Nguyên lý chung hệ vi xử lí

&+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 1 BÀI 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý CHѬѪNG 3: VI ĈiӄU KHIӆN 8051 &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 2 Cҩu trúc tәng quan mӝthӋ vi xӱ lý &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 3 Cҩu trúc tәng quan CPU &8 $/8 5HJLVWHU 6HW *KpSQӕL%XV %XVQӝL %XVÿӏDFKӍ%XVÿLӅXNKLӇQ%XVGӳOLӋX &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 4 Cҩu trúc tәng quan CPU (tiӃp) • KhӕLÿLӅu khiӇn (Control Unit – CU): –Nhұn lӋnh cӫDFKѭѫQJWUình tӯ bӝ nhӟWURQJÿѭDYào CPU –Giҧi mã các lӋnh –Tҥo ra các tín hiӋXÿLӅu khiӇn công viӋc cӫa các bӝ phұn khác cӫa máy tính theo yêu cҫu cӫDQJѭӡi sӱ dөng hoһFWKHRFKѭѫQJWUìQKÿã càLÿһt &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 5 Cҩu trúc tәng quan CPU (tiӃp) • Khӕi tính toán sӕ hӑc và logic (Arithmetic and Logic Unit - ALU): – Bao gӗm các thiӃt bӏ thӵc hiӋn các phép tính sӕ hӑc (cӝng, trӯ, nhân, chia, ), các phép tính logic (AND, OR, NOT, XOR) và các phép tính quan hӋ (so sánh lӟQKѫQ, nhӓKѫQ, bҵng nhau, ) –Dӳ liӋu tӯ bӝ nhӟ hay các thiӃt bӏ vào-ra sӁÿѭӧc chuyӇn vào các thanh ghi cӫa CPU, rӗi chuyӇQÿӃn ALU. –Dӳ liӋXÿѭӧc tính toán rӗi trҧ lҥi các thanh ghi và chuyӇn vӅ bӝ nhӟ hay các thiӃt bӏ vào-ra. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 6 Cҩu trúc tәng quan CPU (tiӃp) • Tұp các thanh ghi (Registers): – NhiӋm vө: bӝ nhӟ trung gian cho CPU. – Các thanh ghi có chӭFQăQJFKX\rQGөng (SFR) –Nҵm ngay trong CPU Æ WăQJWӕFÿӝWUDRÿәi thông tin trong CPU khi thӵc hiӋn. – Trên các CPU hiӋn nay có tӯ vài chөFÿӃn vàLWUăP thanh ghi. – Ĉӝ dài cӫa các thanh ghi khác nhau tӯÿӃn 64 bit. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 7 Chu kǤ lӋnh – Instruction Cycle •Nhұn lӋnh - Fetch Cycle: Ĉӑc mã lӋnh tҥLÿӏa chӍ do PC (Program Counter) trӓ tӟi trên bӝ nhӟFKѭѫQJWUình chuyӇn vào thành ghi lӋnh (instruction register – IR), vàWăQJWKH3&WKrP1 ÿӇ trӓ tӟi ÿӏa chӍ lӋnh tiӃp theo. •Giҧi mã lӋnh - Decode Cycle : giҧi mã ,5ÿӇ xáFÿӏnh vi lӋnh (khӕi thi hành) WѭѫQJӭng. •Thӵc hiӋn lӋnh - Execute Cycle : thӵc hiӋn các thao táFÿã ÿѭӧc “TX\ÿӏnh” bӣi vi lӋnh. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 8 Các kiӇu quy trình thӵchiӋnlӋnh &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 9 Dҥng thӭccӫalӋnh - Instruction format • Opcode (Operation Code) – Mã thi hành: – Mã lӋnh chӍ thӏFKRÿѫQYӏÿLӅu khiӇn – CU) các thao tác cҫn phҧi thӵc hiӋn. –Mӛi lӋnh có mã lӋnh riêng duy nhҩt. – Ĉӕi vӟi các hӋ 8 bit, mã lӋnh làE\WHÿҫu tiên cӫa lӋnh. • Operands – toán hҥng: – Toán hҥng xáFÿӏnh thông tin cҫn thiӃWÿӇ thӵc hiӋn lӋnh. – Toán hҥng có thӇ làÿӏa chӍ hoһc dӳ liӋu. – Ĉӝ dài cӫa lӋnh phө thuӝc vào sӕ toán hҥng và tính chҩt cӫa toán hҥng – Ĉӕi vӟi hӋ 8 bit, lӋnh có thӇ cóÿӝ dài 1,2 hoһc 3 byte &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 10 $GGUHVV 5HJLVWHU 'DWDODWFK &RQWURO %XIIHU &iFWKDQKJKL WURQJ Cҩu trúc thӵchiӋnlӋnh = 0 &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 11 Cҩu trúc thӵchiӋnlӋnh (tiӃp) • Program Counter (PC) –BӝÿӃPFKѭѫQJWUình: – Thanh ghi giӳÿӏa chӍ bӝ nhӟ chӭa lӋnh tiӃp theo cӫa FKѭѫQJWUình. – Giúp CPU luôn xáFÿӏQKÿã thӵc hiӋQÿӃQÿkXYàtiӃp theo sӁÿӑc lӋnh “ӣ vӏ trí” nào. – Ĉk\Oà“dҩu vӃt”ÿӇ quay lҥi tiӃp tөFÿӑc mã lӋnh sau NKLÿã thӵc hiӋn lӋQKWUѭӟFÿó. – 6DXNKLÿӑc xong mӝt lӋnh, P&ÿѭӧc tӵÿӝQJWăQJ thêm 1ÿӇ “trӓÿӃn”ÿӏa chӍ chӭa lӋnh tiӃp theo. – Ngay sau khi vi xӱOêÿѭӧc khӣLÿӝng PC luôn = 0 Æ luôn thӵc hiӋn lӋnh tҥLÿӏ a chӍÿҫu tiӃn cӫa bӝ nhӟ FKѭѫQJWUình. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 12 Cҩu trúc thӵchiӋnlӋnh (tiӃp) • Instruction Register (IR) - Thanh ghi lӋnh: –Chӭa mã thi hành cӫa lӋQKÿDQJÿѭӧc thӵc hiӋn. – %\WHÿҫu tiên cӫa lӋnh luôn là2SFRGH. – .KLÿӑc lӋnh, OSFRGHÿѭӧc chuyӇn vào IR. – Sau khi thӵc hiӋn xong mӝt lӋnh, byte tiӃSWKHRÿѭӧc ÿӑc lҥi là Opcode cӫa lӋnh tiӃp theo Æ lҥLÿѭDYào IR Æ giҧi mã Æ thӵc hiӋn &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 13 Cҩu trúc thӵchiӋnlӋnh (tiӃp) • Instruction decoder –khӕi giҧi mã lӋnh: –Giҧi mã cӫD,5ÿӇ xáFÿӏQKÿӏa chӍ lӋQKFѫVӣWѭѫQJ ӭng cҫn thӵc hiӋn. –NӃu mã lӋnh xáFÿӏnh lӋnh cҫn thêm các toán hҥng thìÿӑc tiӃp toán hҥng tӯ bӝ nhӟFKѭѫQJWUìQKÿѭD vào cáFWKDQKJKLÿӋm. – Tùy tӯng lӋnh có thӇ có nhiӅu hay ít trҥng thái, có hoһc không có toán hҥng: •Vídө không có toán hҥng: Nop, Rr, Rrc … •Vídө nhiӅu toán hҥng: Mov DPTR,#data16 •Vídө lӋnh nhiӅu trҥng thái: Movc A,@A+DPTR &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 14 LӋnh nhiӅuvàíttrҥng thái •LӋnh 3 trҥng thái: •LӋnh 6 trҥng thái: &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 15 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • Có hai kiӇu thiӃt kӃ tұp lӋQKFѫVӣ cho CPU: –KiӇu hard-wired –KiӇu microcoded vӟi ROM hoһc PLA - Programmable logic array. –LӋQKFѫVӣ và tұp lӋQKÿѭӧc xáFÿӏnh bӣi nhà sҧn xuҩt –Mӛi lӋnh (mã lӋnh) WѭѫQJӭng vӟi mӝt lӋQKFѫVӣ (mҥch chӭFQăQJ) &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 16 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu microcoded: &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 17 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu microcoded: (tiӃp) –Gӗm mӝt sӕOѭӧng các microcode – (mҥch chӭc QăQJFѫEҧn nhҩt). –Tә hӧp các bit trong IR sӁ xáFÿӏnh mӝWÿӏa chӍ trong bӝ nhӟ vi mã. –MӛLÿӏa chӍ trong bӝ nhӟ vi mã chӭa mӝt chuӛi logic thӵc hiӋn các lӋnh microcode. – Quy trình thӵc hiӋn mӝt lӋQKFѫVӣ là thӵc hiӋn mӝt chuӛi lӋQKPLFURFRGHFKRÿӃn lӋnh (microcode) kӃt thúc. –Mӝt kiӇu vi xӱ lý trong vi xӱ lý. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 18 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu microcoded: (tiӃp) – ѬXÿLӇm: •DӉ thiӃt kӃÿӕi vӟi hãng chӃ tҥo) •DӉ nâng cҩp, phát triӇn •Thұm chí cho phéSWKD\ÿәi cҩu trúc tұp lӋnh – instruction set architecture (ISA) –VDXNKLÿmVҧn xuҩt, nӃu microcode ÿѭӧc ghi vào bӝ nhӟÿӑc ghi (flash …) – 1KѭӧFÿLӇm: •Xӱ lý chұm do tӕn thӡi gian tìm và xӱ lý chuӛi microcode &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 19 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu hard-wired: 'HPX[ &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 20 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu hard-wired: (tiӃp) –Gӗm mӝt tұp các mҥch logic cӭng. –Mӛi lӋnh trong tұp lӋnh có mӝt mҥFKORJLFWѭѫQJӭng – Các lӋnh có chӭFQăQJJLӕng nhau vүn có các mҥch riêng. –Tә hӧp các bit trong IR qua bӝ tách kênh sӁ xáFÿӏnh mҥch cӭng sӁ hoҥWÿӝng. [...]... trúc l nh c s (vi l nh) • L ki u hard-wired: (ti p) – m: • X lý r t nhanh do m i l nh có m t “m ch” riêng – m: • • • • C u trúc ph c t p Khó thi t k i v i hãng ch t o) Khó nâng c p, phát tri n Khi mu n phát tri n m t dòng chip m i v i t p l nh m i ph i thi t k l i 3: u Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 21 khi n 8051 Ki n trúc x lý c a vi x lý 3: khi n 8051 u Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 22 Ki n trúc... Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 24 Ki n trúc Harvard 3: u Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 25 khi n 8051 Ki n trúc Harvard (ti p) • Ki n trúc Harvard dùng các không gian nh riêng cho b nh ình, b nh d li u và m x lý • S chu k máy khi th c hi n l nh í Newman – – • Ph n l n các l nh cho phép th c hi n “song song”, nh n mã l nh ti c thi l nh hi n t i không có “th i gian ch t” i v i b x lý Cho phép ph... c Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 27 khi n 8051 CISC và RISC (ti p) CISC RISC L n (100 t i 300) Ph c t p (8 t i 20) Nhi u ki u l nh v i ch i i Biên d ch Hãng thi t k chip 3: Các ch G n (100 ho c í a ch n (4 ho c í nh d ng l nh dài mã l nh ) ) n C nh u S chu k th c hi n Chu n cho h u h t l nh T tr ng giá / CPU Higher khi n 8051 T p l nh Lower n cho Ph c t p cho Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý Hãng... 2: Nguyên lý chung h vi x lý 23 khi n 8051 Ki n trúc Von Newman (ti p) • • • • • Ki n trúc Von Newman dùng chung không gian nh cho c b nh ình và b nh d li u Kh i giao ti p b nh th c hi n c c mã l nh và c/ghi d li u hi ng “ngh n c chai” C i ti n: c hi n l c thì nh n mã l nh c a l nh ti p theo (pre-fetching) u khi c thi t k Ch truy xu t m t b nh , RAM có th ch a ình ho c d li u 3: khi n 8051 u Bài 2: Nguyên. .. mã l nh ti c thi l nh hi n t i không có “th i gian ch t” i v i b x lý Cho phép ph n l n các l c th c hi n trong 1 chu k máy D dà 3: khi n 8051 n trúc Von nh th i gian các vòng l p … u Bài 2: Nguyên lý chung h vi x lý 26 CISC và RISC • CISC – Complex Instruction Set Computer: Máy tính t p l nh ph c h p: – T p l nh có nhi u l nh, cùng m t thao tác có nhi u l nh th c hi n v i các ki u khác nhau S l nh và . Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 1 BÀI 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý CHѬѪNG 3: VI ĈiӄU KHIӆN 8051 &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 2 Cҩu trúc tәng quan mӝthӋ vi xӱ. Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 14 LӋnh nhiӅuvàíttrҥng thái •LӋnh 3 trҥng thái: •LӋnh 6 trҥng thái: &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 15 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) •. lӋnh (microcode) kӃt thúc. –Mӝt kiӇu vi xӱ lý trong vi xӱ lý. &+ѬѪ1*3: 9LÿLӅu khiӇn 8051 Bài 2: Nguyên lý chung hӋ vi xӱ lý 18 Cҩu trúc lӋnh cѫ sӣ (vi lӋnh) • LӋQKFѫVӣ kiӇu microcoded: