Microcontroladores e Microprocessadores pt.2

Microcontroladores e Microprocessadores pt.2

1. Memórias

   • As instruções e os dados precisam ser armazenados em unidades de memória, capazes de reter estas informações durante e após seu processamento
   • Tipos de memória, de acordo com o armazenamento
     • Voláteis: Requer a aplicação de tensão elétrica para armazenar informação. Se a tensão elétrica for removida, todas as informações armazenadas na memória serão perdidas
     • Não voláteis: Não requer tensão elétrica para armazenar informação. E não precisam de tensão elétrica para reter as informações armazenadas
   • A memória principal são comumente memórias semicondutores em CIs, em sistemas atuais
   • Para armazenamentos a longo prazo, também chamado de memória auxiliar, usa-se dispositivos de armazenamento de massa, podendo ser magnéticos, óticos ou semicondutores (ex: HD, Pendrive, SSD,...)
   • Definições importantes:
     • Célula de memória: Dispositivo ou circuito elétrico usado para armazenar um único bit (0 ou 1)
     • Palavra: Grupo de bits (célula) em uma memória que representa instruções ou dados de algum tipo
     • Capacidade/densidade: Modo de especificar quantos bits são armazenados em determinado dispositivo ou sistema completo de memória
     • Endereço: Número que identifica a posição de uma palavra na memória. Cada palavra armazenada em um dispositivo/sistema de memória tem um único endereço.
   • Podemos combinar dispositivos de memória com capacidades determinada para conseguir uma capacidade de memória necessária.
   • Multiplicadores binários: Ki = 2^10; Mi = 2^20 e Gi = 2^30

2. Tipos de memória

   • A memória cachê é mais rápida e normalmente menor que a principal, fica dentro do CI do microprocessador. Ela trabalha fazendo uma cópia de uma parte que é mais usada na CPU.
   • Dispositivos de memória estática (SRAM): Dispositivos de memória semicondutora nos quais os dados permanecem armazenados enquanto a fonte de alimentação estiver aplicada, sem necessidade de reescrever periodicamente os dados
   • Dispositivo de memória dinâmica (DRAM): Dispositivos de memória semicondutora nos quais os dados armazenados não se mantêm permanentemente armazenados, mesmo com a fonte de alimentação aplicada, a menos que sejam em tempos regulares reescritos na memória (refresh)
   • Memória Principal (Memória de trabalho): Armazena instruções e dados que a CPU está acessando no momento
   • Memória auxiliar (Memória de massa): Armazena grande quantidade de informações externas à principal. É mais lenta que a memória principal e é sempre não volátil
   • Memória apenas de leitura (ROM): Memórias semicondutoras projetadas para aplicações nas quais a razão de operações de leitura por operações de escrita é alta. É não volátil e tem alto tempo de acesso para escrita
     • EPROM: é apagável
       • Ex: 27C64
         • [3]
     • EEPROM:Apagável eletrônicamente
       • EX: 2846 da Intel
   • Memória de leitura e escrita (RWM): Qualquer uma pode ser lida ou escrita de maneira fácil
   • Memória de acesso aleatório (RAM): A posição física real da palavra na memória não tem efeito sobre o tempo de leitura ou de escrita naquela posição
   • Memória de acesso sequencial (SAM): Memória na qual o tempo de acesso varia conforme o endereço
   • Memória Flash: substituiu as NVRAM e EEPROM. É não-volátil, possui número limitado de escrita e tempo de acesso maior que as memórias DRAM
   • [3]

3. CIs de memória

   • CI 2864: Memória EEPROM de 8Ki x 8bits
     • [1]
     • Barramento bidirecional
   • AT28HC64B
     • 64K = 8Ki x 8
     • EEPROM paralelo de alta velocidade
     • Até 100000 ciclos e retenção dos dados por 10 anos
     • 70ns de tempo de acesso de leitura e 10ms para escrita

4. CIs de microcontroladores

   • PIC - Microchip
     • Famílias de 8, 16, 32 bits
     • Alguns possuem interfaces Ethernet e USB integradas
     • Possui memórias Flash e RAM
   • PI32MZ1025DAA169
     • Clock de 200MHz
     • ADC de aproximações sucessivas de 12 bits e 45 canais
       • Multiplexador interno
         • [1]
     • Flash de 2MiB, SRAM de 256 KiB
     • Interface USB e Ethernet
     • 9 temporizadores de 16 bits
     • Unidade de gerenciamento de memória, GPU incorporada, acumuladores de 64bits e suporta ponto flutuante
   • AVR - Microchip - ATMega328P
     • Arquitetura RISC
     • Palavras de 8bita para dados e instruções
     • 32 registradores
     • Temporizador e contadores internos
       • [2]
     • Conversor A/D por aproximações sucessivas de 10bits com 8 canais
     • Admite clock de 20MHz até 20MIPS
     • Memórias: EEPROM 1KiB, SRAM 2KiB, Flash 32KiB
       • Flash e EEPROM admitem 10/100mil ciclos de leitura e escrita, de 20 a 100 anos

5. Fonte das imagens

   • [1]: Vídeo aula da disciplina
   • [2]: www.microchip.com
   • [3]: Tocci 2011

6. CIs de microprocessadores

   • INTEL - x86
     • Possui cache multinível (L2 e L3)
     • Múltiplos núcleos em um mesmo CI
     • Intel Core i7-11700K
       • Possui 8 núcleos
       • Possui 16MiB de memória cachê
       • Admite clock de 3,6GHz
       • Consome 125W
       • Suporta 4K com 60Hz
     • Intel Core i5-11600KF
       • Possui 6 núcleos
       • Possui 12MiB de memória cachê
       • Admite clock de 3,9GHz
       • Consome 125W
     • Intel Core i9-11900T
       • Possui 8 núcleos
       • Possui 16MiB de memória cachê
       • Admite clock de 1,5GHz
       • Consome 35W

7. CI de SoC

   • ESP32-WROOM-32E
     • Módulo com microprocessador Xtensa LX6 de 32bits
     • Possui 2 núcleos
     • Admite clock de até 240MHz
     • Possui oscilador a crista interno e coprocessador de baixo consumo
     • WiFi 802.11b/g/n
     • Bluetooth V4.2 e Bluetooth LE
     • Possui 444 KiB ROM para funções de boot e de gerenciamento interno + 520 KiB SRAM para dados e instruções + 4MiB flash usando interface SPI
     • Consumo de até 2W com o WiFi em uso
     • Interfaces: cartão SD, UART, SPI, SDIO, I2C, PWM para LEDs e motores, I2S, IR, contador de pulsos, GPIO, sensor de toque capacitivo, ADC e DAC

8. Plataformas Computacionais

   • A padronização das plataformas computacionais baseadas em microprocessadores, permitiu o desenvolvimento de diversas aplicações e interfaces com dispositivos externos de entrada e saída
   • Com a popularização dos computadores usando os microprocessadores x86, foi possível usar os mesmo dispositivos externos
   • Para facilitar a programação e o acesso às entradas e saídas e microcontroladores e SoCs, foram desenvolvidas plataformas de hardware em placas de circuitos impressas
   • Essas plataformas usualmente incorporaram todas as facilidades de interface entre microcontroladores/microprocessadores e dispositivos externos.
     • Ex: Arduíno Uno (microcontrolador) e ASUS H310M-3 R20 Motherboard (microprocessador)

9. Aplicações nos SEP

   • Softwares de análise, supervisão e controle remoto de sistemas de potência como o SAGE do CEPEL
   • Dispositivos eletrônicos inteligentes
   • Plataformas computacionais de baixo custo são usados em dispositivos de internet das coisas (IoT) para prover capacidade de monitoramento e controle

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