THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ (Phần 3) - Nguyễn Hồng Quang

Electrical Engineering 1Tổng quan về hệ vi xử lý microprocessor Định nghĩa • Mạch vi xử lý là vi mạch cỡ cực lớn VLSI, trên đó có thể xử lý được dữ liệu theo một thuật toán xác định • Cấ

Trang 1

Electrical Engineering 1

Tổng quan về hệ vi xử lý

(microprocessor)

Định nghĩa

• Mạch vi xử lý là vi mạch cỡ cực lớn

(VLSI), trên đó có thể xử lý được dữ liệu

theo một 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 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit

Trang 2

Phân biệt các 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 con (minicomputer), xử lý dữ liệu

ít hơn và dung lượng nhỏ hơn(VAX 6360

DEC)

• Máy vi tính xử dụng các hệ vi xử lý

Lịch sử phát triển

• Thế hệ 1 (1971 – 1973)

– 4004, vi xử lý 4 bit -> 4040

– 8008 (1972), vi xử lý 8 bit

• Tần số : 0.1 – 0.8 Mhz

• Thêm các mạch phụ trợ

• Thế hệ 2 (1974 – 1977)

– Vi mạch 8 bit, 6800, 6809 Motorola

Trang 3

Lịch sử phát triển (tiếp)

• Máy tính Apple 2 (6800)

• Công nghệ CMOS, xung clock 1-5Mhz

Thế hệ 3 (1978 –1982)

• Vi xử lý 16 bit, 8086/186/286 Intel

• 68000, 68010 Motorola

• Xử lý 1M địa chỉ

• Ra đời IBM PC

• Máy tính Việt nam ra đời (VT81)

Lịch sử phát triển (tiếp)

• Thế hệ vi xử lý phục vụ PC, Pentium (32

bit), cơ chế đa nhiệm, MMU, cache

• Hệ vi điều khiển

– 8048, 8031, 8051, 8bit

– 68HC05, 68HC11

– Microchip, 16P , 17P , 18P

• Hệ DSP (Digital Signal Processing)

Trang 4

Đặc tính chung

• Số bít: 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit

• Số chân tín hiệu:

– 12, 16, 28, 40 chân cho VXL 8 bit

– 68 chân VXL 32 bit

– 168 chân VXL 64 bit

– Tương ứng với các chân là khả năng kiểm soát

bộ nhớ 2^n

Đặc tính chung

• Tần số xung nhịp (1MH – 3.2 GHZ)

• Tính năng ứng dụng:

– Loại độc lập (one chip)

– Mạch VXL đa năng

Trang 5

VXL

LED

Control Bus

Address Bus

M¹ch giao tiÕp 8255

Data Bus

Bµn

phÝm

Cấu trúc chung của hệ thống vi xử lý

Các phần cơ bản hệ VXL

• Bộ nhớ (memory)

• Ghép nối (I/O, interface)

• Bộ vi xử lý (processor)

Trang 6

Memory

• Tập hợp nhiều thanh ghi để lưu trữ dữ liệu

dưới dạng nhị phân

• ROM, RAM

• Mỗi thanh ghi nhớ có địa chỉ duy nhất

Interface (I/0)

• Thanh ghi để ghép nối với thiết bị bên ngoài

• Có thể là thanh ghi nhớ nằm ở các vị trí đặc

biệt trong RAM

• Ví dụ, 8051, SFR 91, serial

• Ví dụ như vi mạch ghép nôí 8255

Trang 7

Processor

• Thực hiện chương trình lưu trong bộ nhớ

theo thứ tự

• Tập hợp lệnh gồm

– Chuyển dữ liệu (MOV)

– Phép toán và logic

– Lệnh điều kiện và rẽ nhánh

Bus

• Chuyển dữ liệu giữa hệ thống này sang hệ

thống khác

• Hệ thống 8 bit, xử lý mọi dữ liệu dưới dạng

8 bit

• Bus địa chỉ (Address bus), 16 bit

• Bus dữ liệu (data bus), 8 bit

Trang 8

BUSES

• Bus là tập các dây dẫn nối song song với

nhau (bên trong VXL hoặc bên ngoài) đề

truyền thông tin

• Trong VXL, các thanh ghi, ALU, thiết bị

ngoại vi ghép nối với nhau thông qua

đường BUS

• Mạch thời gian và điều khiển đảm bảo rằng

mỗi loại tín hiệu sử dụng đường BUS tại

một thời điểm xác định (RD/WD)

Buses

• Trong mạch vi xử lý 8 bit, 8bit BUS chứa

dữ liệu và 16 bít BUS chứa địa chỉ

• Ghép nối để mở rộng dung lượng nhớ

(ROM, RAM), mở rộng số cổng vào ra

• Tối đa 16 bít địa chỉ, 65536 byte

Trang 9

Thiết bị nhớ

• Đối với Vi xử lý, 2 loại bộ nhớ chính :

– ROM (Read only memory)

– RAM (Random access memory), (read and

write memory)

ROM

• Thiết kế bởi công nghệ NMOS, CMOS

• Dung lượng thường 2Kbyte – 64Kbyte

• Dữ liệu lưu trữ dạng ma trận

• Không bị ảnh hưởng bởi việc

• mất điện

Trang 10

2716

Đọc bộ nhớ

• Ví trí đọc đưa vào bus địa chỉ

• Lệnh READ gửi tới bộ nhớ

• Dữ liệu truyền từ bộ nhớ lên Bus dữ liệu

Trang 11

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

400 250

100 0

150

250 75

ns ns ns ns ns ns ns

Các loại ROM khác

• Mạch xóa và mạch nạp riêng

• Serial Rom (2014 – 2kbit)

• EEROM (Electrical erasable ROM)

Trang 12

RAM

• Static RAM

• Dynamic RAM

Static RAM

• Mỗi bít dữ liệu được lưu trữ bởi cặp flip-flop

• Cấu trúc đơn giản

• Ghi và xóa tín hiệu bằng điện

• Dữ liệu mất đi khi mất điện

• Tiêu thụ năng lượng lớn khi

Trang 13

RAM 62256

Dynamic Ram

• Dữ liệu ghi bằng tụ

• Dữ liệu phải refresh từng 2ms -> phải có

bộ điều khiển refresh

• Dung lượng lớn

• Cấu trúc ma trận

• ít tổn hao điện

Trang 14

Ví dụ 64 Kbit RAM

Cấu trúc mạch vi xử lý 89c51

Trang 15

Các khối cơ bản

• Khối ALU (the Arithmetic and Logic Unit

(ALU),

• Khối ALU thực hiện các phép toán ADD,

SUBTRACT, AND, OR, SHIFT

Thanh ghi (resister)

Thanh ghi là nơi tạm thời lưu kết quả tính toán (thường 8 bit hoặc 16 bit)

Trang 16

Ví dụ tính toán dùng thanh ghi

• Nạp dữ liệu vào thanh ghi A

• Đưa dữ liệu nhập vào B

• Thực hiện phép cộng và lưu lại kết quả

vào thanh ghi (Accumulator)

Định nghĩa VXL 8 bit

• Vi xử lý 8 bít là vi xử lý được thiết kế để

làm việc với các toán tử 8 bit Khi làm việc

với dữ liệu nhiều hơn 16 bit, 32 bít, chương

trình sẽ chia thành nhiều khối 8 bít riêng

biệt

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	199,62 KB