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• La materia se divide en arquitectura y ARM (arquitectura para ciertos tipos de procesadores).

Reglas

• Se permiten 10 minutos de tolerancia para el pase de lista.
• No se permiten groserías.
• Las entregas tardías en Classroom valdrán la mitad de la calificación máxima, incluso si la tarea es perfecta.
• Si el profesor revisa una tarea y no te encuentra en el salón, solo valdrá la mitad de la calificación.
• Dos advertencias resultan salirte de clase.
• Entrar a clase sin permiso está prohibido y solo se puede pasar.

Contenido

• Introducción.
• Historia de la arquitectura ARM.
• Familia ARM.
• Arquitecturas: RISC y CISC.
• Sistemas embebidos.

Rúbricas

• Examen: 50%.
• Tareas, proyectos, etc.: 50%.
• El total de las prácticas, tareas, presentaciones y exámenes se dividirá entre la ponderación de las mismas para obtener la calificación para cada unidad.
• Al redondear, 0.5 sube y 0.4 baja la calificación.
• El total equivale al 100%.
• Los centros de datos se ubican únicamente en Monterrey y Querétaro porque los principales canales de fibra óptica subterráneos en México pasan por ahí.
• 15 de enero de 2025, miércoles.
• El código de amuralei es el primer registro de una transacción de dinero entre dos personas.
• La familia merich creó el primer banco porque a las personas no les gustaba que la iglesia tuviera el dinero.

Hitos pivotes de las revoluciones industriales

• 1ra: máquina de vapor.
• 2da: luz eléctrica.
• 3ra: circuitos integrados.
• 4ta: internet (nace en 1980).
• Alan Turing es considerado el padre de la computación en general.
• Von Neumann es considerado el padre del diseño de la arquitectura de la computadora.
• La arquitectura Von Neumann y la de Harvard dieron pie a RISC y CISC.

Unidad de Control (UC)

• Controla las operaciones de los componentes como la memoria y los dispositivos de entrada/salida.
• Se encarga de obtener e interpretar las instrucciones del código y ejecutarlas.
• En resumen, controla la memoria y los dispositivos de entrada/salida.

Modelo de Harvard

• El CPU está constituido por la UC y ALU.
• Los datos e instrucciones se alimentan al sistema a través de componentes de entrada y salida.
• La memoria de datos e instrucciones se manejan por separado.

Desventajas del modelo de Harvard

• Se desaprovecha memoria: si hay espacio libre en la memoria de datos pero la memoria de instrucciones está llena, no se puede usar el espacio sobrante.
• Tener muchos tipos de buses aumenta la complejidad al manejar los datos e instrucciones.
• Modelo de von Neumann: Tiene una memoria principal que almacena datos e instrucciones.
• Tiene UC y ALU, y la ALU se auxilia de los dispositivos de entrada/salida.

Ventajas

• Es más óptimo el almacenamiento de datos e instrucciones.
• No hay una arquitectura Harvard o von Neumann que sea mejor que la otra.
• La arquitectura Harvard se usaba en las Macintosh y administraba la memoria más eficientemente.
• No es necesariamente mejor tener más memoria, sino cómo se administra (lo que hace que iOS y Android puedan ser más rápidos o lentos).

CISC - x86

• Actualmente, la arquitectura ARM es diferente a la arquitectura de Harvard, aunque inicialmente sí lo era.

RISC - ARM

• La arquitectura RISC o ARM se usa para crear máquinas para tareas específicas.
• El M1 de Apple es un procesador ARM que divide sus 8 núcleos: 4 para tareas específicas y 4 para procesamiento.

CISC

• Intel i3, i5, i7 e i9.
• AMD Ryzen 3, 5, 7, 9.

RISC

• Apple M1, M2, M3 y M4.
• La arquitectura x86 permite procesar más volumen.

Características RISC

• Instrucciones simples (las instrucciones simples se ejecutan más rápido que CISC).
• Instrucciones de longitud fija
• Opera a altas velocidades.
• Usa 138 registros de 32 y 64 bits.
• Instrucciones implementadas por hardware.
• La arquitectura Harvard es el antecedente de RISC y ARM.
• RISC consume muchos registros.
• CISC no consume muchos registros; solo tiene registros de 32 bits y 64 bits.

Características CISC

• Instrucciones complejas.
• Instrucciones de longitud variable.
• Opera a bajas velocidades.
• Usa muy pocos registros de 32 bits y 64 bits.
• Instrucciones implementadas con software.
• Todos los dispositivos móviles, tanto Apple como Android, usan RISC porque no se calientan ni ocupan ventiladores y ahorran batería.
• ARM significa Advanced RISC Machine.
• ARM se diseñó para permitir implementaciones de tamaño muy reducido y de alto rendimiento.
• Estas arquitecturas simples permiten dispositivos con muy bajo consumo de energía.
• Se caracteriza fundamentalmente por ser una computadora de conjunto de instrucciones reducido (Reduced Instruction Set Computer, RISC).
• RISC significa que el procesador tiene un conjunto de instrucciones en su memoria que son de tamaño reducido y longitud fija en vez de variable.
• ARM se dedica a diseñar procesadores, no a crearlos.
• Los ingenieros de Apple fundaron su empresa, compraron los derechos de los diseños de los procesadores ARM, y Qualcomm también produce procesadores.
• 22 de enero de 2025.

ARM

• El primer procesador ARM fue desarrollado entre 1983 y 1985 por Acorn Computers Limited de Cambridge, Inglaterra.
• Fue el primer microprocesador RISC para uso comercial.
• En 1990, ARM Limited se estableció como una compañía separada de ARM dedicada a la explotación de la tecnología.
• El criterio de la empresa ARM fue otorgar la licencia de esta tecnología a varios - ARM vende sus patentes a compañías que hace procesadores En 1983 al 1990 x86 era lo que dominaba el mercado.
• En 1983 al 1990, x86 era lo que dominaba el mercado; ARM creó sus propios planos de los procesadores y algunos públicos para atraer clientes y permitir el uso por otras empresas a cambio de dinero, ya que ARM no tenía el poder económico para fabricar sus patentes.
• La crisis del software implica que el software existente actualmente no aprovecha al máximo el hardware, lo que resulta en poca diferencia entre la gama actual de CPU.
• La diferencia entre un CPU de grado militar y uno comercial es que el militar tiene mayor tolerancia al frío y al calor, ocupa más silicio y es más caro.
• Desde su venta de planos, la arquitectura ARM ha crecido hasta convertirse en la arquitectura más popular del planeta.

Productos estándar

• Uso cotidiano como puertas, portones, persianas automáticas, celulares y televisiones.
• Los dispositivos ARM se encuentran en prácticamente todos los teléfonos móviles, dispositivos compactos y la mayoría de los PLC , PDA, cámaras y sistemas de navegación.
• PLC son tarjetas programables como los arduinos que traen microcontroladores.
• PDA son tarjetas embebidas para ciertos dispositivos que traen microprocesadores.
• Además, se utiliza en muchos productos de automoción y aplicaciones médicas e industriales.
• El hito fundamental que convirtió a ARM en un éxito fueron los celulares, ya que demandaban procesadores que no ocuparan ventiladores. La arquitectura ARM tiene un conjunto de instrucciones simples/fijas pero eficientes, lo que permite un tamaño de silicio compacto, alta velocidad de ejecución y bajo consumo de energía.
• Con los comandos originales ARM, es decir, comandos de bajo nivel para dar instrucciones al procesador ARM como el comando MOV de x86, todas las instrucciones son de 32 bits.
• La mayoría de las instrucciones pueden implementarse condicionalmente, evitando saltos Branch (los breaks).
• Los saltos Branch son una barrera para la implementación de instrucciones.
• ARM está acostumbrado a instrucciones secuenciales; si se da un Branch, sería abrupto: puede reiniciar el procesador, por lo que hay que evitarlos.
• Con la introducción del núcleo ARM7TDMI se desarrolló el juego de instrucciones THUMB de 16 bits. Las instrucciones Thumb son una abreviación o acortación las instrucciones ARM de 32 bits más frecuentemente utilizadas.
• Las instrucciones Thumb miden 16 bits y tienen una instrucción ARM correspondiente de 32 bits que tiene el mismo efecto en el modelo de procesador.
• Juego de instrucciones: cómo es el direccionamiento dentro del procesador. El juego de instrucciones de 16 bits significa que guarda las direcciones en localidades de memoria de 16 bits.
• Direccionamiento – a dónde se guarda la dirección de memoria/procesamiento.
• ARM7TDMI es un modelo de procesador.
• TUMB2 complementa Thumb con la mayoría de las instrucciones ARM populares y además permite ejecución condicional.
• TUMB2 ha optimizado el juego de instrucciones para compiladores de alto nivel (C/C++) y exigencias comunes en sistemas embebidos como la manipulación de bits y división de hardware.
• El conjunto de instrucciones ARM original era una colección de instrucciones de 32 bits que proporcionaban funciones de procesamiento de datos y control.
• 27 de enero de 2025.

Características de ARM

• El procesamiento de datos solo opera con contenidos de registros, no directamente en memoria.
• Control sobre la ALU en cada instrucción de procesamiento de datos.
• Modos de direccionamiento con incremento y decremento automático de punteros para optimizar los lazos de los programas.
• Carga y almacenamiento de múltiples instrucciones para maximizar el rendimiento de los datos.
• Ejecución condicional de todas las instrucciones para maximizar el rendimiento de la ejecución.
• Algunos procesadores ARM tienen la arquitectura Thumb para aplicaciones que necesiten mejorar la densidad de código.

Proceasdor ARM ESP

• Consiste en usar un set de instrucciones de 16 bits que es una forma comprimida del set de instrucciones ARM de 32 bits.
• El A/D Converter convierte las señales analógicas a digitales, como un audio de un micrófono a bits.
• 29 de enero de 2025. ARM7 y ARM7TDI
• Los microcontroladores son pequeños dispositivos en los dispositivos electrónicos.
• Es un circuito integrado programable que puede controlar o automatizar un proceso.

Unidades funcionales del microcontrolador

• Memoria
• Procesador
• Periféricos
• Puertos de entrada
• Salida
• Los microcontroladores se usan en muchos aparatos cotidianos y en diferentes aplicaciones industriales para automatizar tareas, así como para aplicaciones específicas.
• Para programar un microcontrolador se ocupa una interfaz de desarrollo, un programador y un código con las instrucciones.
• Una computadora doméstica personal tiene varios microcontroladores: unos de audio, otros de video, otros de micrófono, otros del mouse pad, etc., pero en general tienen tareas específicas.
• La mayoría de los microcontroladores permiten programarse en ensamblador y en C.
• 5 de febrero de 2025.

Diferencias entre un microcontroladorcon y un microprocesador

• Un microcontrolador es una computadora sin periféricos.
• Un microcontrolador tiene pocos recursos en comparación a las computadoras personales, ya que es muy especializado.
• Un microcontrolador contiene en su interior un microprocesador muy pequeño y limitado, buses, RAM y ROM.

Microprocesador

• Hace operaciones lógicas, aritméticas y de control.
• Guarda y lee datos desde las memorias RAM y ROM.
• Contiene en su interior una ALU, registros y buses.
• Un microcontrolador tiene pines de:
  • Entradas (discretas y analógicas).
  • Salidas (discretas y PWM).
• PWM - las entradas para conectar los componentes internos de la computadora; es el conjunto de pines:
  • Alimentación.
  • Reloj.
  • Comunicación.
• Pines: son el conjunto de patitas de un chip.

Diagrama lógico

• En resumen:
  • Un microprocesador es la parte más importante de una computadora; tiene pines de alimentación, reloj, datos, direcciones y control.
  • Un microcontrolador es una computadora sin periféricos, tiene pines de alimentación, reloj, entrada, salida y comunicaciones; puede hacer operaciones aritméticas básicas.
• Solo aprendete el nombre de cada marca que lo pregunta en el examen.
• No la descripcion de cada marca ya que eso no viene en el examen.
• 10 de febrero de 2025.

Arquitectura RISC y CISC

• CISC permite un emulador de C++; RISC no tiene emulador.
• Microinstrucción: Uno de los primeros pasos para diseñar un microprocesador es decidir su conjunto de instrucciones, ya que define el hardware del equipo y el lenguaje para dar instrucciones al procesador.
• Debido al conjunto de instrucciones, existen dos filosofías de diseño: RISC y CISC.
• Microprocesadores RISC: RISC significa Reduced Instruction Set Computer, lo que significa que utiliza un simple conjunto de instrucciones para leer y procesar datos.
• CISC significa "Complex Instruction Set Computer".
• El microprocesador CISC ejecuta comandos complejos en menos líneas de código, estableciendo este tipo de procesador como una alternativa a los microprocesadores.

Ventajas de RISC

• Menos costosos, ya que usan menos transistores y otros componentes.
• Estos chips no requieren muchas líneas de código para ejecutar tareas.
• El ensamblador, aunque sea código grande, se ejecuta rápido.
• Los fabricantes de microprocesadores
• MICROCHIP
• ATMEL CORPORATION
• FREESCALE SEMICONDUCTOR
• TEXAS INSTRUMENTS
• ZILOG INC
• MOTOROLA
• INTEL

Ventajas CISC

• Son más fáciles de trabajar para los programadores, pero son más costosos de desarrollar.
• En cambio, en lenguaje C, la ejecución es más lenta porque son más pasos.
• Un procesador RISC típico tiene una capacidad de procesamiento de dos a cuatro veces mayor a CISC, pero su estructura de hardware es tan simple que utiliza una fracción de la superficie que ocupa el procesador CISC.
• La arquitectura del procesador es la que hace la diferencia entre el rendimiento de una CPU y otra.
• Para aplicar una determinada arquitectura de un procesador, es decisivo que su diseño se lleve a cabo y, sobre todo, su rentabilidad, incluyendo los costos del software.
• La meta principal es incrementar el rendimiento del procesador, ya sea mejorando uno o creando uno nuevo.
• Las condiciones de realización técnica incluyen la tecnología de proceso y encapsulado, así como los transistores utilizados.

Características CISC

• Permite incrementar el tamaño de registros.
• Mayor velocidad de ejecución de instrucciones.
• Implementar medidas de paralelismo interno.
• Añadir cachés enormes.
• Añadir otras funcionalidades, como E/S y relojes para mini controladores.
• Los chips se construyen en líneas de producción antiguas que de otra manera no serían utilizables

Arquitectura RISC

• Incrementar el tamaño de los registros.
• Codificación uniforme de instrucciones (misma sintaxis) para una decodificación más rápida.
• Un conjunto homogéneo de registros hace que se utilicen en cualquier contexto, lo que simplifica el diseño del compilador.
• Modos de direccionamiento simple.
• Hace que los tipos de datos soportados en el hardware no se encuentren en una máquina RISC.

Ventajas de RISC

• El CPU trabaja más rápido ejecutando una instrucción por ciclo.
• Utiliza un sistema de direcciones no destructivas en RAM.
• RISC conserva los dos operadores y el resultado en memoria, lo cual reduce la ejecución de nuevas operaciones.

Desventajas de RISC

• Menor potencia que otros procesadores.
• Existen operaciones que se aceleran muchísimo con instrucciones complejas, sobre todo de índole matemática.
• Las operaciones complejas de índole matemática, simulaciones o de tratamiento de señal, videos o fotos, son de menor potencia.
• Las desventajas de risc tiene que ver con simulaciones o el tratamiento de datos.
• Los cpu trabajan registros y estos pueden ser registros aritméticos simples.