Microprocesadores y Microcontroladores

CARRERA:

INGENIERIA ELECTROMECANICA.

ASIGNATURA:

SENSORES Y PROCESADORES

PROYECTO:

MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

PROFESOR:

ING. BALTAZAR OLIVA VICTOR HUGO

N° DE CONTROL

07560083

ALUMNO:

CARATACHEA MORENO OMAR GERARDO

Página 1SENSORES Y PROCESADORES

2012MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

INDICE

INTRODUCCION. 31.- MICROPROCESADOR. 51.1.- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO. 51.2.- HISTORIA DEL MICROPROCESADOR. 61.2.1.- BREVE HISTORIA. 61.3.- FUNCIONAMIENTO DE LA CPU. 171.4.- DEFINICION DE MICROPROCESADOR. 181.5.- MEMORIA DE COMPUTADORA. 191.6.- SEMICONDUCTORES. 201.7.- TRANSISTORES. 211.8.- FABRICACION DE MICROPROCESADORES. 221.9.- TECNOLOGIAS FUTURAS. 232.- MICROCONTROLADORES. 242.1.- CONTROLADOR Y MICROCONTROLADOR. 242.2.- DIFERENCIA ENTRE MICROPROCESADOR Y MICROCONTROLADOR. 252.3.- APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES. 262.4.- EL MERCADO DE LOS MICROCONTROLADORES. 272.5.- ¿QUE MICROCONTROLADOR EMPLEAR? 272.6.- RECURSOS COMUNES A TODOS LOS MICROCONTROLADORES. 292.6.1.- ARQUITECTURA BÁSICA. 292.6.2.- EL PROCESADOR O CPU. 302.6.3.- MEMORIA. 302.6.4.- PUERTOS DE ENTRADA Y SALIDA. 322.6.5.- RELOJ PRINCIPAL. 322.7.- RECURSOS ESPECIALES. 322.7.1.- TEMPORIZADOR O “TIMER”. 332.7.2.- PERRO GUARDIAN O “WATCHDOG”. 332.7.3.- PROTECCION ANTE FALLO DE ALIMENTACION O “BROWNOUT”. 332.7.4.- ESTADO DE REPOSO O DE BAJO CONSUMO. 332.7.5.- CONVERSOR A/D. 332.7.6.- CONVERSOR D/A. 332.7.7.- COMPARADOR ANALOGICO. 342.7.8.- MODULADOR DE ANCHURA DE IMPULSOS O PWM. 342.7.9.- PUERTOS DE E/S DIGITALES. 342.7.10.- PUERTOS DE COMUNICACIÓN. 342.8.- HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE APLICACIONES. 34REFERENCIAS. 36



INTRODUCCION

Microchip más importante en una computadora, es considerado el cerebro de una computadora. Está constituido por millones de transistores integrados. Este dispositivo se ubica en un zócalo especial en la placa madre y dispone de un sistema de enfriamiento (generalmente un ventilador).

Lógicamente funciona como la unidad central de procesos (CPU), que está constituida por registros, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica. En el microprocesador se procesan todas las acciones de la computadora. Su "velocidad" es medida por la cantidad de operaciones por segundo que puede realizar: la frecuencia de reloj. La frecuencia de reloj se mide en MHz (megahertz) o gigahertz (GHz).

También dispone de una memoria caché (medida en kilobytes), y un ancho de bus (medido en bits).

El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004, presentado el 15 de noviembre de 1971. Actualmente las velocidades de procesamiento son miles de veces más grandes que los primeros microprocesadores. También comienzan a integrarse múltiples procesadores para ampliar la capacidad de procesamiento. Se estima que para 2010 vendrán integrados hasta 80 núcleos en un microprocesador, son llamados procesadores multi-core.

Los principales fabricantes de microprocesadores son AMD e Intel.

Procesador AMD Athlon 64 X2 conectado en el zócalo de una placa base.

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de

un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele asociar por analogía como el «cerebro» de

un computador. Es un circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos. Constituye

la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado como microcomputador.

Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo

ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando

operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y

accesos a memoria.



http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_principal

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_de_Boole

http://es.wikipedia.org/wiki/Dividir

http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicar

http://es.wikipedia.org/wiki/Restar

http://es.wikipedia.org/wiki/Sumar

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica

http://es.wikipedia.org/wiki/Aritm%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_bajo_nivel

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrucci%C3%B3n_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Aplicaciones

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo

http://es.wikipedia.org/wiki/Programa_inform%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Microcomputador

http://es.wikipedia.org/wiki/Computadora_personal

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_central_de_procesamiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

http://es.wikipedia.org/wiki/Computadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_inform%C3%A1tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

http://es.wikipedia.org/wiki/AMD_Athlon_64_X2

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AMD_X2_3600.jpg?uselang=es

Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control,

una unidad aritmético lógica(ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida antiguamente como

«co-procesador matemático»).

El microprocesador está conectado, generalmente, mediante un zócalo específico a la placa base de la

computadora. Normalmente, para su correcto y estable funcionamiento, se le adosa un sistema de

refrigeración, que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica,

como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que fuerzan la expulsión del calor absorbido por el

disipador; entre éste último y la cápsula del microprocesador suele colocarse pasta térmica para mejorar la

conductividad térmica. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células

peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones

especiales, tales como en las prácticas de overclocking.

La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes

tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama.

Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la

misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se

comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto

rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un

microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se

refiere a una porción interna del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de

una CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más

eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos dentro del

propio procesador, aumentando así su eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos

integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses

y procesadores dedicados de video.



http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_RAM

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAcleo_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_reloj

http://es.wikipedia.org/wiki/Overclock

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Peltier

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Peltier

http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3n_l%C3%ADquida_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Pasta_t%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ventilador

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Disipador_de_calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_refrigeraci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_refrigeraci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Placa_base

http://es.wikipedia.org/wiki/Z%C3%B3calo_de_CPU

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_coma_flotante

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_aritm%C3%A9tico_l%C3%B3gica

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_control

http://es.wikipedia.org/wiki/Registro_(hardware)

1.- MICROPROCESADOR

El microprocesador es un circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo. Los microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles o aviones.

Los microprocesadores suelen estar recubiertos por una carcasa de protección. Los conductores que sobresalen del procesador mostrado en la fotografía se conectan a unas pequeñas patillas metálicas que se sueldan a las placas de circuito integrado.

1.1- UNIDAD CENTRAL DE PROCESO O UCP (CONOCIDA POR SUS SIGLAS EN INGLÉS, CPU).

Es un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en las computadoras. Generalmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos.

El microprocesador de la CPU está formado por una unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones.

Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo, un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).



1.2.- HISTORIA DEL MICROPROCESADOR

El primer microprocesador fue el Intel 4004, producido en 1971. Se desarrolló originalmente para una calculadora, y resultaba revolucionario para su época. Contenía 2.300 transistores en un microprocesador de 4 bits que sólo podía realizar 60.000 operaciones por segundo. El primer microprocesador de 8 bits fue el Intel 8008, desarrollado en 1979 para su empleo en terminales informáticos. El Intel 8008 contenía 3.300 transistores. El primer microprocesador realmente diseñado para uso general, desarrollado en 1974, fue el Intel 8080 de 8 bits, que contenía 4.500 transistores y podía ejecutar 200.000 instrucciones por segundo. Los microprocesadores modernos tienen una capacidad y velocidad muchos mayores. Entre ellos figuran el Intel Pentium Pro, con 5,5 millones de transistores; el UltraSparc-II, de Sun Microsystems, que contiene 5,4 millones de transistores; el PowerPC G4, desarrollado conjuntamente por Apple, IBM y Motorola, con 7 millones de transistores, y el Alpha 21164A, de Digital Equipment Corporation, con 9,3 millones de transistores.

1.2.1.-BREVE HISTORIA

El pionero de los actuales microprocesadores: el 4004 de Intel.

Motorola 6800.

Zilog Z80 A.

Intel 80286, más conocido como 286.

Intel 80486, conocido también como 486SX de 33Mhz.



http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intel_4004.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Motorola_MC6800L_SC7718I_top.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ic-photo-zilog-Z0840008PSC-Z80-CPU.png?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intel_80286_68pin_plastic_10mhz_2007_03_27.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intel_80486sx.jpg?uselang=es

IBM PowerPC 601.

Parte posterior de un Pentium Pro. Este chip en particular es de 200 MHz, con 256 KiB de cache L2.

AMD K6 original.

Intel Pentium II; se puede observar su estilo de zócalo diferente.

Intel Celeron "Coppermine 128" de 600 MHz.



http://commons.wikimedia.org/wiki/File:IBM_PowerPC601_PPC601FD-080-2_top.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pentiumpro_moshen.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AMD_K6-166ALR.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pentium_II_front.jpg?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celeron_Coppermine-128_600.jpg?uselang=es

Intel Pentium III.

Hasta los primeros años de la década de 1970 los diferentes componentes electrónicos que formaban un

procesador no podían ser un único circuito integrado, era necesario utilizar dos o tres "chips" para hacer una

CPU (un era el "ALU" - Arithmetical Logic Unit, el otro la " control Unit", el otro el " Register Bank", etc ..).

En 1971la compañía Intel consiguió por primera vez poner todos los transistores que constituían un

procesador sobre un único circuito integrado, el"4004 "', nacía el microprocesador.

Seguidamente se expone una lista ordenada cronológicamente de los microprocesadores más populares que

fueron surgiendo.

1971: El Intel 4004

El 4004 fue el primer microprocesador del mundo, creado en un simple chip, y desarrollado por Intel. Era un

CPU de 4 bits y también fue el primero disponible comercialmente. Este desarrollo impulsó la calculadora de

Busicom[1] y dio camino a la manera para dotar de «inteligencia» a objetos inanimados, así como la

computadora personal.

1972: El Intel 8008

Codificado inicialmente como 1201, fue pedido a Intel por Computer Terminal Corporation para usarlo en su

terminal programable Datapoint 2200, pero debido a que Intel terminó el proyecto tarde y a que no cumplía

con las expectativas de Computer Terminal Corporation, finalmente no fue usado en el Datapoint.

Posteriormente Computer Terminal Corporation e Intel acordaron que el i8008 pudiera ser vendido a otros

clientes.

1974: El SC/MP

El SC/MP desarrollado por National Semiconductor, fue uno de los primeros microprocesadores, y estuvo

disponible desde principio de 1974. El nombre SC/MP (popularmente conocido como «Scamp») es

el acrónimo de Simple Cost-effective Micro Processor (Microprocesador simple y rentable). Presenta un bus

de direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits. Una característica, avanzada para su tiempo, es la

capacidad de liberar los buses a fin de que puedan ser compartidos por varios procesadores. Este

microprocesador fue muy utilizado, por su bajo costo, y provisto en kits, para propósitos educativos, de

investigación y para el desarrollo de controladores industriales diversos.



http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pentium3processor.jpg?uselang=es

1974: El Intel 8080

EL 8080 se convirtió en la CPU de la primera computadora personal, la Altair 8800 de MITS, según se alega,

nombrada en base a un destino de la Nave Espacial «Starship» del programa de televisión Viaje a las

Estrellas, y el IMSAI 8080, formando la base para las máquinas que ejecutaban el sistema operativo CP/M-

80. Los fanáticos de las computadoras podían comprar un equipo Altair por un precio (en aquel momento)

de u$s395. En un periodo de pocos meses, se vendieron decenas de miles de estas PC.

1975: Motorola 6800

Se fabrica, por parte de Motorola, el Motorola MC6800, más conocido como 6800. Fue lanzado al mercado

poco después del Intel 8080. Su nombre proviene de que contenía aproximadamente 6800 transistores.

Varios de los primeras microcomputadoras de los años 1970 usaron el 6800 como procesador. Entre ellas se

encuentran la SWTPC 6800, que fue la primera en usarlo, y la muy conocida Altair 680. Este microprocesador

se utilizó profusamente como parte de un kit para el desarrollo de sistemas controladores en la industria.

Partiendo del 6800 se crearon varios procesadores derivados, siendo uno de los más potentes el Motorola

6809

1976: El Z80

La compañía Zilog Inc. crea el Zilog Z80. Es un microprocesador de 8 bits construido en tecnología NMOS, y

fue basado en el Intel 8080. Básicamente es una ampliación de éste, con lo que admite todas sus

instrucciones. Un año después sale al mercado el primer computador que hace uso del Z80, el Tandy TRS-

80 Model 1 provisto de un Z80 a 1,77 MHz y 4 KB de RAM. Es uno de los procesadores de más éxito del

mercado, del cual se han producido numerosas versiones clónicas, y sigue siendo usado de forma extensiva

en la actualidad en multitud de sistemas embebidos. La compañía Zilog fue fundada 1974 por Federico

Faggin, quien fue diseñador jefe del microprocesador Intel 4004 y posteriormente del Intel 8080.

1978: Los Intel 8086 y 8088

Una venta realizada por Intel a la nueva división de computadoras personales de IBM, hizo que las PC de IBM

dieran un gran golpe comercial con el nuevo producto con el 8088, el llamado IBM PC. El éxito del 8088

propulsó a Intel a la lista de las 500 mejores compañías, en la prestigiosa revista Fortune, y la misma nombró

la empresa como uno de Los triunfos comerciales de los sesenta.



1982: El Intel 80286

El 80286, popularmente conocido como 286, fue el primer procesador de Intel que podría ejecutar todo el

software escrito para su predecesor. Esta compatibilidad del software sigue siendo un sello de la familia de

microprocesadores de Intel. Luego de 6 años de su introducción, había un estimado de 15 millones de PC

basadas en el 286, instaladas alrededor del mundo.

1985: El Intel 80386

Este procesador Intel, popularmente llamado 386, se integró con 275000 transistores, más de 100 veces

tantos como en el original 4004. El 386 añadió una arquitectura de 32 bits, con capacidad para multitarea y

una unidad de traslación de páginas, lo que hizo mucho más sencillo implementar sistemas operativos que

usaran memoria virtual.

1985: El VAX 78032

El microprocesador VAX 78032 (también conocido como DC333), es de único chip y de 32 bits, y fue

desarrollado y fabricado por Digital Equipment Corporation (DEC); instalado en los equipos MicroVAX II, en

conjunto con su ship coprocesador de coma flotante separado, el 78132, tenían una potencia cercana al 90%

de la que podía entregar el minicomputador VAX 11/780 que fuera presentado en 1977. Este

microprocesador contenía 125000 transistores, fue fabricado en tecnologóa ZMOS de DEC. Los sistemas VAX

y los basados en este procesador fueron los preferidos por la comunidad científica y de ingeniería durante la

década del 1980.

1989: El Intel 80486

La generación 486 realmente significó contar con una computadora personal de prestaciones avanzadas,

entre ellas ,un conjunto de instrucciones optimizado, una unidad de coma flotante o FPU, una unidad de

interfaz de bus mejorada y una memoria caché unificada, todo ello integrado en el propio chip del

microprocesador. Estas mejoras hicieron que los i486 fueran el doble de rápidos que el par i386 - i387

operando a la misma frecuencia de reloj. El procesador Intel 486 fue el primero en ofrecer

un coprocesador matemático o FPU integrado; con él que se aceleraron notablemente las operaciones de

cálculo. Usando una unidad FPU las operaciones matemáticas más complejas son realizadas por el

coprocesador de manera prácticamente independiente a la función del procesador principal.

1991: El AMD AMx86

Procesadores fabricados por AMD 100% compatible con los códigos de Intel de ese momento, llamados

«clones» de Intel, llegaron incluso a superar la frecuencia de reloj de los procesadores de Intel y a precios

significativamente menores. Aquí se incluyen las series Am286, Am386, Am486 y Am586.



1993: PowerPC 601

Es un procesador de tecnología RISC de 32 bits, en 50 y 66MHz. En su diseño utilizaron la interfaz de bus del

Motorola 88110. En 1991, IBM busca una alianza con Apple y Motorola para impulsar la creación de este

microprocesador, surge la alianza AIM (Apple, IBM y Motorola) cuyo objetivo fue quitar el dominio

que Microsoft e Intel tenían en sistemas basados en los 80386 y 80486. PowerPC (abreviada PPC o MPC) es

el nombre original de la familia de procesadores de arquitectura de tipo RISC, que fue desarrollada por la

alianza AIM. Los procesadores de esta familia son utilizados principalmente en

computadores Macintosh de Apple Computer y su alto rendimiento se debe fuertemente a su arquitectura

tipo RISC.

1993: El Intel Pentium

El microprocesador de Pentium poseía una arquitectura capaz de ejecutar dos operaciones a la vez, gracias a

sus dos pipeline de datos de 32bits cada uno, uno equivalente al 486DX(u) y el otro equivalente a 486SX(u).

Además, estaba dotado de un bus de datos de 64 bits, y permitía un acceso a memoria de 64 bits (aunque el

procesador seguía manteniendo compatibilidad de 32 bits para las operaciones internas, y los registros

también eran de 32 bits). Las versiones que incluían instrucciones MMX no sólo brindaban al usuario un más

eficiente manejo de aplicaciones multimedia, como por ejemplo, la lectura de películas en DVD, sino que

también se ofrecían en velocidades de hasta 233 MHz. Se incluyó una versión de 200 MHz y la más básica

trabajaba a alrededor de 166 MHz de frecuencia de reloj. El nombre Pentium, se mencionó en las historietas

y en charlas de la televisión a diario, en realidad se volvió una palabra muy popular poco después de su

introducción.

1994: EL PowerPC 620

En este año IBM y Motorola desarrollan el primer prototipo del procesador PowerPC de 64 bit [2], la

implementación más avanzada de la arquitectura PowerPC, que estuvo disponible al año próximo. El 620 fue

diseñado para su utilización en servidores, y especialmente optimizado para usarlo en configuraciones de

cuatro y hasta ocho procesadores en servidores de aplicaciones de base de datos y vídeo. Este procesador

incorpora siete millones de transistores y corre a 133 MHz. Es ofrecido como un puente de migración para

aquellos usuarios que quieren utilizar aplicaciones de 64 bits, sin tener que renunciar a ejecutar aplicaciones

de 32 bits.



1995: EL Intel Pentium Pro

Lanzado al mercado para el otoño de 1995, el procesador Pentium Pro (profesional) se diseñó con una

arquitectura de 32 bits. Se usó en servidores y los programas y aplicaciones para estaciones de trabajo (de

redes) impulsaron rápidamente su integración en las computadoras. El rendimiento del código de 32 bits era

excelente, pero el Pentium Pro a menudo era más lento que un Pentium cuando ejecutaba código o

sistemas operativos de 16 bits. El procesador Pentium Pro estaba compuesto por alrededor de 5,5 millones

de transistores.

1996: El AMD K5

Habiendo abandonado los clones, AMD fabricada con tecnologías análogas a Intel. AMD sacó al mercado su

primer procesador propio, el K5, rival del Pentium. La arquitectura RISC86 del AMD K5 era más semejante a

la arquitectura del Intel Pentium Pro que a la del Pentium. El K5 es internamente un procesador RISC con

una Unidad x86- decodificadora, transforma todos los comandos x86 (de la aplicación en curso) en

comandos RISC. Este principio se usa hasta hoy en todas las CPU x86. En la mayoría de los aspectos era

superior el K5 al Pentium, incluso de inferior precio, sin embargo AMD tenía poca experiencia en el

desarrollo de microprocesadores y los diferentes hitos de producción marcados se fueron superando con

poco éxito, se retrasó 1 año de su salida al mercado, a razón de ello sus frecuencias de trabajo eran

inferiores a las de la competencia, y por tanto, los fabricantes de PC dieron por sentado que era inferior.

1996: Los AMD K6 y AMD K6-2

Con el K6, AMD no sólo consiguió hacerle seriamente la competencia a los Pentium MMX de Intel, sino que

además amargó lo que de otra forma hubiese sido un plácido dominio del mercado, ofreciendo un

procesador casi a la altura del Pentium II pero por un precio muy inferior. En cálculos en coma flotante, el K6

también quedó por debajo del Pentium II, pero por encima del Pentium MMX y del Pro. El K6 contó con una

gama que va desde los 166 hasta los más de 500 Mhz y con el juego de instrucciones MMX, que ya se han

convertido en estándares.

Más adelante se lanzó una mejora de los K6, los K6-2 de 250 nanómetros, para seguir compitiendo con los

Pentium II, siendo éste último superior en tareas de coma flotante, pero inferior en tareas de uso general. Se

introduce un juego de instrucciones SIMD denominado 3DNow!



1997: El Intel Pentium II

Un procesador de 7,5 millones de transistores, se busca entre los cambios fundamentales con respecto a su

predecesor, mejorar el rendimiento en la ejecución de código de 16 bits, añadir el conjunto de

instrucciones MMX y eliminar la memoria caché de segundo nivel del núcleo del procesador, colocándola en

una tarjeta de circuito impreso junto a éste. Gracias al nuevo diseño de este procesador, los usuarios de PC

pueden capturar, revisar y compartir fotografías digitales con amigos y familia vía Internet; revisar y agregar

texto, música y otros; con una línea telefónica; el enviar vídeo a través de las líneas normales del teléfono

mediante Internet se convierte en algo cotidiano.

1998: El Intel Pentium II Xeon

Los procesadores Pentium II Xeon se diseñan para cumplir con los requisitos de desempeño en

computadoras de medio-rango, servidores más potentes y estaciones de trabajo (workstations). Consistente

con la estrategia de Intel para diseñar productos de procesadores con el objetivo de llenar segmentos de los

mercados específicos, el procesador Pentium II Xeon ofrece innovaciones técnicas diseñadas para

las estaciones de trabajo y servidores que utilizan aplicaciones comerciales exigentes, como servicios de

Internet, almacenamiento de datos corporativos, creaciones digitales y otros. Pueden configurarse sistemas

basados en este procesador para integrar de cuatro o ocho procesadores trabajando en paralelo, también

más allá de esa cantidad.

1999: El Intel Celeron

Continuando la estrategia, Intel, en el desarrollo de procesadores para los segmentos del mercado

específicos, el procesador Celeron es el nombre que lleva la línea de bajo costo de Intel. El objetivo fue

poder, mediante ésta segunda marca, penetrar en los mercados impedidos a los Pentium, de mayor

rendimiento y precio. Se diseña para el añadir valor al segmento del mercado de los PC. Proporcionó a los

consumidores una gran actuación a un bajo coste, y entregó un desempeño destacado para usos como

juegos y el software educativo.

1999: El AMD Athlon K7 (Classic y Thunderbird)

Procesador totalmente compatible con la arquitectura x86. Internamente el Athlon es un rediseño de su

antecesor, pero se le mejoró substancialmente el sistema de coma flotante (ahora con 3 unidades de coma

flotante que pueden trabajar simultáneamente) y se le incrementó la memoria caché de primer nivel (L1) a

128 KiB (64 KiB para datos y 64 KiB para instrucciones). Además incluye 512 KiB de caché de segundo nivel

(L2). El resultado fue el procesador x86 más potente del momento.

El procesador Athlon con núcleo Thunderbird apareció como la evolución del Athlon Classic. Al igual que su

predecesor, también se basa en la arquitectura x86 y usa el bus EV6. El proceso de fabricación usado para



todos estos microprocesadores es de 180 nanómetros. El Athlon Thunderbird consolidó a AMD como la

segunda mayor compañía de fabricación de microprocesadores, ya que gracias a su excelente rendimiento

(superando siempre al Pentium III y a los primeros Pentium IV de Intel a la misma frecuencia de reloj) y bajo

precio, la hicieron muy popular tanto entre los entendidos como en los iniciados en la informática.

1999: El Intel Pentium III

El procesador Pentium III ofrece 70 nuevas instrucciones Internet Streaming, las extensiones de SIMD que

refuerzan dramáticamente el desempeño con imágenes avanzadas, 3D, añadiendo una mejor calidad de

audio, video y desempeño en aplicaciones de reconocimiento de voz. Fue diseñado para reforzar el área del

desempeño en el Internet, le permite a los usuarios hacer cosas, tales como, navegar a través de páginas

pesadas (con muchos gráficos), tiendas virtuales y transmitir archivos video de alta calidad. El procesador se

integra con 9,5 millones de transistores, y se introdujo usando en él tecnología 250 nanómetros.

1999: El Intel Pentium III Xeon

El procesador Pentium III Xeon amplia las fortalezas de Intel en cuanto a las estaciones de trabajo

(workstation) y segmentos de mercado de servidores, y añade una actuación mejorada en las aplicaciones

del comercio electrónico e informática comercial avanzada. Los procesadores incorporan mejoras que

refuerzan el procesamiento multimedia, particularmente las aplicaciones de vídeo. La tecnología del

procesador III Xeon acelera la transmisión de información a través del bus del sistema al procesador,

mejorando el desempeño significativamente. Se diseña pensando principalmente en los sistemas con

configuraciones de multiprocesador.

2000: EL Intel Pentium 4

Este es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura x86 y fabricado por Intel. Es el

primero con un diseño completamente nuevo desde el Pentium Pro. Se estrenó la arquitectura NetBurst, la

cual no daba mejoras considerables respecto a la anterior P6. Intel sacrificó el rendimiento de cada ciclo

para obtener a cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE.

2001: El AMD Athlon XP

Cuando Intel sacó el Pentium 4 a 1,7 GHz en abril de 2001 se vio que el Athlon Thunderbird no estaba a su

nivel. Además no era práctico para el overclocking, entonces para seguir estando a la cabeza en cuanto a

rendimiento de los procesadores x86, AMD tuvo que diseñar un nuevo núcleo, y sacó el Athlon XP. Este

compatibilizaba las instrucciones SSE y las 3DNow! Entre las mejoras respecto al Thunderbird se puede

mencionar la pre recuperación de datos por hardware, conocida en inglés como prefetch, y el aumento de

las entradas TLB, de 24 a 32.



2004: El Intel Pentium 4 (Prescott)

A principios de febrero de 2004, Intel introdujo una nueva versión de Pentium 4 denominada 'Prescott'.

Primero se utilizó en su manufactura un proceso de fabricación de 90 nm y luego se cambió a 65nm. Su

diferencia con los anteriores es que éstos poseen 1 MiB o 2 MiB de caché L2 y 16 KiB de caché L1 (el doble

que los Northwood), prevención de ejecución, SpeedStep, C1E State, un HyperThreading mejorado,

instrucciones SSE3, manejo de instrucciones AMD64, de 64 bits creadas por AMD, pero

denominadas EM64T por Intel, sin embargo por graves problemas de temperatura y consumo, resultaron un

fracaso frente a los Athlon 64.

2004: El AMD Athlon 64

El AMD Athlon 64 es un microprocesador x86 de octava generación que implementa el conjunto de

instrucciones AMD64, que fueron introducidas con el procesador Opteron. El Athlon 64 presenta un

controlador de memoria en el propio circuito integrado del microprocesador y otras mejoras de arquitectura

que le dan un mejor rendimiento que los anteriores Athlon y que el Athlon XP funcionando a la misma

velocidad, incluso ejecutando código heredado de 32 bits. El Athlon 64 también presenta una tecnología de

reducción de la velocidad del procesador llamada Cool'n'Quiet,: cuando el usuario está ejecutando

aplicaciones que requieren poco uso del procesador, baja la velocidad del mismo y su tensión se reduce.

2006: EL Intel Core Duo

Intel lanzó ésta gama de procesadores de doble núcleo y CPUs 2x2 MCM (módulo Multi-Chip) de cuatro

núcleos con el conjunto de instrucciones x86-64, basado en el la nueva arquitectura Core de Intel. La micro

arquitectura Core regresó a velocidades de CPU bajas y mejoró el uso del procesador de ambos ciclos de

velocidad y energía comparados con anteriores NetBurst de los CPU Pentium 4/D2. La micro arquitectura

Core provee etapas de decodificación, unidades de ejecución, caché y buses más eficientes, reduciendo el

consumo de energía de CPU Core 2, mientras se incrementa la capacidad de procesamiento. Los CPU de

Intel han variado muy bruscamente en consumo de energía de acuerdo a velocidad de procesador,

arquitectura y procesos de semiconductor, mostrado en las tablas de disipación de energía del CPU. Esta

gama de procesadores fueron fabricados de 65 a 45 nanómetros.

2007: El AMD Phenom

Phenom fue el nombre dado por Advanced Micro Devices (AMD) a la primera generación de procesadores

de tres y cuatro núcleos basados en la micro arquitectura K10. Como característica común todos los Phenom

tienen tecnología de 65 nanómetros lograda a través de tecnología de fabricación Silicon on insulator (SOI).

No obstante, Intel, ya se encontraba fabricando mediante la más avanzada tecnología de proceso de 45 nm

en 2008. Los procesadores Phenom están diseñados para facilitar el uso inteligente de energía y recursos del



sistema, listos para la virtualización, generando un óptimo rendimiento por vatio. Todas las CPU Phenom

poseen características tales como controlador de memoria DDR2 integrado, tecnología HyperTransport y

unidades de coma flotante de 128 bits, para incrementar la velocidad y el rendimiento de los cálculos de

coma flotante. La arquitectura Direct Connect asegura que los cuatro núcleos tengan un óptimo acceso al

controlador integrado de memoria, logrando un ancho de banda de 16 Gb/s para intercomunicación de los

núcleos del microprocesador y la tecnología HyperTransport, de manera que las escalas de rendimiento

mejoren con el número de núcleos. Tiene caché L3 compartida para un acceso más rápido a los datos (y así

no depende tanto del tiempo de latencia de la RAM), además de compatibilidad de infraestructura de los

zócalos AM2, AM2+ y AM3 para permitir un camino de actualización sin sobresaltos. A pesar de todo, no

llegaron a igualar el rendimiento de la serie Core 2 Duo.

2008: El Intel Core Nehalem

Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64. Los Core i7

son los primeros procesadores que usan la micro arquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia

Intel Core 2. FSB es reemplazado por la interfaz QuickPath en i7 e i5 (zócalo 1366), y sustituido a su vez en i7,

i5 e i3 (zócalo 1156) por el DMI eliminado el northBrige e implementando puertos PCI Express directamente.

Memoria de tres canales (ancho de datos de 192 bits): cada canal puede soportar una o dos memorias

DIMM DDR3. Las placa base compatibles con Core i7 tienen cuatro (3+1) o seis ranuras DIMM en lugar de

dos o cuatro, y las DIMMs deben ser instaladas en grupos de tres, no dos. El Hyperthreading fue

reimplementado creando núcleos lógicos. Está fabricado a arquitecturas de 45 nm y 32 nm y posee 731

millones de transistores su versión más potente. Se volvió a usar frecuencias altas, aunque a contrapartida

los consumos se dispararon.

2008: Los AMD Phenom II y Athlon II

Phenom II es el nombre dado por AMD a una familia de microprocesadores o CPUs multinúcleo (multicore)

fabricados en 45 nm, la cual sucede al Phenom original y dieron soporte a DDR3. Una de las ventajas del

paso de los 65 nm a los 45 nm, es que permitió aumentar la cantidad de cache L3. De hecho, ésta se

incrementó de una manera generosa, pasando de los 2 MiB del Phenom original a 6 MiB.

Entre ellos, el Amd Phenom II X2 BE 555 de doble núcleo surge como el procesador binúcleo del mercado.

También se lanzan tres Athlon II con sólo Cache L2, pero con buena relación precio/rendimiento. El Amd

Athlon II X4 630 corre a 2,8 GHz. El Amd Athlon II X4 635 continúa la misma línea.

AMD también lanza un triple núcleo, llamado Athlon II X3 440, así como un doble núcleo Athlon II X2 255.

También sale el Phenom X4 995, de cuatro núcleos, que corre a más de 3,2GHz. También AMD lanza la

familia Thurban con 6 núcleos físicos dentro del encapsulado



2011: El Intel Core Sandy Bridge

Llegan para remplazar los chips Nehalem, con Intel Core i3, Intel Core i5 e Intel Core i7 serie 2000 y Pentium

G.

Intel lanzó sus procesadores que se conocen con el nombre en clave Sandy Bridge. Estos procesadores Intel

Core que no tienen sustanciales cambios en arquitectura respecto a nehalem, pero si los necesarios para

hacerlos más eficientes y rápidos que los modelos anteriores. Es la segunda generación de los Intel Core con

nuevas instrucciones de 256 bits, duplicando el rendimiento, mejorando el desempeño en 3D y todo lo que

se relacione con operación en multimedia. Llegaron la primera semana de Enero del 2011. Incluye nuevo

conjunto de instrucciones denominado AVX y una GPU integrada de hasta 12 unidades de ejecución

Ivy Bridge es la mejora de sandy bridge a 22 nm. Se estima su llegada para 2012 y promete una mejora de la

GPU, así como procesadores de sexdécuple núcleo en gamas más altas y cuádruple núcleo en las más bajas,

abandonándose los procesadores de núcleo doble.

2011: El AMD Fusion

AMD Fusion es el nombre clave para un diseño futuro de microprocesadores Turion, producto de la fusión

entre AMD y ATI, combinando con la ejecución general del procesador, el proceso de la geometría 3D y otras

funciones de GPUs actuales. La GPU (procesador gráfico) estará integrada en el propio microprocesador. Se

espera la salida progresiva de esta tecnología a lo largo del 2011; estando disponibles los primeros modelos

(Ontaro y Zacate) para ordenadores de bajo consumo entre últimos meses de 2010 y primeros de 2011,

dejando el legado de las gamas medias y altas (Llano, Brazos y Bulldozer para mediados o finales del 2011)

1.3.- FUNCIONAMIENTO DE LA CPU

Cuando se ejecuta un programa, el registro de la CPU, llamado contador de programa, lleva la cuenta de la siguiente instrucción, para garantizar que las instrucciones se ejecuten en la secuencia adecuada. La unidad de control de la CPU coordina y temporiza las funciones de la CPU, tras lo cual recupera la siguiente instrucción desde la memoria. En una secuencia típica, la CPU localiza la instrucción en el dispositivo de almacenamiento correspondiente. La instrucción viaja por el bus desde la memoria hasta la CPU, donde se almacena en el registro de instrucción.

Entretanto, el contador de programa se incrementa en uno para prepararse para la siguiente instrucción. A continuación, la instrucción actual es analizada por un descodificador, que determina lo que hará la instrucción. Cualquier dato requerido por la instrucción es recuperado desde el dispositivo de almacenamiento correspondiente y se almacena en el registro de datos de la CPU. A continuación, la CPU ejecuta la instrucción, y los resultados se almacenan en otro registro o se copian en una dirección de memoria determinada.



1.4.- DEFINICIÓN DE MICROPROCESADOR

El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como semiconductor. Hay microprocesadores que incorporan hasta 10 millones de transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias, diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la de un sello postal.

Circuito integrado

Este circuito integrado, un microprocesador F-100, tiene sólo 0,6 cm2, y es lo bastante pequeño para pasar por el ojo de una aguja

Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip.

Los microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por ejemplo, secciones de memoria especializadas denominada memoria cache, que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de 64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de datos.

Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados es de unos 800 megahercios (MHz) —unos 800 millones de ciclos por segundo—, lo que permite ejecutar más de 1.000 millones de instrucciones cada segundo.



1.5.- MEMORIA DE COMPUTADORA

Como el microprocesador no es capaz por sí solo de albergar la gran cantidad de memoria necesaria para almacenar instrucciones y datos de programa(por ejemplo, el texto de un programa de tratamiento de texto), pueden emplearse transistores como elementos de memoria en combinación con el microprocesador.

Tipos de Memoria

Memoria de acceso aleatorio o RAM, memoria basada en semiconductores que puede ser leída y escrita por el microprocesador u otros dispositivos de hardware tantas veces como se quiera. Es una memoria de almacenamiento temporal, donde el microprocesador coloca las aplicaciones que ejecuta el usuario y otra información necesaria para el control interno de tareas; su contenido desaparece cuando se apaga el ordenador o computadora, de ahí que los datos que se quieran conservar a largo plazo se tengan que almacenar en los discos. RAM es un acrónimo del inglés Random Access Memory. El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede realizar en cualquier orden, por eso se le llama memoria de acceso aleatorio. Intel introdujo el primer chip de RAM en 1970 y tenía una capacidad de 1 Kb. Actualmente la memoria RAMpara computadoras personales se suele fabricar en módulos insertables llamados DIMM, SO-DIMM y SIMM, cuya capacidad alcanza los 512 Mb; una placa base puede tener varios de estos módulos.

Existen diversos tipos de memoria de acceso aleatorio:

La RAM estática (SRAM), conserva la información mientras esté conectada la tensión de alimentación, y suele emplearse como memoria cache porque funciona a gran velocidad.

La RAM dinámica (DRAM), es más lenta que la SRAM y debe recibir electricidad periódicamente para no borrarse. La DRAM resulta más económica que la SRAM y se emplea como elemento principal de memoria en la mayoría de las computadoras.

Memoria de sólo lectura o ROM, acrónimo de Read Only Memory, memoria basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos que se pueden leer pero no modificar. En las computadoras IBM PC y compatibles, las memorias ROM suelen contener el software necesario para el funcionamiento del sistema y permanece aunque se apague el ordenador; este contenido se establece cuando se fabrican. Para crear un chip ROM, el diseñador facilita a un fabricante de semiconductores la información o las instrucciones que se van a almacenar. El fabricante produce entonces uno o más chips que contienen esas instrucciones o datos. Como crear chips ROM implica un proceso de fabricación, esta creación es viable económicamente sólo si se producen grandes cantidades de chips. Los diseños experimentales o los pequeños volúmenes son más asequibles usando PROM o EPROM. El término ROM se suele referir a cualquier dispositivo de sólo lectura, incluyendo PROM y EPROM.



Memoria programable de sólo lectura o PROM, acrónimo de Programmable Read Only Memory, tipo de memoria de sólo lectura (ROM) que permite ser grabada con datos mediante un hardware llamado programador de PROM. Una vez que la PROM ha sido programada, los datos permanecen fijos y no pueden reprogramarse. Dado que las ROM son rentables sólo cuando se producen en grandes cantidades, se utilizan memorias programables de sólo lectura durante las fases de creación del prototipo de los diseños. Nuevas PROM pueden grabarse y desecharse durante el proceso de perfeccionamiento del diseño.

Memoria programable y borrable de sólo lectura o EPROM, tipo de memoria, también denominada reprogramable de sólo lectura (RPROM, acrónimo inglés de Reprogrammable Read Only Memory). Las EPROM (acrónimo inglés de Erasable Programmable Read Only Memory) son chips de memoria que se programan después de su fabricación. Son un buen método para que los fabricantes de hardware inserten códigos variables o que cambian constantemente en un prototipo, en aquellos casos en los que producir gran cantidad de chips PROM resultaría prohibitivo. Los chips EPROM se diferencian de los PROM por el hecho de que pueden borrarse por lo general, retirando una cubierta protectora de la parte superior del chip y exponiendo el material semiconductor a radiación ultravioleta, después de lo cual pueden reprogramarse.

1.6.- SEMICONDUCTORES

Todos los circuitos integrados se fabrican con semiconductores, sustancias cuya capacidad de conducir la electricidad es intermedia entre la de un conductor y la de un no conductor o aislante. El silicio es el material semiconductor más habitual. Como la conductividad eléctrica de un semiconductor puede variar según la tensión aplicada al mismo, los transistores fabricados con semiconductores actúan como minúsculos conmutadores que abren y cierran el paso de corriente en sólo unos pocos nanosegundos (milmillonésimas de segundo). Esto permite que un ordenador pueda realizar millones de instrucciones sencillas cada segundo y ejecutar rápidamente tareas complejas.



El bloque básico de la mayoría de los dispositivos semiconductores es el diodo, una unión de materiales de tipo negativo (tipo n) y positivo (tipo p). Los términos "tipo n" y "tipo p" se refieren a materiales semiconductores que han sido dopados, es decir, cuyas propiedades eléctricas han sido alteradas mediante la adición controlada de pequeñísimas concentraciones de impurezas como boro o fósforo. En un diodo, la corriente eléctrica sólo fluye en un sentido a través de la unión: desde el material de tipo p hasta el material de tipo n, y sólo cuando el material de tipo p está a una tensión superior que el de tipo n. La tensión que debe aplicarse al diodo para crear esa condición se denomina tensión de polarización directa. La tensión opuesta que hace que no pase corriente se denomina tensión de polarización inversa.

Un circuito integrado contiene millones de uniones p-n, cada una de las cuales cumple una finalidad específica dentro de los millones de elementos electrónicos de circuito. La colocación y polarización correctas de las regiones de tipo p y tipo n hacen que la corriente eléctrica fluya por los trayectos adecuados y garantizan el buen funcionamiento de todo el chip.

1.7.- TRANSISTORES

El transistor empleado más comúnmente en la industria microelectrónica se denomina transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET, siglas en inglés). Contiene dos regiones de tipo n, llamadas fuente y drenaje, con una región de tipo p entre ambas, llamada canal. Encima del canal se encuentra una capa delgada de dióxido de silicio, no conductor, sobre la cual va otra capa llamada puerta. Para que los electrones fluyan desde la fuente hasta el drenaje, es necesario aplicar una tensión a la puerta (tensión de polarización directa). Esto hace que la puerta actúe como un conmutador de control, conectando y desconectando el MOSFET y creando una puerta lógica que transmite unos y ceros a través del microprocesador.



1.8.- FABRICACIÓN DE MICROPROCESADORES

Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados, como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.

La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo "bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01 mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.

La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme pureza, una "rodaja" de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.

En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un ángstrom es una diezmilmillonésima de metro).

Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño de sólo 0,25 micras.

Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío especial.

En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a elevadas energías mediante un implantador iónico. Los iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.

En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.

Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir todo un grupo de circuitos. 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 de aire (0,028 metros cúbicos). Como comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.

1.9.- TECNOLOGÍAS FUTURAS

La tecnología de los microprocesadores y de la fabricación de circuitos integrados está cambiando rápidamente. Se prevé que en 2010 los microprocesadores avanzados contengan unos 800 millones de transistores.

Se cree que el factor limitante en la potencia de los microprocesadores acabará siendo el comportamiento de los propios electrones al circular por los transistores. Cuando las dimensiones se hacen muy pequeñas, los efectos cuánticos debidos a la naturaleza ondulatoria de los electrones podrían dominar el comportamiento de los transistores y circuitos. Puede que sean necesarios nuevos dispositivos y diseños de circuitos a medida que los microprocesadores se aproximan a dimensiones atómicas. Para producir las generaciones futuras de microchips se necesitarán técnicas como la epitaxia por haz molecular, en la que los semiconductores se depositan átomo a átomo en una cámara de vacío ultraelevado, o la microscopía de barrido de efecto túnel, que permite ver e incluso desplazar átomos individuales con precisión.



2.- MICROCONTROLADORUn microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada—como un teclado, un joystick o un ratón— o dispositivos de salida como un monitor o una impresora. Un tipo diferente de circuito integrado llamado micro controlador es de hecho una computadora completa situada en un único chip, que contiene todos los elementos del microprocesador básico además de otras funciones especializadas. Los micro-controladores se emplean en videojuegos, reproductores de vídeo, automóviles y otras máquinas.

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la invasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos.

2.1.- CONTROLADOR Y MICROCONTROLADOR.

Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el funcionamiento de un horno dispone de un sensor que mide constantemente su temperatura interna y, cuando traspasa los límites prefijados, genera las señales adecuadas que accionan los efectores que intentan llevar el valor de la temperatura dentro del rango estipulado.

Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente. Hace tres décadas, los controladores se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un sencillo pero completo computador contenido en el corazón(chip) de un circuito integrado.

Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.



Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:

Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).

Memoria RAM para Contener los datos.

Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM.

Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.

Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).

Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas:

Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo.

Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes.

Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks.

Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.

El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).

2.2.- DIFERENCIA ENTRE MICROPROCESADOR Y MICROCONTROLADOR.

El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP), también llamada procesador, de un computador. La UCP está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta.

Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos de E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine. (Figura 2.1.)



Figura 2.1. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador. La disponibilidad de los buses en el exterior permite que se configure a la medida de la aplicación.

Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a utilizar.

Figura 2.2. El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del computador están contenidas en su interior y sólo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos.

2.3.- APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES.

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente



más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

2.4.- EL MERCADO DE LOS MICROCONTROLADORES.

Aunque en el mercado de la microinformática la mayor atención la acaparan los desarrollos de los microprocesadores, lo cierto es que se venden cientos de microcontroladores por cada uno de aquéllos.

Existe una gran diversidad de microcontroladores. Quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 ó 32 bits. Aunque las prestaciones de los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits, la realidad es que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado y los de 4 bits se resisten a desaparecer. La razón de esta tendencia es que los microcontroladores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de las aplicaciones, lo que hace absurdo emplear micros más potentes y consecuentemente más caros. Uno de los sectores que más tira del mercado del microcontrolador es el mercado automovilístico. De hecho, algunas de las familias de microcontroladores actuales se desarrollaron pensando en este sector, siendo modificadas posteriormente para adaptarse a sistemas más genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes: los componentes electrónicos deben operar bajo condiciones extremas de vibraciones, choques, ruido, etc. y seguir siendo fiables. El fallo de cualquier componente en un automóvil puede ser el origen de un accidente.

En cuanto a las técnicas de fabricación, cabe decir que prácticamente la totalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología CMOS 4 (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.

La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente:

Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los computadores y sus periféricos.

La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodomésticos, juegos, TV, vídeo, etc.)

El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones.

Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales.

El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de automoción.

También los modernos microcontroladores de 32 bits van afianzando sus posiciones en el mercado, siendo las áreas de más interés el procesamiento deimágenes, las comunicaciones, las aplicaciones militares, los procesos industriales y el control de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos.

2.5.- ¿QUÉ MICROCONTROLADOR EMPLEAR?

A la hora de escoger el microcontrolador a emplear en un diseño concreto hay que tener en cuenta multitud de factores, como la documentación yherramientas de desarrollo disponibles y su precio, la cantidad de fabricantes que lo producen y por supuesto las características del microcontrolador (tipo de memoria de programa, número de temporizadores, interrupciones, etc.):

Costes. Como es lógico, los fabricantes de microcontroladores compiten duramente para vender sus productos. Y no les va demasiado mal ya que sin hacer demasiado ruido venden 10 veces más microcontroladores que microprocesadores.

Para que nos hagamos una idea, para el fabricante que usa el microcontrolador en su producto una diferencia de precio en el microcontrolador de algunas pesetas es importante (el consumidor deberá pagar además el coste del empaquetado, el de los otros componentes, el diseño del hardware y el desarrollo



del software). Si el fabricante desea reducir costes debe tener en cuenta las herramientas de apoyo con que va a contar: emuladores, simuladores, ensambladores, compiladores, etc. Es habitual que muchos de ellos siempre se decanten por microcontroladores pertenecientes a una única familia.

Aplicación. Antes de seleccionar un microcontrolador es imprescindible analizar los requisitos de la aplicación:

• Procesamiento de datos: puede ser necesario que el microcontrolador realice cálculos críticos en un tiempo limitado. En ese caso debemos asegurarnos de seleccionar un dispositivo suficientemente rápido para ello. Por otro lado, habrá que tener en cuenta la precisión de los datos a manejar: si no es suficiente con un microcontrolador de 8 bits, puede ser necesario acudir a microcontroladores de 16 ó 32 bits, o incluso a hardware de coma flotante. Una alternativa más barata y quizá suficiente es usar librerías para manejar los datos de alta precisión. -

• Entrada Salida: para determinar las necesidades de Entrada/Salida del sistema es conveniente dibujar un diagrama de bloques del mismo, de tal forma que sea sencillo identificar la cantidad y tipo de señales a controlar. Una vez realizado este análisis puede ser necesario añadir periféricos hardware externos o cambiar a otro microcontrolador más adecuado a ese sistema.

• Consumo: algunos productos que incorporan microcontroladores están alimentados con baterías y su funcionamiento puede ser tan vital como activar una alarma antirrobo. Lo más conveniente en un caso como éste puede ser que el microcontrolador esté en estado de bajo consumo pero que despierte ante la activación de una señal (una interrupción) y ejecute el programa adecuado para procesarla.

• Memoria: para detectar las necesidades de memoria de nuestra aplicación debemos separarla en memoria volátil (RAM), memoria no volátil (ROM, EPROM, etc.) y memoria no volátil modificable (EEPROM). Este último tipo de memoria puede ser útil para incluir información específica de la aplicación como un número de serie o parámetros de calibración.

El tipo de memoria a emplear vendrá determinado por el volumen de ventas previsto del producto: de menor a mayor volumen será conveniente emplear EPROM, OTP y ROM. En cuanto a la cantidad de memoria necesaria puede ser imprescindible realizar una versión preliminar, aunque sea en pseudo-código, de la aplicación y a partir de ella hacer una estimación de cuánta memoria volátil y no volátil es necesaria y si es conveniente disponer de memoria no volátil modificable.

• Ancho de palabra: el criterio de diseño debe ser seleccionar el microcontrolador de menor ancho de palabra que satisfaga los requerimientos de la aplicación. Usar un microcontrolador de 4 bits supondrá una reducción en los costes importante, mientras que uno de 8 bits puede ser el más adecuado si el ancho de los datos es de un byte. Los microcontroladores de 16 y 32 bits, debido a su elevado coste, deben reservarse para aplicaciones que requieran sus altas prestaciones (Entrada/Salida potente o espacio de direccionamiento muy elevado).

• Diseño de la placa: la selección de un microcontrolador concreto condicionará el diseño de la placa de circuitos. Debe tenerse en cuenta que quizá usar un microcontrolador barato encarezca el resto de componentes del diseño.

Los microcontroladores más populares se encuentran, sin duda, entre las mejores elecciones:

8048 (Intel). Es el padre de los microcontroladores actuales, el primero de todos. Su precio, disponibilidad y herramientas de desarrollo hacen que todavía sea muy popular.

8051 (Intel y otros). Es sin duda el microcontrolador más popular. Fácil de programar, pero potente. Está bien documentado y posee cientos de variantes e incontables herramientas de desarrollo.



80186, 80188 y 80386 EX (Intel). Versiones en microcontrolador de los populares microprocesadores 8086 y 8088. Su principal ventaja es que permiten aprovechar las herramientas de desarrollo para PC.

68HC11 (Motorola y Toshiba). Es un microcontrolador de 8 bits potente y popular con gran cantidad de variantes.

683xx (Motorola). Surgido a partir de la popular familia 68k, a la que se incorporan algunos periféricos. Son microcontroladores de altísimas prestaciones.

PIC (MicroChip). Familia de microcontroladores que gana popularidad día a día. Fueron los primeros microcontroladores RISC.

Es preciso resaltar en este punto que existen innumerables familias de microcontroladores, cada una de las cuales posee un gran número de variantes.

2.6.- RECURSOS COMUNES A TODOS LOS MICROCONTROLADORES.

Al estar todos los microcontroladores integrados en un chip, su estructura fundamental y sus características básicas son muy parecidas. Todos deben disponer de los bloques esenciales Procesador, memoria de datos y de instrucciones, líneas de E/S, oscilador de reloj y módulos controladores de periféricos. Sin embargo, cada fabricante intenta enfatizar los recursos más idóneos para las aplicaciones a las que se destinan preferentemente.

En este apartado se hace un recorrido de todos los recursos que se hallan en todos los microcontroladores describiendo las diversas alternativas y opciones que pueden encontrarse según el modelo seleccionado.

2.6.1.- ARQUITECTURA BÁSICA.

Aunque inicialmente todos los microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de von Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura Harvard. La arquitectura de von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).

La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una, que contiene sólo instrucciones y otra, sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias. Figura 2.3.

Figura 2.3. La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes para datos y para instrucciones, permitiendo accesos simultáneos.

Los microcontroladores PIC responden a la arquitectura Harvard.



2.6.2.- EL PROCESADOR O UCP.

Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software.

Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado.

Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales.

CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución.

Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros.

RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecutan en un ciclo.

La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.

SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es "específico", o sea, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico).

2.6.3.- MEMORIA.

En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.

Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los computadores personales:

No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes.

Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria ROM, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo.

La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM.

Los usuarios de computadores personales están habituados a manejar Megabytes de memoria, pero, los diseñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de ROM comprendidas entre 512 bytes y 8 k bytes y de RAM comprendidas entre 20 y 512 bytes.

Según el tipo de memoria ROM que dispongan los microcontroladores, la aplicación y utilización de los mismos es diferente. Se describen las cinco versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los microcontroladores del mercado.



1º. ROM con máscara

Es una memoria no volátil de sólo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades superiores a varios miles de unidades.

2ª. OTP

El microcontrolador contiene una memoria no volátil de sólo lectura "programable una sola vez" por el usuario. OTP (One Time Programmable). Es el usuario quien puede escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador controlado por un programa desde un PC.

La versión OTP es recomendable cuando es muy corto el ciclo de diseño del producto, o bien, en la construcción de prototipos y series muy pequeñas.

Tanto en este tipo de memoria como en la EPROM, se suele usar la encriptación mediante fusibles para proteger el código contenido.

3ª EPROM

Los microcontroladores que disponen de memoria EPROM (Erasable Programmable Read OnIy Memory) pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso de los OTP, con un grabador gobernado desde un PC. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a la EPROM a rayos ultravioleta durante varios minutos. Las cápsulas son de material cerámico y son más caros que los microcontroladores con memoria OTP que están hechos con material plástico.

4ª EEPROM

Se trata de memorias de sólo lectura, programables y borrables eléctricamente EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read OnIy Memory). Tanto la programación como el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado. No disponen de ventana de cristal en la superficie.

Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM una vez instalados en el circuito, pueden grabarse y borrarse cuantas veces se quiera sin ser retirados de dicho circuito. Para ello se usan "grabadores en circuito" que confieren una gran flexibilidad y rapidez a la hora de realizar modificaciones en el programa de trabajo.

El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es finito, por lo que no es recomendable una reprogramación continua. Son muy idóneos para la enseñanza y la Ingeniería de diseño.

Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequeña zona de memoria EEPROM en los circuitos programables para guardar y modificar cómodamente una serie de parámetros que adecuan el dispositivo a las condiciones del entorno.

Este tipo de memoria es relativamente lenta.

5ª FLASH

Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar. Funciona como una ROM y una RAM pero consume menos y es más pequeña.

A diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y de mayor densidad que la EEPROM.



La alternativa FLASH está recomendada frente a la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de programa no volátil. Es más veloz y tolera más ciclos de escritura/borrado.

Las memorias EEPROM y FLASH son muy útiles al permitir que los microcontroladores que las incorporan puedan ser reprogramados "en circuito", es decir, sin tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta. Así, un dispositivo con este tipo de memoria incorporado al control del motor de un automóvil permite que pueda modificarse el programa durante la rutina de mantenimiento periódico, compensando los desgastes y otros factores tales como la compresión, la instalación de nuevas piezas, etc. La reprogramación del microcontrolador puede convertirse en una labor rutinaria dentro de la puesta a punto.

2.6.4.- PUERTAS DE ENTRADA Y SALIDA.

La principal utilidad de las patitas que posee la cápsula que contiene un microcontrolador es soportar las líneas de E/S que comunican al computador interno con los periféricos exteriores.

Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

2.6.5.- RELOJ PRINCIPAL.

Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema.

Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C.

Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía.

2.7.- RECURSOS ESPECIALES.

Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de microcontrolador. En algunas amplía las capacidades de las memorias, en otras incorpora nuevos recursos, en otras reduce las prestaciones al mínimo para aplicaciones muy simples, etc. La labor del diseñador es encontrar el modelo mínimo que satisfaga todos los requerimientos de su aplicación. De esta forma, minimizará el coste, el hardware y el software.

Los principales recursos específicos que incorporan los microcontroladores son:

• Temporizadores o "Timers".

• Perro guardián o "Watchdog".

• Protección ante fallo de alimentación o "Brownout".

• Estado de reposo o de bajo consumo.

• Conversor A/D.

• Conversor D/A.

• Comparador analógico.

• Modulador de anchura de impulsos o PWM.

• Puertas de E/S digitales.



• Puertas de comunicación.

2.7.1.- TEMPORIZADORES O "TIMERS".

Se emplean para controlar periodos de tiempo (temporizadores) y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores).

Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a continuación dicho valor se va incrementando o decrementando al ritmo de los impulsos de reloj o algún múltiplo hasta que se desborde y llegue a 0, momento en el que se produce un aviso.

Cuando se desean contar acontecimientos que se materializan por cambios de nivel o flancos en alguna de las patitas del microcontrolador, el mencionado registro se va incrementando o decrementando al ritmo de dichos impulsos.

2.7.2.- PERRO GUARDIÁN O "WATCHDOG".

Cuando el computador personal se bloquea por un fallo del software u otra causa, se pulsa el botón del reset y se reinicializa el sistema. Pero un microcontrolador funciona sin el control de un supervisor y de forma continuada las 24 horas del día. El Perro guardián consiste en un temporizador que, cuando se desborda y pasa por 0, provoca un reset automáticamente en el sistema.

Se debe diseñar el programa de trabajo que controla la tarea de forma que refresque o inicialice al Perro guardián antes de que provoque el reset. Si falla el programa o se bloquea, no se refrescará al Perro guardián y, al completar su temporización, "ladrará y ladrará" hasta provocar el reset.

2.7.3.- PROTECCIÓN ANTE FALLO DE ALIMENTACIÓN O "BROWNOUT".

Se trata de un circuito que resetea al microcontrolador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior a un voltaje mínimo ("brownout"). Mientras el voltaje de alimentación sea inferior al de brownout el dispositivo se mantiene reseteado, comenzando a funcionar normalmente cuando sobrepasa dicho valor.

2.7.4.- ESTADO DE REPOSO Ó DE BAJO CONSUMO.

Son abundantes las situaciones reales de trabajo en que el microcontrolador debe esperar, sin hacer nada, a que se produzca algún acontecimiento externo que le ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energía, (factor clave en los aparatos portátiles), los microcontroladores disponen de una instrucción especial (SLEEP en los PIC), que les pasa al estado de reposo o de bajo consumo, en el cual los requerimientos de potencia son mínimos. En dicho estado se detiene el reloj principal y se "congelan" sus circuitos asociados, quedando sumido en un profundo "sueño" el microcontrolador. Al activarse una interrupción ocasionada por el acontecimiento esperado, el microcontrolador se despierta y reanuda su trabajo.

2.7.5.- CONVERSOR A/D (CAD).

Los microcontroladores que incorporan un Conversor A/D (Analógico/Digital) pueden procesar señales analógicas, tan abundantes en las aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor que permite aplicar a la entrada del CAD diversas señales analógicas desde las patitas del circuito integrado.

2.7.6.- CONVERSOR D/A (CDA).

Transforma los datos digitales obtenidos del procesamiento del computador en su correspondiente señal analógica que saca al exterior por una de las patitas de la cápsula. Existen muchos efectores que trabajan con señales analógicas.



2.7.7.- COMPARADOR ANALÓGICO.

Algunos modelos de microcontroladores disponen internamente de un Amplificador Operacional que actúa como comparador entre una señal fija de referencia y otra variable que se aplica por una de las patitas de la cápsula. La salida del comparador proporciona un nivel lógico 1 ó 0 según una señal sea mayor o menor que la otra.

También hay modelos de microcontroladores con un módulo de tensión de referencia que proporciona diversas tensiones de referencia que se pueden aplicar en los comparadores.

2.7.8.- MODULADOR DE ANCHURA DE IMPULSOS O PWM.

Son circuitos que proporcionan en su salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al exterior a través de las patitas del encapsulado.

2.7.9.- PUERTOS DE E/S DIGITALES.

Todos los microcontroladores destinan algunas de sus patitas a soportar líneas de E/S digitales. Por lo general, estas líneas se agrupan de ocho en ocho formando Puertos.

Las líneas digitales de los Puertos pueden configurarse como Entrada o como Salida cargando un 1 ó un 0 en el bit correspondiente de un registro destinado a su configuración.

2.7.10.- PUERTOS DE COMUNICACIÓN.

Con objeto de dotar al microcontrolador de la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos. Algunos modelos disponen de recursos que permiten directamente esta tarea, entre los que destacan:

UART, adaptador de comunicación serie asíncrona.

USART, adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona

Puerta paralela esclava para poder conectarse con los buses de otros microprocesadores.

USB (Universal Serial Bus), que es un moderno bus serie para los PC.

Bus I2C, que es un interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips.

CAN (Controller Area Network), para permitir la adaptación con redes de conexionado multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel para el cableado de dispositivos en automóviles. En EE.UU. se usa el J185O.

2.8.- HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE APLICACIONES.

Uno de los factores que más importancia tiene a la hora de seleccionar un microcontrolador entre todos los demás es el soporte tanto software como hardware de que dispone. Un buen conjunto de herramientas de desarrollo puede ser decisivo en la elección, ya que pueden suponer una ayuda inestimable en el desarrollo del proyecto.

Las principales herramientas de ayuda al desarrollo de sistemas basados en microcontroladores son:



Desarrollo del software:

Ensamblador. La programación en lenguaje ensamblador puede resultar un tanto ardua para el principiante, pero permite desarrollar programas muy eficientes, ya que otorga al programador el dominio absoluto del sistema. Los fabricantes suelen proporcionar el programa ensamblador de forma gratuita y en cualquier caso siempre se puede encontrar una versión gratuita para los microcontroladores más populares.

Compilador. La programación en un lenguaje de alto nivel (como el C ó el Basic) permite disminuir el tiempo de desarrollo de un producto. No obstante, si no se programa con cuidado, el código resultante puede ser mucho más ineficiente que el programado en ensamblador. Las versiones más potentes suelen ser muy caras, aunque para los microcontroladores más populares pueden encontrarse versiones demo limitadas e incluso compiladores gratuitos.

Depuración: debido a que los microcontroladores van a controlar dispositivos físicos, los desarrolladores necesitan herramientas que les permitan comprobar el buen funcionamiento del microcontrolador cuando es conectado al resto de circuitos.

Simulador. Son capaces de ejecutar en un PC programas realizados para el microcontrolador. Los simuladores permiten tener un control absoluto sobre la ejecución de un programa, siendo ideales para la depuración de los mismos. Su gran inconveniente es que es difícil simular la entrada y salida de datos del microcontrolador. Tampoco cuentan con los posibles ruidos en las entradas, pero, al menos, permiten el paso físico de la implementación de un modo más seguro y menos costoso, puesto que ahorraremos en grabaciones de chips para la prueba in-situ.

Placas de evaluación. Se trata de pequeños sistemas con un microcontrolador ya montado y que suelen conectarse a un PC desde el que se cargan los programas que se ejecutan en el microcontrolador. Las placas suelen incluir visualizadores LCD, teclados, LEDs, fácil acceso a los pines de E/S, etc. Elsistema operativo de la placa recibe el nombre de programa monitor. El programa monitor de algunas placas de evaluación, aparte de permitir cargar programas y datos en la memoria del microcontrolador, puede permitir en cualquier momento realizar ejecución paso a paso, monitorizar el estado del microcontrolador o modificar los valores almacenados los registros o en la memoria.

Emuladores en circuito. Se trata de un instrumento que se coloca entre el PC anfitrión y el zócalo de la tarjeta de circuito impreso donde se alojará el microcontrolador definitivo. El programa es ejecutado desde el PC, pero para la tarjeta de aplicación es como si lo hiciese el mismo microcontrolador que luego irá en el zócalo. Presenta en pantalla toda la información tal y como luego sucederá cuando se coloque la cápsula.



REFERENCIAS.es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador

es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladores

www.monografias.com › Computacion › Hardware



https://www.google.com.mx/url?url=http://www.monografias.com/Computacion/Hardware/index.shtml&rct=j&sa=X&ei=tY_CT_jhBOPi2QXt__1l&sqi=2&ved=0CHUQ6QUoATAF&q=microprocesador&usg=AFQjCNGxnLAYT0RohrsIbbtJf74TA7xzag

https://www.google.com.mx/url?url=http://www.monografias.com/Computacion/index.shtml&rct=j&sa=X&ei=tY_CT_jhBOPi2QXt__1l&sqi=2&ved=0CHQQ6QUoADAF&q=microprocesador&usg=AFQjCNGbdMcd0ugDjEuBKWH0Yy2GdsdZPg

Microprocesadores y Microcontroladores

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