Comparación entre las capacidades de los dispositivos lógicos programables contra los Microcontroladores

Microcontroladores

A diferencia de los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en los computadores PC, los µC son unidades auto-suficientes y más económicas.

El funcionamiento de los µC está determinado por el programa almacenado en su memoria.

Este puede escribirse en distintos lenguajes de programación. Además, la mayoría de los µC actuales pueden programarse repetidas veces.

Por las características mencionadas y su alta flexibilidad, los µC son ampliamente utilizados como el cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que controlan máquinas, componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de automatización y robótica, domótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas, teléfonos y televisores. 

Sus principales características son:

• Unidad de Procesamiento Central (CPU): Típicamente de 8 bits, pero también las hay de 4, 32 y hasta 64 bits con arquitectura Harvard, con memoria/bus de datos separada de la memoria/bus de instrucciones de programa, o arquitectura de von Neumann, también llamada arquitectura Princeton, con memoria/bus de datos y memoria/bus de programa compartidas.

• Memoria de Programa: Puede ser una memoria ROM (Read-Only Memory), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable/Programmable ROM) o Flash que almacena el código del programa que típicamente puede ser de 1 kilobyte a varios megabytes.

• Memoria de Datos: Es una memoria RAM (Random Access Memory) que típicamente puede ser de 1, 2 4, 8, 16, 32 kilobytes.

• Generador del Reloj: Usualmente un cristal de cuarzo de frecuencias que genera una señal oscilatoria de entre 1 a 40 MHz, o también resonadores o circuitos RC.

• Interfaz de Entrada/Salida: Puertos paralelos, seriales (UARTs, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), IC (Inter-Integrated Circuit), Interfaces de Periféricos Seriales (SPIs, Serial Peripheral Interfaces), Red de Área de Controladores (CAN, Controller Area Network), USB (Universal Serial Bus).

Proceso de Desarrollo

El proceso de desarrollo de una aplicación basada en microcontroladores se compone de las siguientes etapas principales, las cuales se explican en más detalle en las siguientes sub-secciones.

• Desarrollo de software: Esta etapa corresponde a la escritura y compilación/ensamblaje del programa que rige las acciones del µC y los sistemas periféricos conectados a este.
• Programación del µC: En esta etapa el código de máquina correspondiente al programa desarrollado en la etapa anterior se descarga en la memoria del µC.
• Prueba y verificación: Por último, el µC debe conectarse al circuito base y someterse a pruebas para verificar el funcionamiento correcto del programa.

Microprocesadores

Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir.

El microprocesador, es el cerebro del computador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles o millones de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

El µP en su interior contiene la Unidad de Procesamiento Central (CPU), también llamada procesador, de un computador.

La CPU está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el camino de datos, que las ejecuta.

Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la memoria y los módulos de Entrada/Salida y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados.

Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine, por ejemplo, como la siguiente imagen:

En un microprocesador se pueden diferenciar diversas partes:

• El encapsulado: es lo que rodea a la oblea de silicio en si, para darle consistencia, impedir su deterioro y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplaron a su zócalo a su placa base.
• La memoria caché: es una memoria ultrarrápida que emplea el µP para tener a mano ciertos datos que predeciblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM reduciendo el tiempo de espera.
• Coprocesador Matemático: Es la parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos, antiguamente estaba en el exterior del µP en otro chip. Esta parte está considerada como una parte “lógica” junto con los registros, la unidad de control, memoria y bus de datos.
• Los registros: son básicamente un tipo de memoria pequeña con fines especiales que el µP tiene disponible para algunos usos particulares. Hay varios grupos de registros en cada procesador. Un grupo de registros esta diseñado para control del programador y hay otros que no son diseñados para ser controlados por el µP pero que la CPU los utiliza en algunas operaciones. En total son treinta y dos registros.
• La memoria: es el lugar donde el procesador encuentra sus instrucciones de programa y sus datos. Tanto los datos como las instrucciones están almacenados en memoria, y el procesador los toma de ahí. La memoria es una parte interna de la computadora y su función esencial es proporcionar un espacio de trabajo para el µP.
• Puertos: es la manera en que el µP se comunica con el mundo externo. Un puerto es parecido a una línea de teléfono. Cualquier parte de la computadora con la cual el procesador necesita comunicarse, tiene asignado un número de puerto que el procesador utiliza como un número de teléfono para llamar al circuito o a partes especiales.

Cuadro comparativo Microprocesadores vs. Microcontroladores

Referencias:

• Lung, S. P. (2021, 01 Mayo). Microprocesadores vs microcontroladores vs FPGA. IMAGINE DISCOVER INVENT. Recuperado 11 de noviembre de 2021, de http://idielectronica.blogspot.com/2015/04/microprocesador-vs-microcontrolador-vs.html

• https://medium.com/@aploopve/microcontroladores-vs-microprocesadores-9e8c7edfb746