Tổng quan hệ vi xử lý (microprocessor) Electrical Engineering Định nghĩa • Mạch vi xử lý vi mạch cỡ cực lớn (VLSI), xử lý liệu theo thuật toán xác định • Cấu tạo – Phần cứng (phần vi mạch điện tử) – Phần mềm (phần tập lệnh gắn chặt với phần cứng) • Vi xử lý bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit Electrical Engineering Phân biệt loại máy tính • Mainframe: dùng sử lý khối lượng thông tin phức tạp, tốc độ cao, IBM 4381, Honeywell DSP8, Crây, kết hợp nhiều hệ VXL lại • Máy tính (minicomputer), xử lý liệu dung lượng nhỏ hơn(VAX 6360 DEC) • Máy vi tính xử dụng hệ vi xử lý Electrical Engineering Lịch sử phát triển • Thế hệ (1971 – 1973) – 4004, vi xử lý bit -> 4040 – 8008 (1972), vi xử lý bit • Tần số : 0.1 – 0.8 Mhz • Thêm mạch phụ trợ • Thế hệ (1974 – 1977) – Vi mạch bit, 6800, 6809 Motorola – 8080, 8085, Intel – Z 80 hãng Zilog Electrical Engineering Lịch sử phát triển (tiếp) • Máy tính Apple (6800) • Cơng nghệ CMOS, xung clock 1-5Mhz Thế hệ (1978 –1982) • Vi xử lý 16 bit, 8086/186/286 Intel • 68000, 68010 Motorola • Xử lý 1M địa • Ra đời IBM PC • Máy tính Việt nam đời (VT81) Electrical Engineering Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ vi xử lý phục vụ PC, Pentium (32 bit), chế đa nhiệm, MMU, cache • Hệ vi điều khiển – 8048, 8031, 8051, 8bit – 68HC05, 68HC11 – Microchip, 16P , 17P , 18P • Hệ DSP (Digital Signal Processing) – Texax Instruments (TMS 320 ) Electrical Engineering Đặc tính chung • Số bít: bit, bit, 16 bit, 32 bit • Số chân tín hiệu: – – – – 12, 16, 28, 40 chân cho VXL bit 68 chân VXL 32 bit 168 chân VXL 64 bit Tương ứng với chân khả kiểm sốt nhớ 2^n Electrical Engineering Đặc tính chung • Tần số xung nhịp (1MH – 3.2 GHZ) • Tính ứng dụng: – Loại độc lập (one chip) – Mạch VXL đa Electrical Engineering Cấu trúc chung hệ thống vi xử lý Bµn phÝm Address Bus VXL 8051 ROM RAM M¹ch giao tiÕp 8255 Khèi hiĨn thÞ LED Data Bus Control Bus Electrical Engineering Các phần hệ VXL • Bộ nhớ (memory) • Ghép nối (I/O, interface) • Bộ vi xử lý (processor) Electrical Engineering 10 Memory • Tập hợp nhiều ghi để lưu trữ liệu dạng nhị phân • ROM, RAM • Mỗi ghi nhớ có địa 11 Electrical Engineering Interface (I/0) • Thanh ghi để ghép nối với thiết bị bên ngồi • Có thể ghi nhớ nằm vị trí đặc biệt RAM • Ví dụ, 8051, SFR 91, serial • Ví dụ vi mạch ghép nơí 8255 Electrical Engineering 12 Processor • Thực chương trình lưu nhớ theo thứ tự • Tập hợp lệnh gồm – Chuyển liệu (MOV) – Phép toán logic – Lệnh điều kiện rẽ nhánh 13 Electrical Engineering Bus • Chuyển liệu hệ thống sang hệ thống khác • Hệ thống bit, xử lý liệu dạng bit • Bus địa (Address bus), 16 bit • Bus liệu (data bus), bit Electrical Engineering 14 BUSES • Bus tập dây dẫn nối song song với (bên VXL bên ngồi) đề truyền thơng tin • Trong VXL, ghi, ALU, thiết bị ngoại vi ghép nối với thơng qua đường BUS • Mạch thời gian điều khiển đảm bảo loại tín hiệu sử dụng đường BUS thời điểm xác định (RD/WD) 15 Electrical Engineering Buses • Trong mạch vi xử lý bit, 8bit BUS chứa liệu 16 bít BUS chứa địa • Ghép nối để mở rộng dung lượng nhớ (ROM, RAM), mở rộng số cổng vào • Tối đa 16 bít địa chỉ, 65536 byte Electrical Engineering 16 Thiết bị nhớ • Đối với Vi xử lý, loại nhớ : – ROM (Read only memory) – RAM (Random access memory), (read and write memory) 17 Electrical Engineering ROM • Thiết kế cơng nghệ NMOS, CMOS • Dung lượng thường 2Kbyte – 64Kbyte • Dữ liệu lưu trữ dạng ma trận • Không bị ảnh hưởng việc • điện • 2716, 2732, , 27256 Electrical Engineering 18 2716 19 Electrical Engineering Đọc nhớ • Ví trí đọc đưa vào bus địa • Lệnh READ gửi tới nhớ • Dữ liệu truyền từ nhớ lên Bus liệu Electrical Engineering 20 10 PARAMETER Tcyc TCE Tacc Toff TAH TAS Tp Cycle time /CE pulse width /CE access time Output turn-off delay Address & CS hold time to /CE Address & CS setup time to /CE /CE precharge time max units ns 400 ns 250 ns 250 ns 75 ns 100 ns ns 150 Electrical Engineering 21 Các loại ROM khác • Mạch xóa mạch nạp riêng • Serial Rom (2014 – 2kbit) • EEROM (Electrical erasable ROM) Electrical Engineering 22 11 RAM • Static RAM • Dynamic RAM 23 Electrical Engineering Static RAM Electrical Engineering • Mỗi bít liệu lưu trữ cặp flip-flop • Cấu trúc đơn giản • Ghi xóa tín hiệu điện • Dữ liệu mất điện • Tiêu thụ lượng lớn có điện • Kích thước lớn dung lượng lớn 24 • 6216, 6232, 62256 12 RAM 62256 25 Electrical Engineering Dynamic Ram • Dữ liệu ghi tụ • Dữ liệu phải refresh 2ms -> phải có điều khiển refresh • Dung lượng lớn • Cấu trúc ma trận • tổn hao điện Electrical Engineering 26 13 Ví dụ 64 Kbit RAM Electrical Engineering 27 Cấu trúc mạch vi xử lý 89c51 Electrical Engineering 28 14 Các khối • Khối ALU (the Arithmetic and Logic Unit (ALU), • Khối ALU thực phép toán ADD, SUBTRACT, AND, OR, SHIFT 29 Electrical Engineering Thanh ghi (resister) Thanh ghi nơi tạm thời lưu kết tính tốn (thường bit 16 bit) Electrical Engineering 30 15 Ví dụ tính tốn dùng ghi • • • Nạp liệu vào ghi A Đưa liệu nhập vào B Thực phép cộng lưu lại kết vào ghi (Accumulator) Electrical Engineering 31 Định nghĩa VXL bit • Vi xử lý bít vi xử lý thiết kế để làm việc với toán tử bit Khi làm việc với liệu nhiều 16 bit, 32 bít, chương trình chia thành nhiều khối bít riêng biệt Electrical Engineering 32 16 ... dụng hệ vi xử lý Electrical Engineering Lịch sử phát triển • Thế hệ (1971 – 19 73) – 4004, vi xử lý bit -> 4040 – 8008 (1972), vi xử lý bit • Tần số : 0.1 – 0.8 Mhz • Thêm mạch phụ trợ • Thế hệ. .. • Vi xử lý 16 bit, 8086/186/286 Intel • 68000, 68010 Motorola • Xử lý 1M địa • Ra đời IBM PC • Máy tính Vi? ??t nam đời (VT81) Electrical Engineering Lịch sử phát triển (tiếp) • Thế hệ vi xử lý. .. ghi (Accumulator) Electrical Engineering 31 Định nghĩa VXL bit • Vi xử lý bít vi xử lý thiết kế để làm vi? ??c với toán tử bit Khi làm vi? ??c với liệu nhiều 16 bit, 32 bít, chương trình chia thành nhiều