VXL-VDK - C1 - Tong quan ppt

Bài giảng môn học
Bài giảng môn học
Bộ môn:
Kỹ thuật máy tính
Kỹ thuật máy tính
Khoa:
Điện tử
Điện tử
Trường:
ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên
ĐH Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên
Giảng viên:ThS. Nguyễn Tuấn Linh
Giảng viên:ThS. Nguyễn Tuấn Linh
ĐT: 0982260680
ĐT: 0982260680
Email:
Email:


Website: tnu.edu.vn/sites/ntlinh
Website: tnu.edu.vn/sites/ntlinh
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
2
Mục tiêu của môn học
Sau khi học xong học phần sinh viên phải nắm được:

Cấu trúc phần cứng của các bộ vi xử lý –
vi điều khiển tiêu biểu: 80x86, 8051;

Tổ chức bộ nhớ, tập lệnh, chế độ địa chỉ

và lập trình cho chúng;

Biết cách ghép nối với bộ nhớ và thiết bị
ngoại vi;

Biết khai thác khả năng ngắt và định thời.

Có khả năng thiết kế và xây dựng modul
(bao gồm cả phần cứng và phần mềm) sử
dụng vi điều khiển cho bài toán cụ thể.
2
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
3

Tổng quan về các hệ đếm và biểu diễn thông tin trong các
hệ vi xử lý – vi điều khiển.

Vi xử lý: Tổng quan về kiến trúc hệ vi xử lý; tổ chức phần
cứng của CPU họ Intel 80x86,

Các chế độ đánh địa chỉ, tập lệnh, lập trình hợp ngữ
(assembly) cho 80x86 với những bài toán đơn giản;

Một số vi mạch phụ trợ trong hệ vi xử lý.

Vi điều khiển: Cấu trúc hệ vi điều khiển onchip MCS 8051;
chức năng các chân, các cổng; tổ chức bản đồ bộ nhớ;

Chế độ địa chỉ, tập lệnh, lập trình hợp ngữ cho vi điều

khiển;

Hoạt động định thời, ngắt và truyền thông nối tiếp;

Giới thiệu một số họ vi xử lý thông dụng khác.

Ghép nối bộ nhớ và thiết bị ngoại vi trong hệ vi xử lý –
vi điều khiển; một số bài toán ứng dụng tiêu biểu.
Mô tả vắn tắt nội dung học phần
Trong quá trình học tập, SV được học các nội dung:
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
4
Tài liệu học tập
•
Bài giảng Vi xử lý – vi điều khiển”, Nguyễn Tuấn Anh
Sách tham khảo:
•
Văn Thế Minh, Kỹ thuật vi xử lý, NXB KHKT, 1997.
•
Tống Văn On, Họ vi điều khiển 8051, NXB KH&KT,
2005.
•
Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng, Cấu trúc và
lập trình họ vi điều khiển 8051, NXB KH&KT, 2004.
•
Michael Hordeski, Personal Computer Interfaces, Mc.
Graw Hill, 1995.
•
Michel J Point, Programming Embedded System

(8051)
•
Jan Axelson, The Microcontroller Idea Book
•
Website: />Tổng quan về Vi xử lý
& Vi điều khiển
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
6
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.1. Giới thiệu chung về vi xử lý – vi
điều khiển
Tổng quan
Lịch sử phát triển của các bộ xử lý
Vi xử lý và vi điều khiển
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.1. Giới thiệu chung về vi xử lý – vi điều khiển

Một bộ vi xử lý (MicroProcessor
- µP hay uP) là một mạch tích
hợp chứa hàng ngàn, thậm chí
hàng triệu transistor (LSI, VLSI)
được kết nối với nhau

Các transistor ấy cùng nhau làm
việc để lưu trữ và xử lý dữ liệu
cho phép bộ vi xử lý có thể thực
hiện rất nhiều chức năng hữu
ích


Chức năng cụ thể của một bộ vi
xử lý được xác định bằng phần
mềm (có thể lập trình được)
Bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý đầu tiên của
Intel,4004, được giới thiệu
vào năm 1971.

4004 chứa 2300 transistor.

Bộ vi xử lý Pentium 4 hiện
nay chứa 55 triệu
transistor.

Bộ vi xử lý thường được sử
dụng trong các máy vi tính
(microcomputer) với vai
trò là CPU. Ngoài ra, chúng
còn có mặt ở nhiều thiết bị
khác.
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
9
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
Lịch sử phát triển của các bộ xử lý

VXL đầu tiên của Intel là 4004 ra đời
năm 1971, nó gồm có 2300 transistor.
Ngày nay VXL Pentium 4 có chứa 55

triệu transistor.

Công nghệ mới nhất hiện nay sử dụng
các transistor 32nm

So với 4004, một CPU 32nm chạy nhanh
hơn gấp 4.000 lần và mỗi bóng bán dẫn
cũng tiêu thụ năng lượng ít hơn khoảng
4.000 lần. Hiệu suất giá trên mỗi bóng
bán dẫn đã giảm đi khoảng 100.000 lần.
History of Intel Microprocessor
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
11
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.1. Giới thiệu chung về vi xử lý – vi điều khiển

Vi xử lý và vi điều khiển

Vi xử lý (viết tắt là µP hay uP), đôi khi
còn được gọi là bộ vi xử lý, là một linh
kiện điện tử máy tính được chế tạo từ
các tranzito thu nhỏ tích hợp lên trên
một vi mạch tích hợp đơn

Người ta gọi các vi xử lý đã được tích
hợp thêm các ngoại vi là các “vi điều
khiển”
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

12
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.2. Cấu trúc chung của hệ vi xử lý
Khối xử lý trung tâm (CPU)
Bộ nhớ (Memory)
Khối phối ghép vào/ra (I/O)
Hệ thống bus
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
13
Hệ thống vi xử lý

Gồm 3 khối chức năng: Vi xử lý, Bộ nhớ, Các
Gồm 3 khối chức năng: Vi xử lý, Bộ nhớ, Các
cổng I/O
cổng I/O

Bộ nhớ được thực hiện bằng các chip nhớ bán
Bộ nhớ được thực hiện bằng các chip nhớ bán
dẫn ROM hoặc RWM, là nơi lưu trữ chương trình
dẫn ROM hoặc RWM, là nơi lưu trữ chương trình
và dữ liệu. Đối với vi xử lý, bộ nhớ là một tập
và dữ liệu. Đối với vi xử lý, bộ nhớ là một tập
hợp các ô nhớ phân biệt theo địa chỉ của chúng.
hợp các ô nhớ phân biệt theo địa chỉ của chúng.

Các cổng I/O được thực hiện bằng các chip MSI
Các cổng I/O được thực hiện bằng các chip MSI
hoặc LSI, là phần mạch giao tiếp giữa vi xử lý
hoặc LSI, là phần mạch giao tiếp giữa vi xử lý

với các thiết bị I/O. Bộ vi xử lý cũng phân biệt
với các thiết bị I/O. Bộ vi xử lý cũng phân biệt
các cổng I/O theo địa chỉ của chúng.
các cổng I/O theo địa chỉ của chúng.
Hệ thống vi xử lý

3 khối chức năng: Vi xử lý, Bộ nhớ, Các cổng I/O
3 khối chức năng: Vi xử lý, Bộ nhớ, Các cổng I/O
của một hệ thống vi xử lý trao đổi tín hiệu với
của một hệ thống vi xử lý trao đổi tín hiệu với
nhau thông qua Bus hệ thống.
nhau thông qua Bus hệ thống.

Bus hệ thống là một tập hợp các đường truyền
Bus hệ thống là một tập hợp các đường truyền
dẫn dùng chung, bao gồm: Bus địa chỉ (A-Bus),
dẫn dùng chung, bao gồm: Bus địa chỉ (A-Bus),
Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus điều khiển (C-Bus)
Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus điều khiển (C-Bus)

Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A-Bus theo
Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A-Bus theo
hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O.
hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O.
Số lượng đường truyền dẫn của A-Bus (gọi là Độ
Số lượng đường truyền dẫn của A-Bus (gọi là Độ
rộng của A-Bus) tính bằng bit, phản ánh khả
rộng của A-Bus) tính bằng bit, phản ánh khả
năng quản lý bộ nhớ của chip vi xử lý.
năng quản lý bộ nhớ của chip vi xử lý.

Hệ thống vi xử lý

Các tín hiệu dữ liệu di chuyển trên D-Bus theo cả
Các tín hiệu dữ liệu di chuyển trên D-Bus theo cả
2 hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O
2 hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O
và ngược lại (mỗi lúc một hướng). Số lượng
và ngược lại (mỗi lúc một hướng). Số lượng
đường truyền dẫn của D-Bus (gọi là Độ rộng của
đường truyền dẫn của D-Bus (gọi là Độ rộng của
D-Bus) tính bằng bit, phản ánh một phần tốc độ
D-Bus) tính bằng bit, phản ánh một phần tốc độ
trao đổi dữ liệu của chip vi xử lý vớI các khối
trao đổi dữ liệu của chip vi xử lý vớI các khối
chức năng khác.
chức năng khác.

Đa số các tín hiệu trên C-Bus là các tín hiệu điều
Đa số các tín hiệu trên C-Bus là các tín hiệu điều
khiển riêng lẽ, có tín hiệu xuất phát từ vi xử lý, có
khiển riêng lẽ, có tín hiệu xuất phát từ vi xử lý, có
tín hiệu đi vào vi xử lý. Vi xử lý sử dụng các tín
tín hiệu đi vào vi xử lý. Vi xử lý sử dụng các tín
hiệu này để điều khiển hoạt động và nhận biết
hiệu này để điều khiển hoạt động và nhận biết
trạng thái của các khối chức năng khác.
trạng thái của các khối chức năng khác.

Thiết kế bộ nhớ cho hệ thống vi xử lý: Ghép nối
Thiết kế bộ nhớ cho hệ thống vi xử lý: Ghép nối

các chip nhớ bán dẫn sẵn có với bus hệ thống
các chip nhớ bán dẫn sẵn có với bus hệ thống
sao cho khi bộ vi xử lý truy cập bộ nhớ thì không
sao cho khi bộ vi xử lý truy cập bộ nhớ thì không
xảy ra xung đột giữa các chip nhớ với nhau và
xảy ra xung đột giữa các chip nhớ với nhau và
không xung đột với các chip dùng làm cổng I/O
không xung đột với các chip dùng làm cổng I/O

Tương tự, Thiết kế các cổng I/O cho hệ thống vi
Tương tự, Thiết kế các cổng I/O cho hệ thống vi
xử lý: Ghép nối các chip MSI hoặc LSI thường
xử lý: Ghép nối các chip MSI hoặc LSI thường
dùng làm cổng I/O với bus hệ thống sao cho khi
dùng làm cổng I/O với bus hệ thống sao cho khi
bộ vi xử lý truy cập các thiết bị I/O thì không xảy
bộ vi xử lý truy cập các thiết bị I/O thì không xảy
ra xung đột giữa các chip đó với nhau và không
ra xung đột giữa các chip đó với nhau và không
xung đột với các chip dùng làm bộ nhớ
xung đột với các chip dùng làm bộ nhớ
Thiết kế phần cứng của hệ thống vi xử lý
Thiết kế phần mềm của hệ thống vi xử lý

Viết chương trình điều khiển hoạt động của hệ
Viết chương trình điều khiển hoạt động của hệ
thống phần cứng theo chức năng mong muốn
thống phần cứng theo chức năng mong muốn
(thường dùng ngôn ngữ Assembly của chip vi xử
(thường dùng ngôn ngữ Assembly của chip vi xử

lý dùng trong hệ thống)
lý dùng trong hệ thống)

Dịch chương trình đã viết sang ngôn ngữ máy sử
Dịch chương trình đã viết sang ngôn ngữ máy sử
dụng các chương trình dịch thích hợp
dụng các chương trình dịch thích hợp

Nạp chương trình ngôn ngữ máy vào bộ nhớ của
Nạp chương trình ngôn ngữ máy vào bộ nhớ của
hệ thống vi xử lý
hệ thống vi xử lý

Kiểm tra hoạt động của hệ thống và thực hiện
Kiểm tra hoạt động của hệ thống và thực hiện
các hiệu chỉnh nếu cần thiết
các hiệu chỉnh nếu cần thiết

Có thể nhờ sự trợ giúp của các chương trình mô
Có thể nhờ sự trợ giúp của các chương trình mô
phỏng trên máy tính
phỏng trên máy tính
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
19
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.2. Cấu trúc chung của hệ vi xử lý

Khối xử lý trung tâm (CPU)
Các thành phần của bộ vi xử lý

ALU và Control Unit
ALU

Thực hiện các phép toán logic (AND, OR, XOR,
NOT) và các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia)

Thực hiện việc chuyển dữ liệu

Việc thực hiện lệnh thực sự diễn ra ở ALU
Control Unit

Có trách nhiệm liên quan đến việc tìm và thực hiện
các lệnh bằng cách cung cấp các tín hiệu điều khiển
và định thời cho ALU và các mạch khác biết phải làm
gì và làm khi nào.
Các thanh ghi (Registers)

Thanh ghi là nơi mà bộ vi xử lý có thể lưu trữ được
một số nhị phân (Kích cỡ của thanh ghi tính bằng bit)

Bộ vi xử lý dùng các thanh ghi để lưu trữ dữ liệu tạm
thời trong quá trình thực hiện chương trình

Các thanh ghi có thể được truy cập bằng các câu lệnh
ngôn ngữ máy thường được gọi là các thanh ghi người
sử dụng có thể nhìn thấy được (có thể truy cập được)

Các thanh ghi điều khiển và các thanh ghi trạng thái
được CU dùng để điều khiển việc thực hiện chương
trình. Đa số các thanh ghi này người sử dụng không

thể nhìn thấy được
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
23
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.2. Cấu trúc chung của hệ vi xử lý

Bộ nhớ (Memory)
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
24
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.2. Cấu trúc chung của hệ vi xử lý

Khối phối ghép vào/ra (I/O)
08/17/14
Bộ môn Kỹ thuật máy tính, Khoa Điện tử, ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
25
Chương I: Tổng quan về vi xử lý – vi điều khiển
1.2. Cấu trúc chung của hệ vi xử lý

Hệ thống bus

Bus địa chỉ - Address bus:
• Là các đường tín hiệu song song 1
chiều nối từ CPU đến bộ nhớ
•
Độ rộng bus: là số các đường tín hiệu,
có thể là 8, 18, 20, 24, 32 hay 64.
•

CPU gửi giá trị địa chỉ của ô nhớ cần
truy nhập (đọc/ghi) trên các đường tín
hiệu này.
•
1 CPU với n đường địa chỉ sẽ có thể địa
chỉ hoá được 2n ô nhớ. Ví dụ, 1 Cpu có
16 đường địa chỉ có thể địa chỉ hoá
được 216 hay 65,536 (64K) ô nhớ.