intTypePromotion=3

Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Tập 5 - TS. Hổ Khánh Lâm

Chia sẻ: Nguyễn Đức Cường | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:532

0
97
lượt xem
23
download

Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Tập 5 - TS. Hổ Khánh Lâm

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

Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Tập 5 do TS. Hổ Khánh Lâm biên soạn trình bày về bộ vi điều khiển với những nội dung về cấu trúc hoạt động của vi xử lý; tập lệnh của vi xử lý; lập trình bằng hợp ngữ. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý: Tập 5 - TS. Hổ Khánh Lâm

  1. häc viÖn c«ng nghÖ bƯu chÝnh viÔn th«ng gi¸o tr×nh Kü thuËt vi xö lý tËp 5: BỘ VI ĐIỀU KHIỂN Biªn so¹n: TS. Hå Kh¸nh L©m nhµ xuÊt b¶n bƯu ®iÖn Hµ Néi - 2008
  2. Lêi giíi thiÖu ChiÕn l−îc ph¸t triÓn c«ng nghÖ th«ng tin vμ truyÒn th«ng (ICT) cña ®Êt n−íc ta coi ®μo t¹o nguån nh©n lùc, ®Æc biÖt lμ ®éi ngò kü s− hÖ thèng c«ng nghÖ ®iÖn tö - viÔn th«ng - tin häc lμ mét yªu cÇu cÊp b¸ch ®èi víi c«ng t¸c nghiªn cøu vμ gi¸o dôc ®μo t¹o ë hÖ cao ®¼ng vμ ®¹i häc. Kü thuËt vi xö lý lμ kiÕn tróc lâi c¬ b¶n nhÊt trong hÇu hÕt c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ ®iÖn tö, viÔn th«ng vμ tù ®éng hãa, còng nh− m¹ng l−íi vμ c¸c hÖ thèng xö lý th«ng tin hiÖn ®¹i kh¸c. Do vËy, hiÓu biÕt "Kü thuËt vi xö lý" trë thμnh nhu cÇu kh«ng thÓ thiÕu cña c¸c kü thuËt viªn, c¸n bé, chuyªn gia trong lÜnh vùc §iÖn tö - ViÔn th«ng - Tin häc. Cïng víi nhiÒu tμi liÖu, s¸ch tham kh¶o "Kü thuËt vi xö lý" ®ang l−u hμnh, Häc viÖn C«ng nghÖ B−u chÝnh ViÔn th«ng vμ t¸c gi¶ cho ra ®êi cuèn gi¸o tr×nh "Kü thuËt vi xö lý" nμy trªn c¬ së tu©n thñ néi dung cña mét gi¸o tr×nh, ®−îc Héi ®ång nghiÖm thu phª duyÖt, víi nhiÒu néi dung tham kh¶o phong phó nh»m më réng kiÕn thøc cho nhiÒu lo¹i ®èi t−îng sö dông trong gi¶ng d¹y, häc tËp vμ nghiªn cøu: gi¶ng viªn, sinh viªn c¸c tr−êng §¹i häc, Cao ®¼ng, c¸c tr−êng Kü thuËt d¹y nghÒ, c¸c häc viªn cao häc vμ nãi chung nh÷ng ai khi häc tËp nghiªn cøu vÒ kü thuËt vi xö lý, m¸y vi tÝnh nãi riªng vμ kü thuËt tin häc nãi chung. Néi dung cña gi¸o tr×nh ®Ò cËp nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ vi xö lý, vÒ c«ng nghÖ cña mét sè vi xö lý th«ng dông tõ 8-bit ®Õn 64-bit, tõ kiÕn tróc tËp lÖnh phøc t¹p (CISC) ®Õn kiÕn tróc tËp lÖnh gi¶m thiÓu (RISC), ®−îc c¸c nhμ s¶n xuÊt hμng ®Çu thÕ giíi nh− Intel, Zilog, Motorola, HP, IBM, Sun,... t¹o ra; diÔn gi¶i c¸c tËp lÖnh cña c¸c vi xö lý th«ng qua lËp tr×nh hîp ng÷, c¸c nguyªn t¾c phèi ghÐp vμ trao ®æi th«ng tin gi÷a vi xö lý víi thÕ giíi vËt lý bªn ngoμi (bé nhí, thiÕt bÞ ngo¹i vi,...); tr×nh bμy
  3. 6 c¸c lo¹i thiÕt bÞ nhí b»ng vËt liÖu b¸n dÉn, vËt liÖu tõ, quang häc. Gi¸o tr×nh tËp trung tr×nh bμy kü c«ng nghÖ vi xö lý Intel tõ 808x ®Õn Pentium M c«ng nghÖ Centrino Mobile do sù øng dông phæ biÕn cña chóng trong c¸c thÕ hÖ m¸y vi tÝnh tõ tr−íc ®Õn nay vμ còng ®Ó ®¶m b¶o tháa m·n ®a sè néi dung gi¶ng d¹y vμ thùc tËp m«n kü thuËt vi xö lý trong c¸c c¬ së ®μo t¹o. C¸c lo¹i vi ®iÒu khiÓn vμ xö lý tÝn hiÖu còng ®−îc tr×nh bμy mét c¸ch c¬ b¶n víi nh÷ng vÝ dô øng dông ®¬n gi¶n cña chóng. Gi¸o tr×nh cã phÇn bμi tËp gióp cho ng−êi ®äc «n luyÖn kiÕn thøc dÔ dμng. Néi dung cña gi¸o tr×nh thÓ hiÖn sù ®Çu t− søc lao ®éng nghiªm tóc, c«ng phu cïng víi kinh nghiÖm thùc tÕ vμ ®μo t¹o cña t¸c gi¶ trong lÜnh vùc "Kü thuËt vi xö lý" vμ m¸y tÝnh ®iÖn tö nhiÒu n¨m víi mong muèn ®ãng gãp cho sù nghiÖp ®μo t¹o cña ngμnh B−u chÝnh ViÔn th«ng vμ c«ng nghÖ th«ng tin nãi riªng vμ gi¸o dôc ®μo t¹o nãi chung trong sù nghiÖp ph¸t triÓn nguån nh©n lùc trÝ tuÖ cho ®Êt n−íc. Xin tr©n träng giíi thiÖu. GS. TSKH. §ç TRUNG T¸
  4. Lêi nãi ®Çu Ngμy nay, bé vi xö lý ®−îc sö dông réng r·i kh«ng chØ trong lÜnh vùc m¸y tÝnh ®iÖn tö mμ cßn trong rÊt nhiÒu hÖ thèng ®iÒu khiÓn kh¸c. Víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ m¹ch tÝch hîp mét bé vi xö lý cã thÓ ®−îc chÕ t¹o tõ mét hoÆc vμi vi m¹ch tÝch hîp cì lín, chøa hμng ngμn hoÆc hμng triÖu transistor. D−íi sù ®iÒu khiÓn cña c¸c ch−¬ng tr×nh chøa trong bé nhí, bé vi xö lý thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh sè häc, logic, c¸c phÐp to¸n kh¸c vμ kÕt nèi, trao ®æi d÷ liÖu víi c¸c thiÕt bÞ bªn ngoμi th«ng qua c¸c cæng vμo/ra. Do vËy, vÊn ®Ò ®Æt ra lμ ph¶i hiÓu vÒ kü thuËt vi xö lý vμ lËp tr×nh cho vi xö lý nh− thÕ nμo ®Ó tù ®éng ®iÒu khiÓn mang l¹i hiÖu qu¶ cao. §Ó ®¸p øng yªu cÇu trªn, Häc viÖn C«ng nghÖ B−u chÝnh ViÔn th«ng phèi hîp víi Nhμ xuÊt b¶n Th«ng tin vμ TruyÒn th«ng xuÊt b¶n cuèn s¸ch “Gi¸o tr×nh Kü thuËt Vi xö lý” do TS. Hå Kh¸nh L©m chñ biªn. Gi¸o tr×nh gåm 8 ch−¬ng, chia lμm 02 tËp. TËp 1 tõ ch−¬ng 1 ®Õn ch−¬ng 4 giíi thiÖu nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ hÖ thèng vi xö lý nh− kiÕn tróc Von Neumann, kiÕn tróc Harvard; ®Æc ®iÓm, cÊu tróc vμ ®Æc tÝnh n©ng cao tèc ®é cña bé vi xö lý; cÊu tróc vμ ho¹t ®éng cña hä vi xö lý tõ 8085, 8086/8088, 8087, 80x86, Z80, ®Õn Pentium III, IV, Motorola68000,... Bªn c¹nh ®ã cuèn s¸ch kh«ng chØ giíi thiÖu vÒ lÖnh, c¸c d¹ng lÖnh, c¸ch m· hãa lÖnh, c¸c m· lÖnh vμ tËp lÖnh cña vi xö lý mμ cßn giíi thiÖu cô thÓ vÒ c¸c kh¸i niÖm, c¸ch thøc lËp tr×nh hîp ng÷, c¬ chÕ lμm viÖc, cÊu tróc cña ch−¬ng tr×nh con, macro vμ c¸c vÊn ®Ò liªn gióp cho ng−êi lËp tr×nh tù t¹o ®−îc nh÷ng lÖnh ®iÒu khiÓn riªng theo ý muèn. TËp 2 tõ ch−¬ng 5 ®Õn ch−¬ng 8 tr×nh bμy vÒ c¸ch ghÐp nèi CPU víi
  5. 8 bé nhí vμ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi; c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vμo/ra d÷ liÖu; giíi thiÖu c¸c bé vi xö lý c«ng nghÖ tiªn tiÕn vμ bé vi ®iÒu khiÓn. Ngoμi ra cuèn s¸ch cßn giíi thiÖu mét sè phô lôc vÒ c¸c tËp lÖnh cña Intel 8086, Intel x86, Z80, Motorola M680X0, Intel 8051, Intel 8085A,... ®Ó b¹n ®äc tiÖn tham kh¶o. §Æc biÖt cuèn s¸ch cßn cã phÇn bμi tËp «n luyÖn gióp cho b¹n ®äc tù cñng cè vμ n©ng cao kiÕn thøc cña b¶n th©n. Gi¸o tr×nh nμy kh«ng chØ ®Ò cËp ®Õn nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n mμ cßn ®−a ra mét sè kü n¨ng, kinh nghiÖm cÇn thiÕt ®Ó ph¸t triÓn (hay lËp tr×nh) c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cô thÓ. Hy väng cuèn s¸ch sÏ h÷u Ých cho häc sinh, sinh viªn, c¸c kü thuËt viªn, c¸n bé, chuyªn gia ngμnh ®iÖn tö viÔn th«ng vμ c«ng nghÖ th«ng tin, c¸c ngμnh kü thuËt cã liªn quan kh¸c vμ nh÷ng ng−êi yªu thÝch t×m hiÓu vÒ kü thuËt vi xö lý. Xin tr©n träng giíi thiÖu cïng b¹n ®äc. häc viÖn c«ng nghÖ b−u chÝnh viÔn th«ng
  6. môc lôc Lêi giíi thiÖu ........................................................................................ 5 Lêi nãi ®Çu ........................................................................................... 7 Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung ................................................................ 9 1.1. Trao ®æi th«ng tin trong vi xö lý ........................................... 9 1.1.1. Kh¸i niÖm vi xö lý........................................................ 9 1.1.2. Trao ®æi th«ng tin trong vi xö lý .................................. 9 1.2. Sù ph¸t triÓn vμ øng dông cña c¸c bé vi xö lý..................... 12 1.3. HÖ thèng vi xö lý ................................................................. 17 1.3.1. Kh¸i niÖm m¸y tÝnh kiÕn tróc Von Neumann vμ kiÕn tróc Harvard................................................... 17 1.3.2. HÖ thèng vi xö lý kiÕn tróc Von Neumann vμ kiÕn tróc Harvard................................................... 20 1.4. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cÊu tróc cña bé vi xö lý............................ 23 1.4.1. C«ng suÊt cña bé vi xö lý........................................... 23 1.4.2. Nh÷ng ®Æc tÝnh n©ng cao tèc ®é cña bé vi xö lý........ 27 Bμi tËp «n luyÖn .................................................................................. 32 Ch−¬ng 2: CÊu tróc vμ ho¹t ®éng cña vi xö lý................................ 35 2.1. S¬ ®å cÊu tróc tæng qu¸t cña vi xö lý .................................. 35 2.1.1. CÊu tróc bªn trong cña ®¬n vÞ xö lý trung t©m........... 35 2.1.2. S¬ ®å cÊu tróc tæng qu¸t cña bé vi xö lý .................... 37 2.2. Chøc n¨ng vμ ho¹t ®éng cña c¸c thμnh phÇn bªn trong vi xö lý................................................................. 39 2.2.1. ALU ........................................................................... 39 2.2.2. C¸c thanh ghi cña vi xö lý.......................................... 40 2.2.3. Khèi logic ®iÒu khiÓn................................................. 49 2.2.4. Bus d÷ liÖu trong ........................................................ 51
  7. 2.3. CÊu tróc bé nhí................................................................... 56 2.3.1. Ph©n lo¹i c¸c bé nhí .................................................. 56 2.3.2. Bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn (RAM)........................... 57 2.3.3. C¸c bé nhí chØ ®äc (ROM, EDROM, EAROM, EEPROM, FLASH Memory)...................................... 80 2.3.4. C¸c vi m¹ch øng dông ®Æc biÖt .................................. 93 2.3.5. ThiÕt bÞ nhí ngoμi ...................................................... 97 2.4. Vi xö lý Intel ...................................................................... 113 2.4.1. §Æc ®iÓm chÝnh cña c¸c lo¹i vi xö lý Intel .............. 113 2.4.2. M« h×nh lËp tr×nh chung cña hä Intel....................... 121 2.4.3. Vi xö lý 8085 ........................................................... 126 2.4.4. Vi xö lý 8086/8088 .................................................. 136 2.4.5. §ång xö lý to¸n häc 8087........................................ 147 2.4.6. Vi xö lý 80286 ......................................................... 154 2.4.7. Vi xö lý 80386 ......................................................... 183 2.4.8. Vi xö lý 80486 ......................................................... 219 2.4.9. Vi xö lý Pentium ...................................................... 239 2.4.10. Pentium III ............................................................. 245 2.4.11. Pentium IV ............................................................. 249 2.4.12. Pentium M vμ c«ng nghÖ Centrino Mobile ............ 255 2.5. Vi xö lý Z80 ....................................................................... 265 2.5.1. §ãng vá vμ s¬ ®å khèi cña Z80 ............................... 265 2.5.2. M« h×nh lËp tr×nh vμ c¸c thanh ghi (register)........... 269 2.5.3. TËp lÖnh vμ kiÓu ®¸nh ®Þa chØ cña Z80 .................... 274 2.5.4. §Þnh thêi cña Z80 .................................................... 274 2.5.5. C¸c vi m¹ch lËp tr×nh hç trî cho Z80....................... 275 2.6. Hä vi xö lý Motorola M68000........................................... 280 2.6.1. §Æc ®iÓm cña hä vi xö lý M68000........................... 280 2.6.2. M« h×nh lËp tr×nh cña ng−êi sö dông ....................... 282 2.6.3. M« h×nh lËp tr×nh cña ng−êi gi¸m s¸t ...................... 287
  8. 2.6.4. D¹ng d÷ liÖu ............................................................. 289 2.6.5. C¸c chÕ ®é ®¸nh ®Þa chØ ........................................... 290 2.6.6. TËp lÖnh cña hä M68000 ......................................... 291 2.6.7. Qu¶n lý bé nhí......................................................... 291 2.6.8. Bé nhí Cache ........................................................... 297 2.6.9. Xö lý ngo¹i lÖ........................................................... 299 2.6.10. KiÕn tróc cña M68040 ........................................... 301 2.6.11. KiÕn tróc cña M68060 ........................................... 304 Bμi tËp «n luyÖn ................................................................................ 313 Ch−¬ng 3: TËp lÖnh cña vi xö lý..................................................... 325 3.1. Kh¸i niÖm vÒ lÖnh, d¹ng lÖnh vμ c¸ch m· hãa lÖnh cña vi xö lý ........................................................................ 325 3.1.1. LÖnh vμ thùc hiÖn lÖnh ............................................. 325 3.1.2. C¸c d¹ng lÖnh, m· lÖnh ............................................ 328 3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p ®¸nh ®Þa chØ cña vi xö lý...................... 337 3.2.1. §¸nh ®Þa chØ trùc tiÕp thanh ghi (implied, register direct)........................................... 337 3.2.2. §¸nh ®Þa chØ ngay lËp tøc (immediate).................... 339 3.2.3. §¸nh ®Þa chØ trùc tiÕp hay ®Þa chØ tuyÖt ®èi (direct) .. 339 3.2.4. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp thanh ghi (register indirect) . 344 3.2.5. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp thanh ghi chØ sè.................... 350 3.2.6. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp bé nhí (memory indirect).... 356 3.2.7. §¸nh ®Þa chØ t−¬ng ®èi víi thanh ®Õm ch−¬ng tr×nh (PC relative) ............................................................ 357 3.2.8. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp thanh ®Õm ch−¬ng tr×nh víi ®é dÞch................................................................ 358 3.2.9. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp thanh ®Õm ch−¬ng tr×nh víi chØ sè .................................................................. 358 3.2.10. §¸nh ®Þa chØ gi¸n tiÕp thanh ®Õm bé nhí thanh ®Õm ch−¬ng tr×nh ......................................... 359
  9. 3.3. Ph©n lo¹i tËp lÖnh cña vi xö lý.......................................... 360 3.3.1. TËp lÖnh phøc t¹p vμ tËp lÖnh gi¶m thiÓu (CISC vμ RISC) ........................................................ 360 3.3.2. Ph©n lo¹i tËp lÖnh cña bé vi xö lý ............................ 361 3.4. M« t¶ tËp lÖnh cña vi xö lý................................................ 362 3.4.1. Nhãm lÖnh chuyÓn d÷ liÖu ....................................... 362 3.4.2. Nhãm lÖnh sè häc vμ logic....................................... 365 3.4.3. Nhãm lÖnh dÞch vμ quay vßng ................................. 367 3.4.4. Nhãm lÖnh chuyÓn ®iÒu khiÓn ................................. 369 3.4.5. Nhãm lÖnh xö lý bit ................................................. 376 3.4.6. Nhãm lÖnh ®iÒu khiÓn hÖ thèng ............................... 378 3.4.7. Nhãm lÖnh xö lý dÊu ph¶y ®éng .............................. 379 3.4.8. Nhãm lÖnh cho c¸c chøc n¨ng ®Æc biÖt.................... 381 3.5. C¸c d¹ng d÷ liÖu ............................................................... 384 3.5.1. Kh«ng dÊu vμ cã dÊu................................................ 385 3.5.2. C¸c ký tù m· ASCII ................................................. 386 3.5.4. D÷ liÖu ë m· BCD ®−îc ®ãng gãi hay kh«ng ®ãng gãi.................................................. 386 Bμi tËp «n luyÖn ................................................................................ 388 Ch−¬ng 4: LËp tr×nh b»ng hîp ng÷................................................ 391 4.1. Kh¸i niÖm vÒ ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ .................................. 391 4.1.1. Giíi thiÖu hîp ng÷ (Assembly)................................ 391 4.1.2. Hîp ng÷ cÊp thÊp LLA (Low Level Assembly) vμ cÊp cao HLA (High Level Assembly) ................. 392 4.2. C¸ch t¹o vμ ch¹y ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ ........................... 393 4.2.1. B−íc 1- So¹n th¶o ch−¬ng tr×nh nguån .................... 394 4.2.2. B−íc 2- Hîp dÞch ch−¬ng tr×nh nguån thμnh tÖp ®èi t−îng................................................... 394 4.2.3. B−íc 3- Liªn kÕt mét hay nhiÒu tÖp ®èi t−îng t¹o ra mét tÖp ch−¬ng tr×nh ch¹y ®−îc..................... 396 4.2.4. B−íc 4- Ch¹y ch−¬ng tr×nh ...................................... 397
  10. 4.3. C¸c phÇn c¬ b¶n cña hîp ng÷........................................... 397 4.3.1. Tr−êng tªn ................................................................ 397 4.3.2. Tr−êng to¸n tö.......................................................... 398 4.3.3. Tr−êng to¸n h¹ng ..................................................... 399 4.3.4. Tr−êng lêi b×nh......................................................... 400 4.3.5. D÷ liÖu dïng trong ch−¬ng tr×nh hîp ng÷................ 400 4.3.6. C¸c biÕn nguyªn....................................................... 402 4.3.7. C¸c sè thùc (real) ..................................................... 410 4.3.8. C¸c sè BCD .............................................................. 411 4.3.9. C¸c cÊu tróc vμ c¸c liªn hîp..................................... 412 4.3.10. C¸c b¶n ghi............................................................. 420 4.3.11. C¸c ký hiÖu t−îng tr−ng cña Assembler ................ 425 4.4. Khung cña mét ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ ............................... 425 4.4.1. C¸c ®o¹n logic dïng trong hîp ng÷ ......................... 426 4.4.2. Khung cña mét module chÝnh cña ch−¬ng tr×nh sö dông c¸c ®o¹n ®¬n gi¶n hãa ................................ 426 4.4.3. X¸c ®Þnh c¸c thuéc tÝnh cña ®o¹n nhê to¸n tö .MODEL ............................................... 427 4.4.4. §o¹n ng¨n xÕp (stack segment) ............................... 429 4.4.5. §o¹n d÷ liÖu (data segment) .................................... 430 4.4.6. §o¹n m· ................................................................... 431 4.4.7. §Þnh nghÜa ®Çy ®ñ c¸c ®o¹n..................................... 436 4.4.8. C¸c cÊu tróc ch−¬ng tr×nh nguån khi dÞch ra .exe vμ .com ..................................................................... 447 4.5. C¬ chÕ lμm viÖc vμ cÊu tróc ch−¬ng tr×nh con.................. 451 4.5.1. Khai b¸o thñ tôc ....................................................... 451 4.5.2. Gäi c¸c thñ tôc xa vμ gÇn ......................................... 453 4.5.3. Ng¾t lμ gäi ®Õn thñ tôc xa ........................................ 454 4.5.4. TruyÒn d÷ liÖu gi÷a c¸c thñ tôc................................ 455 4.5.5. Th− viÖn c¸c thñ tôc ................................................. 467
  11. 4.6. Macro vμ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ......................................... 470 4.6.1. C¸c macro v¨n b¶n ................................................... 470 4.6.2. C¸c thñ tôc macro .................................................... 472 4.6.3. C¸c hμm macro......................................................... 487 4.6.4. Th− viÖn macro ........................................................ 490 4.6.5. C¸c to¸n tö gi¶ PTR vμ LABEL ............................... 499 4.6.6. Tham chiÕu ®Õn d÷ liÖu trong mét ®o¹n kh¸c.......... 501 4.6.7. Ph−¬ng ph¸p xÕp chång ®o¹n .................................. 504 4.6.8. T¹o mét ch−¬ng tr×nh th−êng tró trong bé nhí........ 505 4.6.9. ViÕt c¸c øng dông 32-bit.......................................... 520 4.6.10. Truy cËp d÷ liÖu b»ng con trá víi to¸n tö gi¶ TYPEDEF ...................................... 522 4.6.11. N¹p c¸c ®Þa chØ vμo c¸c cÆp thanh ghi ................... 527 Tμi liÖu tham kh¶o ............................................................................ 531
  12. Ch−¬ng 1 giíi thiÖu chung 1.1. trao ®æi th«ng tin trong vi xö lý 1.1.1. Kh¸i niÖm vi xö lý Vi xö lý lμ mét vi m¹ch cã møc tÝch hîp rÊt lín (VLSI- Very Large Scale Integrated circuit) cã thÓ lËp tr×nh ®−îc, vμ d−íi sù ®iÒu khiÓn cña ch−¬ng tr×nh chøa trong bé nhí, nã thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh sè häc, logic, c¸c phÐp to¸n kh¸c, vμ kÕt nèi trao ®æi d÷ liÖu víi c¸c thiÕt bÞ bªn ngoμi th«ng qua c¸c cæng vμo/ra (Input/Output ports). Vi xö lý cã hai lo¹i phæ biÕn: vi xö lý ®a n¨ng (general-purpose microprocessors) vμ vi ®iÒu khiÓn (microcontrollers). Vi xö lý ®a n¨ng chøa bªn trong chip tÊt c¶ c¸c thμnh phÇn chñ yÕu cho tÝnh to¸n ngo¹i trõ bé nhí vμ c¸c cæng vμo/ra. Vi ®iÒu khiÓn chøa trong chip bé nhí vμ c¸c cæng vμo/ra. Xö lý d÷ liÖu lμ chøc n¨ng chÝnh cña vi xö lý. Xö lý d÷ liÖu bao gåm c¶ tÝnh to¸n vμ vËn chuyÓn d÷ liÖu. 1.1.2. Trao ®æi th«ng tin trong vi xö lý M¸y vi tÝnh (microcomputer) lμ mét hÖ thèng gåm cã 5 khèi phÇn cøng: vμo, ra, bé nhí, ®¬n vÞ sè häc - logic (ALU) vμ ®iÒu khiÓn. Vi xö lý lμ ®¬n vÞ xö lý trung t©m cña m¸y vi tÝnh gåm hai khèi phÇn cøng lμ ®¬n vÞ sè häc - logic vμ ®iÒu khiÓn (h×nh 1.1). HÖ thèng xö lý th«ng tin trong bé n·o ng−êi còng cã 5 khèi chøc n¨ng t−¬ng tù: vμo (m¾t, tai), ra (miÖng), ®iÒu khiÓn, bé nhí, tÝnh to¸n vμ logic trong bé n·o. Khèi c¸c m¹ch logic bªn trong vi xö lý thùc hiÖn phÐp tÝnh sè häc vμ logic nh−: c«ng, trõ, nh©n, chia, vμ, hoÆc, so s¸nh, t¨ng, gi¶m,... víi c¸c d÷ liÖu th−êng ®−îc gäi lμ ®¬n vÞ sè häc-logic ALU
  13. 10 Gi¸o tr×nh Kü thuËt vi xö lý (Arithmetic Logic Unit). D÷ liÖu ®Ó ALU thùc hiÖn phÐp tÝnh ph¶i ®−îc ®Æt vμo ®óng chç qui ®Þnh. ALU kh«ng thÓ tù chuyÓn d÷ liÖu tõ chç nμy ®Õn chç kh¸c, mμ thay vμo ®ã nã chØ ®¬n thuÇn thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh víi d÷ liÖu ë chç nμo ®ã vμ nã ®Ó l¹i kÕt qu¶ ë l¹i chÝnh chç ®ã. Nh− vËy ®Ó cã d÷ liÖu ®Ó tÝnh to¸n, ALU ph¶i chê ®îi d÷ liÖu hiÖn diÖn ë mét chç nμo ®ã Ên ®Þnh cho nã. Bé nhí Bé nhí §iÒu §iÒu Vμo Ra Vμo khiÓn khiÓn Vμo TÝnh Ra §¬n vÞ Vi xö lý to¸n vμ sè häc- logic logic (ALU) Con ng−êi M¸y vi tÝnh H×nh 1.1: N¨m khèi phÇn cøng cña m¸y vi tÝnh gièng nh− n¨m khèi xö lý th«ng tin ë con ng−êi Vi xö lý cã mét sè m¹ch logic, bªn ngoμi ALU, thùc hiÖn vËn chuyÓn d÷ liÖu tõ chç nμy ®Õn chç kh¸c cÇn thiÕt cho xö lý d÷ liÖu. Chóng cïng víi ALU lμm thμnh logic xö lý d÷ liÖu: tÝnh to¸n vμ vËn chuyÓn. Nh−ng lμm thÕ nμo ®Ó ALU biÕt ®−îc r»ng nã ph¶i thùc hiÖn xö lý d÷ liÖu? C¸i g× m¸ch b¶o ALU thùc hiÖn xö lý d÷ liÖu vμ b»ng phÐp tÝnh nμo? Nh− vËy ph¶i cã nh÷ng chØ dÉn cho ALU. C¸c phÐp tÝnh kh¸c nhau ®ßi hái ALU ph¶i cã nh÷ng thao t¸c kh¸c nhau, do ®ã ph¶i cã nh÷ng chØ dÉn kh¸c nhau. Vμ bëi v× vi xö lý lμ tËp hîp c¸c m¹nh logic nªn mçi mét chØ dÉn (instruction), th−êng gäi lμ lÖnh m¸y, ph¶i lμ mét tËp hîp c¸c gi¸ trÞ logic “0” vμ “1”, s¾p xÕp theo mét trËt tù nμo ®ã cã ý nghÜa kh¸c nhau ®èi víi c¸c chØ dÉn kh¸c nhau. Mçi vi xö lý
  14. Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung 11 cã mét tËp hîp c¸c lÖnh m¸y riªng. NÕu muèn vi xö lý thùc hiÖn mét lo¹t c¸c hμnh vi nμo ®ã th× ta ph¶i cã mét tËp hîp c¸c lÖnh s¾p xÕp theo mét tr×nh tù. Sù thùc hiÖn cña vi xö lý theo mét tr×nh tù c¸c lÖnh gäi lμ sù thùc hiÖn theo ch−¬ng tr×nh. Mét ch−¬ng tr×nh (program) gåm c¸c lÖnh s¾p xÕp theo thø tù tiÕn hμnh xö lý d÷ liÖu cña vi xö lý. Do vËy, vi xö lý lμ mét vi m¹ch lËp tr×nh, nghÜa lμ b»ng ch−¬ng tr×nh cã thÓ ®iÒu khiÓn vi xö lý thùc hiÖn c¸c thao t¸c xö lý d÷ liÖu theo mong muèn cña ng−êi lËp tr×nh. Ch−¬ng tr×nh ®−îc l−u trong bé nhí bªn ngoμi vi xö lý vμ ng−êi lËp tr×nh cã thÓ thay ®æi ®−îc nã, tøc lμ cã thÓ thay ®æi hμnh vi cña vi xö lý. Tõng lÖnh cña ch−¬ng tr×nh ph¶i ®−îc ®äc tõ bé nhí (instruction fetch) vμo vi xö lý ®Ó t¸c ®éng vi xö lý. Trong tr−êng hîp nμy vi xö lý cÇn ph¶i cã mét sè m¹ch logic tiÕp nhËn lÖnh tõ bé nhí vμ diÔn gi¶i lÖnh sao cho vi xö lý hiÓu ph¶i lμm g×. Khèi m¹ch logic nμy gäi lμ logic ®iÒu khiÓn, vμ chøc n¨ng diÔn lÖnh dÉn gäi lμ gi¶i m· lÖnh (decode instruction). KÕt qu¶ gi¶i m· lÖnh lμ nh÷ng tÝn hiÖu ®−a ®Õn c¸c m¹ch logic trong vμ ngoμi ALU ®Ó thao t¸c xö lý d÷ liÖu theo mét tr×nh tù. §ã lμ b−íc thùc hiÖn lÖnh (execute instruction). KÕt qu¶ thùc hiÖn lÖnh bªn trong vi xö lý cã thÓ ®ßi hái ph¶i ®−îc chuyÓn ra bé nhí, hoÆc ph¶i ®−îc tiÕp tôc xö lý thªm cïng víi d÷ liÖu ®−îc ®äc tõ bé nhí bªn ngoμi vi xö lý. Nh− vËy, theo tõng lÖnh, bªn trong vi xö lý diÔn ra qu¸ tr×nh ®äc lÖnh tõ bé nhí bªn ngoμi vi xö lý, gi¶i m· lÖnh, thùc hiÖn lÖnh, vμ chuyÓn kÕt qu¶ thùc hiÖn lÖnh ra bé nhí bªn ngoμi. Nh− vËy víi chøc n¨ng chÝnh lμ xö lý d÷ liÖu th× bªn trong cña vi xö lý cã c¸c khèi logic xö lý d÷ liÖu vμ khèi logic ®iÒu khiÓn d÷ liÖu. Logic xö lý d÷ liÖu thùc hiÖn vËn chuyÓn d÷ liÖu tõ chç nμy ®Õn chç kh¸c, vμ thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh víi d÷ liÖu. Logic ®iÒu khiÓn x¸c ®Þnh c¸c m¹ch logic nμo thùc hiÖn xö lý d÷ liÖu vμ mét nhiÖm vô quan träng n÷a lμ: ®iÒu khiÓn vi xö lý lμm viÖc víi tÊt c¶ m¹ch kÕt nèi víi vi xö lý nh− bé nhí, c¸c cæng vμo/ra víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ®Ó trao ®æi d÷ liÖu.
  15. 12 Gi¸o tr×nh Kü thuËt vi xö lý Sù vËn chuyÓn d÷ liÖu tõ chç nμy ®Õn chç kh¸c, tõ khèi logic chøc n¨ng nμy ®Õn khèi logic chøc n¨ng kh¸c, bªn trong vi xö lý ®−îc thùc hiÖn th«ng qua nh÷ng tuyÕn ®−êng d÷ liÖu chung, gäi lμ ®−êng trôc d÷ liÖu trong (Internal data bus). Sù vËn chuyÓn d÷ liÖu gi÷a vi xö lý vμ c¸c m¹ch bªn ngoμi còng ®−îc thùc hiÖn qua bus d÷ liÖu trong. §èi víi c¸c vi ®iÒu khiÓn, v× bªn trong chóng cã bé nhí vμ c¸c cæng vμo/ra, nªn sù trao ®æi d÷ liÖu gi÷a vi ®iÒu khiÓn vμ c¸c m¹ch bªn ngoμi ®−îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c cæng vμo/ra. Mäi qu¸ tr×nh xö lý d÷ liÖu bªn trong vi xö lý vμ sù trao ®æi d÷ liÖu gi÷a vi xö lý ph¶i ®−îc ®ång bé theo mét tiÕn tr×nh thêi gian. §iÒu nμy cã nghÜa lμ vi xö lý ph¶i cã mét ®ång hå chuÈn (clock). Ph¶i cã mét bé t¹o nhÞp ®ång hå cho vi xö lý. Thêi gian ®ång hå nhanh hay chËm ®¶m b¶o vi xö lý thùc hiÖn xö lý d÷ liÖu nhanh hay chËm. C«ng nghÖ chÕ t¹o chip vi xö lý quyÕt ®Þnh nhÞp ®ång hå ph¶i nhanh hay chËm. 1.2. sù ph¸t triÓn vμ øng dông cña c¸c bé vi xö lý Kü thuËt vi xö lý g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ m¹ch tÝch hîp. Møc ®é tÝch hîp cμng cao th× c¸c chip vi xö lý cμng cã c«ng suÊt xö lý lín h¬n. N¨m 1970, Intel ®· cho ra ®êi chip vi xö lý ®Çu tiªn lμ i4004 víi 4-bit bus d÷ liÖu (data bus), 12-bit bus ®Þa chØ (address bus) (kÕt hîp bus d÷ liÖu vμ bus ®Þa chØ), c«ng nghÖ m¹ch tÝch hîp PMOS, ®ãng vá gèm kÝch thuíc 24 mm2 16 ch©n DIP (Dual In-line Package) vμ chøa 2250 transistor. Bé vi xö lý nμy chñ yÕu dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c m¸y tÝnh ®Ó bμn vμ bá tói (calculators), nã dÔ dμng thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n ë m· nhÞ ph©n BCD (Binary Coded Decimal). N¨m 1972, ra ®êi chip i8008 víi 8-bit bus d÷ liÖu, 14-bit bus ®Þa chØ (kÕt hîp bus d÷ liÖu vμ bus ®Þa chØ), tÇn sè lμm viÖc 300 kHz, c«ng nghÖ tÝch hîp PMOS, ®ãng vá gèm 18 ch©n vμ chøa 3.300 transistor, nh−ng ch−a t×m ®−îc øng dông nhiÒu ®Ó chÕ t¹o m¸y tÝnh. Ph¶i ®Õn n¨m 1974, chip Intel i8080/2 MHz, c«ng nghÖ PMOS, vμ i8080A/2,67 MHz ÷ 3,125 MHz, c«ng nghÖ NMOS víi 8-bit bus d÷
  16. Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung 13 liÖu, 16-bit bus ®Þa chØ, ®ãng vá gèm 40 ch©n DIP trë thμnh c¬ së ®Ó chÕ t¹o c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n sö dông hÖ ®iÒu hμnh CP/M. Còng thêi gian nμy Motorola ®· s¶n xuÊt lo¹t chip vi xö lý MC6800 víi 8-bit bus d÷ liÖu, 16-bit bus ®Þa chØ, tÇn sè lμm viÖc 1 ÷ 2 MHz, ®ãng vá DIP cã 68E3 transistor, vμ lμ CPU trong c¸c hä m¸y tÝnh c¸ nh©n Apple II. N¨m 1976, nhμ s¶n xuÊt Zilog dùa trªn c¬ së cña 8080 ®Ó cho ra ®êi hä vi xö lý Z80/8-bit víi c¸c tÇn sè lμm viÖc: 2,5 MHz, 4 MHz, 6 MHz, 8 MHz, 10 MHz, vμ ®ãng vá 40 ch©n DIP. Nã bao gåm c¸c lÖnh cña 8080, nh−ng cã thªm mét sè lÖnh míi nh−: lÖnh SIMK (Set Interrupt Mask), RIM (Read Interrupt Mask) vμ nhiÒu chøc n¨ng kh¸c hay h¬n. §iÒu nμy cã nghÜa lμ ch−¬ng tr×nh viÕt cho 8080 cã thÓ ch¹y ®−îc b×nh th−êng trªn Z80. Còng trong thêi gian nμy, xuÊt hiÖn trªn thÞ tr−êng chip 8-bit bus d÷ liÖu vμ 16-bit bus ®Þa chØ (kÕt hîp bus d÷ liÖu vμ bus ®Þa chØ) lμ i8085A, 3 MHz, c«ng nghÖ NMOS vμ i8085AH, 5 MHz ÷ 6 MHz, c«ng nghÖ HMOS, ®ãng vá gèm DIP, mËt ®é 6.200 transistor. Nh÷ng chip nμy ®· t×m ®−îc nhiÒu øng dông thùc tÕ trong c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ øng dông vi xö lý vμ lμ chip mÉu dïng trong ®μo t¹o kiÕn thøc vÒ vi xö lý thêi kú nμy. N¨m 1978, Intel ®· s¶n xuÊt c¸c hä vi xö lý i8086A/i80C86A 16-bit bus d÷ liÖu trong (internal data bus) vμ 16-bit bus d÷ liÖu ngoμi (external data bus), 20-bit bus ®Þa chØ (kÕt hîp bus d÷ liÖu vμ bus ®Þa chØ), tÇn sè 4 MHz (c«ng nghÖ NMOS), 5 ÷ 10 MHz (c«ng nghÖ CMOS) ®ãng vá gèm 40 ch©n DIP, ®−îc dïng lμm CPU trong IBM PC/XT. Do chi phÝ ®¾t, vμ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi vÉn chØ tháa m·n trao ®æi d÷ liÖu 8-bit nªn dßng s¶n phÈm nμy kh«ng th«ng dông. Trong khi ®ã, c¸c chip i8088A/i80C88A, víi 16-bit ®−êng trôc d÷ liÖu trong, 8-bit ®−êng trôc d÷ liÖu ngoμi, tÇn sè 5 ÷ 10 MHz, c«ng nghÖ CMOS, ®ãng vá 40 ch©n DIP, ra ®êi vμo n¨m 1979 t×m ®−îc øng dông thùc tÕ trong c¸c lo¹t IBM PC/XT b¸n ch¹y trªn thÞ tr−êng. N¨m 1982, i80286 víi 16-bit bus d÷ liÖu trong vμ bus d÷ liÖu ngoμi, 24-bit bus ®Þa chØ, tÇn sè 6 ÷ 20 MHz, c«ng nghÖ HMOS, ®ãng vá gèm 68 ch©n DIP, ®· trë thμnh chip vi xö lý cho c¸c lo¹i IBM
  17. 14 Gi¸o tr×nh Kü thuËt vi xö lý PC/AT. Nh−ng tr−íc ®ã, n¨m 1979 Motorola ®· cho ra ®êi bé vi xö lý MC68000 16-bit bus d÷ liÖu trong vμ bus d÷ liÖu ngoμi, 24-bit bus ®Þa chØ, lμ CPU cña lo¹t c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n nh− Atari ST, Commadore Amiga, Apple Lisa, Macintosh. Nã lμ c¬ së cho hä vi xö lý MC680X0 næi tiÕng. N¨m 1982, Motorola ®· ®i tr−íc Intel cho ra ®êi lo¹t vi xö lý MC68020 víi 32-bit bus d÷ liÖu trong vμ bus d÷ liÖu ngoμi, 32-bit bus ®Þa chØ, ®Æc biÖt cã bé nhí truy cËp nhanh (Cache memory) bªn trong 256 byte, ®¬n vÞ qu¶n lý bé nhí MMU (Memory Management Unit) bªn ngoμi, tÇn sè 16,67 ÷ 33,33 MHz, ®−îc sö dông trong c¸c hÖ thèng m¸y tÝnh ®a nhiÖm cã qu¶n lý ®Þa chØ ¶o, nh− Amiga, Apple Macintosh, Sun3, Atari TT030, Atari Falcon 030, vμ c¸c hÖ thèng tæng ®μi ®iÖn tho¹i, chuyÓn m¹ch gãi,... do chóng cã tËp thanh ghi lín t¹o kh¶ n¨ng lËp tr×nh linh ho¹t. Trong khi ®ã, n¨m 1985 Intel míi cã c¸c chip i80386/i80386DX (DX: Double-word eXternal) víi 32-bit bus d÷ liÖu trong vμ bus d÷ liÖu ngoμi, 32-bit bus ®Þa chØ, tÇn sè 12 ÷ 33 MHz, c«ng nghÖ 0,8 micron CMOS, ®ãng vá 132 ch©n PGA (Pin Grid Array) víi mËt ®é 275E3 transistor, vμ lμ CPU trong c¸c lo¹t IBM PC386DX th«ng dông. M·i tíi n¨m 1988, lo¹t chip i80386SX víi 32-bit bus d÷ liÖu trong, 16-bit bus d÷ liÖu ngoμi (SX: Single-word eXternal), tÇn sè 16 ÷ 33 MHz, c«ng nghÖ 0,8 micron CMOS, ®ãng vá 100 pin QFP (Quad Flat Package), c«ng nghÖ 0,8 micron CMOS, ®ãng vá 100 ch©n QFP (Quad Flat Package), 256 byte d÷ liÖu vμ 16 byte cache lÖnh bªn trong, MMU bªn ngoμi, vμ i80386SL, mét phiªn b¶n cña i80386SX tiªu thô nguån míi xuÊt hiÖn ®Ó lμm CPU trong c¸c IBM PC386SX. TiÕp theo i80386, n¨m 1989, lo¹t 80486DX P4 cã FPU (Floating Point Unit) vμ MMU bªn trong, tÇn sè 20 ÷ 33 MHz (c«ng nghÖ CHMOS IV), 50 MHz (c«ng nghÖ CHMOS V), ®ãng vá 168 ch©n PGA kÝch th−íc 165 mm2 víi mËt ®é 1,2E6 transistor. §Õn n¨m 1993, ®· cã c¸c phiªn
  18. Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung 15 b¶n cña 80486DX P4 lμ lo¹t i80486DX2/DX4, tÇn sè 25 ÷ 100 MHz. T−¬ng tù nh− i80386, n¨m 1991 còng cã lo¹t i80486SX, i80486SL vμ i80486SXL. N¨m 1993 ra ®êi lo¹t vi xö lý Intel Pentium, i586 hay P5, víi 32-bit bus d÷ liÖu trong, 64-bit bus d÷ liÖu ngoμi, 32-bit bus ®Þa chØ, ®Æc biÖt cã kiÕn tróc siªu h−íng 5 giai ®o¹n 2 cöa ra (2-issue 5-stage superscalar) b»ng ®−êng èng FPU 8 giai ®o¹n, 16 kbyte bé nhí cache bªn trong chip (8 kbyte cho lÖnh vμ 8 kbyte cho d÷ liÖu), tÇn sè 60 ÷ 133 MHz, c«ng nghÖ 0,8 micron biCMOS, ®ãng gãi kÝch th−íc 18×16 mm, 273 ch©n PGA mËt ®é 3,1E6 transisstor. TiÕp theo lμ c¸c lo¹t Pentium víi c«ng nghÖ MMX (Matrix Math eXtensions, Multi- Media eXtensions), tÇn sè 66 ÷ 266 MHz vμ Pentium II/MMX, tÇn sè 66 ÷ 300 MHz, c«ng nghÖ 0,35 micron CMOS, ®ãng gãi kÝch th−íc 203 mm2 mËt ®é 7,5E6 transistor. C¸c lo¹t Pentium Celeron, tÇn sè 66 ÷ 333 MHz, lμ c¸c phiªn b¶n dïng cho m¸y tÝnh c¸ nh©n kh«ng hç trî cho cÊu h×nh ®a xö lý còng ®−îc tung ra thÞ tr−êng víi gi¸ rÎ. TiÕp theo lμ lo¹t Pentium II Xeon (P6 core) cã hç trî ®a xö lý, vμ tÇn sè ®¹t tíi 450 MHz (1998). N¨m 2000 Intel cho ra thÞ tr−êng lo¹t Pentium III/Xeon, tÇn sè ®Õn 500 MHz ÷ 1 GHz, vμ n¨m 2001, xuÊt hiÖn Pentium IV 1,7 ÷ 2 GHz. §¸ng kÓ trong c¹nh tranh víi Intel lμ c¸c nhμ s¶n xuÊt chip Cyrix, AMD vμ Motorola. N¨m 2000 AMD ®· cho ra thÞ tr−êng lo¹t vi xö lý t−¬ng ®−¬ng víi Pentium III lμ Athlon 1,1 GHz. Motorola còng ®· lÇn l−ît cho ra ®êi c¸c lo¹t MC68030 víi 256×2 byte bé nhí cache trong chip (1987) vμ mËt ®é 270E3 transistor, MC68040 (1990-1991) víi 4×2 kbyte bé nhí cache trong chip, mËt ®é 1,2E6 transisstor, MC68060 (1994) víi 8×2 kbyte bé nhí cache trong chip, kiÕn tróc siªu h−íng, mËt ®é 2,3E6 transistor vμ lμm viÖc ë tÇn sè 66 MHz. C¸c h·ng kh¸c nh− Zilog còng cã c¸c chip vi xö lý Z80000 32-bit, National Semiconductor víi NS16000 16-bit vμ NS32xxx 32-bit, DEC
  19. 16 Gi¸o tr×nh Kü thuËt vi xö lý víi lo¹t DECchip-210 Alpha víi kiÕn tróc siªu h−íng 64-bit, m¸y tÝnh cã tËp lÖnh tèi thiÓu RISC (Reduced Instruction Set Computer), tÇn sè ®Õn 600 MHz, vμ lo¹t DECchip-211 Alpha, tÇn sè ®Õn 1 GHz (1999), c«ng nghÖ 0,18 micron CMOS. Hewlett-Packard víi c¸c chip PA-RISC, AMD víi c¸c chip Am29000, IBM vμ Motorola víi c¸c chip PowerPC 604-750 (1998), vμ SUN Micro systems víi c¸c chip SPARC, UltraSPARC còng chiÕm nhiÒu thÞ phÇn vÒ c¸c chip vi xö lý kiÕn tróc siªu h−íng ®−êng èng vμ RISC trªn thÞ tr−êng m¸y tÝnh thÕ giíi. C¸c hä m¸y tÝnh cã kiÕn tróc RISC ®· ®−îc Intel quan t©m vμ cho ra hä i80860, Motorola cho ra hä MM88000. C¸c bé vi xö lý hiÖn nay lμ c¸c hÖ thèng 32-bit vμ 64-bit ®Çy ®ñ vμ chóng ho¹t ®éng ë c¸c tÇn sè 300 MHz ÷ 2 GHz vμ cao h¬n, ®−îc ®ãng vá trong c¸c chip vi m¹ch cã møc tÝch hîp rÊt lín VLSI (Very Large-Scale Integration) víi hμng chôc triÖu transistor. PhÇn lín c¸c bé vi xö lý míi thùc hiÖn c¸c lÖnh trong mét chu kú, vμ tÊt c¶ chóng ®Òu cã ®¬n vÞ xö lý dÊu ph¶y ®éng FPU (Floating- point Unit), MMU vμ cache nhí bªn trong. Chóng cã sè l−îng lín c¸c thanh ghi chung 16 - 32-bit. Do vËy, tËp hîp c¸c thanh ghi bªn trong chip ®−îc gäi chung lμ tÖp thanh ghi (register file). Cã tÖp thanh ghi cho ®¬n vÞ nguyªn (IU: Interger Unit) vμ tÖp thanh ghi cho FPU. Bé nhí cache bªn trong (lμ bé nhí trung gian tèc ®é nhanh) cã dung l−îng lªn ®Õn 32 kbyte ÷ 128 kbyte. Sù ph©n chia bé nhí cache bªn trong thμnh: cache lÖnh (Icache: Instruction cache) dïng cho lÖnh vμ cache d÷ liÖu (Dcache: Data cache) víi dung l−îng tèi −u ®¶m b¶o n©ng cao hiÖu suÊt trao ®æi d÷ liÖu gi÷a CPU vμ hÖ thèng nhí cña m¸y tÝnh. Sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ m¹ch tÝch hîp, c«ng nghÖ vi xö lý vμ ®¸nh dÊu mét mèc lÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ m¸y tÝnh. ThÕ hÖ m¸y tÝnh ®iÖn tö v¹n n¨ng ®Çu tiªn ®¸ng kÓ h¬n c¶ lμ UNIVAC (Universal Automatic Computer) (1951) vμ ENIAC (Electronic Numerical Intergrator and Calculator) (1960) cña H·ng Eckert- Mauchly vμ tr−êng §¹i häc Tæng hîp Pennsylvania (Mü) dùa trªn c¸c
  20. Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu chung 17 bãng ®Ìn ch©n kh«ng ba cùc (triode). ThÕ hÖ m¸y tÝnh ®iÖn tö v¹n n¨ng thø hai dùa trªn c«ng nghÖ bãng b¸n dÉn ra ®êi trong kho¶ng nh÷ng n¨m 1955 ÷ 1964 (IBM 7090). Cuèi nh÷ng n¨m 1960, thÕ hÖ m¸y tÝnh ®iÖn tö v¹n n¨ng thø ba ®· dùa trªn c«ng nghÖ vi m¹ch tÝch hîp cì nhá SSI (Small-Scale Intergration) vμ trung b×nh MSI (Medium-Scale Intergration) (c¸c lo¹t IBM 360-370). ThÕ hÖ m¸y tÝnh ®iÖn tö thø t− dùa trªn c«ng nghÖ tÝch hîp lín LSI vμ rÊt lín VLSI, mμ c¬ së cña chóng lμ c¸c chip vi xö lý. Sù ph¸t triÓn râ rÖt vμ ®em l¹i cuéc c¸ch m¹ng trong c«ng nghÖ m¸y tÝnh b¾t ®Çu tõ cuèi nh÷ng n¨m 1970 ®Çu n¨m 1980, khi nh÷ng thÕ hÖ ®Çu tiªn cña m¸y tÝnh c¸ nh©n sö dông c«ng nghÖ vi xö lý 8-bit xuÊt hiÖn trªn thÞ tr−êng. C¸c bé vi xö lý c«ng nghÖ cao hiÖn nay (advanced microprocessors) ®· tháa m·n ®−îc yªu cÇu chÕ t¹o c¸c lo¹i m¸y tÝnh kh¸c nhau: m¸y vi tÝnh, m¸y tÝnh lín (mainframes) vμ c¸c siªu m¸y tÝnh (supercomputers). 1.3. HÖ thèng vi xö lý 1.3.1. Kh¸i niÖm m¸y tÝnh kiÕn tróc Von Neumann vμ kiÕn tróc Havard C¸c m¸y tÝnh ®iÖn tö sè th−êng cã hai lo¹i kiÕn tróc: kiÕn tróc Von Neumann vμ kiÕn tróc Havard. C¸c m¸y tÝnh cã kiÕn tróc Von Neumann dùa trªn ba kh¸i niÖm c¬ b¶n, ®ã lμ: + D÷ liÖu (data) vμ c¸c lÖnh (instructions) l−u gi÷ trong bé nhí ®äc/ghi riªng. + C¸c néi dung cña bé nhí ®äc/ghi ®−îc ®¸nh ®Þa chØ theo vïng, kh«ng phô thuéc vμo lo¹i d÷ liÖu mμ bé nhí l−u gi÷. + Qu¸ tr×nh thùc hiÖn c¸c lÖnh x¶y ra theo tuÇn tù - lÖnh tiÕp theo lÖnh. S¬ ®å kiÕn tróc cña m¸y tÝnh Von Neumann nguyªn thuû m« t¶ trong h×nh 1.2.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản