Bài giảng kỹ thuật vi xử lý Tổng quan về hệ vi xử lý

1
Electrical Engineering
1
Tổng quan về hệ vi xử lý
(microprocessor)
Electrical Engineering
2
Định nghĩa
•Mạch vi xử lý là vi mạch cỡ cực lớn
(VLSI), trên đócóthể 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
2
Electrical Engineering
3
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
Electrical Engineering
4
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
– 8080, 8085, Intel
– Z 80 của hãng Zilog
3
Electrical Engineering
5
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)
Electrical Engineering
6
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)
– Texax Instruments (TMS 320 )
4
Electrical Engineering
7
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
Electrical Engineering
8
Đặc tính chung
•Tần số xung nhịp (1MH – 3.2 GHZ)
•Tính năng ứng dụng:
–Loại độc lập (one chip)
–Mạch VXL đa năng
5
Electrical Engineering
9
VXL
8051
Khèi hiÓn
thÞ
LED
Control Bus
Address Bus

M¹ch
giao
tiÕp
8255
Data Bus
ROM
RAM
Bµn
phÝm
Cấu trúc chung của hệ thống vi xử lý
Electrical Engineering
10
Các phần cơ bản hệ VXL
•Bộ nhớ (memory)
• Ghép nối (I/O, interface)
•Bộ vi xử lý (processor)
6
Electrical Engineering
11
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
Electrical Engineering
12
Interface (I/0)
• Thanh ghi để ghép nối với thiết bị bên ngoài
•Cóthể là thanh ghi nhớ nằm ở các vị trí đặc
biệt trong RAM

•Vídụ, 8051, SFR 91, serial
•Vídụ như vi mạch ghép nôí 8255
7
Electrical Engineering
13
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
Electrical Engineering
14
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
8
Electrical Engineering
15
BUSES
•Bus làtập 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)
Electrical Engineering
16
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.
9
Electrical Engineering
17
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)
Electrical Engineering
18
ROM
•Thiết kế bởi công nghệ
NMOS, CMOS
• Dung lượng thường 2Kbyte
– 64Kbyte
•Dữ liệu lưu trữ dạng ma trận
• Không bịảnh hưởng bởi việc
•mất điện

• 2716, 2732, , 27256
10
Electrical Engineering
19
2716
Electrical Engineering
20
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
11
Electrical Engineering
21
PARAMETER min max units
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
Electrical Engineering
22
Các loại ROM khác
•Mạch xóa và mạch nạp riêng
• Serial Rom (2014 – 2kbit)
• EEROM (Electrical erasable ROM)
12
Electrical Engineering
23
RAM
• Static RAM
• Dynamic RAM
Electrical Engineering
24
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
có điện
• Kích thước lớn khi dung
lượng lớn
• 6216, 6232, 62256
13
Electrical Engineering
25
RAM 62256
Electrical Engineering
26
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
14
Electrical Engineering
27
Ví dụ 64 Kbit RAM
Electrical Engineering
28
Cấu trúc mạch vi xử lý 89c51

15
Electrical Engineering
29
Các khối cơ bản
•Khối ALU (the Arithmetic and Logic Unit
(ALU),
•Khối ALU thực hiện các phép toán ADD,
SUBTRACT, AND, OR, SHIFT.
Electrical Engineering
30
Thanh ghi (resister)
Thanh ghi là nơi
tạm thời lưu
kết quả tính
toán (thường 8
bit hoặc 16 bit)
16
Electrical Engineering
31
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)
Electrical Engineering
32
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