PDF de programación - Introducción a los microprocesadores

UNIVERSIDAD DE MATANZAS

“CAMILO CIENFUEGOS”.

FACULTAD DE INGENIERÍAS QUÍMICA Y MECANICA.

INTRODUCCION A LOS MICROPROCESADORES

Dr. C.T. Ing. Evaristo González Milanés.

DICIEMBRE, 2003

INTRODUCCION A LOS MICROPROCESADORES

Autor: Dr. Evaristo González Milanés
Dpto. Física
Universidad de Matanzas.

INTRODUCCIÓN.

Los microprocesadores han venido a ser el resultado del desarrollo en el camino
emprendido por
la miniaturización, primeramente
implementando una unidad de procesos completa en una sola pastilla o chip de circuito
integrado, y posteriormente, mediante el aumento de la rapidez, capacidad de trabajo y
potencia de dicha unidad.

la Electrónica Digital hacia

La aparición de los microprocesadores (MP) representa el siguiente punto de
salto en la electrónica después del ocurrido con la invención del transistor, y la
tecnología de su construcción avanza
tan rápidamente que prácticamente ha
revolucionado en corto tiempo el desarrollo de múltiples campos de la ciencia y la
técnica, a la vez que se introduce de manera convincente en nuestra vida doméstica,
siendo difícil mencionar una rama o campo de la ciencia en la cual no exista una
aplicación de los microprocesadores. De hecho, cada día aumenta el número de
instrumentos, sistemas de control de procesos, medios y equipos para
las
telecomunicaciones, medicina, servicios públicos e incluso juguetes, que emplean
dentro de su estructura algún tipo de MP, sin entrar a considerar el hecho real de la
introducción, divulgación y aceptación que han tenido las nuevas generaciones de
computadoras digitales basadas en este componente y que son conocidas por nosotros
como microcomputadoras.

Es difícil predecir qué pasará en la electrónica en los próximos años, pero de
acuerdo con la opinión de personalidades de esta rama, la influencia de los MP en el
futuro será cada vez mayor y de ahí la importancia de preparar a los profesionales
encargados de su aplicación y desarrollo, y de que a su vez, los graduados de nivel
superior posean conocimientos elementales que les permitan ganar en la cultura
general necesaria que sirva de base a un conocimiento mayor de la aplicación
específica en el campo en que desarrollarán su vida profesional .

Este material no es más que un primer intento para cubrir la limitación de
información que sobre este tema presenta el texto que se emplea en la asignatura
Electrónica, que se imparte a las carreras de Ciencias Técnicas, permitiendo a los
estudiantes disponer de forma condensada de los contenidos relacionados con esta
temática previstos en dicha asignatura.

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1-)Computadora Digital.

Una computadora digital puede entenderse como un sistema que explora
secuencialmente una información almacenada llamada programa, interpreta este
programa y lo ejecuta.

Para ello el sistema dispone de un HARDWARE, o sea, de una constitución
física conformada por circuitos integrados interconectados sobre tarjetas de circuito
impreso agrupadas en elementos funcionales de características definidas que conforman
la MEMORIA, la UNIDAD de CONTROL, la UNIDAD LOGICO-ARITMETICA y
las UNIDADES de ENTRADA-SALIDA.

Simultáneamente dispone de un soporte no físico sino operativo, de un método
de diálogo y por tanto de aceptación de órdenes, y de generación de mensajes. Ello lo
constituye el conjunto de instrucciones al cual responde directamente, y es un elemento
que caracteriza a cada computadora, y que recibe el nombre de SOFTWARE básico. El
SOFTWARE no se limita al conjunto de instrucciones, sino que incluye también
programas inteligibles por el computador, por tanto escritos de acuerdo con el
SOFTWARE básico y que permiten interpretar programas escritos con lenguajes más
evolucionados.

El programa lo constituye un listado detallado de operaciones a desarrollar por la
computadora en un orden consecutivo y lógico y es escrito en un lenguaje que sea
comprensible para la máquina y que por tanto permita alcanzar ciertos resultados. El
programador, atendiendo al lenguaje de la máquina que lo ocupa, al problema específico
y a las operaciones simples que la máquina puede realizar, confecciona el listado de
instrucciones (órdenes), a través de las cuales especifica la operación que debe ejecutar
y la ubicación del o de los operandos sobre los que ejecutará la acción indicada.

Este programa se carga (almacena) en la memoria en el orden secuencial
previsto, constituyendo cada instrucción un grupo de 1 y de 0 que caracteriza o define
una operación y no a otra. A esta representación binaria de las instrucciones de una
computadora se le llama lenguaje de máquina o código de máquina.

Los programas que pueden ser directamente ejecutados por una computadora
digital están pues almacenados en lenguaje de máquina, no obstante, confeccionar
programas en lenguaje de máquina resulta una tarea laboriosa y compleja, por lo que
surgió el interés de crear lenguajes más asequibles para el ser humano y que tuviesen
una cierta relación con la manera con que aquél especifica las operaciones de un
proceso de información.

De esta forma nació el lenguaje simbólico (assembler), que sustituye las
combinaciones binarias del lenguaje de máquina por nombres simbólicos que hacen
referencia a la operación que realiza la computadora cuando ejecuta la instrucción
correspondiente. Cada instrucción del lenguaje simbólico es equivalente a una
instrucción del lenguaje de máquina.

Aunque el lenguaje simbólico es más fácil de manejar que el de máquina,
todavía dista bastante del utilizado por el ser humano para expresar los procesos de
información, en especial las operaciones complejas que implican la ejecución de un
número elevado de operaciones elementales en secuencia. Por ello se crearon lenguajes

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de alto nivel que permiten especificar más fácilmente los procesos de información,
donde cada instrucción se convierte posteriormente en un conjunto de instrucciones en
lenguaje de máquina.

Tanto el lenguaje simbólico como los de alto nivel, hicieron necesario el
desarrollo de programas que al ser ejecutados por un computador tradujeran los
programas escritos en aquellos al lenguaje de máquina.

Estos programas traductores se conocen con el nombre de compiladores y
realizan la traducción al lenguaje de máquina para la totalidad del programa de una sola
vez. Esta versión traducida del programa escrito en un lenguaje de alto nivel (llamado
programa fuente), se denomina programa objeto, y puede transferirse a la memoria y
ejecutarse directamente.

Los programas intérpretes utilizan otros principios de funcionamiento. Cada
instrucción escrita en el programa fuente le indica al intérprete un conjunto de acciones
que debe cumplir sin que medie un programa objeto en código de máquina. La principal
ventaja de un intérprete es que permite fácilmente probar y poner a punto el programa.

Tanto el programa intérprete como el programa fuente permanecen en la
memoria durante la ejecución del programa, lo cual generalmente ocupa una mayor
capacidad de memoria, y no se posee un programa objeto en código de máquina para
su posterior concatenación con cualquier programa.

Posteriormente surgió la combinación de intérprete y compilador en un solo
paquete de programas, pudiendo aprovecharse las ventajas de ambos sistemas, como es
el caso del TURBOBASIC, TURBOPASCAL, etc.

1.1-Generaciones de computadoras digitales.

Desde la creación de las primeras computadoras digitales en el año 1947, se han
sucedido diferentes generaciones o estadios de desarrollo tanto a nivel de HARDWARE
como a nivel de SOFTWARE.

En las llamadas primeras generaciones se utilizaron tubos de vacío como
elementos lógicos y como memorias se utilizaron tambores magnéticos, el SOFTWARE
aún no se llamaba así y era muy primario, a nivel de lenguaje-máquina y de tímidos
ensayos simbólicos.

En la 2da generación, hacia 1956, se utilizaron ya transistores de germanio y,
posteriormente de silicio (el transistor se había inventado en 1947 y se había
industrializado pocos años después.) por la parte lógica, la memoria ya fue de ferritas y
se continuó usando memoria exterior de tambor, discos y cintas magnéticas; el
SOFTWARE era el mismo de la anterior generación, pero incluía ya compiladores
fortran aún bastante primarios, aunque fueron mejorando con el tiempo.

El primer gran cambio de los lenguajes se produjo pues, en esta generación.
Mientras hasta entonces los programas en lenguaje-máquina o en lenguaje simbólico
debían ser escritos para una máquina concreta puesto que eran orientados a las
máquinas, a partir de entonces fueron orientados al problema, por lo que el programa
era aplicable a cualquier máquina siempre que existiera el traductor (compilador)
adecuado a aquella máquina.

La tercera generación apareció hacia 1964 simultáneamente con la aparición de
las MINICOMPUTADORAS. El hardware era realizado con circuitos integrados RTL y
ECL que evolucionaron hasta los TTL en 1966. La MEMORIA continuaba siendo de
ferritas y el software llego a su mayoría de edad con lenguajes de alto nivel FORTRAN,
COBOL y sobre todo con la aparición de SISTEMAS OPERATIVOS. Fue el momento
de la incorporación de las computadoras al control del procesos.

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