Microprocessadores

• São máquinas elétricas onde podemos armazenar instruções lógicas, aritméticas e de tomada de decisão;

• CPU (Central Processing Unit – Unidade Central de Processamento)

CPU (Central Processing Unit)

• Processsa as instruções contidas no programa e é dividida em: – Unidade de Controle (UC);– Unidades Lógicas e Aritméticas (ULA);– Decodificador de Instrução;– Registradores;

CPU (Central Processing Unit)

Evolução para Microcontroladores

• Barateamento dos CI's e o surgimento de microprocessadores (CPUs) mais poderosos, começou-se a usar as CPUs mais simples para implementar tarefas dedicadas: controle de impressora, reguladores de velocidade, acionadores de motores de passos, etc

Basicamente

CPU Controle

RAM pilha e dados

Porta Serial comunicação

Timers temporização

ROM programa controle

Portas Paralela

I/O

AD / DA sinais analógicos

Por quê Microcontroladores?

• Estas aplicações tinham o custo dependente do preço da CPU e dos periféricos;

• A idéia foi colocar todos os periféricos dentro do chip da CPU.

Por quê Microcontroladores?

• Por outro lado, uma CPU dedicada a um determinado controle não precisa ser muito rápida nem tampouco ter um conjunto de instruções extenso e poderosos;

• Não são necessárias instruções para trabalhar com ponto flutuante, com strings ou vetores e mecanismos de endereçamento;

Por quê Microcontroladores?

• Os microcontroladores são específicos para controle, não tem grande capacidade de processamento e por isso nunca haverá computador pessoal cuja CPU seja um microcontrolador;

• Eles podem estar presentes nos PCs, apenas para controlar periféricos;

Microprocessador x Microcontrolador

Diagrama de Bloco

Microprocessador x Microcontrolador

Microprocessor• CPU, RAM, ROM,

Timers ficam separados;

• Expansivos;

• Versatilidade;

• Proposta Geral;

Microcontroladores• CPU, RAM, ROM,

Timres ficam em um mesmo chip;

• Para aplicações em que o custo, energia e espaço são críticos;

Microcontrolador

Microcontrolador

Diagrama geral de blocos de um microcontrolador

Critérios para a escolha de um Microcontrolador

Satisfazer as necessidades de computação da tarefa de forma eficiente e custo efetivo

Velocidade, a quantidade de ROM e RAM, o número de portas I/O e timers, energia

Facilidade de upgrade Custo por unidade

Critérios para a escolha de um Microcontrolador

Avaliar as ferramentas de desenvolvimento de software;

Debugadores, Compiladores, Simuladores, Suporte técnico, etc;

Sistemas Processados Programa (Software): conjunto de instruções

arranjadas de forma organizada que apresenta uma função específica;

Firmaware: programa que está armazenado em memória não volátil (ROM);

Hardware: partes eletrônicas de um microcomputador

Microcontrolador: microcomputador integrado num único chip (microprocessador + periféricos)

Sistemas Processados Periféricos: – Circuitos acessórios ao computador que realizam

tarefas específicas;

– Exemplos:

• Timers

• CCP (Comparação, Captura e PWM);

• Conversores AD/DA

• Portas de Comunicação (USART, I2C, SPI, USB, CAN...)

Arquitetura Von-Neuman

Von Neumann:

“Instruções e dados compartilham a mesma unidade física de memória”

Arquitetura Von-Neuman

Arquitetura Harvard

Harvard:

“Instruções e dados são armazenados em memórias diferentes”

– Vantagem: Instruções e dados podem ser acessados simultaneamente, aumentando o desempenho.

– O PIC segue esta arquitetura! Um barramento de dados de 8 bits e outro para instrucões (12, 14 ou 16 bits)

Arquitetura Harvard

Arquitetura Harvard

BarramentoPermite a transferência de sinais elétricos entre diferentes

partes do compuatdor.

Instruction Set

Conjunto de instruções que um processador compreende;

Cada processador possui seu próprio conjunto de instruções, inviabilizando, na maioria dos casos, a portabilidade;

Instruction Set

CISC – Complex Instruction Set Computing

- Computação onde o número de instruções é muito grande;

RISC – (Reduced Instruction Set Computing)

- Computação onde um número reduzido de instruções estão disponíveis.

O PIC possui um número reduzido de Instruction Set (RISC)

Instruction Set

Considerações sobre o RISC e CISC:

– Uma única instrução CISC pode equivaler a várias instruções RISC;

– Uma instrução CISC precisa realizar passos semelhantes aos realizados pelas RISC;

– CISC minimiza o número de acessos a memória de programa;

– RISC simplifica a decodificação de instruções, deixando esta etapa mais rápida;

Instruction Set

Vantagens CISC:

Apesar do conjunto de instruções ser muito grande, oferece um número maior de instruções (“ferramentas”) ao programador Assembly;

Menor quantidade de instruções são necessárias para desenvolver um programa (programas ocupam menos memória).

Instruction Set Vantagens RISC:

Etapa de decodificação tão simples que pode, em alguns casos, ser eliminada;

Com um número menor de instruções, os parâmetros destas podem ser agregados no opcode (código de máquina de uma instrução), simplificando inclusive o FETCH.

Simplificação dos circuitos eletrônicos.

Ciclo de vida de uma CPU

Perguntas

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