chuong 1_sv

6/16/2018 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG GV: Vũ Thị Hồng Nga Khoa Công Nghệ Điện Tử Tổng quan hệ vi xử lý 6/16/2018 2.CPU - Central Processing Unit
CPU đóng vai trị chủ đạo hệ vi xử lý Nó quản lý tất hoạt động hệ thực thao tác liệu
CPU đọc mã lệnh ghi dạng bit bit từ nhớ sau giải mã lệnh thành dãy xung điều khiển tương ứng với thao tác lệnh để điều khiển khối khác thực bước thao tác từ tạo xung điều khiển cho toàn hệ Sơ đồ khối đơn giản CPU  IR: ghi lệnh/con trỏ lệnh  PC: đếm chương trình  Instruction decode and control unit: đơn vị giải mã lệnh điều khiển  ALU: đơn vị số học logic  Registers: ghi 6/16/2018 Hoạt động CPU cho chu kỳ tìm nạp lệnh: Thao tác tìm nạp lệnh: • Nội dung ghi PC đưa lên bus địa • Tín hiệu điều khiển đọc(Read) chuyển sang trạng thái tích cực • Mã lệnh (Opcode) từ nhớ đưa lên bus liệu • Mã lệnh chuyển vào ghi IR CPU Hoạt động CPU cho thao tác giải mã thực lệnh:
Mã lệnh từ ghi IR đưa vào đơn vị giải mã lệnh điều khiển
Đơn vị giải mã lệnh điều khiển thực giải mã opcode tạo tín hiệu để điều khiển việc xuất nhập liệu ALU ghi (registers)
Căn tín hiệu điều khiển này, ALU thực thao tác xác định 6/16/2018 Bộ nhớ bán dẫn Hệ Vi Xử Lý Bộ nhớ đọc (ROM) • Chỉ cho phép đọc thơng tin từ ROM • Lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động hệ thống • Thơng tin ROM khơng bị nguồn điện cung cấp khơng cịn Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) • Thơng tin RAM bị nguồn điện cung cấp khơng cịn • Cho phép ghi thơng tin vào RAM đọc thơng tin từ RAM • Lưu giữ liệu, phần chương trình điều khiển hệ thống, ứng dụng kết tính tốn Cấu trúc phân loại ROM – RAM A0 – AN: chân địa (Address - N: số chân địa chỉ) D0 – DM: chân liệu (Data - M: số chân liệu) OE: ngõ cho phép xuất (Output Enable) CS: ngõ vào cho phép IC hoạt động (Chip Select) WR: ngõ vào cho phép ghi (Write) – có RAM 6/16/2018 Phân loại ROM  MROM (Mask ROM): ROM mặt nạ  PROM (Programmable ROM): ROM lập trình  EPROM (Eraseable PROM): ROM lập trình xóa  UV-EPROM (Ultra Violet EPROM): ROM xóa tia cực tím  EEPROM (Electric EPROM): ROM lập trình xóa tín hiệu điện  Flash ROM: ROM lập trình xóa tín hiệu điện Phân loại RAM  SRAM (Static RAM- RAM tĩnh) : loại nhớ sử dụng công nghệ bán dẫn Từ "tĩnh" nghĩa nhớ lưu liệu có điện  DRAM (Dynamic RAM-RAM động): loại nhớ truy cập ngẫu nhiên lưu bit liệu tụ ñiện riêng biệt mạch tích hợp Vì tụ điện bị rị điện tích nên thơng tin bị dần trừ liệu ñược nạp lại ñều ñặn 6/16/2018 • Dung lượng nhớ: • Dung lượng nhớ hay cịn gọi kích thước nhớ nói lên khả lưu trữ thơng tin nhiều hay nhớ • ðơn vị ño lượng thông tin hệ vi xử lý BIT BIT lưu trữ hai trạng thái thơng tin • Một dãy BIT ñược gọi BYTE Thuật ngữ BYTE ñể ñơn vị lưu trữ liệu hệ vi xử lý Ngồi ra, người ta cịn dùng ñơn vị bội byte sau: Kilobyte (KB) (KB) = 210 (B) = 1,024 (B) Megabyte (MB) (MB) = 210 (KB) = 1,024 (KB) Gigabyte (GB) (GB) = 210 (MB) = 1,024 (MB) Terabyte (TB) (TB) = 210 (GB) = 1,024 (GB) Petabyte (PB) (PB) = 210 (TB) = 1,024 (TB) 11 Cách xác định dung lượng nhớ bán dẫn bit a Căn vào số chân địa DUNG LƯỢNG = 2N x M (bit) • N: số chân (bit) địa • M: số chân (bit) liệu Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn bit có 15 đường địa Cho biết dung lượng nhớ bao nhiêu? Giải Số chân (bit) địa chỉ: 15 chân N = 15 Số chân (bit) liệu: chân M=8 15 Dung lượng = x (bit) = 32.768 x (bit) = 32 (KB) 6/16/2018 b Căn vào mã số MÃ SỐ = XXYYYY • XX: xác định loại nhớ 27: UV-EPROM 28: EEPROM 61, 62: SRAM 40, 41: DRAM • YYYY: xác định dung lượng DUNG LƯỢNG = YYYY (Kbit) Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn bit có mã số 27256 Cho biết dung lượng nhớ bao nhiêu? Giải Bộ nhớ thuộc loại UV-EPROM XX = 27 Dung lượng = 256 (Kbit) = 32 (KB) Phân biệt VI XỬ LÝ – VI ĐIỀU KHIỂN a Cấu trúc phần cứng (Hardware architecture) Vi xử lý (Microprocessor) • Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) Vi điều khiển (Microcontroller) • Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) • Bộ nhớ chương trình (ROM) • Bộ nhớ liệu (RAM) • Mạch giao tiếp nối tiếp • Mạch giao tiếp song song • Mạch điều khiển ngắt • Các mạch điều khiển khác 6/16/2018 b Các ứng dụng Vi xử lý: thường dùng ứng dụng lớn, tính tốn phức tạp Vi điều khiển : Ứng dụng nhỏ, tính tốn đơn giản c Các đặc trưng tập lệnh Vi xử lý • Có nhiều kiểu định địa • Độ dài từ liệu xử lý: Byte, Word, Double word, … Vi điều khiển • Có kiểu định địa • Độ dài từ liệu xử lý: Bit, Byte Tiêu chí chọn loại VI ĐIỀU KHIỂN thiết kế Các loại Vi điều khiển thơng dụng • 68xxx Motorola Vd: 68202,68000… • 80xxx, AVR, ARM Intel Vd: 8051, 8951… • Z8xx Zilog Vd: eZ8, eZ80… • PIC16xxx, PIC18xxx Microchip Technology Các tiêu chí chọn Vi điều khiển • Đáp ứng u cầu tính tốn cách hiệu kinh tế • Có sẵn cơng cụ phát triển phần mềm (chương trình mơ phỏng, trình biên dịch, trình hợp dịch gỡ rối) • Khả đáp ứng số lượng tương lai 6/16/2018 Các tham số kỹ thuật cần ý • Tốc độ • Kiểu IC: DIP, QFP,… (DIP: vỏ dạng hai hàng chân, QFP: vỏ vng dẹt) • Cơng suất tiêu thụ • Dung lượng nhớ ROM RAM tích hợp sẵn chip • Số chân vào/ra định thời chip • Khả dễ dàng nâng cao hiệu suất giảm cơng suất tiêu thụ • Giá thành đơn vị mua số lượng lớn 7.Giới thiệu PIC - PIC (Programmable Intelligent Computer) nghĩa “Máy tính thơng minh khả trình” xuất phát từ Vi điều khiển PIC ñầu tiên PIC1650, hãng General Instrument ñặt tên - Sau hãng Microchip tiếp tục phát triển loại PIC cho ñời gần 100 loại PIC đến - Các dịng PIC nay: + Dịng PIC 12Cxx có độ dài lệnh 12bit (Basic-line) + Dịng PIC 10F, 12F, 16F có độ dài lệnh 14bit (Mid-range) + Dịng PIC 18F có độ dài lệnh 16bit (High-End) + Dòng dsPIC dòng PIC 6/16/2018 ã Kin trỳc 8-bit PICđ MCU (Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range, PIC18) 19 ã Kin trỳc 8-bit PICđ MCU (Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range, PIC18) 20 10 6/16/2018 • Kiến trúc 8-bit PIC® MCU (Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range, PIC18) 21 • Kiến trúc 8-bit PIC® MCU (Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range, PIC18) 22 11 6/16/2018 ã 16-bit PICđ MCU: PIC24F, PIC24H, PIC24E ã 16-bit dsPICđ DSC: dsPIC30F, dsPIC33F, dsPIC33E 23 ã 32-bit PIC® MCU: PIC32 24 12 6/16/2018 Giới thiệu PIC (tt) • Có hai kiểu kiến trúc vi điều khiển Von Neumann Harvard • Kiến trúc Von Neumann: Có chung khơng gian nhớ cho chương trình liệu, sử dụng chung hệ thống bus nên tốc độ xử lý thông tin có nhiều hạn chế • Kiến trúc Harvard: Có hai không gian nhớ tách biệt (một cho chương trình cho liệu), sử dụng hai hệ thống bus hoạt động hai nhớ thời điểm, nên tốc độ xử lý thông tin cải thiện nhiều 25 • Vi điều khiển PIC tìm hiểu mơn học (Họ 8-bit PIC® MCU Mid-Range) sử dụng kiến trúc Harvard 26 13 6/16/2018 RISC – CISC • Vi điều khiển tổ chức theo kiến trúc Harvard gọi Vi điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh rút gọn Là phương pháp thiết kế vi điều khiển theo hướng đơn giản hóa tập lệnh, thời gian thực thi tất lệnh ñều Phổ biến là: ARM, AVR, SuperH, MIPS, SPARC, DEC Alpha, PA-RISC, PIC PowerPC IBM • Vi điều khiển tổ chức theo kiến trúc Von Neumann gọi Vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh phức tạp, với độ dài mã lệnh bội số Byte Là phương pháp thiết kế vi điều khiển theo hướng phức tạp hóa tập lệnh, thời gian thực thi lệnh khác Phổ biến là: Motorola 68x, Intel x86, MCS-51 27 14