Universidad Autónoma De Sinaloa

Facultad de Informática Culiacán

Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica

Trabajo de investigación

Tema: Comparativa entre tecnologías(Microcontroladores, Microprocesadores, PLD’s y

ASIC)

M.C Ramiro Alberto Castro Ochoa

Por: Fernando Avena Herrera

Grado y Grupo: 4-1

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Fecha de entrega: 5 de febrero del 2016

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Contenido

Introducción.........................................................................................................3

Microcontrolador.................................................................................................4

Características...................................................................................................4

Aplicaciones......................................................................................................4

Microprocesador..................................................................................................5

Características...................................................................................................5

Aplicaciones......................................................................................................5

Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas.................................................6

Características...................................................................................................6

Aplicaciones......................................................................................................6

Dispositivo lógico programable............................................................................7

Diferencias entre Microcontroladores y Microprocesadores..............................8

ASIC VS PLD’S........................................................................................................9

Comparación General entre tecnologías (Beneficios y desventajas)................10

Conclusión..........................................................................................................11

Bibliografía..........................................................................................................11

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Introducción

En el desarrollo de este trabajo de investigación se desplegará una serie de información acerca de los microcontroladores, microprocesadores, PLD’s y ASIC los cuales son utilizados para ejecutar instrucciones específicas en distintas aplicaciones.

Esencialmente este trabajo se planteó en la materia de dispositivos lógicos programables con la finalidad de conocer las diferentes tecnologías para la implementación en los sistemas digitales y hacer comparativas entre ellos, esto para conocer los fuertes y debilidades de cada dispositivo programable en las distintas aplicaciones que se pueden presentar en nuestra vida profesional.

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Microcontrolador

es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica, incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado.

Características

Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.

Esquema de un microcontrolador

Aplicaciones

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar

pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier pc o ordenador convencional que tenemos en nuestros hogares.

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Microprocesador

Es el circuito integrado central más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador.

Es el encargado de ejecutar los programas, desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

Características

Un microprocesador es capaz de manejar dos elementos de información: instrucciones y datos. Las instrucciones forman los programas que se ejecutan en la máquina y los datos son los elementos con los que trabajan esos programas. Un microprocesador dispone de conjuntos de instrucciones muy diversas: operaciones matemáticas simples, comparaciones, manejo de cadenas de caracteres, estructuras de programación, etc.

Aplicaciones

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

Según una encuesta de la empresa DataQuest, en la actualidad hay una media de 35 microcontroladores en cada hogar americano y se espera que dicha cifra alcance los 240 en el año 2000.

Los campos más destacados en los que se emplean microcontroladores son los siguientes:

Periféricos y dispositivos auxiliares de los computadores. Electrodomésticos. Aparatos portátiles y de bolsillo (Tarjetas, monederos, teléfonos, etc.). Máquinas expendedoras y juguetería. Industria de automóviles. Control industrial y Robótica. Electro medicina. Sistemas de navegación espacial. Sistemas de seguridad y alarma.

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Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas

Es un circuito integrado hecho a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para propósitos de uso general. Se usan para una función específica. Por ejemplo, un chip diseñado únicamente para ser usado en un teléfono móvil es un ASIC. 

Características

Con los avances en la miniaturización y en las herramientas de diseño, la complejidad máxima, y por ende la funcionalidad, en un ASIC ha crecido desde 5.000 puertas lógicas a más de 100 millones. Los ASIC modernos a menudo incluyen procesadores de 32-bit, bloques de memoria RAM, ROM, EEPROM y Flash, así como otros tipos de módulos. Este tipo de ASIC frecuentemente es llamado Sistema en un Chip, o SoC, por sus siglas en inglés. Los diseñadores de ASIC digitales usan lenguajes descriptores de hardware (HDL), tales como Verilog o VHDL, para describir la funcionalidad de estos dispositivos.

Aplicaciones

Al ser de aplicación específica, se entiende que son circuitos adaptables a todo tipo de dispositivos para cumplir las tareas que se necesitan.

Dispositivo lógico programable

Un dispositivo lógico programable, o PLD (Programmable Logic Device), es un dispositivo cuyas características pueden ser modificadas y almacenadas mediante programación. El principio de síntesis de cualquier dispositivo lógico programable se

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fundamenta en el hecho de que cualquier función booleana puede ser expresada como una suma de productos.

La estructura básica de un PLD está formada por un arreglo de puertas AND y ORinterconectadas a través de fusibles.

Estructura interna de los PLD’s

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CPU

El microcontrolador es igual de bruto que un micro, por lo cual solamente realiza sus funciones con lo que tiene (datos) y su algoritmo o programa establecida.

Es una de sus funciones principales, la cual se encarga de dirigir sus operaciones.

Memorias RAM y ROM Son dispositivos externos que lo complementan para su óptimo funcionamiento.

Las incluye en un solo circuito integrado.

Velocidad de Operación  Rápida Lenta en comparación con la de un microprocesador 

Tamaño

La configuración mínima básica de un Microprocesador está constituida por un Micro de 40 Pines, Una memoria RAM de 28 Pines, una memoria ROM de 28 Pines y un decodificador de direcciones de 18 Pines, lo cual lo convierte en un circuito bastante engorroso.

El Microcontrolador incluye todos estos elementos en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja en varios factores, como por ejemplo, la disminución en el tamaño del circuito impreso por la reducción de los circuitos externos.

CostosPara el Microprocesador, el costo es muy alto en la actualidad.

El costo para un sistema basado en Microcontrolador es mucho menor.

Interferencias

Son más susceptibles a la interferencia electromagnética debido a su tamaño y a su cableado externo que lo hace más propenso al ruido.

El alto nivel de integración reduce los niveles de interferencia electromagnética

Tiempo de desarrollo el tiempo de desarrollo de un microprocesador es lento.

Por el contrario, el de un microcontrolador es rápido. 

Diferencias entre Microcontroladores y Microprocesadores

Microcontroladores Microprocesadores

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ASIC VS PLD’S

Una definición general del término Application Specific Integrated Circuit (ASIC) es prácticamente todo tipo de chip que está diseñado para realizar una tarea específica. ASICS, más específicamente, están diseñados por el usuario final para realizar alguna aplicación propietaria. Semi completo y completo personalizados circuitos integrados para aplicaciones específicas son muy útiles en la integración digital, analógica, de señal mixta o sistema-en-un-chip (SOC), pero los diseños son muy costosos y su programación es poco amigable. Dependiendo de la aplicación de diseño, hay muchas ventajas en el uso de ASICs en lugar de Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) o Los dispositivos lógicos programables complejos (CPLDs). Algunas de las ventajas incluyen una mayor el rendimiento, el aumento y la disminución de la densidad de las necesidades de espacio. Algunas de las desventajas incluir carecen de flexibilidad para los cambios y las dificultades para probar y depurar. Hay algunas aplicaciones de diseño más adecuado para la tecnología ASIC y otros adecuados para PLDs. Lógica diseños realizados en FPGA ocupar más espacio y no se desempeñan bien y mayor se deben migrar a una metodología ASIC. El proceso de migración introduce cuestiones tales como diferencias de arquitectura y cartografía de la lógica al proveedor funciones especificadas.

Mientras que los 3 dispositivos pueden ser usados para crear circuitos digitales, los ASICs están optimizados para esas tareas. Además, consumen menos poder y pueden procesar señales más rápidamente. Para algunas aplicaciones, ésta pequeña diferencia puede hacer de los ASIC la única opción viable. No obstante, el ciclo de diseño de un ASIC dura bastante tiempo, es costoso y al no ser reprogramable, no pueden ser modificados por lo que deben pasar por un riguroso ciclo de prueba. Por otro lado, los PLD y FPGA dan bastante flexibilidad pues al ser reprogramables, los ciclos de prueba, validación y rediseño son más cortos.

ASIC PLD’s

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Comparación General entre tecnologías (Beneficios y desventajas)

TECNOLOGIA BENEFICIOS CONSIDERACIONESMicrocontroladores Bajo costo, miniaturización, fácil

de programarInsuficiente potencia para aplicaciones de alto rendimiento

Microprocesadores Mayores niveles de reloj para aplicaciones de alto desempeño, fácil de programar

Mayor potencia, arquitectura de procesamiento secuencial

DSPs Componentes dedicados para procesamiento de señales aritmética de punto-flotante

Procesamiento inherentemente secuencial

GPUs Procesamiento en paralelo para aceleración de CPUs

Mayor potencia, requiere obligadamente un CPU

FPGAs Hardware flexible mediante software definido, circuitos reprogramables, paralelo inherente para procesamiento.

Complejidad de programación en lenguajes de descripción de hardware

ASSPs Rapidez y optimización para aplicaciones específicas, ofrece chips estándares y disponibles comercialmente

Sin flexibilidad para modificar diseños

ASICs Chips completamente configurables, optimización limitada para un solo encapsulado y una sola aplicación.

Altas inversiones iniciales y factibles solo en volúmenes altos

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Conclusión

Las tecnologías vistas en este trabajo tienen aplicaciones muy parecida y ocasionalmente pueden confundir al usuario o se puede tener dudas sobre cual utilizar en que aplicación, pero claro está que existen ventajas y desventajas entre ellos, como por ejemplo los microprocesadores son dispositivos con mayor potencia sobre los microcontroladores pero requiere de las memorias RAM, ROM externas para funcionar entre otras partes para que su funcionamiento sea el esperado y los microcontroladores ya cuentan con todas las partes encapsuladas en el circuito integrado, entonces, para aplicaciones de altos procesamientos se recomienda utilizar el microprocesador y para aplicaciones con pocos procesamientos y sistemas que se necesiten ahorrar espacio físico se recomienda el microcontrolador.

Otra comparación que se mostró en este trabajo es entre los PLDs y ASCI concluyendo que los PLDs son mucho mejor en cuanto a costo y flexibilidad al programar sobre los ASCI pero estos últimos son mejores para tareas específicas debido a que al no ser reprogramables hay más fiabilidad en los procesos.

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_de_aplicaci%C3%B3n_espec %C3%ADfica

http://idielectronica.blogspot.mx/2015/04/microprocesador-vs-microcontrolador- vs.html

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=6789.5;wap2 http://www.electronicosonline.com/etiqueta/dsps/ https://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador http://microcontroladores-e.galeon.com/ https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica_programada

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