Xem mẫu
- 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.
• 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
- 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.
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
- 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.
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
- 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
nguon tai.lieu . vn
