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 1 bao gồm 6 nội dung:
1.

Tổng quan về hệ thống vi xử lý (VXL).

2.

Các loại bus trong hệ thống VXL.

3.

VXL.

4. Bộ nhớ.
5. Nhập xuất.
6. Vi xử lý và vi điều khiển.


. Tổng quan về hệ thống VXL


1. Q trình phát triển của máy vi tính

Máy vi tính bao gồm những máy tính dùng bộ vi xử lý (họ
Intel, Motorola, AMD…) làm cốt lõi, các vi điều khiển
(microcontroller) hay máy vi tính trong một vi mạch (onechip microcomputer).

4


2. Ứng dụng của VXL

Examples: Personal Computer (PC)

5


2. Ứng dụng của VXL

Examples: Refrigerator

6


2. Ứng dụng của VXL
Examples: Car Door

7


2. Ứng dụng của VXL

Examples: Derbot Autonomous Guided Vehicle

8


2. Ứng dụng của VXL

Examples:
Derbot
Autonomous
Guided Vehicle

9


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

Sơ đồ
khối tiêu
biểu của
hệ vi xử
lý: (hệ
thống vi
xử lý có
kiến trúc
3-bus)

10

3. Sơ đồ khối của hệ VXL

P (Microprocessor): Vi xử lý
CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm
Address bus: Bus địa chỉ
Data bus: Bus dữ liệu
Control bus: Bus điều khiển
RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu
nhiên
ROM (Read-Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc
I/O Interface: Khối giao tiếp nhập/xuất
Peripheral Devices: Thiết bị ngoại vi

11


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

Một hệ vi xử lý gồm có các thành phần chính sau:
- P (microprocessor hay còn gọi là CPU): đọc mã lệnh từ
bộ nhớ (được ghi dưới dạng các bit 0 và 1), sau đó giải mã
và thực thi lệnh.
- Bộ nhớ (Memory): chứa các chương trình điều khiển hoạt
động của tồn hệ và các dữ liệu, kết quả trung gian. (Có
hai loại bộ nhớ: RAM (Random Access Memory) là loại bộ
nhớ truy xuất ngẫu nhiên và ROM (Read-Only Memory) là
loại bộ nhớ chỉ đọc).
12

3. Sơ đồ khối của hệ VXL

Một hệ vi xử lý gồm có các thành phần chính sau:
- Khối giao tiếp nhập/xuất (Input/Output - I/O): tạo ra khả năng giao
tiếp giữa hệ vi xử lý với các thiết bị ngoại vi như bàn phím, chuột …
(thiết bị nhập), màn hình, máy in, loa … (thiết bị xuất), các ổ đĩa…
(thiết bị xuất/nhập)
- Bus: ba khối chức năng trên liên hệ với nhau thông qua một tập các
đường dây để truyền thông tin gọi là bus. Trong hệ thống vi xử lý
thường bao gồm 3 loại bus: bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều
khiển.
13


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

NOTE:
1. Mọi nguồn thông tin vào CPU, nếu khơng
là bộ nhớ thì là thiết bị đầu vào.
2. Mọi đích đến của thơng tin từ CPU, nếu
khơng là bộ nhớ thì là thiết bị đầu ra.

14


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

NOTE:
3. Hệ vi xử lý có 3 khối chính:
Bộ nhớ.

CPU.
Phối ghép (giao tiếp) vào/ra (I/O).
4. CPU đọc thông tin từ bộ nhớ và ghi thông tin vào
bộ nhớ.
5. Các thiết bị đầu vào đưa thơng tin từ bên ngồi
vào hệ vi xử lý.

15


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

NOTE:
6. Các thiết bị đầu ra đưa thông tin từ CPU đến
các đối tượng bên ngồi.
7. Thơng tin khơng chạy trực tiếp từ bộ nhớ
đến các phối ghép vào/ra (I/O) và ngược lại,
trước tiên thông tin phải đi qua CPU.
16


3. Sơ đồ khối của hệ VXL

NOTE
Có thể thấy rằng vi xử lý chỉ trao đổi thông tin với bộ nhớ và các phối
ghép vào/ra I/O. Dù hệ thống sau này có phức tạp như thế nào hoặc
chương trình có dài đến đâu thì vi xử lý chỉ làm những việc sau:
1. Đọc từ bộ nhớ
2. Ghi vào bộ nhớ
3. Đọc từ các đầu vào

4. Ghi vào các đầu ra
5. Thực hiện các lệnh nội bộ như lệnh cộng (ADD), lệnh trừ
(SUB) …
17


II. Các loại bus trong hệ thống VXL


1. BUS địa chỉ (Address Bus)


Có chức năng chuyển tải các thông tin về địa
chỉ.



Khi đọc/ghi bộ nhớ hay thiết bị I/O, P sẽ đưa
ra các bit địa chỉ trên bus địa chỉ để chọn chính
xác một ngăn nhớ (word) hay một thiết bị I/O
cụ thể nào đó sẽ được giao tiếp với nó.
19


1. BUS địa chỉ (Address Bus)








Số lượng địa chỉ mà P có thể quản lý phụ thuộc vào
số bit (số đường dây) của bus địa chỉ (16, 20, 24, 32
… bit).
Ví dụ: Một P có số đường dây của bus địa chỉ
là N = 16
có khả năng quản lý: 2N = 216 = 26.210 = 64.210 =
64 K = 65536 địa chỉ.
Bus địa chỉ là loại bus một chiều (xuất phát từ P).
20


1. BUS địa chỉ (Address Bus)

Đệm bus địa chỉ
Do tất cả các thiết bị ngoại vi và bộ nhớ đều được nối
với bus địa chỉ nên về mặt điện có thể vượt quá tính
chịu tải (fan-out) của vi xử lý. Trong trường hợp các
mạch nối vào bus địa chỉ tiêu thụ dòng điện lớn hơn
khả năng chịu tải của vi xử lý thì hệ thống sẽ khơng
hoạt động hay hoạt động không ổn định. Để giải
quyết vấn đề này ta sử dụng các bộ đệm trung gian
được gọi là bộ đệm địa chỉ.
21


1. BUS địa chỉ (Address Bus)

Ví dụ: Đệm địa
chỉ cho CPU có
bus địa chỉ 16bit:

22


2. BUS dữ liệu



Có chức năng chuyển tải các thơng tin về
dữ liệu đến/đi từ P.



Số lượng đường dây của bus này quyết
định số bit dữ liệu mà P có khả năng xử
lý cùng một lúc (8, 16, 32, 64 … bit).
23


2. BUS dữ liệu



Bus dữ liệu là loại bus hai chiều.



Tuy nhiên tại một thời điểm nhất định
thì dữ liệu chỉ được truyền theo một
hướng duy nhất.
24


2. BUS dữ liệu (Data Bus)

CPU
Bus dữ liệu

Bộ nhớ
hoặc phối
ghép vào/ra
(I/O)

a) Đọc - Read

CP
U

Bộ nhớ hoặc
Bus dữ liệu

phối ghép
vào/ra (I/O)

b) Ghi - Write
25