Introducción a los Microprocesadores y Microcontroladores

Universidad Autónoma de Baja California
Facultad de Ingeniería Mexicali
Microprocesadores y
microcontroladores
M.C. Jorge Eduardo Ibarra Esquer
[email protected]
Semestre 2015-1
Conceptos básicos
n  Computadora
¨ Es
un dispositivo electrónico que tiene la
capacidad de manipular datos:
n  Procesar
n  Almacenar
n  Recuperar
Datos ß Números
Procesar ß Efectuar operaciones
Tipos de computadoras
n  De
escritorio
n  Servidores
Tipos de computadoras
n  Empotradas
Historia
Ábacos
Historia
Quipu
Yupana
Historia
1623 – Wilhelm Shickard diseñó
y construyó una máquina para
calcular tablas astronómicas.
Realizaba sumas y restas de
números de 6 dígitos.
1642 – Blaise Pascal construye
su calculadora mecánica
(Pascalina).
Realizaba sumas y restas en
complemento a 9.
Historia
1671 – Gottfried von Leibniz
diseñó la primer calculadora
mecánica capaz de realizar las
cuatro operaciones básicas.
1801 – Joseph Marie Jacquard
inventó un telar mecánico.
Es considerada la primer
máquina que podía ser
programada (por medio de
tarjetas de papel perforadas)
Historia
El retrato de Jacquard fue
tejido en seda utilizando el
telar que el inventó.
Sólo se hacían sobre pedido.
Se necesitaron 24000 tarjetas
perforadas.
Charles Babbage tenía uno de
estos retratos, lo que lo inspiró
a utilizarlos en su máquina
analítica.
Historia
Diseñada en 1822 para
“computar” valores de
funciones polinomiales.
Utilizaba el método de
diferencias finitas.
De haberse completado,
habría sido compuesta de
25000 partes y pesado
alrededor de 15 toneladas.
La Máquina Diferencial de
Charles Babbage
Historia
Se trata de una serie de
diseños que estuvo realizando
hasta su muerte.
Podía ser programada por
medio de tarjetas perforadas.
El diseño consideraba control
secuencial, saltos e
iteraciones.
La Máquina Analítica de
Charles Babbage
Historia
Hollerith inventó una manera
de grabar información que
podía ser leída por máquinas.
Utilizaba tarjetas perforadas.
Su primera versión se utilizó
para los cálculos del censo de
1890.
La Máquina Tabuladora de
Herman Hollerith (1890)
Historia
Utilizadas principalmente a
principios del siglo XX.
Se basan en cambios contínuos en
los valores de fenómenos físicos
(eléctricos, mecánicos, hidráulicos)
para modelar los problemas que
resuelven.
Si el problema cambiaba más allá
de ciertos límites, se requería
realizar reconexiones de sus
componentes.
Computadoras analógicas
Historia
Es un dispositivo que manipula
símbolos sobre una cinta de acuerdo a
una tabla que define ciertas reglas.
Se puede adaptar para simular la lógica
de cualquier algoritmo computacional.
Se trata de un dispositivo hipotético que
representa a una máquina
computacional.
Consite en:
-  Cinta
-  Lector (Cabeza)
-  Tabla finita (Función de transición)
-  Registro de estado
La Máquina de Turing
Historia
Se le considera como el padre de la
ciencia de la computación moderna.
La máquina de Turing proporcionó una
guía para el funcionamiento de las
computadoras digitales actuales.
Alan Turing
Historia
Primer dispositivo de cómputo digital
electrónico. (1937)
No era programable.
Diseñada para resolver sistemas de
ecuaciones lineales.
La Computadora Atanasoff-Berry (ABC)
Historia
n  Z3
– Primera computadora automática
programable funcional (1941)
¨ Electromecánica
¨ Diseñada
por Konrad Zuse
Historia
n  Havard
Mark 1 (1944)
¨ Basada
en relevadores
¨ Cálculo de tablas
matemáticas
¨ Diseñada y construida
por IBM
Historia
n  Colossus
(1944)
¨ Diseñada
para
descifrar mensajes
Nazis durante la
Segunda Guerra
Mundial.
¨ El tiempo se redujo
de semanas a horas.
Historia
n  ENIAC
(1946)
¨ Primera
computadora
electrónica de
propósito general
¨ Turing complete.
¨ 5000 operaciones
por segundo.
Historia
n  Primera
¨ Tubos
n  Se
generación
de vacío
comienza a utilizar el sistema binario
n  Segunda
Generación
¨ Transistores
n  Disminución
de tamaño de las computadoras
n  Desarrollo de nuevos lenguajes de programación
como COBOL y FORTRAN
"Fleming valves" by John Ambrose Fleming
Historia
n  Tercera
generación
¨ Circuitos
integrados
n  Mainframes
n  Minicomputadoras
(Basadas en circuitos LSI)
n  IBM
n  Cuarta
Generación
¨ Microprocesadores
n  Intel
4004 (1971)
n  Computadoras personales y empotradas
Historia
n  Quinta
generación
¨ Inteligencia
artificial
n  Dispositivos
que responden a lenguaje natural
n  Capacidad de aprendizaje
n  Procesamiento paralelo masivo
Historia
n  Intel
¨ Fundada
en 1968
¨ Gordon Moore y Robert Noyce
¨ Hasta 1981, su producto principal eran
circuitos de memoria SRAM y DRAM
¨ Arquitectura x86
Historia
n  AMD
¨ Fundada
en 1969
¨ Su primer dispositivo propio fue el contador
lógico Am2501
¨ En 1982 comienzan a fabricar procesadores
para las PC de IBM.
¨ Actualmente tienen productos que son
utilizados en las principales consolas de
videojuegos
Historia
n  Motorola
¨ Creada
Semiconductor
en 1949 y enfocada a la fabricación
de dispositivos para radio y comunicaciones.
¨ En 1974 presentan el microprocesador de 8
bits MC68000
¨ Sus productos fueron utilizados por Apple,
Sun y HP, entre otros.
¨ En el 2004, se cambia la producción de
microprocesadores a la empresa Freescale
Semiconductor.
Atmel
n  Fabricantes
de
microcontroladores,
ASIC, FPGA y
memorias.
n  Aplicaciones en
comunicaciones,
militares,
aeroespaciales,
industriales, etc.
Carácterísticas de las
computadoras
n 
De escritorio
¨  Hardware
n 
n 
n 
Procesador
Memoria
E/S
¨  Software
n 
n 
n 
Sistema operativo
Múltiples aplicaciones
Podemos cambiar de
aplicación
n 
Empotrada
¨  Hardware
n 
n 
n 
Procesador
Memoria
E/S
¨  Software
n 
n 
Puede tener un sistema
operativo
Aplicación específica
Conceptos básicos
n  Software
¨ Controla
la operación y funcionalidad de la
computadora
Conceptos básicos
n  Firmware
¨ Está
almacenado de manera permanente en
la memoria de la computadora
¨ Se ejecuta al encender la computadora
¨ Inicializa los subsistemas de hardware a un
estado conocido
¨ Configura la computadora para su correcta
operación
¨ Contiene el bootloader
Conceptos básicos
n  Sistema
operativo
¨ Controla
el funcionamiento de la computadora
¨ Organiza el uso de la memoria y controla los
dispositivos de la computadora
¨ No todos los sistemas empotrados utilizan o
necesitan un sistema operativo
n  Aplicaciones
¨ Programas
que dan la funcionalidad a la
computadora
Conceptos básicos
n  Procesador
¨ Es
el componente central de la computadora
¨ Dispositivo electrónico capaz de manipular
datos de una manera especificada por una
secuencia de instrucciones (opcode o código
máquina)
¨ La
secuencia de instrucciones es lo que se
conoce como un programa
n  ADD
#$34
n  AB 34 48 9E EB A0 4F