Microcontroladores

1)          ¿Qué es un micro controlador?

Dispositivo electrónico que lleva a cabo procesos lógicos que se programan en lenguaje ensamblador por el usuario y se introducen mediante un programador. Circuito integrado, dispositivo electrónico que lleva procesos lógicos programados en lenguaje ensamblador por el usuario y se introducen mediante un programador, compuesto por:

 Memoria. Funciones que puede ejecutar, su código, datos y cálculos volátiles que ayudan en la ejecución de los códigos.

 Unidad de procesamiento. Ejecuta las instrucciones programadas en la memoria

 Periféricos.  Ayudan en la ejecución de instrucciones, como temporizadores, contadores, convertidores ABC, puertos de comunicación

 Puertos de entrada y salida. Leen señales del exterior, programan señales para controlar elementos externos, permiten la comunicación con otros micro controladores.

 

Procedimiento

 Se debe desarrollar un código mediante una interfaz de desarrolla

Se decodifica el código a lenguaje maquina

Se almacena en la memoria del micro controlador

Se ejecuta mientras este alimentado o sea reprogramado

 

Se le pueden agregar pantallas lcd o botones, incluso tarjetas diseñadas que pueden montarse al micro controlador para tener más elementos.

2)          Diferencia entre microprocesador y micro controlador

Un microprocesador requiere de circuitos integrados adicionales como memoria RAM, ROM, decodificador de direcciones, circuito integrado para puertos de entrada y salida

Mientras que un micro controlador es un solo circuito con todos los elementos electrónicos requeridos, tiene la unidad de proceso, puertos de entrada y salida, memoria RAM, ROM, periféricos.

El micro controlador al igual que el microprocesador es programable mediante un lenguaje de programación pero el funcionamiento está determinado por el programa almacenado en su memoria

El micro procesador puede adaptarse a las maquinas e industrial al igual que un PIC (micro controlador), son muy potentes y fáciles de programar mediante un sistema operativo intermedio pero es poco práctico para proyectos medianos y pequeños.

3)          Arquitectura interna de un micro controlador

Von Neumann.   Los sistemas con microprocesadores están basados en esa arquitectura, la unidad central de proceso se conecta a una memoria principal que almacena instrucciones y datos que para acceder se hace mediante ciertos buses.

Sus componentes Unidad de procesamiento, unidad de control, memoria principal, dispositivos de entrada y salida.

Se limita en su longitud de instrucciones por el bus de datos, donde el microprocesador realiza varios accesos a la memoria para buscar instrucciones complejas y no poder acceder simultáneamente.

Arquitectura Harvard.  Tiene la unidad central de proceso conectada a dos memorias por 2 buses diferentes, una de ellas tiene las instrucciones y la otra almacena datos son independientes por lo que se puede almacenar a datos e instrucciones, la longitud de los datos e instrucciones puede ser distinta por lo que se puede optimizar para que una instrucción ocupe una sola posición de memoria que mejore la velocidad y menor longitud del programa y que el acceso en las instrucciones se superponga con los datos aumentando la velocidad en las operaciones.

4)          Como se programan los micro controladores

Estas son las entradas y salidas de un PIC, si tiene flechas en ambos lados es entrada y salida, entrada es flecha hacia adentro y salida flecha hacia afuera.

Se requiere de una interface que se conecta al equipo de cómputo cuenta con conectores para enganchar el integrado que cuenta con un puerto usb y los adaptadores para los micros procesadores de 8 y 16 bits este equipo no trabajo los de 32 y 64 bits

Mediante el programa Xgpro se puede ver la parte interna, en este caso la FF significa que está vacía la parte interna de la memoria, en Read no lee nada
 

 pero al conectarse la interfaz y sincronizar en Select IC se escribe el nombre o serie del integrado, al darle Read muestra la posición en la que debe acomodarse, el Pin 1 conectado en dirección a la guía para poder leer la información.

El formato en que se trabaja es .bin o .hex, binario o hexadecimal, para programar se hace mediante Programming ,

5)          Investigar la familia de Microprocessors (M PUs)

Gama baja. Reducido tamaño en componentes de 8 patas, de 12 bits

Gama media de 14 bits, encapsulado de 18 a 68 patas, con variados periféricos.

Gama alta. De 16 bits, alcanza las 58 instrucciones, dispone de sistema de gestión de interrupciones vectorizadas

 

6)          Modelos de microprocesadores AMD

IBM 8086 Y 8088 en colaboración con Intel

Am386

Amd k5, k6, k7, k8, desde el K7 adhiere extensiones de 64 bits

En 2005 Athlon 64x2 maneja doble núcleo basado en K8

AMD 5x86 procesador estándar con multiplicador interno A4x funcionando a 133 Mhz en sistemas para procesadores DX2 o DX4, memoria cache de tipo RW igualando a los procesadores Pentium a 75 Mhz, compatible con sistemas antiguos, pudiendo ser overclockeado a 160 Mhz pareciéndose al Pentium 100, pero no era muy realizable porque no habían tarjetas de video que funcionaran en un bus a 50 Mhz, fabricado hasta 1999

Serie FX.  Llevan tecnología Bulldozer y Vishera, realizan actividades de video.

Amd Zen 2017 hechos a 14nm con 8 núcleos más potentes que los Bulldozer

Amd Ryzen con tecnología SenseMI para optimizar la energía control de temperatura, optimizar el trabajo y administrar el cache

            Ryzen 3. Gama baja hacen acciones simples mediante programas básicos

            Ryzen 5 Gama media programas de diseño, streaming, transmisión en vivo.

            Ryzen 7 Gama alta para programas complejos, videojuegos de alto rendimiento, larga duración de batería

            Ryzen 9 Gama super alto rendimiento ideal para trabajo gráfico en 3D, ediciones de videos y videojuegos de alto rendimiento

AMD Raven Ridge (APU) tiene una tarjeta gráfica Radeon Vega

AMD Ryzen Treadripper procesador más rápido en equipos de escritorio, de alta gama

7)          Modelos de microprocesadores Cyrix

FasMath CX83, 50% más rápidos que Intel i387, mediante su lógica cableada, que por puertas lógicas realizaba operaciones más rápidas a mayores frecuencias

Cyrix 486 1 Kb de cache L1 y set de instrucciones pero estaban por debajo de un 486, el SLC era muy confuso ya que se parecía a la 486 SL de Intel

Cyrix 5x86 con memoria cache L1 de 16 Kb, rendimiento 35% superior a un 4x86, parecido al AMD de 133 Mhz, su arquitectura interna es de 64 bits.

Cyrix 6x86 y el 6x86L ideal para portátiles, pero tuvo una falla ya que era rápido pero con el juego del momento la corrección de perspectiva y el rendimiento de Intel fue mejor que el de Cyrix

Cyrix 6x86MX, con más cache L1de 64 Kb, compatible con MMx y sirvió para realizar procesadores más baratos

Cyrix MII núcleo de 6x86MX, no podía competir en frecuencia de reloj con Pentium II, difícil subir frecuencia de reloj

Cyrix III o Joshua para la Gama Alta pero se quedó en desarrollo alto IPC a bajas frecuencias de reloj, se calentaba demasiado

Los Media Gx se volvieron obsoletos contra Intel Celeron basado en Pentium II, AMD K6 estaba por encima del MII porque no podía subirse de frecuencia.

8)          Procesamiento paralelo

Método mediante el que varias tareas se realizan de forma simultanea conocidos como hilos, hay niveles de procesamiento.

Paralización por bit.  Toda instrucción se forma por palabras y cadenas de bits que transforman la información hoy día a 64 bits

Paralización por instrucción. Instrucciones combinados en grupos, capas, donde el procesador trabaja en varias instrucciones a la vez, pedir instrucción, decodifica, ejecuta, acceso de memoria y escritura.

Paralelismo de datos. Entrada de datos de un programa, subconjunto de datos a cada núcleo, con vectores en procesadores gráficos

Paralelismo de tareas. Entrega tareas al procesador no totalmente distintas para realizarse en paralelo

Tipos de Procesadores en paralelo

Multinucleo. Cada procesador ejecuta información en forma paralela

SMP Simétrico. Dos o más procesadores trabajan con recursos compartidos, soporta hasta 32 procesadores pero comparte un bus de datos

Clúster. Agrupación de ordenadores pre independientes

MPP Paralelo masivo. Equipo con multitud de procesadores interconectados en la red, cada procesador como una memoria RAM

En distribución. Principio de operatividad, realización de un conjunto en forma remota

9)          Coprocesador y coprocesador matemático 

Quita carga de trabajo al procesador principal, hace el procesamiento de audio, video, tipo de señales, memorias RAM entre otras, para poder dejar que el procesador principal se encargue de asuntos más importantes con una mayor eficiencia.

Anteriormente para que una computadora estuviera a color requería tener una tarjeta VGA que era un coprocesador que mandaba los colores.

Coprocesador matemático o Coprocesador aritmético de punto flotante. Realiza cantidad inmensa de operaciones matemáticas, están dentro de un microprocesador por una serie de circuitos especiales, aunque anteriormente estaban separados del microprocesador.

Intel 8082

Hay coprocesadores dedicados a la criptografía se usa en teléfonos celulares, los walkie talkies, mensajes de texto.

El procesador central es el cerebro que requiere de un coprocesador de audio, uno de video, uno matemático, uno de señales, el procesador central tiene varios bloques de memoria RAM que permita hacer acciones con mayor computo, junto a los coprocesadores habrán entradas y salidas como podrían ser el monitor, audio, teclado, memoria solida conocida como disco duro donde se almacena imágenes, videos, el sistema operativo, el coprocesador de señales procesa la señal de wi-fi, bluetooth.

10)       Procesador Kirin.

De origen chino, la Kirin 970 fue la primera plataforma de cómputo móvil con inteligencia artificial, unidad de procesamiento neural NPU y funciono como una alternativa a Qualcomm para los teléfonos inteligentes.

Sin embargo TSMC que fabrica los chips para Kirin depende de tecnología estadounidense y debido a las sanciones de E.U no podrá continuar con su fabricación

11)       ¿Qué es lo que limita el número de núcleos en un procesador?

Densidad. Debido a la cantidad de transistores por área que aumenta por nodo

Silicio oscuro. Es la parte que no recibe energía a un voltaje normal de operación determinado para un chip, de un nodo a otro aumenta 1/s2 lo que hace que se pueda poner del doble de transistores pero su cantidad útil disminuye de una generación a otra, hasta los 28 nm el costo por mm2 de área disminuía pero pasándolo aumentaba por lo que mantener el costo de los procesadores requiere disminuir su área y para mantener su ritmo evolutivo genera que cada vez sean más caros.

Ley de Amdahl de Gene Admahl no toda carga de trabajo en un programa se puede paralelizar, mientras hay partes que aumentan con el número de núcleos hay partes que no escalan en paralelo al funcionar de modo serial y depender de la potencia del procesador en solitario, por lo que en lugar de más núcleos se diseñan nuevas arquitecturas.

12)       Comunicación interna entre los diferentes núcleos

Un núcleo es un procesador dentro del procesador y ayuda a entender cuántas tareas se pueden realizar de forma simultánea, la frecuencia la velocidad a que trabaja un procesador que son la cantidad de frecuencia o impulsos eléctricos a las que trabaja, los hilos son segmentos en el procesador, sirve como apoyo al núcleo para realizar una tarea, donde el núcleo hace la tarea y el hilo administra dividiéndola en segmentos para aumentar la eficiencia.

El hilo está a nivel de software y el núcleo a nivel de hardware, mientras más Mhz más instrucciones se pueden hacer a cada segundo.

13)         Realizar una tabla de los diferentes tipo de memorias RAM

TIPO MEMORIA RAM	DESCRIPCIÓN
DDR-SDRAM	Sincrona de velocidad de datos libres, transfiere el doble de memoria de una SDRAM por ciclo de reloj
SDRAM	RAM dinámica síncrona, hay de no paridad y paridad que se usa en aplicaciones con procesamiento intensivo de datos como hojas de cálculo, minimiza errores específicos en la RAM
RDRAM	Sucesor de alto rendimiento de la SDRAM
SIMM	Módulo de memoria en línea únicos, es un estilo de embalaje y las primeras tarjetas de memoria producidas en masa, iniciados con formatos pequeños de 30 pines 8 bits que paso a 72 pines de 32 bits
DIMM	Módulo doble de memoria en línea con 168 clavijas y ancho de banda de 64 bits
SDRAM	DRAM síncrona con tarjeta de video muy rápido pero costoso, en formato ECC similar a la paridad al comprobar y capturar errores de memoria
SDRAM DDR	Surge en base a los avances en arquitectura de gráficos a partir de la primer tarjeta de video GeForce256 de NVIDIA, realiza funciones lectura/Escritura en aumento de reloj de sistema, en borde ascedente y descendente duplicando el rendimiento de memoria, con velocidad de 100 MHz o PC1600 hasta 566 Mhz o PC4500
DDR2	Interfaz de memoria dinámica de acceso aleatorio síncrona de velocidad de datos doble, reloj interno a la mitad de velocidad del externo de DDR, pero el mismo ancho de banda aunque con mayor latencia, doble de velocidad de reloj de bus de datos externo
DDR3	Aumento de velocidad de bus de I/O, 4 veces la velocidad de módulos de memoria, capacidad de chip de 512 MB a 8 GB permitiendo tamaños hasta 16 GB
DDR4	la muesca un poco a la derecha, mejora capacidad de almacenamiento, inconvenientes respecto a la latencia, es dispositivo de almacenamiento volátil, velocidad de 3200 MT/sg y consumo de 1.2 V, conector DIMM de 288 pines.
DDR5	288 pines, fabricado con litografía de 10 nanómetros, formado por 4 bancos de memoria agrupados de 8 en 8, mejorando el rendimiento con la ráfaga de datos y canales de memoria, dobla el tamaño de 8 a 16  con dos canales independientes de 40 bits por cada módulo DIMM de memoria Velocidad de 4800 MT/sg 1.87 veces mas rápida que la DDR4 a 1.1 V, con ecualización por retroalimentación de decisiones que deja escalar la velocidad de entrada salida de la memoria mejorando el ancho de banda y el rendimiento.