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DISEÑO DE MICROCOMPUTADORA .

DISEÑO DE UNA MICROCOMPUTADORA A PARTIR DEL MICROPROCESADOR 8086 Jessica Dueñas Juan Toapanta 1. MICROPROCESADOR

1. TEMA

[1] El microprocesador o unidad central de proceso (U, Central Process Unit) es el chip que ejecuta los programas. Lleva a cabo una gran variedad de cálculos, comparaciones numéricas y transferencia de datos como respuesta a las peticiones de los programas almacenados en memoria.

Diseño de una microcomputadora a partir del microprocesador 8086. 2. INTRODUCCIÓN

2.

El 8 de Junio de 1978, Intel presentó realiza la presentacion del chip 8086 (también conocido como iAPX86), procesador que se convertiría en la base para el actual conjunto de instrucciones de arquitectura x86, este procesador es el incapie para la producción de la base moderna de microcontroladores.

Es el encargado de dar un ritmo de funcionamiento al procesador y a toda la circutería en general; por lo tanto, determina la cantidad de instrucciones que el procesador puede ejecutar por segundo. 3. U

Siendo un procesador de 40 pines y una extención total de 16 bits, siendo sucesor directo del microprocesador 8080 que poseia 8 bits.

Es el microcircuito al cual entran las instrucciones de código máquina y donde las mismas son procesadas (ejecutadas).

En este proyecto entenderemos la forma de diseño de este microprocesador directamente conectado con el diseño de memorias, entradas y salidas de los diferente puertos.

4. Memoria Está formada por una serie de chips donde se almacena toda la información del sistema, lo cual incluye tanto al código (instrucciones) como los datos de cualquier tipo.

Ademas se busca la explicación del paso de datos y la desmultiplexación del bus de direcciones con el de datos.

5. Bus de datos

3. OBJETIVOS 3.1. Objetivo general 

Oscilador de reloj

Es el bus por donde se mueve la información digital que circula por todo el sistema (memoria, puertos...), desplazándose principalmente entre la memoria y la U, y viceversa. Este bus es de 16 bits en el 8086 (8 bits en el 8088 y 32 bits en 80386 y 80486).

Diseño de una microcomputadora a partir del microprocesador 8086.

3.2. Objetivos específicos

6.

a) Dominar los conceptos y forma de conexión del microprocesador 8086. b) Realizar el reconocimiento de cada uno de los pines del microprocesador. c) Conectar los diferentes puertos de entrada, salida y las memorias con el procesador.

Bus de direcciones

Es el bus usado por la U para indicar a la memoria laposición en la que está la información a la que se quiere acceder (ya sea para leerla o para escribir en ella). Una vez se haya accedido a esa posición en la memoria, ésta enviará su contenido a través del mencionado bus de datos. El bus de direcciones posee 20 bits de ancho de banda, por lo que se pueden indicar 220 = 1.048.576 posiciones de memoria distintas.

4. MARCO TEÓRICO

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7. Bus de control

Distribución de pines

Este bus es el encargado de indicar al sistema tanto el tipo de información que circula por el bus de datos en cada momento, como de sincronizar las señales que controlan el funcionamiento de la circutería del sistema. 8. Multiplexación [2] La multiplexación es el procedimiento por el cual diferentes informaciones pueden compartir un mismo canal de comunicaciones. El proceso inverso, es decir la extracción de una determinada señal (que lleva información) de entre las múltiples que se pueden encontrar en un cierto canal de comunicaciones se denomina demultiplexación.

5. DESARROLLO DEL PROYECTO El desarrollo del diseño del microprocesador se basa en la conexión de las memorias con el microprocesador y los puertos de entradas y salidas, para lo cual debemos tener muy en claro el funcionamiento y distribución de pines del microprocesador 8086.

Ilustración 1: Datasheet microprocesador 8086 Como podemos apreciar en la ilustración 1 tenemos 40 pines divididos 20 a la izquierda y 20 a la derecha los cuales tienen su respectiva función la cual detallamos a continuación:

La verdadera identidad del 8086 se establece en sus registros y buses (interno, externo) de 16-bit, lo que permite un direccionamiento I/O de 64 KB (216 = 65.536), mientras el bus externo de 20-bit permitía un direccionamiento físico de 1 MB.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Uno de los inconvenientes del bus de datos del 8086, era que estaba multiplexado (dividido en varias señales) con el bus de direccionamiento, limitando el rendimiento final especialmente en aquellos procesos de 8-bit, que corrían ligeramente más lentos que los procesadores de 8-bit de aquellos tiempos. Otros problemas que afligían al recién nacido 8086 eran la lentitud con la que se realizaban operaciones aritméticas, por lo que Intel decidió agregar un segundo chip (8087) encargado de realizar operaciones matemáticas con números de 80-bits, éste es el denominado co-procesador matemático.

18. 19. 20. 21. 22. 23.

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GND (Masa) AD14 (Bus de direcciones) AD13 (Bus de direcciones) AD12 (Bus de direcciones) AD11 (Bus de direcciones) AD10 (Bus de direcciones) AD9 (Bus de direcciones) AD8 (Bus de direcciones) AD7 (Bus de direcciones y datos) AD6 (Bus de direcciones y datos) AD5 (Bus de direcciones y datos) AD4 (Bus de direcciones y datos) AD3 (Bus de direcciones y datos) AD2 (Bus de direcciones y datos) AD1 (Bus de direcciones y datos) AD0 (Bus de direcciones y datos) NMI (Entrada de interrupción no enmascarable) INTR (Entrada de interrupción enmascarable) CLK (Entrada de reloj generada por el 8284) GND (Masa) RESET (Para inicializar el 8088) READY (Para sincronizar periféricos y memorias lentas) /TEST

DISEÑO DE MICROCOMPUTADORA . 24. /INTA (El 8088 indica que reconoció la interrupción) 25. ALE (Cuando está uno indica que salen direcciones por AD, en caso contrario, es el bus de direcciones) 26. /DEN (Data enable: cuando vale cero debe habilitar los transceptores 8286 y 8287 (se conecta al pin de "output enable"), esto sirve para que no se mezclen los datos y las direcciones). 27. DT/R (Data transmit/receive: se conecta al pin de dirección de los chips recién indicados). 28. IO/M (Si vale 1: operaciones con ports, si vale 0: operaciones con la memoria) 29. /WR (Cuando vale cero hay una escritura) 30. HLDA (Hold Acknowledge: el 8088 reconoce el HOLD) 31. HOLD (Indica que otro integrado quiere adueñarse del control de los buses, generalmente se usa para DMA o directo a memoria). 32. /RD (Cuando vale cero hay una lectura) 33. MN/MX (Cuando esta entrada está en estado alto, el 8088 está en modo mínimo, en caso contrario está en modo máximo) 34. /SSO (Junto con IO/M y DT/R esta salida sirve para determinar estados del 8088) 35. A19/S6 (Bus de direcciones/bit de estado) 36. A18/S5 (Bus de direcciones/bit de estado) 37. 17/S4 (Bus de direcciones/bit de estado) 38. A16/S3 (Bus de direcciones/bit de estado) 39. A15 (Bus de direcciones) 40. Vcc (+5V)

Microprocesador 8086 Direccionamiento físico es de 220=1Mb Direccionamiento I/O es de 64Kb 216=65536 Bloque de memoria ROM 4k RAM 8K ROM DE EXPANCIÓN 4K RAM DE EXPANCIÓN 8K Bloque de entrada 8 switchs Bloque de salida 8 LEDS 6 Display de 7 segmentos 1 Display LCD 1 impresora paralelo Bloque de entrada/salida Teclado matricial hexadecimal Tabla 1 Referencias de microcomputadora Para la conexión del bloque de memorias, el bloque, de entrada y el bloque de salida del microprocesador debemos tener muy en claro cómo realizar las conexiones pertinentes para lo cual como primer punto a considerar tenemos que el microprocesador 8086 es multiplexado esto quiere decir que por las líneas de dirección salen las líneas de datos teniendo así:

Una de las características de este microprocesador es que se le puede trabajar en dos modos el cual es el modo mínimo y modo máximo esta opción se la habilita enviando un 1 al pin 33 (modo mínimo) o un 0 al pin 33 (modo máximo).

De la línea AD0 – AD15 son multiplexadas (direcciones-datos) Y de la línea A16 – A19 son líneas de direcciones.

Para la creación de una microcomputadora se la realiza a partir de la conexión del micro procesador con las memorias y puertos de entrada y salida de datos para lo cual se realiza la ficha técnica del microprocesador junto con las especificaciones de memorias, las entradas y salidas detalladas a continuación. FICHA TECNICA DEL MICROCOMPUTADORA.

DISEÑO

DE

Para lo cual para poder realizar las conexiones de los buses se debe realizar una desmultiplexación de líneas de conexión la cual se la realiza mediante el pin 25 correspondiente al ALE el cual con 1 indica que en el bus de datos existe información para ser enviada a los respectivos puertos, para esto se le conecta mediante el circuito 74ls373 al bus de datos y al ALE mostrado en el siguiente diagrama. (véase ilustración 2)

UNA

La micro computadora a realizarse se la desarrollara a partir del microprocesador 8086 que tiene las siguientes especificaciones:

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Ilustración 2 Desmultiplexación del microprocesador 8086 En la cual podemos observar que las líneas de datos pasan directamente a sus respectivas conexiones mientras que las líneas de direcciones de la A0 a la A15 necesitan ser dexmultiplexadas y de la A16 a la A19 pasan por una desmultiplexacion por las conexiones S cuando es en modo máximo o pasan directas en modo mínimo. Posterior a la desmultiplexación se realiza la conexión de los bloques de memoria y entrada y salida para nuestro caso en modo mínimo.

Ilustración 3 Conexión 8086 modo mínimo [3]

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5.1. Explicación de conexiones.



5.1.1. Diseño de memorias

Microprocesador 8086: Pines a utilizarse:          

El diseño de memorias nace a partir del mapa de memorias establecida en la siguiente tabla: MAPA DE MEMORIAS 00000 ROM 4K 00FFF 01000



Latch Cumple la función de desmultiplexar las líneas de direcciones con la de datos.



Transmisor receptor: Sirve para aumentar la señal de corriente a la salida del bus de datos.



Decodificador de direcciones: Ayuda a decodificar las direcciones para ver activar la memoria que va hacer utilizada.



Generador de reloj: Es el encargado de ir generando las señales de reloj las cuales harán funcionar al microprocesador.

RAM 8K 02FFF 03000 ROM DE EXP 4K 03FFF 04000 RAM DE EXP 8K 05FFF 06000

AD0-AD15-AS16-AS19 ALE DEN RD WR I/O CLK READY RESET MN/MX

Al tener estos componentes se realiza la conexión destacando que las líneas| AD0 – AD15 para ser desmultiplexadas deben ingresar al latch junto al ALE el cual al tener un 1 en su salida nos indica que en las lineas de dirección existe información y a la salida obtendremos las A0 - A15 que pasaran a las memorias las líneas A0 – A12 que es el número máximo que usaremos en las memorias de 8k. Las líneas que sobran juntos con las líneas no multiplexadas pasan al decodificador de direcciones teniendo así una entrada de A13 – A19.

VACIO FFFFF Tabla 2 Mapa de memorias Como podemos observar en el mapa de memorias están ubicados los espacios en los cuales las diferentes memorias a utilizarse en el diseño de la microcomputadora desarrollaran su trabajo asi tenemos la memoria ROM de 4k la cual por tener el programa de arranque del microprocesador siempre se la ubica en el primer bloque del mapa de memorias.

Mientras que las líneas de datos pasan directamente al trasmisor – receptor ya que estas no necesitan ser desmultiplexadas. Los demás pines tienen las mismas conexiones que el microprocesador z80 visto en clases.

Para la instalación de las memorias se utiliza los siguientes componentes:

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DISEÑO DE MICROCOMPUTADORA . Para ver el diseño mirar Anexo 1

5.1.2. Diseño de leds El diseño de los Diodos leds es sumamente básico teniendo que las lineas de dirección al igual que el diseño de memorias deben entrar al latch para ser demultiplexadas antes de su ingreso al decodificador de direcciones en el cual deben ingresar las lineas de direcciones A0 - A19 por esta razón las lineas que estas multiplexadas (AD0-AD15) deben unirse a las que están sin multiplexación (A16-A19) pa ingresar todas las lineas necesarias al decodificador en el cual también ingresan la WR y la IO para que la salida de este pase a la puerta de salida de los leds.

Ilustración 4 Datasheet Display LCD Como podemos observar el display LCD está conformado por 14 pines los cuales están separados de la siguiente manera:

Mientras que el bus de direcciones junto al den entran al trasmisor receptor para posteriormente pasar a la puerta de salida en el cual se usara de D0 – D7 ya que solo necesitamos datos para 8 leds. Diseño de leds Véase ANEXO 2. Tabla 3 datasheet Display LCD

5.1.3. DISEÑO DE DISPLAYS 7 SEG

La conexión del display se lo realiza de la misma forma que los leds con la diferencia que el enable que se conecta al puerto de salida también va conectado al enable del display además R/W se lo conecta al WR del microprocesador para que se muestre que en el display se está escribiendo.

El diseño de los displays de 7 segmentos es muy similar al de los leds con la única diferencia que a la salida de puerto de salida se encentra los decodificadores de 7 segmentos para nuestro caso el serial 7448 que son decodificadores realizados para displays de cátodo común.

Diseño Display LCD véase ANEXO 4

Diseño de displays véase ANEXO 3

5.1.5. DISEÑO TECLADO MATRICIAL HEXADECIMAL Y SWITCHS

5.1.4. DISEÑO DE DISPLAY LCD

Las dos conexiones se las realiza en el mismo grafico ya que sus componentes son prácticamente los mismos

Para entender la implementación del display LCD empecemos por la presentación del DATASHEET del display LCD:

Con la gran diferencia que el teclado matricial se tendrá una puerta de entrada y salida a la vez las cuales ayudan a verificar si el teclado se está leyendo o escribiendo mediante la conexión que se les realiza a los cruces de columnas y filas la cual va conectada a una interrupción enmascarable del microprocesador. Ya que al momento de que el ingrese algo por teclado se produce un pulso que da

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DISEÑO DE MICROCOMPUTADORA . una interrupción al microprocesador poniendo atención a lo que se digito en el teclado.

indica a la impresora cuando esta ocupada o cuando esta fuera de servicio para asi el bus de datos bloquee sus servicios enviando los datos a un buffer de almacenamiento que se activara dando paso a los datos cuando la impresora mediante el pin ack indique que esta en la espera de un nuevo dato.

Diseño de teclado y switchs véase ANEXO 5

5.1.6. DISEÑO DE PARALELA

IMPRESORA

Para entender la implementación de impresora paralela empecemos por presentación del DATASHEET de la misma:

Diseño de teclado y switchs véase ANEXO 6

la la

.

Lo diferente de esta conexión se la puede apreciar en la interconectividad que se da entre el microprocesador y el puerto paralelo, el cual

6. GRAFICOS, FOTOGRAFÍAS, MAPAS Y TABLAS MAPA DE MEMORIAS 00000 ROM 4K 00FFF 01000 RAM 8K 02FFF 03000 ROM DE EXP 4K 03FFF 04000 RAM DE EXP 8K 05FFF 06000 VACIO

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FFFFF Tabla 4 Mapa de memorias DIRECCIÓ N 00 01 02 03 04

MAPA DE ENTRAD A 8 switchs

MAPA DE SALIDA

MAPA E/S

8 leds 6 display de 7 segmentos 1 display LCD 1 impresora puerto paralelo teclado hexadecimal matricial

Tabla 5 Mapas de puertos (entrada, salida, Ent/Sal)

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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]

Betazeta Networks, «CHW,» Betazeta, Julio 2013. [En línea]. Available: http://www.chw.net/2010/09/137-procesador-intel-8086/. [Último : 9 enero 2017].

[2]

"Telecomunicaciones - Atom", «Blog de telecomunicaciones,» Marzo 2012. [En línea]. Available: http://yuricodelaotelecomunicaciones.blogspot.com/2012/03/multiplexacion.html. [Último : 9 enero 2017].

[3]

B. B. Brey, «Microprocesadores Intel,» de Microprocesadores Intel, Person, 2006, pp. 303 - 331.

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