vixulychuong2 - Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý Ngành Điện tử-Viễn thông Ngành 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 2.1 Bộ vi xử lý Vii xử lý và Hệ thống vi xử lý V ­ Bộ vi xử lý (Microprocessor) là gì? ­ Các thành phần của bộ vi xử lý 2.2 Các họ vi xử lý ­ Ứng dụng của bộ vi xử lý ­ Họ x86 của Intel­ Luật Moore 2.3 Hệ thống vi xử lý ­ Họ 68x của Motorola ­ Bộ nhớ ­ Các cổng I/O ­ Bus hệ thống: D­Bus, A­Bus, C­Bus ­ 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 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 T he Continuing Evolution of Intel Microprocessors CIS105 December 2002 1600 1400 1200 1,400 Speed (MHZ) 1000 800 600 400 200 0 0.74 1971 2 1974 8 1979 12 1982 33 1985 1989 1993 550 400 333 200 100 200 233 400 1995 1997 1998 1998 1999 1999 2000 Year Họ vi xử lý x86 của Intel Model Model 4004 8008 8080 8086 80286 80386™ processor 80486™ DX processor Pentium® processor Pentium II processor Pentium III processor Pentium 4 processor Năm sản xuất 1971 1972 1974 1978 1982 1985 1989 1993 1997 1999 2000 Số lượng Transistor 2,300 2,500 5,000 29,000 120,000 275,000 1,180,000 3,100,000 7,500,000 24,000,000 55,000,000 Họ vi xử lý x86 của Intel 70’s 4004 Introduced Clock Speeds Bus Width Number of Transistors Addressable Memory Virtual Memory Brief Description 11/15/71 108KHz 4 bits 2,300 (10 microns) 640 bytes -First microcomputer chip, Arithmetic manipulation 8008 4/1/72 200KHz 8 bits 3,500 (10 microns) 16 KBytes -Data/character manipulation 8080 4/1/74 2MHz 8 bits 6,000 (6 microns) 64 KBytes -10X the performance of the 8008 8086 6/8/78 5MHz, 8MHz, 10MHz 16 bits 29,000 (3 microns) 1 MB -10X the performance of the 8080 Họ vi xử lý x86 của Intel 80’s Intel386TM DX Microprocessor 10/17/85 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz 32 bits 275,000 (1 micron) 4 gigabytes 64 terabytes First X86 chip to handle 32-bit data sets 80286 Introduced Clock Speeds Bus Width Number of T ransistors Addressable Memory Virtual Memory Brief Description 2/1/82 6MHz, 8MHz, 10MHz, 12.5MHz 16 bits 134,000 (1.5 microns) 16 megabytes 1 gigabyte 3-6X the performance of the 8086 Intel386TM SX Microprocessor 6/16/88 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz 16 bits 275,000 (1 micron) 16 megabytes 64 terabytes 16-bit address bus enabled low-cost 32-bit processing Intel486TM DX CPU Microprocessor 4/10/89 25MHz, 33MHz, 50MHz 32 bits 1.2 million (1 micron) (.8 micron with 50MHz) 4 gigabytes 64 terabytes Level 1 cache on chip Họ vi xử lý x86 của Intel 90’s Intel486TM SX M icroprocessor Introduced Clock Speeds Bus Width Number of Transistors Addressable Memory Virtual Memory Brief Description 4/22/91 16MHz, 20MHz, 25MHz, 33MHz 32 bits 1.185 million (1 micron) 4 gigabytes 64 terabytes Identical in design to Intel486TM DX but without math coprocessor Pentium® Processor 3/22/93 60MHz,66MHz 64 bits 3.1 million (.8 micron) 4 gigabytes 64 terabytes Superscalar architecture brought 5X the performance of the 33-MHz Intel486TM DX processor Pentium® Pro Processor 11/01/95 150MHz, 166MHz, 180MHz, 200MHz 64 bits 5.5 million (0.35 micron) 64 gigabytes 64 terabytes Dynamic execution architecture drives high-performing processor Pentium® II Processor 5/07/97 200MHz, 233MHz, 266MHz, 300MHz 64 bits 7.5 million (0.35 micron) 64 gigabytes 64 terabytes Dual independent bus, dynamic execution, Intel MMXTM technology 2.3 Hệ thống vi xử lý Luật Moore r. Gordon E. Moore, Chairman Emeritus of Intel Corporation, dự đoán rằng ứ 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 Microprocessor Data Bus I/O Ports 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. 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 (A­Bus), Bus dữ liệu (D­Bus) và Bus điều khiển (C­Bus) Các tín hiệu địa chỉ di chuyển trên A­Bus theo hướng từ vi xử lý đến Bộ nhớ và các cổng I/O. Số lượng đường truyền dẫn của A­Bus (gọi là Độ rộng của A­Bus) 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 D­Bus 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 D­Bus (gọi là Độ rộng của D­Bus) 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 C­Bus 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. Hệ thống vi xử lý Thiết kế phần cứng của hệ thống vi xử lý Thiết kế bộ nhớ cho hệ thống vi xử lý: Ghép nối các chip nhớ bán dẫn sẵn có với bus hệ thống sao cho khi bộ vi xử lý truy cập bộ nhớ thì không xảy ra xung đột giữa các chip nhớ với nhau và không xung đột với các chip dùng làm cổng I/O Tương tự, Thiết kế các cổng I/O cho hệ thống vi xử lý: Ghép nối các chip MSI hoặc LSI thường 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 ra xung đột giữa các chip đó với nhau và không xung đột với các chip dùng làm bộ nhớ Thiết kế phần mềm của hệ thống vi xử lý Viết chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống phần cứng theo chức năng mong muốn (thường dùng ngôn ngữ Assembly của chip vi xử lý dùng trong hệ thống) Dịch chương trình đã viết sang ngôn ngữ máy sử dụng các chương trình dịch thích hợp Nạp chương trình ngôn ngữ máy vào bộ nhớ của hệ thống vi xử lý Kiểm tra hoạt động của hệ thống và thực hiện các hiệu chỉnh nếu cần thiết Có thể nhờ sự trợ giúp của các chương trình mô phỏng trên máy tính ...
View Full Document

This note was uploaded on 01/10/2010 for the course ECE 37 taught by Professor Viet during the Spring '09 term at Albany State University.

Ask a homework question - tutors are online