Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý
Ngành Điện tử-Viễn thông
Đại học Bách khoa Đà Nẵng
của Hồ Viết Việt, Khoa CNTT-ĐTVT
Tài liệu tham khảo
[1] Kỹ thuật vi xử lý, Văn Thế Minh, NXB Giáo
dục, 1997
[2] Kỹ thuật vi xử lý và Lập trình Assembly cho
hệ vi xử lý, Đỗ Xuân Tiến, NXB Khoa học & kỹ
thuật, 2001
Chương 2
Vi xử lý và Hệ thống vi xử lý
2.1 Bộ vi xử lý
- Bộ vi xử lý (Microprocessor) là gì?
- Các thành phần của bộ vi xử lý
- Ứng dụng của bộ vi xử lý
2.2 Các họ vi xử lý
- Họ x86 của Intel- Luật Moore
- Họ 68x của Motorola
2.3 Hệ thống vi xử lý
- Bộ nhớ
- Các cổng I/O
- Bus hệ thống: D-Bus, A-Bus, C-Bus
- Thiết kế hệ thống vi xử lý?
2.1 Bộ vi xử lý
Một bộ vi xử lý 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.
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
2.2 Các họ vi xử lý
Hiện nay, có rất nhiều nhà sản xuất ra các
chip vi xử lý:Intel, AMD, Motorola, Cyrix …
Thông thường, một họ vi xử lý là các chip
vi xử lý được sản xuất bởi một nhà sản
xuất nào đó.
Trong phạm vi một họ vi xử lý, theo thời
gian và theo công nghệ chế tạo có các đời
(thế hệ) vi xử lý khác nhau phân biệt theo
Độ dài Từ của chúng (bit) và tốc độ (Hz).
Độ dài Từ (Word Length) của một chip vi
xử lý là kích cỡ tối đa của các toán hạng
nhị phân mà nó có thể thực hiện các phép
toán trên đó.
Tốc độ của họ vi xử lý x86 của Intel
The Continuing Evolution of Intel Microprocessors
CIS105
December 2002
1600
1,400
1400
1200
1000
Speed (MHZ)
800
600 550
400 400
400 333
200 200 233
200
100
2 8 12 33
0.74
0
1971 1974 1979 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1998 1998 1999 1999 2000
Year
Họ vi xử lý x86 của Intel
Model Năm sản xuất Số lượng Transistor
4004 1971 2,300
8008 1972 2,500
8080 1974 5,000
8086 1978 29,000
80286 1982 120,000
80386™ processor 1985 275,000
80486™ DX processor 1989 1,180,000
Pentium® processor 1993 3,100,000
Pentium II processor 1997 7,500,000
Pentium III processor 1999 24,000,000
Pentium 4 processor 2000 55,000,000
Họ vi xử lý x86 của Intel 70’s
4004 8008 8080 8086
Introduced 11/15/71 4/1/72 4/1/74 6/8/78
Clock Speeds 108KHz 200KHz 2MHz 5MHz, 8MHz, 10MHz
Bus Width 4 bits 8 bits 8 bits 16 bits
Number of 2,300 3,500 6,000 29,000
Transistors (10 microns) (10 microns) (6 microns) (3 microns)
Addressable Memory 640 bytes 16 KBytes 64 KBytes 1 MB
Virtual Memory -- -- -- --
Brief Description First microcomputer Data/character 10X the performance 10X the performance
chip, Arithmetic manipulation of the 8008 of the 8080
manipulation
Họ vi xử lý x86 của Intel 80’s
Intel486TM
Intel386TM DX Intel386TM SX DX CPU
80286 Microprocessor Microprocessor Microprocessor
Introduced 2/1/82 10/17/85 6/16/88 4/10/89
Clock Speeds 6MHz, 8MHz, 10MHz, 16MHz, 20MHz, 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz,
12.5MHz 25MHz, 33MHz 25MHz, 33MHz 50MHz
Bus Width 16 bits 32 bits 16 bits 32 bits
Number of 134,000 275,000 275,000 1.2 million
Transistors (1.5 microns) (1 micron) (1 micron) (1 micron)
(.8 micron with 50MHz)
Addressable Memory 16 megabytes 4 gigabytes 16 megabytes 4 gigabytes
Virtual Memory 1 gigabyte 64 terabytes 64 terabytes 64 terabytes
Brief Description 3-6X the performance First X86 chip to 16-bit address bus Level 1 cache on chip
of the 8086 handle 32-bit data sets enabled low-cost 32-bit
processing
Họ vi xử lý x86 của Intel 90’s
Intel486TM SX Pentium® Pentium® Pro Pentium® II
Microprocessor Processor Processor Processor
Introduced 4/22/91 3/22/93 11/01/95 5/07/97
Clock Speeds 16MHz, 20MHz, 60MHz,66MHz 150MHz, 166MHz, 200MHz, 233MHz,
25MHz, 33MHz 180MHz, 200MHz 266MHz, 300MHz
Bus Width 32 bits 64 bits 64 bits 64 bits
Number of 1.185 million 3.1 million 5.5 million 7.5 million
Transistors (1 micron) (.8 micron) (0.35 micron) (0.35 micron)
Addressable Memory 4 gigabytes 4 gigabytes 64 gigabytes 64 gigabytes
Virtual Memory 64 terabytes 64 terabytes 64 terabytes 64 terabytes
Brief Description Identical in design to Superscalar Dynamic execution Dual independent bus,
Intel486TM DX but architecture brought architecture drives dynamic execution,
without math 5X the performance of high-performing Intel MMXTM
coprocessor the 33-MHz Intel486TM processor technology
DX processor
2.3 Hệ thống vi xử lý
Luật Moore
Dr. Gordon E. Moore, Chairman Emeritus of Intel Corporation, dự đoán rằng
Cứ một năm rưỡi thì số lượng transistor được tích hợp trên chip vi xử lý tăng gấp đôi
2.3 Hệ thống vi xử lý
Address Bus
MEMORY I/O Ports
Microprocessor
Data Bus
Control Lines (Control Bus)
Sơ đồ khối chức năng của một hệ thống vi xử lý
Hệ thống vi xử lý
Gồm 3 khối chức năng: Vi xử lý, Bộ nhớ,
Các cổng I/O
Bộ nhớ được thực hiện bằng các chip nhớ
bán dẫn ROM hoặc RWM, là nơi lưu trữ
chương trình và dữ liệu. Đối với vi xử lý,
bộ nhớ là một tập hợp các ô nhớ phân biệt
theo địa chỉ của chúng.
Các cổng I/O được thực hiện bằng các chip
MSI hoặc LSI, là phần mạch giao tiếp giữa
vi xử lý với các thiết bị I/O. Bộ vi xử lý
cũng phân biệt 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 của một hệ thống vi xử lý trao
đổi tín hiệu với nhau thông qua Bus hệ
thống.
Bus hệ thống là một tập hợp các đường
truyền dẫn dùng chung, bao gồm: Bus địa
chỉ (A-Bus), Bus dữ liệu (D-Bus) và Bus
điều khiển (C-Bus)
Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A-Bus
theo hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các
cổng I/O. Số lượng đường truyền dẫn của
A-Bus (gọi là Độ rộng của A-Bus) tính
bằng bit, phản ánh khả 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 2 hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và
các cổng I/O và ngược lại (mỗi lúc một
hướng). Số lượng đường truyền dẫn của D-
Bus (gọi là Độ rộng của D-Bus) tính bằng
bit, phản ánh một phần tốc độ trao đổi dữ
liệu của chip vi xử lý vớI các khối chức
năng khác.
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 tín hiệu đi vào vi xử lý.
Vi xử lý sử dụng các tín hiệu này để điều
khiển hoạt động và nhận biết trạng thái
của các khối chức năng khác.
Copyright by webtailieu.net