1. La placa de 4 dólares frente a la computadora de guía del Apolo: RAM y frecuencia de reloj
La RAM de la placa es 66 veces mayor y la frecuencia de reloj es 65 veces mayor. La computadora de guía del Apolo (AGC) que fue a la Luna tenía una frecuencia de reloj de 2,048 MHz y una memoria reescribible (equivalente a la RAM) de 2048 palabras. Como 1 palabra equivale a 16 bits, esto suma aproximadamente 4 kilobytes. Su memoria de solo lectura era de 36,864 palabras, unos 72 kilobytes, y su masa era de aproximadamente 32 kg [1][2].
Por otro lado, el chip RP2040 de la Raspberry Pi Pico tiene una frecuencia de reloj máxima de 133 MHz y 264 kilobytes de SRAM dentro del chip [3]. La placa se anuncia en la página oficial «desde 4 dólares» [4]. Si dividimos las cifras, la RAM es 66 veces mayor (264 ÷ 4) y el reloj es aproximadamente 65 veces mayor (133 ÷ 2,048). Sin embargo, esta relación solo compara números de especificaciones. Como los tipos de instrucciones y los bits manejados por vez son diferentes, no podemos decir que sea «66 veces más rápida». Además, la frecuencia del RP2040 es el valor máximo.
¿Cuál es el protagonista de esta placa? El RP2040 que está en la placa es un tipo de chip llamado microcontrolador. ¿En qué se diferencia de los chips de una computadora personal?
2. Qué es un microcontrolador: un chip con CPU, memoria y entradas
Un microcontrolador (MCU) se usa para tareas más sencillas que las de una PC. Un microcontrolador (MCU) es un componente que integra piezas básicas como la CPU, la ROM (memoria de solo lectura) y la RAM (memoria reescribible) en un solo circuito integrado (IC). Se usa para tareas no muy pesadas, como el control de juguetes o microondas [5]. También se explica que se usan en lavadoras y teléfonos [6].
Si lo comparamos con una pequeña tienda que lo hace todo por sí sola, el empleado sería la CPU, los carteles en la pared serían la ROM y la libreta de notas en la mano sería la RAM. La ventanilla por la que se comunica con otras máquinas son los pines de entrada y salida. Claro, es solo una analogía; en realidad es un chip que funciona con electricidad.
Pines para conectar al exterior. El RP2040 tiene 30 pines de entrada y salida de propósito general (GPIO) para conectar al exterior, y 4 de ellos pueden usarse también como entradas analógicas [3]. Conectar zumbadores o luces a los pines y hacerlos sonar o brillar mediante programación es el uso básico de los microcontroladores. Entonces, ¿cuándo y para qué se crearon estos chips?
3. Cómo los chips para calculadoras de Texas Instruments se volvieron microcontroladores de uso general
El chip se diseñó en 1971 y se presentó en 1974. El origen fueron las calculadoras. En la empresa estadounidense Texas Instruments (TI), Gary Boone y Michael Cochran diseñaron en 1971 un chip único para calculadoras (TMS1802), que sirvió de base. De ahí nació la familia de microcontroladores de 4 bits «TMS1000», que podían usarse para más cosas además de calculadoras, presentada en 1974 [5].
El año del «primer microcontrolador del mundo» varía según la fuente: 1971 o 1974. Si leemos por separado el año del diseño y el año de su presentación como producto de uso general, entendemos la razón de la discrepancia.
Un precio de 2 dólares por unidad. El TMS1000 costaba 2 dólares por unidad en compras al por mayor [5]. Ese precio tan bajo se relacionó con la expansión de sus usos que veremos en la siguiente sección.
4. Dónde se usaron los primeros microcontroladores: juguetes, alarmas y electrodomésticos
Desde juguetes que hablan hasta alarmas de seguridad. El TMS1000 se usó en alarmas de seguridad, abridores de puertas de garaje, juegos y juguetes como «Speak and Spell». Se explica que hizo los circuitos digitales electrónicos accesibles para la gente común [5]. Hoy en día, se explica que los microcontroladores siguen funcionando dentro de lavadoras y microondas [6].
Más de 100 ECU en un solo auto. También están en los autos. Según los informes sobre un documento del IPA publicado en 2012, se dice que un auto lleva más de 100 computadoras de a bordo (ECU) y aproximadamente 10 millones de líneas de software [7]. Sin embargo, un ECU no siempre equivale a un solo microcontrolador. Las cifras son las «dichas» en un documento de 2012 y no necesariamente se aplican a los modelos actuales.
¿Llegan los microcontroladores, que se han vuelto baratos, también a los usuarios finales?
5. Por qué nació Arduino: una placa barata para estudiantes
La barrera de los 100 dólares. En 2005, en el Interaction Design Institute Ivrea (IDII) de Italia, nació Arduino como una placa electrónica barata para que la usaran los estudiantes [8]. En ese momento, las placas de microcontroladores existentes (BASIC Stamp) costaban aproximadamente 100 dólares contando la placa y los componentes básicos. Era una compra cara para los estudiantes. Por eso, el objetivo se fijó en unos 30 dólares, el precio de una comida en una pizzería [8]. Los 30 dólares eran la meta de diseño; el precio de venta real ha cambiado desde entonces.
Arduino busca acercar la electrónica a todos. Arduino es hardware y software de código abierto que pueden usar estudiantes, entusiastas, artistas, programadores y expertos. Su misión es que «todos puedan acceder a la electrónica y la tecnología digital» [9]. Entonces, ¿podemos encontrar microcontroladores cercanos nosotros mismos?
6. Actividad: buscar en casa aparatos con una pequeña computadora dentro
Busquemos en casa aparatos que funcionan al pulsar un botón, como microondas, lavadoras o juguetes. Marcamos aquellos que parecen tener una pequeña computadora dentro. Sin embargo, no se deben abrir los aparatos. Desarmarlos puede causar lesiones o averías. Limítense a observar desde el exterior cómo funcionan al pulsar los botones.
El tipo de chip del interior no se puede saber desde fuera. Puedes preguntarle a alguien de tu familia: «¿Cómo funciona esto?». Si quieren saber más, buscar libros de electrónica en la biblioteca es una buena opción.