Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
132
lượt xem
51
download

Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

bộ vi xử lý là bộ não của máy tính, nó quyết định phần lớn đến tốc độ nhanh hay chậm của máy tính.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý

  1. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. CHƯƠNG 1 GI I THI U CHUNG V B VI X LÝ I. S PHÁT TRI N C A CÁC B VI X LÝ: 1. Th h 1 (1971 - 1973): ð c ñi m chung c a các vi x lý th h này: • Bus d li u: 4 bit. • Bus ñ a ch : 12 bit. • Công ngh ch t o: PMOS. • T c ñ th c hi n l nh: 10 – 60 s/l nh v i fCLOCK = 0,1 – 0,8 MHz. M t s b vi x lý ñ c trưng cho th h này: 4040 (Intel), PPS-4 (Rockwell International), … 2. Th h 2 (1974 - 1977): ð c ñi m chung c a các vi x lý th h này: • Bus d li u: 8 bit. • Bus ñ a ch : 16 bit. • Công ngh ch t o: NMOS ho c CMOS. • T c ñ th c hi n l nh: 1 – 8 s/l nh v i fCLOCK = 1 – 5 MHz. M t s b vi x lý ñ c trưng cho th h này: 6502 (Mos Technology), 6800/6809 (Motorola), 8080/8085 (Intel), Z80 (Zilog), … 3. Th h 3 (1978 - 1982): ð c ñi m chung c a các vi x lý th h này: • Bus d li u: 16 bit. • Bus ñ a ch : 20 - 24 bit. • Công ngh ch t o: HMOS. • T c ñ th c hi n l nh: 0,1 – 1 s/l nh v i fCLOCK = 5 – 10 MHz. M t s b vi x lý ñ c trưng cho th h này: 68000 / 68010 (Motorola), 8086 / 80186 / 80286 (Intel), … 4. Th h 4 (1983 - nay): ð c ñi m chung c a các vi x lý th h này: • Bus d li u: 32 - 64 bit. • Bus ñ a ch : 32 bit. • Công ngh ch t o: HCMOS. • T c ñ th c hi n l nh: 0,01 – 0,1 s v i fCLOCK = 20 – 100 MHz. M t s b vi x lý ñ c trưng cho th h này: 68020 / 68030 / 68040 / 68060 (Motorola), 80386 / 80486 / Pentium (Intel), … II. SƠ ð KH I C A M T H VI X LÝ: ð nh nghĩa h vi x lý: • Kh năng ñư c l p trình ñ thao tác trên các d li u mà không c n s can thi p c a con ngư i. Giaùo trình Vi xöû lyù. 1 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  2. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. • Kh năng lưu tr và ph c h i d li u. T ng quát, h vi x lý g m: • Ph n c ng (Hardware): các thi t b ngo i vi → ñ giao ti p v i con ngư i. • Ph n m m (Software): chương trình → ñ x lý d li u. CPU (Central Processing Unit): ñơn v x lý trung tâm. RAM (Random Access Memory): b nh truy xu t ng u nhiên. ROM (Read Only Memory): b nh ch ñ c. Interface Circuitry: m ch ñi n giao ti p. Peripheral Devices (Input): các thi t b ngo i vi (thi t b nh p). Peripheral Devices (Output): các thi t b ngo i vi (thi t b xu t). Address bus: bus ñ a ch . Data bus: bus d li u. Control bus: bus ñi u khi n. III. ðƠN V X LÝ TRUNG TÂM: CPU ñóng vai trò ch ñ o trong h vi x lý, nó qu n lý t t c các ho t ñ ng c a h và th c hi n t t c các thao tác trên d li u. CPU là m t vi m ch ñi n t có ñ tích h p cao. Khi ho t ñ ng, CPU ñ c mã l nh ñư c ghi dư i d ng các bit 0 và bit 1 t b nh , sau ñó nó s th c hi n gi i mã các l nh này thành dãy các xung ñi u khi n tương ng v i các thao tác trong l nh ñ ñi u khi n các kh i khác th c hi n t ng bư c các thao tác ñó và t ñó t o ra các xung ñi u khi n cho toàn h . Giaùo trình Vi xöû lyù. 2 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  3. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. IR (Instruction Register): thanh ghi l nh. PC (Program Counter / Instruction Pointer): b ñ m chương trình / con tr l nh. Instruction decode and control unit: ñơn v gi i mã l nh và ñi u khi n. ALU (Arithmetic and Logic Unit): ñơn v s h c và logic. Registers: các thanh ghi. Tóm l i, khi ho t ñ ng CPU s th c hi n liên t c 2 thao tác: tìm n p l nh và gi i mã – th c hi n l nh. • Thao tác tìm n p l nh: - N i dung c a thanh ghi PC ñư c CPU ñưa lên bus ñ a ch (1). - Tín hi u ñi u khi n ñ c (Read) chuy n sang tr ng thái tích c c (2). - Mã l nh (Opcode) t b nh ñư c ñưa lên bus d li u (3). - Mã l nh ñư c chuy n vào trong thanh ghi IR trong CPU (4). - N i dung c a thanh ghi PC tăng lên m t ñơn v ñ chu n b tìm n p l nh k ti p t b nh . • Thao tác gi i mã – th c hi n l nh: - Mã l nh t thanh ghi IR ñư c ñưa vào ñơn v gi i mã l nh và ñi u khi n. - ðơn v gi i mã l nh và ñi u khi n s th c hi n gi i mã opcode và t o ra các tín hi u ñ ñi u khi n vi c xu t nh p d li u gi a ALU và các thanh ghi (Registers). - Căn c trên các tín hi u ñi u khi n này, ALU th c hi n các thao tác ñã ñư c xác ñ nh. M t chu i các l nh (Opcode) k t h p l i v i nhau ñ th c hi n m t công vi c có ý nghĩa ñư c g i là chương trình (Program) hay ph n m m (Software). IV. B NH BÁN D N: B nh bán d n là m t b ph n khác r t quan tr ng c a h vi x lý, các chương trình và d li u ñ u ñư c lưu gi trong b nh . B nh bán d n trong h vi x lý g m: • ROM: b nh chương trình → lưu gi chương trình ñi u khi n ho t ñ ng c a toàn h th ng. • RAM: b nh d li u → lưu gi d li u, m t ph n chương trình ñi u khi n h th ng, các ng d ng và k t qu tính toán. Giaùo trình Vi xöû lyù. 3 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  4. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. Sơ lư c v c u trúc và phân lo i ROM – RAM: • ROM (Read Only Memory): b nh ch ñ c, thông tin trong ROM s không b m t ñi ngay c khi ngu n ñi n cung c p cho ROM không còn. - C u trúc ROM: - Phân lo i m t s lo i ROM: o MROM (Mask ROM): ROM m t n . o PROM (Programmable ROM): ROM l p trình ñư c. o EPROM (Eraseable PROM): ROM l p trình và xóa ñư c. UV-EPROM (Ultra Violet EPROM): ROM xóa b ng tia c c tím. EEPROM (Electric EPROM): ROM l p trình và xóa b ng tín hi u ñi n. Flash ROM: ROM l p trình và xóa b ng tín hi u ñi n. • RAM (Random Access Memory): b nh truy xu t ng u nhiên (b nh ghi ñ c), thông tin trong RAM s b m t ñi khi ngu n ñi n cung c p cho RAM không còn.. - C u trúc RAM: - Phân lo i m t s lo i RAM: o DRAM (Dynamic RAM): RAM ñ ng o SRAM (Static RAM): RAM tĩnh Cách xác ñ nh dung lư ng b nh bán d n 8 bit s d ng cho chip vi ñi u khi n 8051 như sau: • D a vào s lư ng chân ñ a ch : Dung lư ng = 2N , v i N là s ñư ng ñ a ch c a b nh . Ví d : B nh bán d n 8 bit có 10 ñư ng ñ a ch . Cho bi t dung lư ng c a b nh là bao nhiêu? N = 10 → Dung lư ng = 210 = 1024 = 1 KB Giaùo trình Vi xöû lyù. 4 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  5. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. • D a vào mã s c a b nh : Mã s : XX YYYY XX: lo i b nh 27: UV-EPROM 28: EEPROM 61,62: SRAM 40,41: DRAM YYYY: dung lư ng b nh Dung lư ng = YYYY (Kbit) ho c Dung lư ng = YYYY / 8 (KB) Ví d : B nh có mã s 27256, dung lư ng c a b nh là bao nhiêu ? 27 → B nh UV-EPROM 256 → Dung lư ng = 256 (Kbit) = 32 (KB) V. CÁC THI T B NGO I VI (CÁC THI T B XU T NH P): M ch ñi n giao ti p (Interface Circuitry) và các thi t b xu t nh p hay thi t b ngo i vi (Peripheral Devices) t o ra kh năng giao ti p gi a h vi x lý v i th gi i bên ngoài. B ph n giao ti p gi a bus h th ng c a h vi x lý v i các th gi i bên ngoài thư ng ñư c g i là c ng (Port). Như v y tùy theo t ng lo i thi t b giao ti p mà ta có các c ng nh p (Input) ñ l y thông tin t ngoài vào h và các c ng xu t (Output) ñ ñưa thông tin t trong h ra ngoài. T ng quát, ta có 3 lo i thi t b xu t nh p sau: • Thi t b lưu tr l n: băng t , ñĩa t , ñĩa quang, … • Thi t b giao ti p v i con ngư i: màn hình, bàn phím, máy in, … • Thi t b ñi u khi n / ki m tra: các b kích thích, các b c m bi n, … VI. H TH NG BUS: Bus là t p h p các ñư ng dây mang thông tin có cùng ch c năng. Vi c truy xu t thông tin t i m t m ch ñi n xung quanh CPU thì nó s d ng 3 lo i bus: bus ñ a ch , bus d li u và bus ñi u khi n. CPU s d ng h th ng bus này ñ th c hi n các thao tác ñ c (READ) và ghi (WRITE) thông tin gi a CPU v i b nh ho c các thi t b ngo i vi. • Bus ñ a ch (Address bus): - ð chuy n t i thông tin c a các bit ñ a ch . - Là lo i bus 1 chi u (CPU → MEM hay I/O). - ð xác ñ nh b nh ho c thi t b ngo i vi mà CPU c n trao ñ i thông tin. - ð xác ñ nh dung lư ng b nh ho c ngo i vi mà CPU có kh năng truy xu t. • Bus d li u (Data bus): - ð chuy n t i thông tin c a các bit d li u. - Là lo i bus 2 chi u (CPU ↔ MEM hay I/O). - ð xác ñ nh s bit d li u mà CPU có kh năng x lý cùng m t lúc. • Bus ñi u khi n (Control bus): - ð chuy n t i thông tin c a các bit ñi u khi n (m i ñư ng dây là m t tín hi u ñi u khi n khác nhau). - Là lo i bus 1 chi u (CPU → MEM-I/O ho c MEM-I/O → CPU). - ð ñi u khi n các kh i khác trong h và nh n tín hi u ñi u khi n t các kh i ñó ñ ph i h p ho t ñ ng. Giaùo trình Vi xöû lyù. 5 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  6. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. VII. VI X LÝ – VI ðI U KHI N: ð phân bi t b vi x lý và b vi ñi u khi n ta có th d a trên các y u t như sau: Vi x lý Vi ñi u khi n Y u t phân lo i (Microprocessor) (Microcontroller) CPU X X ROM X RAM X M ch giao ti p n i C u trúc ph n c ng X ti p (Hardware M ch giao ti p song architecture) X song M ch ñi u khi n ng t X Các m ch ñi u khi n X khác ng d ng l n, tính X Các ngd ng toán ph c t p (Applications) ng d ng nh , tính X toán ñơn gi n Các ñ c trưng c a Các ki u ñ nh ñ a ch Nhi u Ít t p l nh ð dài t d li u x Byte, Word, Double word, (Instruction set Bit, Byte lý … feature) VIII. MINH H A KI N TRÚC C A M T H VI ðI U KHI N: WDT (Watch-Dog Timer): B ñ nh th i Watch-Dog. OSC., OSC/N (Oscillator): B dao ñ ng (N: h s chia t n). Timer: B ñ nh th i. A/D (Analog/Digital): B bi n ñ i tín hi u tương t /s . SFR Registers (Special Function Register): Các thanh ghi ch c năng ñ c bi t. RAM Memory: B nh d li u. Giaùo trình Vi xöû lyù. 6 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
  7. Chương 1: Gi i thi u chung v b vi x lý. Trư ng ðH Công nghi p Tp.HCM. Program Memory: B nh chương trình. EEPROM: B nh EEPROM. I/O Ports: Các port xu t/nh p. Instruction Decoder: B gi i mã l nh. ALU: ðơn v logic và s h c. Accumulator: Thanh ghi tích lũy. Control Logic: ði u khi n logic. Program Counter: B ñ m chương trình. Instructions/Addresses: Các l nh / ñ a ch . IX. L A CH N B VI ðI U KHI N KHI THI T K : Có b n h vi ñi u khi n thông d ng trên th trư ng hi n nay là: 68xxx c a Motorola, 80xxx c a Intel, Z8xx c a Zilog và PIC16xxx c a Microchip Technology. M i lo i vi ñi u khi n trên ñ u có m t t p l nh và thanh ghi riêng nên chúng không tương thích l n nhau. V y khi ta ti n hành thi t k m t h th ng s d ng vi ñi u khi n thì ta c n d a trên nh ng tiêu chu n nào? Có ba tiêu ch n chính: • Tiêu chu n th nh t là: ðáp ng yêu c u tính toán m t cách hi u qu và kinh t . Do v y, trư c tiên ta c n ph i xem xét b vi ñi u khi n 8 bit, 16 bit hay 32 bit là thích h p nh t. M t s tham s k thu t c n ñư c cân nh c khi ch n l a là: o T c ñ : t c ñ l n nh t mà vi ñi u khi n h tr là bao nhiêu. o Ki u IC: là ki u 40 chân DIP, QFP hay là ki u ñóng v khác (DIP: v d ng hai hàng chân, QFP: v vuông d t). Ki u ñóng v r t quan tr ng khi có yêu c u v không gian, ki u l p ráp và t o m u th cho s n ph m cu i cùng. o Công su t tiêu th : là m t tiêu chu n c n ñ c bi t lưu ý n u s n ph m dùng pin ho c ñi n áp lư i. o Dung lư ng b nh ROM và RAM tích h p s n trên chip. o S chân vào/ra và b ñ nh th i trên chip. o Kh năng d dàng nâng cao hi u su t ho c giãm công su t tiêu th . o Giá thành trên m t ñơn v khi mua s lư ng l n. Vì ñây là v n ñ có nh hư ng ñ n giá thành cu i cùng c a s n ph m. • Tiêu chu n th hai là: Có s n các công c phát tri n ph n m m, ch ng h n như các chương trình mô ph ng, trình biên d ch, trình h p d ch và g r i. • Tiêu chu n th ba là: Kh năng ñáp ng v s lư ng hi n t i cũng như tương lai. ð i v i m t s nhà thi t k thì tiêu chu n này th m chí còn quan tr ng hơn c hai tiêu chu n trên. Giaùo trình Vi xöû lyù. 7 Bieân soaïn: Phaïm Quang Trí
Đồng bộ tài khoản