bai giang mon vi xu ly phan 1

KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Microprocessors NỘI DUNG Giới thiệu chung hệ VXL Bộ VXL Intel 8088/8086 Lập trình hợp ngữ cho 8086 Tổ chức vào liệu Ngắt xử lý ngắt Truy cập nhớ trực tiếp DMA Các VXL thực tế Thiết kế VXL Tài liệu tham khảo • • Slide Barry B Brey, The Intel Microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium and Pentium Pro Processor: Architecture, Programming, and Interfacing, Fourth Edition, Prentice Hall, 1997 Mục đích môn học • • • • • Nắm cấu trúc, nguyên lý hoạt động VXL hệ VXL Có khả lập trình hợp ngữ cho VXL Có khả lựa chọn VXL thích hợp cho ứng dụng cụ thể Nắm VXL thực tế Nắm nguyên lý thiết kế VXL Bài tập lớn thi • Bài tập lớn (30% điểm)  Thiết kế hệ thống sử dụng vi điều khiển  Không thi không làm tập lớn • Điểm kiểm tra kỳ tập nhà (30% điểm)  Làm đầy đủ tập nhà nộp hạn  BT nhà nộp chậm tính điểm  Bài kiểm tra kỳ • Thi cuối kỳ (40%) Lý thuyết: Xem mục đích môn học (trắc nghiệm) Lập trình hợp ngữ Thiết kế nhớ thiết bị ngoại vi cho hệ vi xử lý Website http://sites.google.com/ Chương 1: Giới thiệu chung hệ VXL 1.1 Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1.1.1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (…-1642) 1.1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (1642-1945) 1.1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (1945-1955) 1.1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (1955-1965) 1.1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp - Integrated circuits (1965-1980) 1.1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (1980-?) 1.2 Phân loại vi xử lý 1.3 Các hệ đếm dùng máy tính ( nhắc lại) 1.4 Sơ lược cấu trúc hoạt động hệ vi xử lý Chương 1: Giới thiệu chung hệ VXL 1.1 Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1.1.1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (…-1642) 1.1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (1642-1945) 1.1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (1945-1955) 1.1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (1955-1965) 1.1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp - Integrated circuits (1965-1980) 1.1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (1980-?) 1.2 Phân loại vi xử lý 1.3 Các hệ đếm dùng máy tính ( nhắc lại) 1.4 Sơ lược cấu trúc hoạt động hệ vi xử lý Thế hệ -1: The early days (…-1642) Bàn tính, abaci, sử dụng để tính toán Khái niệm giá trị theo vị trí sử dụng Thế hệ -1: The early days (…-1642) Thế kỷ 12: Muhammadibn Musa Al'Khowarizmi đưa khái niệm giải thuật algorithm Một danh sách dẫn mô tả cách xác bước trình mà đảm bảo trình phải kết thúc sau số bước định với câu trả lời cho trường hợp cụ thể vấn đề cần giải Chương 1: Giới thiệu chung hệ VXL 1.1 Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1.2 Phân loại vi xử lý 1.3 Các hệ đếm dùng máy tính ( nhắc lại) 1.3.1 Thập phân, Nhị phân, Hệ 8, Hệ 16 1.3.2 Cộng, trừ, nhân, chia 1.3.3 Các số âm 1.3.4 Số nguyên, số thực, BCD, ASCII 1.4 Sơ lược cấu trúc hoạt động hệ vi xử lý Số nguyên (integer) • bit  unsigned: đến 255  signed : -128 đến 127 ( bù hai) • 16 bit  unsigned: đến 65535 (216-1)  signed : -32768 (215) đến 32767 (215-1) • 32 bit  unsigned: đến 232-1  signed : -231 đến 231-1 Little endian big endian Số 1234 H lưu trữ nhớ bit? FFFFH FFFFH 0101H 0100H 12H 34H 0101H 0100H 0000H little edian Intel microprocessors 34H 12H 0000H big edian Motorola microprocessors Số thực (real number, floating point number) • Ví dụ: 1,234=1,234*100=0,1234*101= • 11,01 B= 1,101*21=0,1101*22= mantissa exponent • Real number: (m, e) , e.g (0.1101, 2)  Single precision: 32 bit  Double precision: 64 bit Số thực (real number, floating point number) IEEE-754 format cho single-precision 31 30 S biased exponent e 23 22 fraction f of normalized mantissa sign bit: dương, âm bit biased exponent= exponent + 127 24 bit mantissa chuẩn hoá = bit ẩn + 23 bit fraction Mantissa chuẩn hoá: có giá trị : 1.f Ví dụ: biểu diễn 0.1011 dạng IEEE-754 Sign bit s=0 chuẩn hoá mantissa: 0.1011=1.011*2-1 Biased exponent: -1 + 127=126=01111110 IEEE format: 01111110 0110000000000000000000 Số thực (real number, floating point number) IEEE-754 format cho double-precision 63 S 62 52 biased exponent e 51 fraction f of normalized mantissa sign bit: dương, âm 11 bit biased exponent= exponent + 1023 53 bit mantissa chuẩn hoá = bit ẩn + 52 bit fraction single precision: (-1)s x 2e-127 x (1.f)2 double precision: (-1)s x 2e-1023 x (1.f)2 Số thực (real number, floating point number)   Single Precision Double Precision 2-23 or 1.192 x 10-7   2-52 or 2.220 x 10-16 Smallest positive Số dương nhỏ 2-126 or 1.175 x 10-38  2-1022 or 2.225 x 10-308  Largest positive Số dưong lớn (2- 2-23) 2127 or 3.403 x 1038  (2- 2-52) 21023 or 1.798 x 10308  Decimal Precision significant digits chữ số sau dấu phảy 15 significant digits 15 chữ số sau dấu phảy Machine epsilon Độ xác Độ xác thập phân BCD • Binary Coded Decimal number  BCD chuẩn (BCD gói, packed BCD):  byte biểu diễn số BCD  Ví dụ: 25: 0010 0101  BCD không gói (unpacked BCD):  byte biểu diễn số BCD  ví dụ: 25: 00000010 00000101 Decimal digit BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 ASCII American Standard Code for Information Interchange (7-bit code) b3b2b1b0 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US SP ! “ # $ % & ‘ ( ) * + , / : ; < = > ? @ A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ ‘ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u V w x y z { | } ~ DEL Chương 1: Giới thiệu chung hệ VXL 1.1 Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1.2 Phân loại vi xử lý 1.3 Các hệ đếm dùng máy tính ( nhắc lại) 1.4 Sơ lược cấu trúc hoạt động hệ vi xử lý 1.4.1 Hệ vi xử lý Bus liệu Bus điều khiển Bộ nhớ Memory Vi xử lý CPU Phối ghép vào/ra (I/O) Bus địa DRAM SRAM ROM EEPROM Flash Intel 80X86 Motorola 680X PowerPC ISA EISA PCI VESA SCSI USB Thiết bị vào/ra Màn hình Máy in Bàn phím Con chuột Ổ cứng Ổ mềm CD-ROM DVD 1.4.1 Hệ vi xử lý • CPU (Central Processing Unit)  Đơn vị số học logic (Arithmetic Logical Unit)  Thực phép toán số học  Cộng, trừ, nhân chia  Thực phép toán logic  And, or, compare  Đơn vị điều khiển (Control Unit)  Các ghi (Registers)  Lưu trữ liệu trạng thái trình thực lệnh Đọc mã lệnh Giải mã lệnh Thực lệnh 1.4.1 Hệ vi xử lý • Đọc thông tin từ nhớ vào CPU • Xác định xem lệnh lệnh • Thực lệnh Đọc mã lệnh  Nếu cần đọc thêm thông tin từ nhớ/cổng Giải mã lệnh  TÍnh toán ghi thông tin nhớ/cổng Thực lệnh chu kỳ lệnh CPU 1.4.2 Bộ nhớ, bus • Memory  ROM: không bị liệu, chứa liệu điều khiển hệ thống lúc khởi động  RAM: liệu nguồn, chứa chương trình liệu trình hoạt động hệ thống • Bus liệu  8, 16, 32, 64 bit tùy thuộc vào vi xử lý • Bus địa chỉ:  16, 20, 24, 32, 36 bit  số ô nhớ đánh địa chỉ: 2N  Ví dụ: 8088/8086 có 20 đường địa => quản lý 220 bytes=1Mbytes 1.4.2 Bộ nhớ, bus Nhà sản xuất Tên vi xử lý Bus liệu Bus địa Khả địa Intel 8088 8086 80186 80286 80386SX 80386DX 80486DX Pentium Pentium Pro Pentium I, II, III, IV 16 16 16 16 32 32 64 64 64 20 20 20 24 24 32 32 32 36 36 1M 1M 1M 16 M 16 M 4G 4G 4G 64 G 64 G Motorola 68000 68010 68020 68030 68040 68060 PowerPC 16 16 32 32 32 64 64 24 24 32 32 32 32 32 16 M 16 M 4G 4G 4G 4G 4G [...]... -1: The early days (… -16 42) • Codex Madrid - Leonardo Da Vinci (15 00)  Vẽ một cái máy tính cơ khí Chương 1: Giới thiệu chung về hệ VXL 1. 1 Lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý và máy tính 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính cơ khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (19 55 -19 65) 1. 1.5... hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) John von Neumann năm 19 52 với chiếc máy tính mới của ông Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) Năm 19 54, John Backus, IBM phát minh ra FORTRAN Chương 1: Giới thiệu chung về hệ VXL 1. 1 Lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý và máy tính 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính cơ khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4... 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính cơ khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (19 55 -19 65) 1. 1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp - Integrated circuits (19 65 -19 80) 1. 1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (19 80-?) 1. 2 Phân loại vi xử lý 1. 3 Các hệ đếm dùng trong máy tính ( nhắc lại) 1. 4 Sơ lược... transistors (19 55 -19 65) • Năm 19 55, IBM công bố IBM704, máy tính mainframe sử dụng tranzistor • Đây là máy tính với phép toán dấu phấy động đầu tiên (5 kFlops, clock: 300 kHz) Chương 1: Giới thiệu chung về hệ VXL 1. 1 Lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý và máy tính 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính cơ khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4... của hệ vi xử lý Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) http://sites.google.com/ Năm 19 43, John Mauchly và J Presper Eckert bắt đầu nghiên cứu về ENIAC Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) 18 000 đèn điện tử, 15 00 rơ le, 30 tấn, 14 0 kW, 20 thanh ghi 10 chữ số thập phân, 10 0 nghìn phép tính/ giây “Trong tương lai máy tính sẽ nặng tối đa là 1. 5 tấn” (Popular Mechanics, 19 49) Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) Lập... Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (19 55 -19 65) 1. 1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp - Integrated circuits (19 65 -19 80) 1. 1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (19 80-?) 1. 2 Phân loại vi xử lý 1. 3 Các hệ đếm dùng trong máy tính ( nhắc lại) 1. 4 Sơ lược về cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý Thế hệ 2: Discrete transistors (19 55 -19 65) Năm 19 47, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brattain... - Integrated circuits (19 65 -19 80) 1. 1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (19 80-?) 1. 2 Phân loại vi xử lý 1. 3 Các hệ đếm dùng trong máy tính ( nhắc lại) 1. 4 Sơ lược về cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý Thế hệ 0: Mechanical (16 42 -19 45) Blaise Pascal, con trai của một người thu thuế, đã chế tạo một máy cộng có nhớ vào năm 16 42 Thế hệ 0: Mechanical (16 42 -19 45) • Năm 18 01, Joseph-Marie Jacquard... Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (19 55 -19 65) 1. 1.5 Thế hệ 3: Mạch tích hợp - Integrated circuits (19 65 -19 80) 1. 1.6 Thế hệ 4: Mạch tích hợp cỡ lớn - VLSI (19 80-?) 1. 2 Phân loại vi xử lý 1. 3 Các hệ đếm dùng trong máy tính ( nhắc lại) 1. 4 Sơ lược về cấu trúc và hoạt động của hệ vi xử lý ... lý Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) Năm 19 48, máy tính có chương trình lưu trữ trong bộ nhớ đầu tiên được vận hành tại trường đại học Manchester: Manchester Mark I Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) Năm 19 51, máy tính Whirlwind lần đầu tiên sử dụng bộ nhớ lõi từ (magnetic core memories) Gần đây nguyên lý này đã được sử dụng lại để chế tạo MRAM ở dạng tích hợp Thế hệ 1: Đèn điện tử (19 45 -19 55) Một... Mechanical (16 42 -19 45) Ada Augusta King, trở thành lập trình vi n đầu tiên vào năm 18 42 khi cô vi t chương trình cho Analytical Engine, thiết bị thứ 2 của Babbage Thế hệ 0: Mechanical (16 42 -19 45) • Herman Hollerith, ngừời Mỹ, thiết kế một máy tính để xử lý dữ liệu về dân số Mỹ 18 90 • Ông thành lập công ty, Hollerith Tabulating Company, sau đấy là Calculating-Tabulating-Recording (C-T-R) company vào năm 19 14 ... hệ VXL 1. 1 Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế... Lịch sử phát triển vi xử lý máy tính 1. 1 .1 Thế hệ -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế hệ 2: Transistor... -1: Thời xa xưa (… -16 42) 1. 1.2 Thế hệ 0: Máy tính khí (16 42 -19 45) 1. 1.3 Thế hệ 1: Đèn điện tử - Vacuum tubes (19 45 -19 55) 1. 1.4 Thế hệ 2: Transistor rời rạc - Discrete transistors (19 55 -19 65) 1. 1.5