1. CARÁCTERÍSTICAS DE LA ARQUITECTURA HARVARD Y VON NEUMANN: Harvard:
Este tipo de arquitectura de computador está dado por el modelo que se tomó de la Mark I, basada en relés, primer ordenador creado por IBM.
Esta arquitectura tiene pistas de almacenamiento y de señal físicamente separadas para las instrucciones y para los datos con buses diferentes.
Una de las memorias posee contiene solamente las instrucciones del programa (memoria del programa), programa), y la otra solo almacena solo datos datos (memoria de datos); datos); son independientes y presentan diversos anchos.
Optimiza el uso de la memoria en general, ya que la CPU tiene acceso a los distintos tipos de contenidos.
Para un procesador RISC (Set de Instrucciones Reducido), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa se diseñan de manera que las instrucciones tengan una sola posición de memoria del programa.
La unidad de control es un sistema secuencia secuencia síncrono, que puede ser cableado cableado o programable (según su circuito combinacional, suele ser EPROM).
Reciben el nombre de procesador de un nivel ya que son capaces de realizar una operación y tomar una decisión en función de su resultado en teoría en un solo ciclo.
Von Neumann:
Fig. 1 Arquitectura Harvard.
Fuente: fing.edu
Unidad de memoria que almacena valores e instrucciones en unos lugares específicos.
Se basa en un lenguaje de programación que se especifica cómo y qué instrucciones se puede colocar en la memoria.
La CPU (Unidad Central de Procesamiento) accede a la memoria de manera secuencial.
El controlador de programa presente en la CPU es el encargado para seleccionar la siguiente instrucción en la memoria.
Este modelo posee una instrucción que especifica alguna secuencia particular de
las actividades en la CPU que modifican los contenidos de las localizaciones de la memoria. Posee un solo bus de información, lo que le hace más lento en su respuesta al
buscar en memoria una nueva instrucción mientras no realice las transferencias de datos de una instrucción anterior.
Fig. 2 Arquitectura Van Neumann
Fuente: fing.edu
2. CARACTERÍSTICAS DE LA ARQUITECTURA RISC Y CISC: RISC:
Presente por sus siglas en inglés (Reduce Instruction Set Computer) que significan Conjunto de Instrucciones Reducidas las cuales se ocupan de un menor número de instrucciones comparado con las CPU’s del tipo CISC.
Produce que existe una reducción de la brecha en velocidad de entre el CPU y la memoria.
Se produce una compresión de la efectividad de las instrucciones simples y complejas.
Un factor que impulso al desarrollo de este tipo de arquitectura es denominada segmentación y paralelismos en la ejecución de instrucciones y reducir así los accesos a la memoria (Varias instrucciones al mismo tiempo).
Presenta problemas en el momento de la latencia de la instrucción y en la dependencia mutua de las instrucciones.
La mayoría de las instrucciones son de la misma longitud, lo que permite que la instrucción se busque con una operación individual.
Se requiere de un hardware más sencillo debido a instrucciones sencillas las que requieren menor espacio en el chip. El ciclo de diseño más corto resulta en un diseño efectivo resulta más efectivo, costos controlados del desarrollo y tiempo de salida de mercado más corto.
Fig. 3 Arquitectura RISC
Fuente: García L.
CISC:
Este de arquitectura por sus siglas en inglés (Complex Instruction Set Computer), Arquitectura de computadora de Instrucciones Complejas, las cuales como su nombre lo indica son microprocesadores que tienen instrucciones amplias y complejas entre operandos en contraposición al RISC.
Dificulta el paralelismo entre las instrucciones, en la actualidad los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples RISC (microinstructores).
Para realizar una sola instrucción un chip CISC requiere de 4 a 10 ciclos reloj.
Reduce la dificultad de crear compiladores.
Permite reducir el costo total del sistema.
Mejora y reduce el costo de creación de software.
Incrementa la compactación del código.
Facilita la depuración de errores.
Algunos de los direccionamientos soportados son el directo de la memoria, indirecto de la memoria y el indexado a través de los registros.
Fig. 4 Arquitectura CISC
Fuente: García L.
Clasificación. Los microcontroladores PIC se clasifican en 3 gamas las cuales se diferencian por el número de bits en sus instrucciones, las cuales son:
La gama baja. Posee instrucciones de 12 bits. La gama media. Posee instrucciones de 14 bits La gama alta. Posee instrucciones de 16 bits
Gama baja. La gama baja está formada por un conjunto de microcontroladores PIC que poseen 8, 14, 18 y 28 terminales. Su tensión de alimentación está comprendida eme 2 y 6,25 voltios y tienen un consumo energético reducido, lo que los hace idóneos para ser utilizados en aplicaciones en las que se alimentan mediante beterías. Los PIC que poseen 18 y 24 terminales tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de 12 bits. Los componentes de gama baja se caracterizan por tener los siguientes recursos: 1. Sistema POR (“Power On Reset”) Todos los PIC tienen la facultad de generar una autoreinicialización o autoreset al conectarles la alimentación. 2. Perro guardián (Watchdog o WDT) Existe un temporizador que produce un reset automáticamente si no es recargado antes que pase un tiempo prefijado. Así se evita que el sistema quede “colgado” dado en esa situación el programa no recarga dicho temporizador y se genera un reset. 3. Código de protección. Cuando se procede a realizar la grabación del programa, puede protegerse para evitar su lectura. También disponen los PIC de posiciones reservadas para registrar números de serie, códigos de identificación, prueba, etc. 4. Modo de reposo (Bajo consumo o “sleep”). Ejecutando una instrucción (SLEEP), la CPU y el oscilador principal se detienen y se reduce notablemente e l consumo.(n.d.)
Gama media. Es la gama más variada y completa de los PIC. Abarca modelos con encapsulado desde 18 patitas hasta 68, cubriendo varias opciones que integran abundantes periféricos como por e jemplo comparadores, convertidores analógico/digital, puertos de serie y diversos temporizadores. Su juego de instrucciones es compatible con los de gama baja y está formado por 35 instrucciones a 14 bits(Enrique Mandado Perez 2007) Algunos modelos disponen de una memoria de instrucciones del tipo OTP ("One Time Programable"), que sólo la puede grabar una vez el usuario y que resulta mucho más económica en la implementación de prototipos y pequeñas series. Hay modelos de esta gama que disponen de una memoria de instrucciones tipo EEPROM, que, al ser borrables eléctricamente, son mucho más fáciles de reprogramar que las EPROM, que tienen que ser sometidas a rayos ultravioleta durante un tiempo determinado para realizar dicha operación.
Gama alta.
Los microcontroladores de esta gama poseen 58 instrucciones a 16 bits y dispones de un sistema de gestión de interrupciones avanzadas, además de una de sus características más destacable es su arquitectura abierta, que consiste en la posibilidad de la ampliación del microcontrolador con elementos externos.(FERNANDO VALDEZ PEREZ 2007)
Gama mejorada. En el año 2003 Microchip empezó a comercializar varios microcontroladores de gran potencia y velocidad, con un numero de terminales comprendido entre 18y 84 y una memoria de programa de un máximo de 64Koctetos.
Marcas y modelos de otros fabricantes de microcontroladores (ATMEL, FREESCALE) Atmel es una compañía de semiconductores, fundada en 1984. Su línea de productos incluye microcontroladores (incluyendo derivados del 8051, el AT91SAM basados en ARM, y sus arquitecturas propias AVR y AVR32), dispositivos de radiofrecuencia, memorias EEPROM y Flash, ASICs, WiMAX, y muchas otras. Atmel sirve a los mercados de la electrónica de consumo, comunicaciones, computadores, redes, electrónica industrial, equipos médicos, automotriz, aeroespacial y militar. Es una industria líder en sistemas seguros, especialmente en el mercado de las tarjetas seguras.(Atmel 2014) Dentro de la familia de microcontroladores Atmel te nemos:
Atmel AVR microcontroladores de 8 y 32 bits - Atmel AVR® de 8 y 32 bits MCU ofrecen una combinación única de rendimiento, eficiencia energética y flexibilidad de diseño. Optimizado para acelerar el tiempo al mercado y adaptarse fácilmente a nuevos los de ellos se basan en la arquitectura de código más eficiente de la industria para C y el conjunto de la programación. La extensa cartera de AVR, combinado con la plataforma de desarrollo Atmel Estudio perfectamente integrada, hace que sea fácil de reutilizar el conocimiento cuando la mejora de sus pro ductos y la expansión a nuevos mercados.
Microcontroladores basados en ARM de SMART ™ | Atmel® basados en Cortex-A5 Además de una amplia gama de líderes en la industria ARM926 ™ -así como ARM7 ™ y ARM® Cortex®-M3 y
Flash MCU basado en M4, Atmel ofrece ARM - soluciones MPU. Esta amplia cartera de soluciones basadas en ARM de 32 bits puede satisfacer las necesidades de prácticamente cualquier dispositivo o mercado. Flexible y altamente integrado, Atmel | soluciones basados en ARM de SMART están diseñadas para optimizar el control del sistema, la co nectividad por cable e inalámbrica, gestión de interfaz de usuario, de baja potencia y facilidad de uso.
8051 Arquitectura microcontroladores - rica cartera de microcontroladores basados en el conjunto de 8051 la instrucción de Atmel combina la tecnología probada con las últimas características y funcionalidades. Los desarrolladores pueden elegir entre los microcontroladores de 8 bits basado en los poderosos, bajo consumo de energ ía de un solo ciclo de núcleo AT89LP, así como MCS-51 dispositivos de abandono en el zócalo estándar de la industria - todas las tecnologías avanzadas de Flash que ofrecen.(Microcontrollers n.d.)
Freescale Semiconductor, Inc. Es un fabricante estadounidense de semiconductores. Fue creado a partir de la división de semiconductores de Motorola en 2004. Freescale se centra en el mercado de los sistemas integrados y las comunicaciones. Freescale también se ha estado encargando de los procesadores PowerPC para los Apple PowerBook y Mac mini hasta la transición de Apple a Intel en 2006. La compañía forma parte desde 2006 de Power.org como miembro fundador de esta asociación para el desarrollo y promoción de la arquitectura Power.(Microcontrollers|MCU|Freescale n.d.) En 2006 la empresa desarrolló un microchip que almacena información como si de un disco duro se tratara. El funcionamiento del chip, denominado memoria de acceso aleatorio magnética (MRAM), se basa en principios magnéticos en lugar de eléctricos. F reescale comenzó los envíos comerciales de chips MRAM de 4 Mbit el 10 de julio de 2006, valorando cada chip en unos 25 dólares.
Programa
Realizar un programa que permita controlar dos semáforos e n una intersección
Inicio:
LOW A2 LOW V2 R1 VAR PORTOA.0
PAUSE 300
A1 VAR PORTOA.1 V1 VAR PORTOA.2
LOW V1 LOW A1
R2 VAR PORTOB.0
HIGH R1
A2 VAR PORTOB.1
LOW R2
V2 VAR PORTOB.2
LOW A2 HIGH V2
HIGH V1
PAUSE 500
LOW A1 LOW R1
LOW V1
HIGH R2
LOW A2
LOW A2
HIGH R1
LOW V2
LOW R2
PAUSE 500
HIGH A2 LOW V2
LOW V1
PAUSE 300
HIGH A1 LOW R1
GOTO Inicio:
HIGH R2
END
BIBLIOGRAFÍA:
Wikipedia. (2014). Arquitectura Harvard. Recuperado el 27 de octubre de 2014, de: http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_Harvard
Pacheco, L. (2012). Arquitectura Harvard y Von Neumann. Recuperado el 27 de octubre de 2014, de: http://es.slideshare.net/LuisAlejandroPachecoLopez/arquitectura-harvard
Fing. (S. F.). Arquitectura Von Neumann y Harvard. Recuperdo el 27 de octubre de 2014, de:
http://www.fing.edu.uy/tecnoinf/mvd/cursos/arqcomp/material/teorico/arq-
teorico05.pdf
ComputoIntegrado. (2012). Arquitectura CISC y RISC. Recuperado el 27 de octubre de 2014,
de:
http://rcmcomputointegrado.blogspot.com/2012/03/arquitectura-risc-y-
cisc.html
Dávila, G. (2011). Risc y Cisc. Recuperado el 27 de octubre de 2014, de: http://es.slideshare.net/gustavodavila2309/tema-4-9770552
García, L. (S.F.). Arquitectura de los microprocesadores RISC y CISC. Recuperado el 27 de octubre,
de:
http://www.monografias.com/trabajos55/microprocesadores-cisc-
risc/microprocesadores-cisc-risc.shtml
Enrique Mandado Perez 2007 Microcontroladores PIC: Sistema Integrado Para El Autoaprendizaje. Barcelona: Marcombo.
FERNANDO VALDEZ PEREZ 2007 Microcontroladores: Fundamentos Y Aplicaciones Con PIC. España: MArcombo.
Sixto Reinoso V. N.d. Gamas de Microcontroladores.
Atmel 2014 Wikipedia, la enciclopedia libre. http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Atmel&oldid=70129375, accessed Oc tober 28, 2014.
Microcontrollers N.d. http://www.atmel.com/products/microcontrollers/, accessed October 28, 2014.
Microcontrollers|MCU|Freescale N.d. http://www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?code=MICROCONTROLLERS, accessed October 28, 2014.