trabajo investigación ii (esteban palma)

7/8/2015

Trabajo de Investigacin

Arquitectura de Computadoras

Universidad Latina de Costa Rica

Bachiller Ingeniera en Sistemas

Computacionales

Profesor: Esteban Palma

Estudiante:

Hersann Fonseca Quirs

Tabla de Contenidos

N de pagina

1. Ejercicio: Funciones a, b, c, d, e, f, g 3

2. Ejercicio: Dos funciones de Karnaugh 4

3. Ejercicio: Diseo de Compuertas Lgicas 5

RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido) 6

Caractersticas Generales de RISC 6

Qu son los Microcontroladores? 6

Ejemplos de Microcontroladores 7

La Plataforma Arduino 7

PIC Vrs Arduino 7

CISC (Computador con Conjunto de Instrucciones Complejas) 8

Ejemplos de Microcontroladores: 9

Diferencias entre la Arquitectura CISC y RISC 9

EBDM nuevo programador econmico para microcontroladores Freescale

10

Qu es? 10

Con qu micros puedo trabajar? 10

Qu hace? 11

Con qu software se utiliza? 11

Evolucin de los microprocesadores Intel 12

Evolucin Micros Freescale 13

Arquitectura de John Von Neumann y Harvard 14

Arquitectura de Von Neumann 14

Arquitectura de Harvard 15

Bibliografa 16

Hersann Fonseca Quirs Arquitectura de Computadoras

3 Examen II Parcial

1. Ejercicio: Funciones a, b, c, d, e, f, g

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

A B C D a b c d e f g

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

10 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

11 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1

12 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0

13 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1

14 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1

15 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1


4 Examen II Parcial

2. Ejercicio: Dos funciones de Karnaugh

C =

E =


5 Examen II Parcial

3. Ejercicio: Diseo de Compuertas Lgicas

C =

E =


6 Examen II Parcial

RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido)

Es un tipo de diseo de CPU generalmente utilizado en microcontroladores con las

siguientes caractersticas fundamentales:

Instrucciones de tamaos fijos y presentados en un reducido nmero de formatos.

Slo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

Las caractersticas que generalmente son encontradas en los diseos RISC son:

Codificacin uniforme de instrucciones, lo que permite una de codificacin ms

rpida.

Un conjunto de registros homogneo, permitiendo que cualquier registro sea

utilizado en cualquier contexto y as simplificar el diseo del compilador.

Modos de direccionamiento simple con modos ms complejos reemplazados por

secuencias de instrucciones aritmticas simples.

Los tipos de datos soportados en el hardware no se encuentran en una mquina

RISC.

Los diseos RISC tambin prefieren utilizar como caracterstica un modelo de

memoria Harvard, donde los conjuntos de instrucciones y los conjuntos de datos

estn conceptualmente separados.

Qu son los Microcontroladores?

Un microcontrolador (abreviado C, UC o MCU) es un circuito integrado programable,

capaz de ejecutar las rdenes grabadas en su memoria. Est compuesto de varios bloques

funcionales, los cuales cumplen una tarea especfica. Un microcontrolador incluye en su

interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de

procesamiento, memoria y perifricos de entrada/salida.

Caractersticas:

Velocidad del reloj u oscilador

Tamao de palabra

Memoria: SRAM, Flash,

EEPROM, ROM, etc.

I/O Digitales

DAC

Buses

UART


7 Examen II Parcial

Ejemplos de Microcontroladores:

A continuacin se muestra una relacin de algunos fabricantes y modelos de

microcontroladores RISC, incluyendo el nmero de bits del bus de datos y el ncleo del

que deriva (8051, ARM, etc.) as como si est disponible un IDE gratuito:

La Plataforma Arduino

Arduino es una plataforma de electrnica abierta para la creacin de prototipos basada en

software y hardware libre, flexible y fcil de usar. Se cre

para artistas, diseadores, aficionados y cualquier

interesado en crear entornos u objetos interactivos.

Arduino puede tomar informacin del entorno a travs de

sus pines de entrada, para esto toda una gama de sensores

puede ser usada y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros

actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de

programacin Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en

Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de

conectarlo a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con

diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).

PIC Vrs Arduino

PIC es un microcontrolador de Microchip, es un microcontrolador muy popular hasta hace

un par de aos era el microcontrolador ms vendido en el mundo. Y como mencionamos

antes Arduino es una placa de desarrollo basada en un microcontrolador Atmega328. Pero

en s, que relacin y diferencia tienen estos dos trminos como tales:

Fabricante Familia Arquitectura IDE

Analog Device ADUC7xx RISC 32 bits ARM7 -

Atmel AVR RISC 8 bits AVR studio

Atmel AT91xxx RISC 16 bits ARM7/9 -

Cirrus Logic EP73xxx RISC 32 bits ARM7

Cirrus Logic EP93xxx RISC 32 bits ARM9

Fujitsu FR RISC 32 bits

Maxim (Dallas) MAXQ RISC 16 bits

Microchip PIC 10,12,14,16,17,18 RISC 8 bits MPLAB

Microchip dsPIC RISC 16 bits MPLAB

Texas Instruments TMS470 RISC 32 bits ARM7


8 Examen II Parcial

Con PIC se tiene la oportunidad de crear un Arduino propio.

Arduino se recomienda para las personas que son aficionados a la electrnica o

para estudiantes que desean introducirse al mundo de la electrnica pero no llegar

ms fondo.

PIC se le recomienda a personas que desean ms libertad a la hora de disear,

puesto que las placas Arduino en su afn de hacer una placa universal y sencilla

tambin le han dado una forma y color que no pueden modificarse, es decir una

estructura ya delimitada. Mientras con Arduino se tienen un poco ms de una

decena de diferentes Arduino, con PIC tenemos cientos de ellos para escoger con

diferentes tamaos formas y capacidades.

Las placas de desarrollo Arduino son Open Source y adems el software de

programacin tambin es freeware.

CISC (Computador con Conjunto de Instrucciones Complejas)

Es un modelo de arquitectura de computadores. Los microprocesadores CISC tienen un

conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones

complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en

contraposicin a la arquitectura RISC.

Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que, en la

actualidad, la mayora de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema

que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC,

llamadas generalmente microinstrucciones.

La microprogramacin es una caracterstica importante y esencial de casi todas las

arquitecturas CISC.

Como por ejemplo:

Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486.

Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.

La microprogramacin significa que cada instruccin de mquina es interpretada por una

microprograma localizada en una memoria en el circuito integrado del procesador.


9 Examen II Parcial

Las instrucciones compuestas son decodificadas internamente y ejecutadas con una serie

de microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Para esto se requieren de varios

ciclos de reloj (al menos uno por microinstruccin).

Ejemplos de Microcontroladores:

A continuacin se muestra una relacin de algunos fabricantes y modelos de

microcontroladores CISC, incluyendo el nmero de bits del bus de datos y el ncleo del

que deriva (8051, ARM, etc.) as como si est disponible un IDE gratuito:

Diferencias entre la Arquitectura CISC y RISC:

Fabricante Familia Arquitectura IDE

Analog Device ADUC8xx CISC 8 bits 8051

Atmel AT89xxx CISC 8 bits 8051 prog. Independientes

Atmel TS87xxx CISC 8 bits prog. Independientes

Cygnal C8051F CISC 8 bits 8051

Freescale (Motorola) HC05 CISC 8 bits 6800

Freescale (Motorola) HC08 CISC 8 bits 6809 Code Warrior

Freescale (Motorola) HC11 CISC 8 bits 6809

Freescale (Motorola) HC12 CISC 16 bits

Freescale (Motorola) HCS12 CISC 16 bits Code Warrior

Freescale (Motorola) HC16 CISC 16 bits

Freescale (Motorola) 56800 CISC 16 bits

Freescale (Motorola) 68K CISC 32 bits 68000

Freescale (Motorola) ColdFire CISC 32 bits

Freescale (Motorola) MAC7100 RISC 32 bits ARM7


10 Examen II Parcial

EBDM nuevo programador econmico para microcontroladores Freescale

A continuacin se explicara brevemente el proyecto realizado por varios especialistas en

programacin en microcontroladores Freescale, para tener una idea de cmo funciona y

de cmo se puede desarrollar.

Qu es?

EBDM es una implementacin hecha por Electrocomponentes del proyecto comunitario de

Freescale llamado OSBDM (Open Source BDM).

Este proyecto tiene por objetivo poner a disposicin de la comunidad una herramienta de

desarrollo muy accesible para utilizar con los productos de Freescale, a tal punto que el

costo de la herramienta no sea un impedimento a la hora de elegir un microcontrolador con

el que trabajar o estudiar.

EBDM es una adaptacin del OSBDM hecha para trabajar con los productos ms populares

de Freescale en nuestra regin, con el acento puesto en el costo.

Con qu micros puedo trabajar?

OSBDM est diseado para trabajar con las diferentes familias de microcontroladores y

procesadores de 8, 16 y 32 bits de Freescale.

El EBDM est pensado para las familias ms usadas en Argentina de la lnea de Freescale.

Entre estas encontramos las familias de 8 bits RS08 diseada para las aplicaciones ms

sencillas de muy bajo costo y muy bajo consumo y S08 que es la ms completa oferta de 8

bits de Freescale con productos de bajo consumo, una frecuencia de BUS hasta 25MHz y

una muy amplia oferta de perifricos.

Tambin podemos utilizar el EBDM para trabajar con ColdFire V1 que es la familia de

entrada de 32 bits de Freescale. ColdFire V1 aprovecha la potencia de clculo de un core

ColdFire con la simplicidad de uso de los perifricos de S08 facilitando la migracin desde

8 a 32 bits.

La adaptacin que se hizo en el EBDM optimiz el hardware para la funcionalidad de BDM

de un hilo, eliminando las opciones ms complejas como JTAG y BDM de ColdFire que

estn disponibles en el diseo original del OSBDM. Por esta modificacin se logr una

herramienta con un hardware ms simple y de menor costo.



La herramienta permite a estudiantes y desarrolladores escalar desde aplicaciones

sencillas con controladores pequeos, simples y baratos, hasta aplicaciones complejas con

controladores poderosos y con muchos perifricos integrados, cubriendo as la mayora de

las necesidades de procesamiento de nuestra industria.

Qu hace?

El EBDM sirve para programar y debuggear en tiempo real las lneas de microcontroladores

indicadas en la seccin anterior mediante una conexin USB con una PC Host y el software

CodeWarrior IDE de Freescale.

Con qu software se utiliza?

Para utilizarlo necesitamos de un IDE (Entorno integrado de desarrollo) que integra un

editor de cdigo, un compilador de asm y C, y un debugger. El EBDM est pensado para

trabajar en conjunto con CodeWarrior 10. Esta versin de CodeWarrior incorpora soporte

para OSBDM y la herramienta est integrada al IDE de modo que al generar un proyecto

podemos elegirla dentro de la lista de herramientas posibles sin necesidad de instalar

ningn driver adicional ni modificar ninguna configuracin.

El CodeWarrior 10 es la primera versin de CodeWarrior que est basado en el IDE Eclipse

e integra los CodeWarrior 6.3 y 7,2 en un solo programa.

Las versiones anteriores de CodeWarrior, conocidas ahora como CodeWarrior clsico (Por

ejemplo CodeWarrior para microcontroladores 6.3) tienen menor nivel de soporte para

OSBDM siendo necesario decirle al debugger que distinga entre dos versiones diferentes

de OSBDM y de este modo la integracin de este tipo de herramientas no es tan simple

para el usuario.

CodeWarrior 10 se entrega en la versin Special Edition con el CD de soporte de EBDM.

Esta versin es gratuita y permite trabajar con cdigo en assembler en forma ilimitada, en

C limitado hasta 32k para microcontroladores de 8 bits, limitado hasta 64k para

microcontroladores ColdFire V1, limitado a 128k para microcontroladores y procesadores

ColdFire V2/3/4 y hasta 1k de cdigo en C++. Tiene un asistente que permite inicializar

grficamente los microcontroladores y sus perifricos, generar el cdigo correspondiente e

insertarlo en el proyecto. Por ltimo cuenta con la versin bsica del generador de cdigo

Processor Expert que permite generar funciones de cdigo en forma grfica.



Evolucin de los microprocesadores Intel:

1971: El Intel 4004

1972: El Intel 8008

1974: El SC/MP

1974: El Intel 8080

1975: Motorola 6800

1976: El Z80

1978: Los Intel 8086 y 8088

1982: El Intel 80286

1985: El Intel 80386

1985: El VAX 78032

1989: El Intel 80486

1991: El AMD AMx86

1993: PowerPC 601

1993: El Intel Pentium

1994: EL PowerPC 620

1995: EL Intel Pentium Pro

1996: El AMD K5

1996: Los AMD K6 y AMD K6-

2

1997: El Intel Pentium II

1998: El Intel Pentium II Xeon

1999: El Intel Celeron

1999: El AMD Athlon K7

(Classic y Thunderbird)

1999: El Intel Pentium III

1999: El Intel Pentium III Xeon

2000: EL Intel Pentium 4

2001: El AMD Athlon XP

2004: El Intel Pentium 4

(Prescott)

2004: El AMD Athlon 64

2006: EL Intel Core Duo

2007: El AMD Phenom

2008: El Intel Core Nehalem

2008: Los AMD Phenom

II y Athlon II

2011: El Intel Core Sandy

Bridge

2011: El AMD Fusion

2012: El Intel Core Ivy Bridge

2013: El Intel Core Haswell



Evolucin Micros Freescale

8 bits

68HC05 (CPU05)

68HC08 (CPU08)

68HC11 (CPU11)

16 bits

68HC12 (CPU12)

68HC16 (CPU16)

Freescale DSP56800 (Procesador digital de seal)

32 bits

Kinetis

Serie K - Performance: Cortex-M4 / 50 MHz a 180 MHz / 32KB a 2MB de

Flash / hasta 256KB de SDRAM / FPU

Serie L - Muy bajo consumo: Cortex-M0+ / 48 MHz / 8KB a 256 KB de Flash

/ hasta 32KB SDRAM

Serie E - Robustez + 5V E/S: Cortex-M0+ / 48 MHz / 8KB a 128 KB de Flash

/ hasta 16KB SDRAM / ESD y EMC mejoradas

Serie EA - Automotrz: Cortex-M0+ / 48 MHz / 8KB a 128 KB de Flash / hasta

16KB SDRAM

Serie V - Control de motores: Cortex-M0+/M4/M7 / 75 MHz a 240 MHz / 16KB

a 1 MB de Flash / hasta 256KB SDRAM

Serie M - Metrologa: Cortex-M0+ / 50 MHz / 32KB a 128 KB de Flash / hasta

32KB SDRAM / Front end analgico Sigma-Delta de precisin

Serie W - Comunicaciones wireless: Cortex-M0+/M4 / 45MHz a 50 MHz /

128KB a 256KB de Flash / hasta 64KB SDRAM / Mdulos sub-1 GHz y 2.4

GHz RF



Freescale 683XX

MPC500

MPC 860 (PowerQUICC)

MPC 8240/8250 (PowerQUICC II)

MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III)

Arquitectura de John Von Neumann y Harvard

Arquitectura de Von Neumann

Se llama as en honor del matemtico y cientfico de la computacin principios de John Von

Neumann.

El equipo tiene solo sistema de almacenamiento (memoria) para el almacenamiento

de datos, as como programa a ejecutar.

Procesador necesita dos ciclos de reloj para completar una instruccin.

En el primer ciclo de reloj del procesador obtiene la instruccin de la memoria y lo

decodifica. En el siguiente ciclo de reloj de los datos requeridos se toma de la

memoria. Para cada instruccin de este ciclo se repite y por lo tanto necesita dos

ciclos para completar una instruccin.

Se trata de una arquitectura relativamente mayores y fue reemplazado por la

arquitectura de Harvard.

La mquina de Von Neumann tena 4 partes bsicas:

La memoria,

La unidad Aritmtica lgica,

La unidad de control del programa y

Los equipos de entrada y salida.



Arquitectura de Harvard

El equipo tiene dos memorias separadas para el almacenamiento de datos y

programa.

Procesador puede completar una instruccin en un ciclo si se implementan

estrategias de canalizacin apropiados.

En la primera etapa de la tubera de la instruccin a ser ejecutada puede ser tomado

de programa memoria. En la segunda etapa de canalizacin de datos se toma de la

memoria de datos usando la instruccin o direccin decodificada.

La mayora de las arquitecturas informticas modernas se basan en la arquitectura

de Harvard .Pero el nmero de etapas en la tubera vara de sistema a sistema.



Bibliografa

Camacho, R. (2012, marzo 17). Arquitectura RISC y CISC. Consulta Realizada el 05 de

agosto 2015, en http://rcmcomputointegrado.blogspot.com/2012/03/arquitectura-risc-y-

cisc.html

Departamento de Ingeniera de Electrocomponentes S.A. (s.f.). EBDM nuevo programador

econmico para microcontroladores Freescale. Consulta Realizada el 06 de agosto 2015,

en http://www.electrocomponentes.com/novedades/ebdm_new.htm

Microcontroladores. (s.f.). Consulta Realizada el 05 de agosto 2015, en

http://perso.wanadoo.es/pictob/microcr.htm#microcontroladores

Nextia Fnix. (2014, Julio 17). Arduino vs PIC: La gran batalla. Consulta Realizada el 05 de

agosto 2015, en http://www.nextiafenix.com/arduino-vs-pic-la-gran-batalla/

trabajo investigación ii (esteban palma)

Documents