Ciclos de maquina e instruccion

Todo retardo por software se reduce a una pregunta: ¿cuantos ciclos de instruccion ejecuta el PIC y cuanto dura cada ciclo de maquina? Eso es exactamente lo que evalua el Segundo Parcial en la parte teorica y en el calculo del retardo de 3 ms.

Ciclo de maquina (CM)

El ciclo de maquina es el tiempo base del PIC18. Con la frecuencia del cristal f_osc:

CM = 4 / f_osc

¿Por que aparece el 4? El cristal marca la velocidad del reloj. La duracion de un pulso se calcula con 1 / f_osc.

Si el cristal es de 20 MHz (20 millones de pulsos por segundo), cada pulso dura 0,05 µs — es decir, 1 / 20 000 000 s = 0,000 000 05 s.

El PIC18 no ejecuta una instruccion en un solo pulso. Por dentro divide el trabajo en 4 etapas de reloj (Q1, Q2, Q3, Q4). Para completar una instruccion simple necesita 4 pulsos del cristal. Por eso el ciclo de maquina es 4 veces mas largo que un pulso:

CM = 4 × (1 / f_osc) = 4 / f_osc

En una frase: el cristal dice cuanto dura un pulso; el 4 dice cuantos pulsos consume una instruccion en el modelo del curso.

Cristal (f_osc)	1 pulso (1/f_osc)	CM = 4 pulsos
4 MHz	0,25 µs	1 µs
8 MHz	0,125 µs	0,5 µs
20 MHz	0,05 µs	0,2 µs (200 ns)

Ejemplo del PDF: con 4 MHz, una instruccion de 1 ciclo tarda 1 µs.

Cristal 20 MHz en el parcial

Casi todos los ejercicios del examen usan 20 MHz. Memoriza:

CM = 0,2 µs
1 ms = 1000 µs → para 3 ms necesitas 3000 µs de retardo
Si Retardo = CM × Σ CI, entonces Σ CI = Retardo / CM = 3000 / 0,2 = 15 000 ciclos

Ciclos de instruccion (CI)

No todas las instrucciones tardan lo mismo. El PDF dice: casi todas toman 1 ciclo de maquina, excepto los saltos (2 o mas) y DECFSZ (caso especial).

Tabla 4.1 — aprendetela de memoria

Instruccion	Ciclos (CI)
`MOVLW`	1
`MOVWF`	1
`NOP`	1
`GOTO`	2
`BRA`	2
`CALL`	2
`RETURN`	2
`DECFSZ`	1 si no salta; 2 o 3 si salta

DECFSZ en detalle

En casi todo retardo por software veras este par de lineas:

BUCLE
    DECFSZ  CONTADOR,F    ; resta 1 al contador
    BRA     BUCLE         ; vuelve al inicio del bucle

¿Que hace DECFSZ? Resta 1 al contador y luego mira el resultado:

Situacion	Que pasa despues	Ciclos de `DECFSZ`
El contador no llego a cero	Sigue a la linea de abajo (`BRA`)	1 ciclo
El contador si llego a cero	Salta la linea de abajo (no ejecuta el `BRA`)	2 ciclos

El truco para contar bien: el BRA solo corre cuando el contador aun no es cero. La ultima vez, DECFSZ salta el BRA y el bucle termina.

Ejemplo concreto: contador empieza en 3

Vuelta	Valor antes	Resta 1 → queda	¿Llego a cero?	`DECFSZ`	¿Se ejecuta `BRA`?
1	3	2	No	1 ciclo	Si
2	2	1	No	1 ciclo	Si
3	1	0	Si	2 ciclos	No (lo salta)

Resumen de esa vuelta:

DECFSZ se ejecuto 3 veces → 1 + 1 + 2 = 4 ciclos (= N + 1 con N = 3).
BRA se ejecuto 2 veces (solo las vueltas 1 y 2) → 2 × 2 = 4 ciclos (= 2 × (N − 1)).

Regla general para un bucle de N iteraciones

Si el contador arranca en N y baja hasta 0:

DECFSZ  →  (N − 1) veces × 1 ciclo  +  1 vez × 2 ciclos  =  N + 1 ciclos
BRA     →  (N − 1) veces × 2 ciclos  =  2 × (N − 1) ciclos

Ejemplo del PDF (N = 200): DECFSZ → 199×1 + 1×2 = 201 ciclos. BRA → 199×2 = 398 ciclos.

Solapamiento (pipeline)

El PIC18 usa pipeline: mientras una instruccion se ejecuta, la siguiente puede estar en etapa de busqueda (fetch). Eso se llama solapamiento de instrucciones.

En el parcial (opcion multiple) la respuesta correcta suele ser solapamiento o pipeline, no “retardo” ni “comparacion”.

Para calcular retardos en el curso no restas ciclos por pipeline: usas la Tabla 4.1 tal como esta y sumas Σ CI. El profesor quiere que sepas el concepto en teoria y la tabla en la practica.

Formula del retardo

Retardo = CM × Σ CI

CM = duracion de un ciclo de maquina (en segundos o µs).
Σ CI = suma de ciclos de cada instruccion, multiplicada por cuantas veces se repite en el bucle.

Pasos para cualquier ejercicio

Escribe el codigo del retardo linea por linea.
Asigna ciclos segun Tabla 4.1.
Cuenta repeticiones (N, M, P en bucles anidados).
Suma Σ CI.
Multiplica por CM.
Compara con el tiempo pedido; ajusta con NOP si falta o sobra.

Ejercicio · Parcial

CM con distintos cristales

Calcula CM para 4 MHz, 10 MHz y 20 MHz. ¿Cuantos µs dura un MOVLW en cada caso? (Respuesta: 1 × CM en cada caso.)

Ejercicio · Parcial

Sigma CI minimo

Un programa tiene solo MOVLW + MOVWF + RETURN (sin bucle). Con 20 MHz, ¿cuanto dura? Σ CI = 1+1+2 = 4 → 4 × 0,2 µs = 0,8 µs.

Relacion con otras paginas

Bucles de retardo — como contar Σ CI en bucles de 1, 2 y 3 niveles.
Calculo y aplicaciones — retardo de 3 ms del examen con N=29 y variable A.

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