Bài giảng vi xử lý chương 1 giới thiệu vi xử lý

Đại Học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM Khoa Điện – Điện Tử Viễn Thông Học phần: Vi Xử Lý Chương 1: Giới thiệu Vi Xử Lý Giảng viên: TS NGUYỄN HỮU CHÂN THÀNH Chương bao gồm nội dung: Tổng quan hệ thống vi xử lý (VXL) Các loại bus hệ thống VXL VXL Bộ nhớ Nhập xuất Vi xử lý vi điều khiển Tổng quan hệ thống VXL Quá trình phát triển máy vi tính Máy vi tính bao gồm máy tính dùng vi xử lý (họ Intel, Motorola, AMD…) làm cốt lõi, vi điều khiển (microcontroller) hay máy vi tính vi mạch (onechip microcomputer) Ứng dụng VXL Examples: Personal Computer (PC) Ứng dụng VXL Examples: Refrigerator Ứng dụng VXL Examples: Car Door Ứng dụng VXL Examples: Derbot Autonomous Guided Vehicle Ứng dụng VXL Examples: Derbot Autonomous Guided Vehicle Sơ đồ khối hệ VXL Sơ đồ khối tiêu biểu hệ vi xử lý: (hệ thống vi xử lý có kiến trúc 3-bus) 10 Các phương pháp điều khiển I/O c DMA (Direct Memory Access) -Thơng thường chương trình muốn chuyển byte liệu từ ngoại vi vào nhớ, phải thực thơng qua P gồm thao tác nhập sau thao tác ghi nhớ Hoặc ngược lại, muốn đưa thông tin từ nhớ ngoại vi, P phải làm thao tác đọc nhớ xuất ngoại vi Trong trường hợp này, chức P chuyển liệu mà khơng xử lý Điều lặp lặp lại nhiều lần làm lãng phí việc sử dụng P chức chủ yếu P xử lý liệu -DMA chế điều khiển cho phép truy xuất nhớ trực tiếp, không thông qua P 90 Các phương pháp điều khiển I/O c DMA (Direct Memory Access) -Cơ chế DMA thực mạch phần cứng gọi điều khiển DMA (DMAC - DMA Controller) - DMA giúp rút ngắn thời gian truy xuất nhớ I/O Cơ chế tiện dụng cho thiết bị ngoại vi có khối lượng thơng tin trao đổi lớn (trao đổi khối liệu lớn thời gian ngắn) ví dụ card hình, đĩa cứng … máy tính 91 Các phương pháp điều khiển I/O c DMA (Direct Memory Access) - Q trình DMA bắt đầu có tín hiệu yêu cầu DMA (DRQ) từ thiết bị I/O đến DMAC DMAC tiếp tục gởi tín hiệu yêu cầu P nhường bus (HRQ) đến chân HOLD P để thực thi việc trao đổi liệu trực tiếp nhớ I/O Khi P đồng ý nhường bus, trả lời cho DMAC tín hiệu chấp nhận nhường bus (HLDA) đồng thời tạm ngưng hoạt động, tự tách khỏi hệ thống Đến lượt DMAC gởi tín hiệu thơng báo cho phép trao đổi liệu theo kiểu DMA (DACK) đến thiết bị I/O Khi DMAC chuyển hết liệu, trả quyền điều khiển bus lại cho P, trình DMA kết thúc 92 Các phương pháp điều khiển I/O c DMA (Direct Memory Access) - Trong thực tế, việc sử dụng chế DMA phức tạp qua nhiều công đoạn DMAC khơng thi hành lệnh nào, chương trình (khơng thực thi phần mềm) để chuyển liệu mà thực hồn tồn phần cứng nên cần phải có trước đầy đủ thơng tin vị trí liệu I/O, vị trí nhớ chứa liệu số lượng byte cần chuyển để P nạp cho DMAC Ngồi ra, DMAC cịn phải có khả tạo tín hiệu điều khiển cần thiết giống tín hiệu P 93 Các phương pháp điều khiển I/O c DMA (Direct Memory Access) 94 VI Vi xử lý vi điều khiển VXL VĐK Von Neumann and Harvard Computers 96 VXL VĐK - Về cấu trúc phần cứng: + Vi xử lý: CPU đơn chip (như sơ đồ khối trên) + Vi điều khiển: gồm CPU số thành phần khác nhớ ROM, RAM, port I/O số mạch chức mạch định thời (timer), mạch điều khiển ngắt (interrupt controller), mạch giao tiếp nối tiếp (serial interface)… - Về ứng dụng: + Vi xử lý: thường dùng làm CPU máy vi tính + Vi điều khiển: thường dùng thiết kế nhỏ, hướng điều khiển - Đặc trưng tập lệnh: + Vi xử lý: mạnh kiểu định địa chỉ, số lệnh nhiều + Vi điều khiển: thao tác với bit đơn (định hướng bit) 97 VXL VĐK So sánh VXL Z80 VĐK 8051 98 Questions ??? Bài tập chương Bài tập chương 1.1 Hãy nêu thành phần hệ vi xử lý? Chức thành phần? 1.2 Vi xử lý gì? Các thành phần chip vi xử lý? 1.3 Phân biệt nhớ ROM RAM? 1.4 Phân biệt nhớ DRAM SRAM? 1.5 Cấu trúc tiêu biểu port nhập/xuất? 101 Bài tập chương 1.6 So sánh phương pháp điều khiển I/O? 1.7 Các thiết bị/linh kiện trạng thái gì? Tại chúng lại cần thiết hệ thống dùng bus? 1.8 Cần byte để làm thành word (từ) 32 bit? 1.9 Có vị trí nhớ định địa P có 20 đường địa chỉ? 1.10 Nếu chip nhớ có kích thước là1024 x bit phải cần chip để tạo 2K (2048) byte nhớ? 102 Bài tập chương 1.11 Nếu chip nhớ có kích thước 256 x bit phải cần chip để tạo KB nhớ? 1.12 Cần phải có đường địa chip nhớ có kích thước 2K x bit? 1.13 Một chip nhớ KB có địa bắt đầu 2000H bảng địa nhớ Xác định địa cuối chip số trang chip (giả sử chọn kích thước trang 256 byte)? 103 Bài tập chương 1.14 Trong giải mã sang 16 hình a, ngõ xuống mức thấp ngõ vào giải mã có giá trị hình vẽ? 1.15 Trong hình b, tìm ngõ xuống mức thấp giá trị vào (bao gồm đường cho phép) giải mã sang (74LS138) là: A7 A0=11110111 LSB MSB 4-to -16 decoder A B C D G1 G2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 74LS154 Hình a) A3 A4 A5 A0 A1 A2 A6 A7 3-to -8 decoder A B C G1 G2A G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138 Hình b) 104