CURSO 1997-98
Grupos L2 y L4: D. Andrés Roldán Aranda.
OBJETIVOS GENERALES:
El futuro profesional de la Informática, especialista en sistemas físicos, debe saber diseñar sistemas digitales basados en microprocesadores y microcontroladores, debido a la fiabilidad y versatilidad de las soluciones obtenidas. Esto implica evidentemente el conocimiento, sobre todo en cuanto a su utillización, de dichos dispositivos.
De una manera general, los objetivos a conseguir con la asignatura Procesadores de Propósito General son:
- Estudio de las características fundamentales de los distintos tipos de microprocesadores, tanto de su estructura interna, como de sus líneas de conexión con el exterior, así como de los elementos adicionales necesarios para la implementación de sistemas microcomputadores.
- Conocimiento a fondo del proceso de programación de los procesadores programables.
- Estudio de las herramientas de desarrollo más importantes.
- Por último el alumno deberá conocer a fondo, para así poder diseñar sistemas basados en él, el sistema programable exteriormente con mayor número de elementos internos, el microcomputador monochip.
PROGRAMA TEÓRICO-PRÁCTICO:
TEMA 1.- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS MICROCOMPUTODORES.
1.2.- Arquitectura general de un sistema microcomputador.
1.2.2.- La memoria.
1.2.3.- Los elementos de entrada/salida.
1.2.4.- Los buses.
1.3.2.- Circuito de reset.
1.3.3.- Circuito de reloj.
1.3.4.- Puertas lógicas.
1.3.5.- Decodificadores.
1.3.6.- Latches.
1.3.7.- Buffers.
2.2.- Concepto de microprocesador.
2.3.- Elementos internos típicos de un microprocesador.
2.3.2.- Registros generales.
2.3.3.- Registros índice.
2.3.4.- Registro de instrucción.
2.3.5.- Contador de programa.
2.3.6.- Puntero de pila.
2.3.7.- Registro de estado.
2.3.8.- Unidad aritmético/lógica.
2.3.9.- Unidad de control.
2.4.2.- Bus de direcciones.
2.4.3.- Bus de control.
2.6.- Microprocesadores de 8 bits.
2.6.2.- Zilog Z-80.
3.2.- La memoria principal.
3.3.1.1.- Memorias RAM estáticas (SRAM).
3.3.1.2.- Memorias RAM dinámicas (DRAM).
3.3.2.- No volátiles.
3.3.2.1.- Memorias CMOS con batería.
3.3.2.2.- Memorias ROM, PROM, EPROM y EEPROM.
3.3.2.3.- Memorias RAM no volátiles (NVRAM).
3.4.2.- Capacidad de almacenamiento.
3.4.3.- Tamaño de palabra.
3.4.4.- Velocidad.
4.2.- Concepto de interface de E/S.
4.3.- Métodos de E/S.
4.3.2.- E/S por interrupción.
4.3.3.- E/S por acceso directo a memoria.
4.4.2.- Interrupciones múltiples.
4.4.3.- Reconocimiento de la fuente de interrupción.
4.4.4.- La gestión de prioridades.
4.5.2.- Controlador de acceso directo a memoria.
4.5.3.- Controlador de interrupciones.
5.2.- Instrucciones.
5.2.2.- Juego de instrucciones completo y eficaz.
5.2.3.- Tipos de instrucciones.
5.2.3.2.- Instrucciones de ruptura de secuencia.
5.2.3.3.- Instrucciones aritméticas.
5.2.3.4.- Instrucciones lógicas.
5.2.3.5.- Instrucciones de comparación.
5.2.3.6.- Instrucciones de desplazamiento.
5.2.3.7.- Instrucciones de bit.
5.2.3.8.- Instrucciones de E/S y misceláneas.
5.3.2.- Modos básicos de direccionamiento.
5.3.2.2.- Direccionamiento por registro.
5.3.2.3.- Direccionamiento directo absoluto.
5.3.2.4.- Direccionamiento directo relativo.
5.3.2.5.- Direccionamiento indirecto.
5.3.2.6.- Direccionamiento implícito.
6.2.- Programación en lenguaje máquina.
6.3.- Programación en lenguaje ensamblador.
6.4.- Diferenciación entre el proceso de programación y el de codificación.
6.5.- Sentencias de ensamblador.
6.5.2.- Código de la instrucción.
6.5.3.- Operandos.
6.5.4.- Comentarios.
6.7.- Directivas al ensamblador o pseudoinstrucciones.
6.8.- Técnicas de codificación en ensamblador.
6.8.2.- Bifurcaciones.
6.8.3.- Bucles.
6.8.4.- Matrices (arrays).
6.8.5.- Pilas y listas.
6.8.6.- Subrutinas.
6.8.7.- Macros.
7.2.- Programa ensamblador.
7.2.2.- Primera pasada del programa ensamblador.
7.2.4.- Evaluación de expresiones.
7.2.5.- Consideraciones en el diseño de un programa ensamblador.
7.2.6.- Ensamblado para reubicación.
7.3.2.- Generación del fichero ejecutable.
7.3.3.- Utilización de librerías de programas.
7.6.- Aplicación de los programas montador y cargador a lenguajes de alto nivel.
8.2.- Fases del desarrollo de un sistema basado en microprocesador.
8.2.2.- Diseño del sistema físico (Hardware).
8.2.2.2..- Selección del microprocesador.
8.2.3.2.- Edición de los distintos módulos del programa.
8.2.5.- Chequeo y depuración.
8.2.5.2.- Chequeo y depuración del Software.
8.2.7.- Prueba del prototipo.
8.2.8.- Documentación y mantenimiento.
8.3.2.- Sistemas de desarrollo.
9.2.- Concepto de microcontrolador.
9.3.- Campos de aplicación.
9.4.- Arquitectura básica de un microcontrolador.
9.4.2.- La memoria.
9.4.3.- Las puertas de E/S.
9.4.4.- El reloj principal.
9.5.2.- Perro guardián o "Watchdog".
9.5.3.- Protección ante el fallo de alimentación o "Brownout".
9.5.4.- Estado de reposo o de bajo consumo.
9.5.5.- Convertidor A/D.
9.5.6.- Convertidor D/A.
9.5.7.- Puertas de comunicación serie.
PRACTICAS CON MICROPROCESADOR
PRÁCTICA 1.- ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL MICROPROCESADOR.
PRÁCTICA 2.- ESTUDIO DE LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO A UTILIZAR.
PRÁCTICA 3.- BIFURCACIONES.
PRÁCTICA 4.- BUCLES.
PRÁCTICA 5.- SUBRUTINAS.
PRÁCTICA 6.- MACROS.
PRACTICAS CON MICROCONTROLADOR
PRÁCTICA 7.- ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL MICROCONTROLADOR.
PRÁCTICA 2.- ESTUDIO DE LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO A UTILIZAR.
PRÁCTICA 3.- PUERTAS DE ENTRADA/SALIDA.
PRÁCTICA 4.- TEMPORIZADORES.
PRÁCTICA 5.- PUERTA SERIE.
PRÁCTICA 6.- CONVERTIDOR A/D.
RESUMEN DEL CONTENIDO DE LA ASIGNATURA:
Con el tema 1 se pretende dar al alumno una visión general de los sistemas basados en microprocesador, de las distintas partes que lo componen, de la función de cada una, así como de la forma en que éstas se interconectan entre sí. Además se realiza el estudio detallado de una serie de elementos de hardware, de uso común en este tipo de sistemas y que no serán objeto de estudio en los temas posteriores.
En el tema 2 se realiza el estudio de los elementos más importantes, tanto internos como externos, de los distintos tipos de microprocesadores, así como de las características más relevantes de los mismos.
El objetivo del tema 3 es el estudio de las características de los distintos tipos de memoria usados en los sistemas basados en microprocesador, así como de la función que desempeñan dentro de ellos.
La comunicación del sistema con el exterior es analizada en el tema 4, las distintas formas en que se realiza, así como los circuitos más importantes destinados a este fin.
En los temas 5, 6 y 7 se efectúa un análisis minucioso de la programación de los microprocesadores, sin la cual la existencia de éstos no tendría sentido. Se estudia con detalle la programación en ensamblador, así como el funcionamiento de los programas Ensamblador, Montador y Cargador.
En el capítulo 8 se proporciona la secuencialidad de las distintas etapas en el desarrollo de sistemas basados en microprocesador y en él se realiza un estudio de las herramientas disponibles a tal efecto.
Por último, en el tema 9 se estudian unos sistemas, los microcontroladores, que incluyen en un chip todos los elementos de un sistema microcomputador, y cuyo uso es de gran utilidad en múltiples aplicaciones de control.
Debido a que al contenido teórico de la asignatura se ha pretendido dar un carácter lo más general posible, en el programa de laboratorio se estudiarán las características de dispositivos (microprocesadores y microcontroladores) concretos, realizando diseños basados en ellos, con objeto de que el alumno adquiera una cierta destreza en su manejo y además pueda consolidar los conocimientos adquiridos en las clases teóricas.
METODOLOGÍA:
La metodología a seguir en la docencia de la asignatura Procesadores de Propósito General será la siguiente:
- En las clases de teoría se desarrollarán los apartados de los distintos temas, intercalando cuando sea necesario, ejercicios que ayuden a la comprensión de los conceptos expuestos previamente. Así mismo se instará al alumno para que participe en la clase de forma activa y no se limite a tomar notas.
Los medios a emplear para la exposición teórico-práctica serán:
- Pizarra.
- Retroproyector.
Las transparencias se utilizarán en aquellos temas en los que, por la complejidad de sus figuras, su uso se haga imprescindible. En estos casos, se aportará a los alumnos fotocopias de las mismas para que puedan seguir la exposición con mayor facilidad.
- En las Prácticas de Laboratorio se expondrá la introducción teórica necesaria para la práctica a realizar y después se propondrán las cuestiones a desarrollar por el alumno. Los alumnos se organizarán en grupos de dos componentes, con lo cual se contrastarán los conocimientos de los mismos y se fomentará el hábito del trabajo en equipo.
EXÁMENES Y EVALUACIÓN:
Por tratarse de una asignatura cuatrimestral, los conocimientos teóricos del alumno se evaluarán mediante un único examen, el cual se compondrá de una parte de cuestiones teóricas y de otra parte de problemas.
En cuanto a las prácticas de Laboratorio, la asistencia a las mismas será obligatoria y para su evaluación se tendrá en cuenta la nota de las memorias entregadas, así como la actitud y rendimiento del alumno en clase.
Las notas de prácticas se guardarán mientras que el programa de prácticas siga en vigor.
Para superar la asignatura será necesario aprobar el examen teórico y las prácticas. Una vez aprobada la teoría, la nota obtenida en las prácticas de laboratorio influirá sobre la calificación final de la asignatura.
BIBLIOGRAFÍA:
[ANGULO.93] Angulo, José Mª.
[DMIGUE.88] De Miguel, Pedro.
Paraninfo, 1988.
[GONZA.92] González, José Adolfo.
[HAYES.96] Hayes, John P.
[LLOPRI.96] Lloris, Antonio; Prieto, Alberto
[MANDAD.80] Mandado, Enrique.
[MANDAD.91] Mandado, Enrique.
Marcombo, 1.991.
[MARBAR.93] Martínez, Javier; Barrón, Mariano.
[RAFCHA.90] Rafiquzzaman, M; Chandra, R.
Anaya Multimedia, 1.990.
Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A., 1.993.
[ZAKS.85] Zaks, Rodnay.