INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SAN MARCOS

“INVESTIGACION 5 UNIDAD”
INGENIERÍA INFORMÁTICA

MATERIA
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

PRESENTA
RODRIGO MALDONADO SORIANO

NUMERO DE CONTROL
181230059

DOCENTE
MANUEL NIÑO NAVARRETE

SAN MARCOS GUERRERO, MEX. MAYO DE 2020

1
 ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3
5. SISTEMA EMBEBIDO ................................................................................................................... 4
microcontrolador ...................................................................................................................... 4
5.1 ORGANIZACIÓN DEL MICROCONTROLADOR .............................................................. 6
Dispositivos auxiliares............................................................................................................. 6
Temporizadores con funciones del tipo ................................................................................. 6
Organización del microcontrolador ........................................................................................ 7
5.2 CONJUNTO DE INSTRUCCIONES Y LENGUAJE ENSAMBLADOR ............................ 9
Conjunto de instrucciones ...................................................................................................... 9
CISC ......................................................................................................................................... 9
RISC ....................................................................................................................................... 10
Lenguaje ensamblador ......................................................................................................... 11
El Compilador del lenguaje ensamblador ........................................................................... 12
Ventajas del lenguaje ensamblador..................................................................................... 12
Desventajas del lenguaje ensamblador .............................................................................. 12
Características del lenguaje ensamblador .......................................................................... 13
Instrucciones en ensamblador ............................................................................................. 13
5.3 CARACTERÍSTICAS Y USO DE ELEMENTOS DEL MICROCONTROLADOR .......... 14
Características y usos........................................................................................................... 15
Puertas de Entrada y Salida ................................................................................................. 15
Temporizadores o Timers ..................................................................................................... 15
Convertidores ........................................................................................................................ 16
5.4 APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES .................................................. 17
Los microcontroladores se encuentran por todas partes ................................................... 18
CONCLUSIÓN........................................................................................................................... 20
BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................... 21

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INTRODUCCIÓN
En el siguiente apartado se realizara un resumen de los temas de la unidad número

5 de la asignatura de arquitectura de computadoras, en dicho resumen se tocaran

temas esenciales para la materia como es el tema de Arquitecturas embedidas o

microcontroladores (MCUs), profundizando un poco más en el tema de los

microcontroladores también conocerá la organización con la que cuentan, de la

misma manera se tratara de conocer a que se hace referencia cuando decimos

lenguaje ensamblador, a que hace referencia y porque es muy importante en las

computadoras, otro tema a investigar es Características y uso de elementos del

microcontrolador dentro de este concepto están los puertos, temporizadores,

convertidores, todos estos forman parte importante del tema, se investigaran las

aplicaciones con las que cuenta los microcontroladores.

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5. SISTEMA EMBEBIDO
Un sistema embebido (anglicismo "embedded") o empotrado es un sistema de

computación diseñado para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas

frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. Al contrario de lo que

ocurre con los ordenadores de propósito general (como por ejemplo una

computadora personal o PC) que están diseñados para cubrir un amplio rango de

necesidades, los sistemas embebidos se diseñan para cubrir necesidades

específicas. En un sistema embebido la mayoría de los componentes se encuentran

incluidos en la placa base (la tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.). Sistema que

incorpora microcontroladores (o microprocesadores) para una tarea específica pero

que no es “visible” ni “programable” directamente por el usuario (celular, lavarropas,

MP3, etc).(Imagen 1.1).

Imagen 1.1 sistema embebido

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

programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está

compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica.

Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales

de una computadora: Unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de

entrada/salida. Algunos microcontroladores pueden utilizar palabras de cuatro bits

4
y funcionan a velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un

consumo de baja potencia (mW o microvatios). Por lo general, tendrá la capacidad

para mantener la funcionalidad a la espera de un evento como pulsar un botón o de

otra interrupción.

Los microcontroladores son diseñados para reducir el costo económico y el

consumo de energía de un sistema en particular.

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5.1 ORGANIZACIÓN DEL MICROCONTROLADOR
Tipos de memoria

RAM: Variables locales, datos parciales. Usualmente se trata como banco de

registros (PIC).

EEPROM: Grabable desde el programa de programación del microcontrolador.

Usualmente, constantes de programa

Flash: Memoria de programa. Usualmente desde 1 Kb a 4 Mb (controladores de

familias grandes).

Dispositivos auxiliares
Puertos de entrada/salida (paralelo) digitales: Permiten configurar cada una de sus

líneas como entrada o salida digital de manera individual (sin protocolo) o en

bloques para comunicación con protocolo.

Puertos Analógicos. Permiten adquirir señales digitales mediante convertidores

Analógico A Digital.

Temporizadores con funciones del tipo

 Entradas temporizadas o de captura: permiten capturar o medir el tiempo en

que ocurren eventos exteriores.

 Salidas temporizadas o de comparación: permiten generar señales

temporizadas.

 Conteo de eventos: permiten contar eventos externos

 Salidas PWM (Pulse WidthModulation): permiten generar salidas analógicas.

 Dispositivos de vigilancia (watchdogs): evitan “caídas” del sistema

6
  Controladores de interrupciones: administran la ejecución de tareas por

interrupciones, lo cual permite la multitarea.

 Controladores de Acceso Directo a la Memoria (DMA). Permiten que otros

dispositivos aparte de la CPU puedan acceder a la memoria.

 Acondicionadores del reloj y del reset. Permiten generar adecuadamente las

señales de reloj y de reset.

Organización del microcontrolador

Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un chip que

cuentan con un microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una

memoria para almacenar el programa, una memoria para almacenar datos y puertos

de entrada salida. A diferencia de los microprocesadores de propósito general,

como los que se usan en los computadores PC, los microcontroladores son

unidades autosuficientes y más económicas.

Características que lo destacan

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.

El microprocesador es el cerebro del ordenador. Se encarga de realizar todas las

operaciones de cálculo y descontrolar lo que pasa en el ordenador recibiendo

información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen. Es el jefe del

equipo y, a diferencia de otros jefes, es el que más trabaja.

7
 Los dispositivos de entrada pueden ser un teclado, un interruptor, un sensor, etc.

Los dispositivos de salida pueden ser LED's, pequeños parlantes, zumbadores,

interruptores de potencia (tiristores, opto acopladores), u otros dispositivos como

relés, luces, un secador de pelo, en fin. Lo que quieras.

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5.2 CONJUNTO DE INSTRUCCIONES Y LENGUAJE
ENSAMBLADOR
Conjunto de instrucciones
Conjunto o repertorio de instrucciones, este elemento determina lo que puede hacer

el procesador.

Define las operaciones básicas que puede realizar el procesador, que conjugadas

y organizadas forman lo que conocemos como software. El conjunto de

instrucciones vienen siendo como las letras del alfabeto, el elemento básico del

lenguaje, que organizadas adecuadamente permiten escribir palabras, oraciones y

cuanto programa se le ocurra.

Existen dos tipos básicos de repertorios de instrucciones, que determinan la

arquitectura del procesador: CISC y RISC.

CISC
CISC, del inglés Complex instruction set computing, Computadora de Conjunto de

Instrucciones Complejo. Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de

instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y que permiten realizar

operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros

internos.

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

actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento convierten las

instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas

generalmente microinstrucciones. Dentro de los microcontroladores CISC podemos

encontrar a la popular familia Intel 8051 y la Z80, aunque actualmente existen

versiones CISC-RISC de estos microcontroladores, que pretenden aprovechar las

9
ventajas de los procesadores RISC a la vez que se mantiene la compatibilidad hacia

atrás con las instrucciones de tipo CISC.

RISC
RISC, del inglés Reduced Instruction Set Computer, Computadora con Conjunto de

Instrucciones Reducido. Se centra en la obtención de procesadores con las

siguientes características fundamentales:

Instrucciones de tamaño fijo.

Pocas instrucciones.

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

Número relativamente elevado de registros de propósito general.

Una de las características más destacables de este tipo de procesadores es que

posibilitan el paralelismo en la ejecución, y reducen los accesos a memoria. Es por

eso que los procesadores más modernos, tradicionalmente basados en

arquitecturas CISC, implementan mecanismos de traducción de instrucciones CISC

a RISC, para aprovechar las ventajas de este tipo de procesadores.

10
Lenguaje ensamblador
El lenguaje ensamblador, o assembler (assembly language en inglés), es un

lenguaje de programación de bajo nivel para los computadores, microprocesadores,

microcontroladores y otros circuitos integrados programables.

Implementa una representación simbólica de los códigos de máquina binarios y

otras constantes necesarias para programar una arquitectura dada de CPU y

constituye la representación más directa del código máquina específico para cada

arquitectura legible por un programador.

Características del lenguaje ensamblador

Ensamblador es directamente traducible al Lenguaje de Máquina, y viceversa.

La computadora no entiende directamente al Lenguaje Ensamblador; es necesario

traducirle a Lenguaje de Máquina.

Se utilizan traductores que convierten el código fuente (en Lenguaje Ensamblador)

a código objeto.

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.

11
El Compilador del lenguaje ensamblador
La programación en un lenguaje de alto nivel (como C o Basic) permite disminuir el

tiempo de desarrollo de un producto y si además está familiarizado con C o Basic

es una buena opción. No obstante, cuando el compilador convierta el código del

programa a un lenguaje ensamblado, cada línea de código del programa en

lenguaje de alto nivel habrá generado bastantes más líneas de código en lenguaje

ensamblador, normalmente en una relación de uno a tres. Esto significa que para

utilizar un lenguaje de alto nivel necesitaremos un microcontrolador con una

capacidad de memoria relativamente grande.

Ventajas del lenguaje ensamblador

Como trabaja directamente con el microprocesador al ejecutar un programa, pues

como este lenguaje es el más cercano a la máquina la computadora lo procesa más

rápido.Eficiencia de tamaño: Un programa en ensamblador no ocupa mucho

espacio en memoria porque no tiene que cargan librerías y demás como son los

lenguajes de alto nivel.

Desventajas del lenguaje ensamblador

Tiempo de programación: Como es un lenguaje de bajo nivel requiere más

instrucciones para realizar el mismo proceso, en comparación con un lenguaje de

alto nivel. Por otro lado, requiere de más cuidado por parte del programador, pues

es propenso a que los errores de lógica se reflejen más fuertemente en la ejecución.

Programas fuente grandes: Por las mismas razones que aumenta el tiempo, crecen

los programas fuentes; simplemente requerimos más instrucciones primitivas para

describir procesos equivalentes. Esto es una desventaja porque dificulta el

12
mantenimiento de los programas, y nuevamente reduce la productividad de los

programadores.

Características del lenguaje ensamblador

· Ensamblador es directamente traducible al Lenguaje de Máquina, y viceversa.

· La computadora no entiende directamente al Lenguaje Ensamblador; es necesario

traducirle a Lenguaje de Máquina.

· Se utilizan traductores que convierten el código fuente (en Lenguaje Ensamblador)

a código objeto.

Instrucciones en ensamblador
Mov: mueve el valor de un registro o un numero hacia otro registro ejemplo mov

Bx,5, movAX, bx.

Add: Sumar el valor de un registro a otro registro ADD BX,5

Sub: Resta el valor de un registro o valor especifico a un registro sub cx,2

Inc: incrementa en 1 el valor del registro incbx

Dec: Decrementa en 1 el valor del registodecbx18

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5.3 CARACTERÍSTICAS Y USO DE ELEMENTOS DEL
MICROCONTROLADOR
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.

Los microcontroladores son diseñados para disminuir el coste económico y el

consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la

cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El

control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador

muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un

reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de

32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de (audio y/o vídeo). El control de un

sistema de frenos ABS se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al

igual que el sistema de control electrónico del motor.

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Características y usos
Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un

sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los

periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico

sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que

sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital

(mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec

de (audio y/o vídeo).

Puertas de Entrada y Salida

Las puertas de Entrada y Salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el

mundo exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estas puertas,

también llamadas puertos, son la principal utilidad de las patas o pines de un

microprocesador. 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.

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

15
microcontrolador, el mencionado registro se va incrementando o decrementando al

ritmo de dichos impulsos.

Convertidores
Es un circuito electrónico que convierte una señal analógica en digital. Se utiliza en

equipos electrónicos como ordenadores o computadoras, grabadores digitales de

sonido y de vídeo, y equipos de comunicaciones. La señal analógica, que varía de

forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a

un muestreo (cuantificación discreta, o asignación de un valor numérico a una

determinada intensidad de la señal) a una velocidad fija, obteniéndose así una señal

digital a la salida del mismo. Esta señal se puede volver a convertir en analógica

mediante un convertidor digital analógico.

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5.4 APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES
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.

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, ordenadores, impresoras,

módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las

que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación

17
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.

Los microcontroladores se encuentran por todas partes

·Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en

teléfonos fijos, móviles, fax, etc.

·Electrodomésticos: lavadoras, hornos, frigoríficos, lavavajillas, batidoras,

televisores, vídeos, reproductores DVD, equipos de música, mandos a distancia,

consolas, etc.

·Industria informática: Se encuentran en casi todos los periféricos; ratones, teclados,

impresoras, escáner, etc.

·Automoción: climatización, seguridad, ABS, etc.

·Industria: Autómatas, control de procesos, etc.

·Sistemas de supervisión, vigilancia y alarma: ascensores, calefacción, aire

acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc.

·Otros: Instrumentación, electromedicina, tarjetas (smartcard), sistemas de

navegación, etc.

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

18
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.

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CONCLUSIÓN
A partir de los temas investigamos podemos concluir que la computación en años

pasadas era más complicada, después de la aparición de los microcontroladores o

sistemas embebidos lo cual esto vinieron a facilitar nuestra vida, esta tecnología hoy

en día puede dársele un sinfín de aplicaciones de las cuales destacan los juguetes,

horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el

sistema de arranque de nuestro coche, solo por mencionar algunos.

Todos estos temas cabe recalcar que son de suma importancia para nuestro

aprendizaje y formación.

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BIBLIOGRAFÍA
https://sites.google.com/site/dcosijopil/unidad-5-arquitecturas-embebidas-o-

microcontroladores/5-2-conjunto-de-instrucciones-y-lenguaje-ensamblador

https://sites.google.com/site/portafolioarqcomp/unidad-5-arquitecturas-embedidas-

o-microcontroladores-mcus/5-3

https://sites.google.com/site/portafolioarqcomp/unidad-5-arquitecturas-embedidas-

o-microcontroladores-mcus/5-3-caracteristicas-y-uso-de-elementos-del-

microcontrolador

https://sites.google.com/site/portafoliomlozanos/unidad-5-arquitecturas-

embebidas-o-microcontroladores/5-3-caracteristicas-y-usos-de-los-

microcontroladores

http://its-tequila-arqdecomputadoras.blogspot.com/2013/12/54-aplicaciones-de-

los.html?m=1

https://sites.google.com/site/dcosijopil/unidad-5-arquitecturas-embebidas-o-

microcontroladores/5-4-aplicaciones-de-los-microcontroladores

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