Construye tu computadora Mínimum.

Parte 1: Inicio de las microcomputadoras.

Por: Oscar Toledo Esteva.       Septiembre de 2018.


En la década de los 70 del siglo XX, miles de transistores fueron encapsulados en un solo chip, y los aficionados construyeron el portento llamado computadora. La comunicación directa con el procesador fue con lenguaje máquina, 16 switches mecánicos fijaban la direccion de la memoria, la palanca hacia arriba indicaba el estado lógico 1 y la palanca hacia abajo el estado lógico 0. En el mismo panel otros 8 switches bits (dígitos binarios) introducian las instrucciones y los datos. Cuando las secuencias de instrucciones estaban almacenadas en la memoria, el programa se ejecutaba y centelleaban los 24 focos instalados en el mismo panel. De esta máquina que el usuario programaba con entusiasmo, nació la computadora personal.

Fijando la dirección a: 0000 0000 0000 0000 y el dato a: 0000 0000 con los 24 switches, una instrucción sin operación (NOP) se ejecutaba y la máquina indicaba en los focos cada locación secuencial buscando otra instrucción del procesador. Hoy, por la alta integración de funciones en un microprocesador económico podemos construir una computadora más poderosa y con menos componentes, capaz de direccionar 4294967296 locaciones de memorias; mientras los anteriores no rebasaban las 65536 locaciones y no incluian ninguna memoria. El microprocesador actual contiene 4 gigabytes de locaciones segmentados que comparte con los periféricos, memorias internas o externas, y registros privados para usos especiales.

Fig 1. El procesador con dos componentes, el núcleo típico de las primeras computadoras.

En una computadora todo sucede en su núcleo principal: el procesador digital. Los progresos de fabricación en espacio nanométrico cambió su nombre por el de microprocesador central o MPC, que incluye memorias EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only-Memory) y SRAM (Static Random Access Memory), reloj calendario, interfaz para memoria externa y MicroSD, interfaz serializado I2C, UART, USB, CAN, SPI, etc, y un conjunto de instrucciones para que el usuario maneje los registros internos de control y los programas.

Las herramientas para la programación facilitan el avance en los equipos electrónicos que son controlados por los microprocesadores digitales, desde el motor de la lavadora, reloj de pulsera, teléfonos celulares, drones, aviones, automóviles, robots para cirugia médica, hasta sistemas automáticos guiados por satélites.

Foto 1. Para construir nuestra computadora necesitamos lo básico: Un microprocesador, un regulador de voltaje, un interfaz de comunicación, un circuito impreso y un switch para reiniciar nuestra máquina.

El microprocesador integra una unidad de control con una ruta de datos para procesar su conjunto de instrucciones, cada instrucción es una cifra binaria exclusiva, con una extensión de 16 bits o 32 bits.

El repertorio de instrucciones del microprocesador incluye manejo de punto flotante y procesamiento de señales análogas. Además, algunos tienen un programa depurador integrado (debug) con ordenes para escribir, leer y ejecutar programas temporales o definitivos del usuario. Cuentan con un oscilador de frecuencia interno que permite al microprocesador operar sin osciladores externos y puede ejecutar la mayoría de sus funciones.

La propiedad más llamativa de una computadora es su versatilidad, para cada necesidad concreta, el usuario especifica o cambia un programa y otra tarea es ejecutada por el microprocesador, sin quitar un tornillo de la computadora o cambiar un cable interno del circuito electrónico.

Foto 2. El microprocesador para nuestra computadora está encapsulado en un chip con 64 patas con norma LQFP-64 para montaje de superficie plana (SMD). Un punto señala la pata número uno y cada separación de patas o pin mide .5mm, por lo impráctico de esta medida se solda sobre un circuito impreso comercial donde cada pata va directo a perforaciones separadas por 2.54mm de fácil manipulación.

Fig 2. El microprocesador opera con 3.3V precisos y consume menos de 100 MA. Se conecta un módulo de 117 V.CA que suministra 5V de corriente continua al convertidor de precisión con 3.3V para el microprocesador.

Por el interés y la demanda de la tecnología microelectrónica, los circuitos impresos para determinados componentes se encuentran en sitios de venta de internet o tiendas especializadas.

Foto 3. Un circuito impreso comercial con norma LQFP-64 para ajustar y soldar con precisión cualquier componente, donde cada patita milimétrica va de acuerdo con los hoyos de conexión del circuito impreso.

 

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