Giáo trình Vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý - Phạm Quang Trí
I. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC BỘ VI XỬ LÝ:
1. Thế hệ 1 (1971 - 1973):
Đặc điểm chung của các vi xử lý thế hệ này:
• Bus dữ liệu: 4 bit.
• Bus địa chỉ: 12 bit.
• Công nghệ chế tạo: PMOS.
• Tốc độ thực hiện lệnh: 10 – 60 µs/lệnh với fCLOCK = 0,1 – 0,8 MHz.
Một số bộ vi xử lý đặc trưng cho thế hệ này: 4040 (Intel), PPS-4 (Rockwell International), …
2. Thế hệ 2 (1974 - 1977):
Đặc điểm chung của các vi xử lý thế hệ này:
• Bus dữ liệu: 8 bit.
• Bus địa chỉ: 16 bit.
• Công nghệ chế tạo: NMOS hoặc CMOS.
• Tốc độ thực hiện lệnh: 1 – 8 µs/lệnh với fCLOCK = 1 – 5 M
1. Thế hệ 1 (1971 - 1973):
Đặc điểm chung của các vi xử lý thế hệ này:
• Bus dữ liệu: 4 bit.
• Bus địa chỉ: 12 bit.
• Công nghệ chế tạo: PMOS.
• Tốc độ thực hiện lệnh: 10 – 60 µs/lệnh với fCLOCK = 0,1 – 0,8 MHz.
Một số bộ vi xử lý đặc trưng cho thế hệ này: 4040 (Intel), PPS-4 (Rockwell International), …
2. Thế hệ 2 (1974 - 1977):
Đặc điểm chung của các vi xử lý thế hệ này:
• Bus dữ liệu: 8 bit.
• Bus địa chỉ: 16 bit.
• Công nghệ chế tạo: NMOS hoặc CMOS.
• Tốc độ thực hiện lệnh: 1 – 8 µs/lệnh với fCLOCK = 1 – 5 M
7 trang
28/12/2022
2320
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý - Phạm Quang Trí", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- giao_trinh_vi_xu_ly_chuong_1_gioi_thieu_chung_ve_bo_vi_xu_ly.pdf
Nội dung text: Giáo trình Vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu chung về bộ vi xử lý - Phạm Quang Trí
- 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
- 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
- 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
- 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
