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Microprocesadores x Microcontroladores

• Introdução:– Arquitetura Básica de Microcomputador–Conceitos Básicos–Ciclo de instrução–Evolução dos Microprocessadores

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Conceitos Básicos:

Arquitetura Básica de Microcomputador (Von Neuman)

CISC – Complex Instruction Set Computer

CPU

Memória

Dados

I/O

Bus de Endereços

Bus Controle

Bus de Dados

Programa

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Conceitos Básicos:

• Arquitetura Básica de Microcomputador (Havard)

RISC – Reduced Instruction Set Computer

CPU Dados

Bus de Códigos Bus de Dados

Programa

http://www.guiadohardware.net/artigos/151/

Bus de Endereços Bus de Endereços

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Conceitos Básicos:

RISC X CISC

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

1. Instruções simples de apenas 1 ciclo

2. Referencias a memória só com LOAD/STORE

3. Uso intensivo de Pipeline

4. Instruções Executadas por Hardware

5. Instruções de formato Fixo

6. Poucas instruções com poucos modos de endereçamento

7. A complexidade está no compilador

8. Vários conjuntos de registradores

CISC (Complex Instruction Set Computer)

1. Instruções complexas com vários ciclos

2. Qualquer instrução pode referenciar à memória

3. Pouco uso de pipeline

4. Instruções interpretadas por microprograma

5. Instruções com formato variável

6. Muitas instruções com muitos modos de endereçamento

7. A complexidade está no microprograma

8. Um único conjunto de registradores

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Evolução dos Microprocessadores

Microprocessadores de 8 / 16 bits

•Microcomputadores de 8/16 bits

•S.O. 8/16 bits

•Aplicações de propósito geral

•Aplicações específicas

Microprocessadores32 / 64 bits

•Expansão de barramentos

•Expansão de clock

•Uso intenso de armazenamento secundário

•Hierarquia de memória

•Casamento com o S.O.

•Pipeline

Microcontroladores 4 / 8 / 16 bits

•Sistemas dedicados

•Apenas um processamento por vez

•Integração de I/O e memória

•S.O. Kernels

•Instruções voltadas para controle

•Computação Real time

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Evolução dos Microprocessadores

CPU

P de propósito geral

RAM ROM I/O Port

TimerSerial COM Port

Data Bus

Address Bus

Sistema Microprocessador de propósito geral

• CPU para computadores de propósito geral

• Não apresenta RAM, ROM, I/O embarcada naCPU

• Exemplo ： Intel x86, Motorola 680x0

Diversos chips na motherboard

Microprocessador de propósito geral

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Evolução dos Microprocessadores

RAM ROM

I/O Port

TimerSerial COM Port

Microcontrolador

CPU

• Um computador em um único chip

• RAM, ROM, I/O ports...etc. embarcados

• Exemplo ： Motorola 6811, Intel 8051, Zilog Z8, PIC 16X, AVR 90s12XX

Chip único

Microcontrolador :

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Microprocessador vs. Microcontrolador

Microprocessador

• CPU => stand-alone, RAM, ROM, I/O, timers são separados;

• O projetista pode decidir a quantidade de ROM, RAM e ports de I/O;

• Expansível

• Versatilidade

• Uso geral

Microcontrolador

• CPU, RAM, ROM, I/O e timer estão integrados em um chip

• Quantidade fixa de elementos on-chip (ROM, RAM, I/O ports)

• Para aplicações onde custo, potência e espaço são fatores críticos;

• Uso específico

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Microprocessador vs. Microcontrolador

• Sistema embarcado significa que o processador está embarcado na aplicação;

• Um produto embarcado utiliza um microprocessador ou microcontrolador para fazer uma tarefa apenas;

• Em um sistema embarcado existe somente uma aplicação de software que normalmente está gravada em ROM

• Em um sistema embarcado, normalmente existe a interação com o meio ambiente ou com o operador;

• Exemplo ： Impressora, teclado, video game, celular, palm…

Sistema Embarcado

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Microprocessador vs. Microcontrolador

1. Combinar as necessidades computacionais com o custo

• Velocidade, quantidade de memória ROM e RAM, Ports de I/O, packaging, consumo de potencia…

• Facilidades de atualização (upgrade);

• Custo por unidade

2. Disponibilidade de software e ferramentas de desenvolvimento

• assemblers, debuggers, Compiladores C, emulador, simulador, Suporte técnico

3. Fornecimento de materiais e insumos com facilidade e confiabilidade;

4. Grau de especialização de equipe de desenvolvimento

Quatro critérios para a escolha de um Microcontrolador

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• Bit: (Binary Digit - 0 ou 1) - Menor informação digital possível;

• Byte: Um termo especial, usado para designar palavra de oito bits. Um byte sempre é constituído de oito bits, sendo este tamanho da palavra da maioria dos sistemas microcontrolados atuais.

• Registradores: conjunto de flip-flops para Armazenamento temporário de dados- 8 bits, 16 bits, 32 bits, etc;

Conceitos Básicos:

Bit

Nibble

Byte

Word

0

0000

0000 0000

0000 0000 0000 0000

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Conceitos Básicos:

•Hardware: Atualmente não é mais considerada a parte “imutável”do Microcomputador

•Software:

–Instrução: Comando específico de um microprocessador (movimentação de dados, operações aritméticas e lógicas, etc.);

–Programa: Seqüência lógica de instruções que podem ser reconhecidas pelo microprocessador, que quando executadas em uma ordem correta, resulta na finalização de uma função ou algoritmo

•Firmware: Programa de função bastante específica que está armazenado em memória não volátil

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Conceitos Básicos:

• Tipos de instruções encontradas nos microprocessadores:– Movimentação de dados;– Aritméticas;– Lógicas;– Saltos e desvios no programa;– Controle interno

• Exemplo de formação das instruções:

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Instrução de 1 byte: (código operacional)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Instrução de 2 bytes: (código operacional)

(segundo byte)

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Instrução de 3 bytes: (código operacional)

(segundo byte)

(terceiro byte)

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Conceitos Básicos:

• Conceitos importantes:

– Estado– Ciclo de máquina– Ciclo de Busca– Ciclo de execução;– Ciclo de instrução

Ti

Ciclo de busca – M1 Ciclo de execução

Ciclo de instrução

M2 M3

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Conceitos Básicos:

Dinâmica de um sistema microprocessado

• O microcomputador é um sistema de processamento capaz de buscar e executar instruções (programas) alocados em memória;

• Após a energização do microcomputador, é gerado um sinal de reset que zera o Program Counter (PC);

• O microprocessador irá buscar e executar a instrução que está localizada no endereço de memória definida pelo PC;

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Arquitetura Interna de Microprocessador