Microcontrolador: arquitecturas Von Neumann y Harvard, memoria y clasificación

Resumen

El documento explica qué es un microcontrolador y cómo se clasifica según su arquitectura (Von Neumann y Harvard), su conjunto de instrucciones (RISC, SISC y CISC) y su tamaño de datos. También describe las arquitecturas abierta y cerrada, los tipos de memoria de programa (ROM y RAM) con sus versiones no volátiles, y el funcionamiento del perro guardián o watchdog timer.

Puntos clave

Un microcontrolador es un circuito integrado que reúne CPU, memoria y entradas/salidas (E/S).
La arquitectura Von Neumann usa una única memoria para datos e instrucciones, mientras que la Harvard usa dos memorias separadas con buses distintos.
Según el conjunto de instrucciones se clasifican en RISC, SISC y CISC.
Los microcontroladores manejan datos de 4, 8, 16, 32 o 64 bits.
La memoria de programa se divide en ROM (no volátil, para el programa) y RAM (volátil, para variables y datos temporales).
La EPROM puede borrarse con rayos UV, mientras que la EEPROM se borra y graba eléctricamente.
El perro guardián (watchdog timer) provoca un reset del sistema si se desborda, evitando bloqueos.

Ponte a prueba

¿Qué es un Microcontrolador?

Es un dispositivo electrónico capaz de llevar a cabo procesos lógicos. Estos se programan en un lenguaje definido por el usuario y se cargan (se "meten") mediante un programador.

Consiste en un Circuito Integrado (CI) que incorpora las tres unidades funcionales principales de una PC: CPU, Memoria y Entradas/Salidas (E/S).

Clasificación de los Microcontroladores

Tipos de Arquitecturas

Arquitectura Von Neumann: Es la tradicional de las PCs. La CPU está conectada a una memoria única donde se guardan datos e instrucciones del programa.
Arquitectura Harvard: El CPU se conecta a dos memorias separadas (una para instrucciones y otra para datos) por medio de dos buses diferentes.

Arquitecturas Internas (Clasificación por Conjunto de Instrucciones)

Se clasifican en RISC (Reduced Instruction Set Computer), SISC y CISC (Complex Instruction Set Computer).

Tamaño de Datos

Los microcontroladores manejan datos de 4, 8, 16, 32 y 64 bits.

Arquitectura Abierta vs. Cerrada

Arquitectura Abierta: Poseen una estructura interna determinada, emplean sus líneas de E/S para sacar al exterior los buses de datos, direcciones y control, y posibilita la ampliación de la memoria.
Arquitectura Cerrada: Poseen una CPU determinada, cierta cantidad de memoria de datos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones, un número de E/S y un conjunto de recursos auxiliares muy concreto. Este tipo se acerca más a lo que es un microcontrolador estándar.

Tipos de Memoria de Programa

La memoria de programa está integrada en el propio chip. Se divide en dos tipos principales:

Memoria No Volátil (ROM): Contiene el programa de instrucciones que gobierna la aplicación.
Memoria Volátil (RAM): Se destina a guardar las variables y los datos temporales.

Versiones de Memorias No Volátiles (ROM)

Existen varias versiones de memorias no volátiles:

ROM con Máscara: Es no volátil y de solo lectura. Su contenido se graba durante la fabricación del chip.
Memoria OTP (One Time Programmable): Es no volátil, de solo lectura y programable una sola vez por el usuario, mediante un sencillo grabador.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Puede borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza como en el caso de la memoria OTP, pero dispone de una ventana para borrar su contenido posteriormente mediante rayos UV.
Memoria EEPROM (Electrical EPROM): Es de solo lectura, programable y borrable eléctricamente. Sus modificaciones se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC.

El Perro Guardián (Watchdog Timer)

Es un temporizador que, cuando se desborda, provoca automáticamente un reset del sistema, para evitar que el microcontrolador quede bloqueado o en un estado indefinido.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre la arquitectura Von Neumann y la Harvard?

La arquitectura Von Neumann emplea una única memoria para datos e instrucciones, mientras que la Harvard conecta la CPU a dos memorias separadas, una para instrucciones y otra para datos, mediante dos buses diferentes.

¿Para qué sirve el perro guardián o watchdog timer?

Es un temporizador que, al desbordarse, reinicia automáticamente el sistema. Así se evita que el microcontrolador quede bloqueado o en un estado indefinido.

¿Qué diferencia hay entre EPROM y EEPROM?

La EPROM se borra con rayos UV a través de una ventana, mientras que la EEPROM es borrable y programable eléctricamente, sin necesidad de luz ultravioleta.