Arquitetura dos microcontroladores

Prévia do material em texto

SISTEMAS MICROCONTROLADOS
UTFPR
Código: EL54E
Turma: N11/E11
Prof. Sérgio Moribe
Colaboração: 
Prof. Heitor S. Lopes
Prof. Rubens Alexandre de Faria
Email: smoribe@utfpr.edu.br 
Site: pessoal.utfpr.edu.br/smoribe
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 2
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 3
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 4
Lei de Moore
 Em 1965, Gordon Moore, co-fundador da Intel “profetizou” 
que o número de transistores em um processador dobraria 
a cada 18 a 24 meses ao mesmo custo.
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 5
O que é um Microprocessador?
 Um microprocessador é um elemento eletrônico, 
desenvolvido para executar tarefas específicas, 
com linguagem de comando específica.
 Utiliza-se de uma Memória de Programa (ROM) 
para ler as instruções que deve executar 
 Utiliza-se de uma Memória de Dados (RAM) 
para armazenar temporariamente informações 
de uso próprio das instruções.
Fonte: Nicolosi
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 6
Arquitetura / Conceitos
Todo microcontrolador possui em sua arquitetura as partes descritas a seguir:
 Memória de programa: Nesta fica as instruções que um microcontrolador 
deve executar (ROM).
 Memória de dados: Onde o programa escreve ou le um determinado dado 
sempre que necessário (RAM).
 ULA: Unidade Lógica Aritmética, esta parte do microcontrolador é 
responsável por todos os cálculos e a lógica matemática para tomada de 
decisão das tarefas a serem realizadas.
 CPU: Unidade Central de Processamento esta parte do microcontrolador é 
responsável por todo processamento de dados da unidade. É ela que 
interpreta os comandos e ativa os dispositivos de entrada e saída.
 Periféricos - São circuitos que realizam funções específicas auxiliando a 
CPU a realizar o controle e interface dos dispositivos externos. 
Exemplos de periféricos: Portas de I/O, conversor analógico/digital, timers, 
watchdog timer, , Usart’s portas para comunicação serial
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 7
Analogia com o exemplo apresentado:
 Caixas 1 a 20 => Memória de Programa
 Caixas 21 a 25 => Memória de Dados
 Número das caixas => Endereço
 Conteúdo das caixas 1 a 20 => Programa
 Ajudante => CPU
 Ábaco => ULA
 Janela => Periférico (Dispositivo de E/S)
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 8
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 9
Barramentos:
 Barramento de Endereços: Fornece o endereço para as 
mudanças de dados na memória ou dispositivos periféricos. 
O número de linhas determina a capacidade de 
endereçamento. P. ex. 8051 (16 bits => 65536 = 64K)
 Barramento de Dados: Onde são efetuadas as trocas de 
dados (informações) com a memória ou com periféricos (E/
S), sendo portanto bidirecional. 
 O número de linhas determina a capacidade de 
processamento. P. ex. 8051- (8 bits - 256)
 Barramento de Controle: Controlam o funcionamento da 
CPU e do sistema, fornecendo sinais de controle em função 
da instrução que esta sendo executada e dos sinais 
recebidos. P. ex. INT,RD/WR, ALE,...
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 10
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 11
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 12
 “Microcomputador-de-um-só-chip”
 Pode reunir em um só chip: 
microprocessador, memórias ROM, 
RAM, Temporizadores, Contadores, 
WDT, POR, Canal Serial, Portas de 
I/O, conversores AD/DA, etc.
Microcontroladores:
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 13
Qual Microcontrolador estudar?
Alguns exemplos:
MC9S08GT16A / GB60AHCS08
HT46R06X/HT48R06XHT48
Z8F083A/Z8F0431Z8 Encore!ZILOG
ATMEGA8/ATMEGA8515AVRATMEL
MSP430F149/MSP430F169MSP430TEXAS
COP888CG/COP888GWCOP8NATIONAL
PIC16F84A/PIC16F628APICMICROCHIP
80C31/80C51 * DESCONT.MCS51 INTEL
MICROCONTROLADORFAMÍLIAFABRICANTE
FREESCALE
HOLTEK
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 14
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 15
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 16
Arquitetura Von Neumann
 Arquitetura Von-Neumann: tradicional utiliza o mesmo 
barramento para fazer a busca a instruções na memória de 
programa e para acessar (escrever ou ler) a memória de 
dados.
 Ciclo de execução do programa:
1. Busca instrução (OpCode – Código de operação);
2. Decodifica instrução;
3. Executa instrução;
4. Volta para o passo 1 buscando a instrução seguinte na memória.
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 17
Arquitetura Harvard
 Arquitetura Havard: é baseada em barramentos separados para dados 
e para programa, podendo ter inclusive tamanho de dados diferentes.
 Harvard permite duas leituras de memória simultâneas (dado e 
instrução).
 Mais rápido, mais caro, mais complexo
 dados e programas separados permitem que ambos sejam facilmente 
tratados em paralelo.
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 18
CISC x RISC
CISC :� Complex Instruction Set Computer
• Conjunto de instruções ampliado, ou seja, a CPU é capaz de executar um 
grande número de instruções (ex.: microcontrolador 8051, da Intel, com 
256 instruções);
• É geralmente associada a computadores com arquitetura von-Neumann.
RISC : Reduced Instruction Set Computer
• Conjunto de instruções reduzido (ex.: família PIC, da Microchip, com 35 
instruções, e família MSP430, da Texas, com 24 instruções emuladas 
e 27 instruções físicas);
• É geralmente associada a computadores com arquitetura Harvard.
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 19
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 20
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 21
Arquitetura MSP430 Von Neumann Modificada
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 22
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 23
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 24
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 25
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 26
PROF. SÉRGIO MORIBE - UTFPR 27