PDF de programación - El Microprocesador

Universidad de Oviedo

Area de Ingeniería de
Sistemas y Automática



EL MICROPROCESADOR



EL MICROPROCESADOR


INTRODUCCION

El microprocesador o CPU es un dispositivo electrónico digital, integrado, programable y de
actuación secuencial que constituye el cerebro del computador.
Funcionalmente, es pues un dispositivo lógico, que asociado a otras unidades, permite el
tratamiento de la información almacenada, en forma de "programa de instrucciones", siendo
capaz de interpretar estas instrucciones y ejecutarlas controlando a las unidades implicadas en
su realización.
Los computadores de hace diez años necesitaban un armario bastante grande para alojar los
componentes de su CPU. Estaban formados por paneles abatibles soportando hileras de
tarjetas de circuito impreso, interconectadas por medio de gruesos cables. En cambio, la CPU
de un computador actual está contenida en un sólo chip LSI. La evolución de los
microprocesadores fue relativamente muy rápida; veamos la evolución de la familia INTEL.


µP


4004


8008

8080

Fecha



Nov. 1971



Ene 1972

Características

DB = 4 bits 2300 transistores 60.000 instrucciones / s
Diseñado para su uso en calculadoras era lento, con instrucciones
poco potentes y no admitía interrupciones, poseía un sumador
rápido de números de 4 bits, 16 registros de 4 bits, un registro
acumulador y una pequeña pila.
DB = 8 bits 3.300 transistores
Juego de 45 instrucciones y direccionaba un máximo de 16 Kb. Se
considera como la primera generación de microprocesadores.

1974 DB = 8 bits 4.500 transistores 200.000 instrucciones / s

8085

1976



1978



1979



8086



8088



El primer microprocesador realmente diseñado para uso general.
8 bits
tenía una sofisticada lógica de control, tenía integrada, una
entrada/salida serie, y admitía interrupciones.
DB = 16 bits 27.000 transistores
f = 4,77 , 8 -> 0.2 millones de instrucciones por segundo y 10 MHz
Es un descendiente directo del 8080, pero con registros de 16 bits,
un bus de datos de 16 bits y direccionamiento de 20 bits, y permite
controlar más de un megabyte de memoria. Está disponible con
velocidades de 4,77, 8 y 10 MHz.
DBexterno= 8 bits DBinterno= 16 bits
f = 4,77 MHz.
Versión simplificada del 8086. Tiene un bus de direcciones de 20
líneas y puede direccionar 64 Kb de puertos. Es el micro que
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80286



1982

montaban los primeros IBM PC.
DB = 16 bits
f = 8, 10, 12, 16 y 20 MHz
El 80286 dispone de registros de 16 bits, transfiere información a
través del bus de datos a 16 bits simultáneos y utiliza 24 bits para
direccionar la memoria. El 80286 puede operar en dos modos, el
real (que es compatible con MS-DOS y con los límites de los chips
8086 y 8088) y el protegido (que potencia la funcionalidad del
microprocesador).
El modo real limita a 1 megabyte la cantidad de memoria que el
microprocesador puede direccionar.
En el modo protegido, el 80286 puede acceder directamente a 16
megabytes de memoria. Además, un 80286 en modo protegido
protege al sistema operativo de aplicaciones que provocan fallos.
Esta protección no existe en procesadores 8088 y 8086, ni está
presente en el 80286 cuando funciona en modo real

80186

1982 DB = 16 bits 120.000 transistores

80188

1983

era un 8086 con la lógica de control del bus y algún dispositivo más
integrado.
27.000 transistores
Era un 8088 con algunas cosas más integradas.

80386

80386 SX

1985 DB = 32 bits 275.000 transistores.
1988 DBexterno= 16 bits DBinterno = 32 bits

Denominado también 386SX en informática. Se trata de un
microprocesador de Intel, introducido en 1988 como un producto de
bajo costo alternativo al 80386DX.
El 80386SX es básicamente un procesador 80386DX limitado por un
bus de datos de 16 bits. El diseño basado en 16 bits permite
configurar los sistemas 80386SX con componentes menos costosos
del tipo AT, reduciendo considerablemente el precio total del
sistema
El 80386SX proporciona además prestaciones superiores al 80286 y
compatibilidad con todo el software diseñado para el 80386DX.
Incorpora también características del 80386DX, como la multitarea y
el modo 8086 virtual.
F = 16, 20, 25 y 33 MHz
Denominado también 387 en el campo de la informática. Se trata de
un coprocesador matemático,
también denominado de coma
flotante, diseñado por Intel para la familia de procesadores 80386.
Está disponible a velocidades de 16, 20, 25 y 33 MHz. El
coprocesador 80387 puede aumentar de forma considerable el
rendimiento del sistema, siempre que el software de aplicación haga
uso de él, ya que pone a disposición de la aplicación instrucciones
aritméticas, trigonométricas, exponenciales y logarítmicas con las

80387



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las operaciones son

que no cuenta el 80386. El 80387 también incorpora operaciones
fundamentales para el cálculo de senos, cosenos, tangentes,
arcotangentes y logaritmos. Si se utilizan estas instrucciones
adicionales,
realizadas por el 80387,
permitiendo al 80386 dedicarse a otras tareas.
El 80387 puede procesar enteros de 32 y 64 bits, números en coma
flotante de 32, 64 y 80 bits y operandos BCD (decimales codificados
en binario) de 18 dígitos; cumple la norma ANSI/IEEE 754-1985
sobre aritmética en coma flotante binaria. El 80387 opera con
independencia del modo en que se encuentre el 80386 y funciona
correctamente cuando éste trabaja en modo real, protegido o en
8086 virtual.
1989 DB = 32 bits

80486

f = 25, 33 MHz

Pentium

1993 DB = 64 bits

f = 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 MHz
DB = 32 bits
f = 25, 50 MHz Sin coprocesador matemático
DB = 32 bits
f = 50, 66 MHz
DB = 32 bits
f = 75 y 100 MHz
5,5 millones de transistores



i 486 Sx

i DX2

i DX4

Pentium Pro



ARQUITECTURA INTERNA DEL MICROPROCESADOR

En él podemos distinguir dos zonas que serán :
- Zona de Registros (parte izquierda del esquema).
- Zona de Control (parte derecha del esquema).
En la zona de Registros están las células de memoria, donde se almacenan los datos. Por su
parte la zona de Control, será la encargada de procesar las instrucciones.
Pasamos a explicar algunos de los bloques más importantes del microprocesador:

UNIDAD DE CONTROL (U.C.)

Tiene como misión interpretar las instrucciones, desencadenar y supervisar las operaciones
elementales que permitan ejecutar estas instrucciones. En definitiva, como resultado de la
interpretación o decodificación de cada una de las instrucciones, la Unidad de Control,
generará las adecuadas señales de control, que gobernarán y sincronizarán la actuación
conjunta de las unidades externas e internas al microprocesador.



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Hay que aclarar que cada instrucción consta de dos zonas: "Código de Operación" (C.O.), que
tiene la extensión de un Byte, cuyo significado es el de ordenar. La otra zona es el
"Operando" (OP). Su extensión es variable, y está formado por el dato a manipular. Esto nos
permite afirmar que la zona de la instrucción que ingresa en la Unidad de Control es el
Código de Operación, puesto que éste es el que determina que es lo que se debe hacer con el
Operando.



ARQUITECTURA BASICA DE UN MICROPROCESADOR

Puntero de Pila

Registros de

Trabajo

Acumuladores

ALU

Contador de
Programa

Registro de
Direcciones

Buffer de
Datos

AB

16

O
N
R
E
T
N

I



S
O
T
A
D



E
D



S
U
B

Lógica de
Interrupción

Decodificador

de

Instrucciones
Unidad de
Control

Registro del
Estado del
Proceso

Registro de
Instrucciones

n
CB

Generad.
de la
señal de
reloj

8

BUS DE DATOS

ALIMENTACIÓN



La ejecución de una instrucción empezará con la lectura del Código de Operación, que a
través del Bus de Datos, pasará al interior del Registro de Instrucciones. A continuación, la
Unidad de Control decodificará o traducirá la orden, y desencadenará una serie de
operaciones elementales, sincronizadas con las fases de reloj, que permitirá ejecutar la
instrucción.



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La Unidad de Control tiene también la tarea adicional de gestionar la aceptación de los
comandos que ingresan a través del Bus de Control, (interrupciones, detenciones, ...) y de
generar el posicionamiento de los controles de salida según corresponda, (lectura, escritura,
...).
Existen dos tipos de Unidad de Control, que son la cableada y la microprogramada. La
diferencia entre ellas radica en que las cableadas generan los comandos de control por
Hardware, mientras que las microprogramadas lo hacen por Software, a tenor d