Thiet bi ngoai vi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (18.95 MB, 399 trang )
Môn học:
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bộ mơn Kỹ thuật Máy tính
Khoa CNTT- ĐH BKHN
1
Mục đích, u cầu của mơn học
Giúp cho sinh viên nắm được:
• Cấu trúc và hoạt động của các hệ vi xử lý nói
chung
• Kỹ thuật nối ghép thiết bị ngoại vi với máy vi tính
và hệ vi xử lý.
• Cấu trúc và hoạt động của các thiết bị ngoại vi cơ
bản
• Mơn học u cầu sinh viên đã học xong các mơn
Kiến trúc máy tính và Vi xử lý.
2
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Tài liệu tham khảo chính:
Bùi Quốc Anh -Bài giảng Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối
Văn Thế Minh - Kỹ thuật vi xử lý - 1997.
Nguyễn Nam Trung - Cấu trúc máy vi tính và Thiết bị ngoại vi - 2000.
Walter A. Triebel, Avtar Singh - The 8088 and 8086 Microprocessors:
Programming, Interfacing, Software, Hardware and Applications - 1997.
Ytha Yu, Charles Marut - Assembly Language Programming and
Organization of the IBM-PC - 1992.
Muhammad Ali Mazidi, Janice Gillispie Mazidi - The 80x86 IBM PC &
Compatible Computers - 1995.
Douglas V. Hall - Microprocessors and Interfacing: Programming and
Hardware - 1992.
Scott Mackenzie 8051 Microcontroller ( 2th edition) / bản dịch của NXB
Minh Khai.
Trần Quang Vinh – Cấu trúc máy vi tính
3
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Chương 1: Kiến trúc Hệ VXL/Máy tính
1 Kiến trúc Hệ vi xử lý/máy tính/hệ nhúng.
2 Hoạt động của hệ thống.
4
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
1. Kiến trúc Hệ vi xử lý/ máy tính/ hệ nhúng
•Gồm 4 phần:
9Hệ trung tâm
(CS)
9Giao tiếp
(Interface)
9Ngoại vi
(Peripheral, Wide
world)
9Bus
5
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
1.1 Kiến trúc Hệ vi xử lý/ máy tính/ hệ nhúng
Hệ vi xử lý: mang nghĩa tổng quát, là một hệ
thống bao gồm các thành phần cơ bản như trên,
có khả năng tương tác và xử lý cơng việc.
Hệ nhúng: là một hệ vi xử lý được thiết kế có
chức năng chun dụng.
Vd:Các hệ thống trong Lị vi sóng, Máy giặt,…
Máy tính cá nhân: một trường hợp cụ thể của
hệ vi xử lý *
6
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Hệ trung tâm (CS)
Hệ trung tâm (Central Sub System) gồm:
1. Bộ nhớ chính (Main Memory)!
2. Khối xử lý trung tâm!
(CPU-center processing unit)
3. Các điều khiển (Controllers)!
7
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Memory
8
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bộ nhớ (Memory)
Gồm 2 loại chính: ROM và RAM
ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc
• Chỉ thực hiện được thao tác đọc từ bộ nhớ (!)*
• Thơng tin vẫn được lưu lại khi khơng có nguồn
cấp điện
• Thường lưu trữ ?
các chương trình và dữ liệu cố định của hệ thống
• Hầu hết các hệ vi xử lý có dung lượng ROM nhỏ,
lưu trữ các chương trình hoặc dữ liệu nhỏ, quan
trọng và thường xuyên được sử dụng.
9
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bộ nhớ (Memory)
RAM (Random Access Memory)-Bộ nhớ truy cập
ngẫu nhiên:
• Có thể thực hiện đọc/ghi đối với bộ nhớ
• khi khơng có nguồn cấp điện ?
thơng tin bị mất
• Thường lưu trữ các thơng tin tạm thời.
• Trong các hệ vi xử lý, dung lượng của RAM
thường lớn hơn ROM.
10
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
CPU
11
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Khối xử lý trung tâm CPU
CPU:
• Là khối xử lý trung tâm, đóng vai trị chủ đạo
trong hệ vi xử lý.
• Thực hiện cơng việc được giao trong bộ nhớ
chương trình ?:
9Đọc lệnh : đọc mã lệnh được ghi dưới dạng các bit
nhị phân từ bộ nhớ chương trình.
9Giải mã lệnh: giải mã các lệnh thành dãy các xung
điều khiển ứng với các thao tác trong lệnh.
9Điều khiển thực hiện lệnh: phát các tín hiệu điều
khiển (đã giải mã được) tới các khối khác để thực
hiện yêu cầu của lệnh.
12
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Khối xử lý trung tâm CPU
CPU:
• Thanh ghi lệnh (IR)?
• Bộ đếm chương trình
(PC)?
• Khối giải mã và điều
khiển lệnh (Instruction
decode & control unit)?
• Khối logic và số học
(ALU-Arithmetic & Logic
Unit)?
• Tập các thanh ghi?
• Ngồi ra cịn có các
đường bus.
13
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Khối xử lý trung tâm(CPU)
Thanh ghi lệnh (IR):
• chứa mã nhị phân của lệnh đang được thực hiện.
Bộ đếm chương trình (PC):
• Chứa địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được thực
hiện
Khối giải mã lệnh và điều khiển:
• Xác định lệnh cần thực hiện và đưa ra các thao
tác để thực hiện lệnh
14
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Khối xử lý trung tâm CPU
Tập các thanh ghi:
• Lưu giữ tạm thời các dữ liệu khi thực hiện lệnh
• Là nơi chứa dữ liệu đầu vào và ra của ALU
Khối logic và số học (ALU):
• Thực hiện các phép toán logic ( and, or, xor, not), số học
(cộng, trừ, nhân, chia) *
15
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Controller
16
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Các bộ điều khiển (Controllers)
Controllers: Là các vi mạch có chức năng điều
khiển nhằm nâng cao hiệu năng hoạt động của hệ
thống, bao gồm: (vd?)
• Bộ điều khiển truyền tin nối tiếp (COM) 8250
• Bộ điều khiển ưu tiên ngắt: PIC – Priority Interrupt
Controller, Intel 8259A
• Bộ điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ DMAC –
Direct memory Access Controller, Intel 8237A.
17
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Các bộ điều khiển (Controllers)
Bộ định thời (Timer): mạch tạo khoảng thời gian
PIT- Programmable Interval Timer, Intel 8254.
Mạch quản lý bộ nhớ: MMU- Memory
Management Unit, sau này thường được built on
chip với CPU.
Bus controller/Arbitor
18
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus
19
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus
Khái niệm chung về bus:
• Một Bus: là tập hợp các đường kết nối để truyền
thông tin giữa các thành phần của hệ vi xử lý.
Thông tin trên các đường kết nối này nhằm phục
vụ cho cùng một mục đích nào đó.
• Độ rộng bus: là số đường dây có thể truyền thơng
tin đồng thời của bus đó.
Có 3 loại bus:
• Bus địa chỉ (address bus)
• Bus dữ liệu (data bus)
• Bus điều khiển (control bus)
20
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus địa chỉ
Bus địa chỉ:
• Thơng tin trên bus là địa chỉ : của các ơ nhớ, các
cổng vào-ra
• Chiều?
Là bus 1 chiều: từ CPU, DMAC, PCI host
Controller tới bộ nhớ, các cổng.
• Độ rộng bus địa chỉ: xác định dung lượng cực đại
của bộ nhớ hệ thống. Nếu độ rộng là N (bit) ?:
9Có thể truyền đồng thời N bit địa chỉ
9Có khả năng đánh địa chỉ được 2N ( ngăn nhớ,
cổng vào-ra)
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
21
Bus dữ liệu
Bus dữ liệu (data bus):
• Thơng tin trên bus là dữ liệu:
9Các lệnh
9Dữ liệu
• Chiều?
Bus dữ liệu là 2 chiều, dữ liệu được truyền:
9CPU Ù Bộ nhớ
9CPU Ù Module vào-ra
22
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus dữ liệu (tiếp)
• Độ rộng bus dữ liệu: xác định số bit dữ liệu có
thể được trao đồi đồng thời.
• Máy tính (bộ xử lý): 8 bit/16 bit/32 bit (?):
• ~ đường bus địa chỉ là 8 bit/16 bit/ 32 bit ~ tập
các thanh ghi thông dụng là 8 bit/16 bit/32 bit.
23
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus điều khiển
Bus điều khiển (control bus):
• Thơng tin trên bus là các tín hiệu điều khiển:
9Tín hiệu điều khiển hoặc trả lời từ CPU tới các
controller,mô đun nhớ, mơ đun vào-ra.
9Tín hiệu u cầu từ các controller, mơ đun nhớ,
mơ đun vào-ra tới CPU.
• Chiều?
Bus 2 chiều
24
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
Bus điều khiển
Ví dụ:
• Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển đọcghi:
9Memory Read (MEMR):điều khiển đọc dữ liệu từ
một ngăn nhớ có địa chỉ xcs định lên bus dữ liệu.
25
Thiết bị ngoại vi và Kỹ thuật ghép nối
