1 PHẦN 1 VI XỬ LÝ 2 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Các thế hệ máy tinh Các thế hệ Thời gian Công nghệ Tốc độ (lệnh/ giây) 1 1946-1957 Đèn điện tử 40,000 2 1958-1964 Transistor 200,000 3 1965-1971 Vi mạch tích hợp cỡ vừa và nhỏ 1,000,000 4 1972-1977 Vi mạch tích hợp cỡ lớn 10,000,000 5 1978 - Vi mạch tích hợp cực lớn 100,000,000 1.2. Sự phát triển về mật độ tích hợp ZSI = Zero-Scale Integration (Discrete Components) VLSI = Very-Large-Scale Integration SSI = Small-Scale Integration ULSI = Ultra-Large-Scale Integration MSI = Medium-Scale Integration GSI = Giga-Scale-Integration LSI = Large-Scale Integration 1.3. Sự phát triển của DRAM và tính năng của bộ bộ vi xử lý Định luật Morre: Số lượng transistors tăng gấp đôi sau khoảng18-24 tháng. 3 1.4. Xu hướng phát triển trong ứng dụng DRAM 1.5. Sự phát triển của các bộ vi xử lý Intel Bộ xử lý 8008 8080 8086 386 486 Pen P6 P-II Ce Xeon Thời gian 1972 1974 1978 1985 1989 1993 1995 1997 1998 1998 Tập lệnh 66 111 133 154 235 Độ rộng bus địa chỉ 8 16 20 32 32 32 64 64 32 64 Độ rộng bus dữ liệu 8 8 16 32 32 64 64 64 64 64 Số lượng cờ 4 5 9 14 14 Số lượng thanh ghi 8 8 16 8 8 Khả năng địa chỉ hoá 16 K 64K 1 MB 4 GB 4GB 4G 64G 64G 4G 64G Các cổng I/O 24 256 64 K 64 K 64K Tốc độ Bus (MB/sec) - 0.75 5 32 32 Thời gian thực hiện phép cộng giữa các thanh ghi (μsec) - 1.3 0.3 0.125 0.06 4 1.6. Sơ đồ chân 8086 1.7. Sơ đồ khối của 1 máy vi tính đơn giản dùng 8086 5 1.8. Sơ đồ khối bên trong của bộ vi xử lý Intel 486 1.9. Yêu cầu về băng thông đối với các công nghệ thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật Yêu cầu băng thông Graphics 24-bit color 30 MBytes/sec Local area network 100BASEX or FDDI 12 Mbytes/sec Disk controller SCSI or P1394 10 Mbytes/sec Full-motion video 1024 x 768@30fps 67+ Mbytes/sec I/O Peripherals Other miscellaneous 5+ Mbytes/sec 6 1.10. Chỉ số ICOMP 1.11. Lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý a. Các sách tham khảo Malone & Shawn M. (1995). The microprocessors: a biography. California: Santa Clara. (As the name suggests, it is a book discussing the history of Microprocessors, not only from Intel but also the others) b. Các website tham khảo http://www.intel.com/intel/intelis/museum/ Intel official site. Including detailed circuit diagrams and quick technical reference from the oldest 4004 to the newest Pentium http://www.epemag.com/micros.pdf A short feature article describing evolution of Intel microprocessors, with technical terms explained http://bwrc.eecs.berkeley.edu/CIC Rich source of CPU information 7 Chương 2. Cơ bản về hệ đếm, mã hoá và hệ thống số 2.1. Các hệ đếm thông dụng ¾ Hệ thập phân - Decimal ¾ Hệ nhị phân - Binary ¾ Hệ16 - Hexadecimal ¾ Mã BCD (standard BCD, gray code) ¾ Mã hiển thị 7 đoạn (7-segment display code) ¾ Mã ký tự - Alphanumeric code (ASCII, EBCDIC) 2.2. Các mã hệ đếm thông dụng Hệ 10 Hệ 2 Hệ 8Hệ 16 Binary-Coded Decimal Reflected Gray Code 7-Segment Display (1=on) 8421 BCD EXCESS-3 abcdefg Display 0 0000 0 0 0000 0011 0011 0000 1111110 0 1 0001 1 1 0001 0011 0100 0001 0110000 1 2 0010 2 2 0010 0011 0101 0011 1101101 2 3 0011 3 3 0011 0011 0110 0010 1111001 3 4 0100 4 4 0100 0011 0111 0110 0110011 4 5 0101 5 5 0101 0011 1000 0111 1011011 5 6 0110 6 6 0110 0011 1001 0101 1011111 6 7 0111 7 7 0111 0011 1010 0100 1110000 7 8 1000 10 8 1000 0011 1011 1100 1111111 8 9 1001 11 9 1001 0011 1100 1101 1110011 9 10 1010 12 A 0001 0000 0100 0011 1111 1111101 A 11 1011 13 B 0001 0001 0100 0100 1110 0011111 B 12 1100 14 C 0001 0010 0100 0101 1010 0001101 C 13 1101 15 D 0001 0011 0100 0110 1011 0111101 D 14 1110 16 E 0001 0100 0100 0111 1001 1101111 E 15 1111 17 F 0001 0101 0100 1000 1000 1000111 F 8 2.3. Các mã ký tự thông dụng 2.4. Binary Subtraction Truth table for 2 bits and borrow IN BBA:D ⊕⊕=Difference () INOUT B.BAB.ABorrow:B ⊕+= INPUTS OUTPUTS A B B IN D B OUT 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 9 2.5. Phép trừ nhị phân 2‘s-complement positive result 2‘s-complement negative result 2.6. Buffer and Logic Gates 10 2.7. Thanh ghi Simple data storage Thanh ghi dịch 2.8. Bộ đếm nhị phân 4 bit Sơ đồ giản lược Chuỗi đếm [...]... for a three-step Program MEMORY ADDRESS CONTENTS (BINARY) CONTENTS (HEX) OPERATION 0 010 0H 0 010 1H 0 010 2H 0 010 3H 0 010 4H 0 010 5H 11 10 010 0 0000 010 1 0000 010 0 0000 011 1 11 10 011 0 00000 010 E4 05 04 07 E6 02 INPUT FROM PORT 05H ADD 07H OUTPUT TO PORT 02 15 3.8 A Typical PC Motherboard 16 Chương 4 KIẾN TRÚC 8088 4 .1 Hệ vi xử lý cơ bản Control Unit (CU) tạo ra tất cả các tín hiệu điều khiển trong CPU Nó khởi tạo... Current Output characteristics Logic Level Voltage Current 0 0.8 V max 10 µA max 0 0.45 V max 2.0mA max 1 2.0 V min 1 2.4 V min 10 µA max -400µA max 29 PHẦN 2 VI ĐIỀU KHIỂN 30 Chương 1 Giới thiệu họ Vi điều khiển 80 51 1 .1 Hệ mạch vi điều khiển 80 51 1.2 Giới thiệu về 80 51 8 bit Micro -Controller Vi xử lý và các thiết bị ngoại vi IO Ports (P0, P1, P2, P3) Cổng nối tiếp Bộ điều khiển ngắt Bộ nhớ dữ liệu RAM Bộ... sử dụng vi điều khiển + phần mềm Phần mềm nhúng – Mã lệnh nhỏ (kb thay vì Mb) – Thường sử dụng ngôn ngữ Assembly – Có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình bậc cao, khi đó cần có các công cụ biên dịch, bộ gỡ rối đặc biệt 1. 8 Hệ đếm 16 10 00 10 10 0 011 11 11b = 8A3FH Các phép tính số học trên hệ 16 được ứng dụng để tính toán các địa chỉ trong các lệnh nhảy Phép cộng hệ 16 Tương tự như phép cộng hệ 10 , với... chỉ vật lý trong chu kỳ bus hiện tại S4 S3 Segment register 0 0 ES 0 1 SS 1 0 CS or no segment 1 1 DS Các chân địa chỉ A0-A15 xác định hoặc 1 số hiệu 16 bit cổng I/O hau 16 bit đầu tiên của giá trị 20 bit địa chỉ của ô nhớ 9 Các chân tương tác đồng xử lý Ba chân (/TEST, QS0 và QS1) được sử dụng để tương tác giữa 8088 và đồng xử lý số học 8087 để đồng bộ MPU với phần cứng bên ngoài /TEST là 1 chân đầu... write command /AIOWC advanced I/O write command /INTA interrupt acknowledge command 5.5 Các mã trạng thái Bus Từ các tổ hợp bit (/S2)(/S1)(/S0) do 8088 đưa ra, 8288 sẽ tạo ra các lệnh sau: Status Inputs /S2 /S1 /S0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 CPU Cycle Interrupt Acknowledge Read I/O Port Write I/O Port Halt Instruction Fetch Read Memory Write Memory Passive 8288 Command /INTA... khoảng 12 MHz Các dòng khác nhau có thể khác nhau về bộ nhớ nội, số bộ định thời, 1. 4 Một số dòng 80 51 (80 51 clones) 80 31 – No on-chip ROM 87 51 – With on-chip EPROM 8052 – 80 51 with 12 8 bytes extra RAM, extra 16 bit timer, additional SFRs to use the timer Atmel AT89C 51 – With on-chip Flash ROM Dallas Semiconductor DS5000 – On-chip NV-RAM and In system programmable via serial-port Philips Corp 80 51 cores... T1) More (vendor dependant) Low-cost 31 1.3 Họ vi điều khiển 80 51 Phiên bản sớm nhất và phổ biến nhất của bộ vi điều khiển là Intel MCS- 51 được giới thiệu vào năm 19 81 Các tính năng chung: – 8-bit processor – 4 cổng I/O, mỗi cổng có độ rộng 8bits – Tối đa 64K ROM nội (thường sử dụng 0k đến 4k) – Tối đa 64K bộ nhớ dữ liệu ngoài – Tối đa 64K bộ nhớ mã lệnh ngoài – 2 bộ định thời, 1 cổng nối tiếp – 12 8... trên kết quả của các phép toán số học cờ điều khiển - control flags : 3 cờ còn lại trong thanh ghi cờ được sử dụng để điều khiển một số hoạt động của vi xử lý Chúng được gọi là các cờ điều khiển 15 14 13 12 11 Bit pos U Func - U U U 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 OF DF IF TF SF ZF U AF U PF U CF Carry Flag (CF)- set by carry out of MSB Parity Flag (PF)- set if result has even parity Auxiliary carry Flag (AF)-... Corp 80 51 cores from FPGA vendors – Xilinx, Altera, etc 80 51 with programmable logic – Triscend etc 32 1. 5 Kiến trúc của 80 51 1.6 Các chân ra của 80 51 Power - Vcc, Vss Reset - RST Crystal - XTAL [1, 2] I/O Port P0[7;0], P1[7:0], P2[7:0], P3 P3 is shared with control lines Serial I/O RxD, TxD, external interrupts INT0, INT1 Counter control T0, T1 1. 6 .1 Giao tiếp với thiết bị ngoài EA - External Access (nối... hàng đợi lệnh Cả BIU và EU có thể làm vi c đồng thời (pipelined parallel processing) 18 4.5 Giản đồ thời gian của cơ chế đường ống lệnh 4.6 Giới thiệu bộ vi xử lý Intel 8086/8088 19 8088 và 8086 là gần tương tự như nhau, chỉ khác ở chỗ 8088 có 8bit dữ liệu còn 8086 có 16 bit dữ liệu ngoài Cả 2 bộ xử lý đều có: - Độ rộng bus dữ liệu nội là 16 bit - 20 đường địa chỉ (16 address/data + 4 address/status), . 8 10 00 10 8 10 00 0 011 10 11 110 0 11 111 11 8 9 10 01 11 9 10 01 0 011 11 00 11 01 111 0 011 9 10 10 10 12 A 00 01 0000 010 0 0 011 11 11 111 110 1 A 11 10 11 13 B 00 01. 010 0 0 011 011 1 011 0 011 0 011 4 5 010 1 5 5 010 1 0 011 10 00 011 1 10 110 11 5 6 011 0 6 6 011 0 0 011 10 01 010 1 10 111 11 6 7 011 1 7 7 011 1 0 011 10 10 010 0 11 10000