijo.
Microprocesador alta capacidad de direccionamiento a memoria Pentium 4 tiene
36 líneas de dirección y 64 líneas de datos. Puede accesar hasta 64G* 64.
Microcontrolador baja capacidad de direccionamiento a memoria por ejemplo el
8051 tiene 16 líneas de dirección y 8 líneas de datos puede accesar hasta 64
Kbytes de memoria.
Microprocesador rápido acceso a memoria. Los Pentium 4 tiene una velocidad de
bus que les permite accesar hasta 3.2 Gbytes/seg. Microcontroladores acceso
lento a memoria el 8051 a 12 MHz puede accesar hasta 500 000 bytes/seg.
Microprocesadores altas velocidades de procesamiento Los Pentium 4 funcionan a
partir de 1.7 GHz. Microcontroladores bajas velocidades de procesamiento el 8051
funciona 33 MHz.
Microprocesadores están diseñados en grandes encapsulados hasta 423 pines.
Microcontroladores encapsulados pequeños el 8051(DIP) 40 pines, 8051(PLCC)
44 pines, 89c2051 20 pines.
Microprocesadores gran integración del circuito mismo Pentium IV contiene 42
000000 transistores, el Pentium D 291 000000. Microcontroladores baja
integración 8051 contiene 60000 transistores.
Microprocesadores tradicionalmente se basan en la arquitectura de Von
Newmann, microcontroladores trabajan con arquitectura de Harvard.
Microprocesadores desarrollo complicado mucho tiempo para finalizar el circuito
microcontroladores fácil diseño y desarrollo del circuito menos tiempo para su
terminación.
Microprocesador alto coste tanto de su diseño como de su construcción y
finalizando con la compra por el usuario. Microcontroladores bajo coste en su
diseño, construcción e implementación.
Microprocesador necesita una serie de periféricos para funcionar en consecuencia
el sistema ocupara más espacio. Microcontroladores tienen integrados varios
periféricos que permite que funcionen inclusive como circuito único en el sistema.
Microprocesadores altos consumos de energía debido a su gran capacidad de
procesamiento. Microcontroladores bajo consumo de energía debido a su
aplicación exclusiva de control.
Conclusiones:
Ha sido tanto el avance en el sector de tecnologías de la información y
la comunicación que hoy en día nos vemos beneficiados en ello, teniendo la posibilidad de
escoger dispositivos que se adapten a nuestras necesidades y a los requerimientos
planteados para la elaboración o la puesta en marcha de proyectos de automatización, o
para el manejo adecuado y eficiente de datos.
Es así que los es de gran importancia establecer cuales son las principales diferencias y
ventajas de los Microcontroladores y Microprocesadores, dispositivos que hoy en día
tienen amplio campo de acción y que de una u otra forma representan gran parte del
desarrollo tecnológico que se viene dando.
Cada uno de ellos posee un sector de aplicación distinto en donde cada uno establece
algunos requerimientos de trabajo a si como también poseen especificaciones para su
manejo dependiendo de las aplicaciones en las cuales se van a utilizar.
Referencias:
[1] «Core 2 Extreme: 3.66 GHz And FSB 1333 - Review Tom's Hardware : THG Tuning Test: Core 2
Extreme vs. Athlon 64 FX-62
Bibliografia
http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador
http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador
http://www.monografias.com/trabajos27/microcontroladores/microcontroladores.shtml
