Báo cáo kiến trúc máy tính đề tài tìm hiểu linh kiện bán dẫn chủ động transistor – thực hành assembly

Nếu bằng cácnguyên tố hóa học asen, phốt pho, antimon hoặc silic sẽ thu được một số electron “tự do” bổ sung có thể mang dòng điện dòng điện để các electron sẽ chảy rakhỏi nó một cách tự

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN

BÁO CÁO KIẾN TRÚC MÁY TÍNH

MỞ ĐẦU

Quay trở lại những dấu mốc lịch sử của công nghệ tưởng chừng đơn giảnnhưng lại là khởi thủy của những bước tiến vĩ đại của nền công nghệ thông tin saunày Đó là ngày 16/12/1947, chiếc bóng bán dẫn đầu tiên trên thế giới đã ra đời tạiphòng thí nghiệm Bell

Trước khi Transistor ra đời, việc thể hiện 2 trạng thái on, off hay hệ thống sốnhị phân 0 và 1 được thực hiện nhờ các ống chân không Công nghệ này không cóhiệu quả cao và đòi hỏi rất nhiều ống và bóng đèn, nhiệt lượng để thực hiện cácphép tính toán đơn giản Chính vì thế sự ra đời của transistor chính là đáp ứng đòi

hỏi bức thiết của công nghệ Nó được thiết kế dựa trên các bộ ngắt mạch (switch).

Khi các bộ chuyển mạch này ở trạng thái on hay off thì các mạch khác cũng tựchuyển trạng thái chạy hoặc dừng Ngày nay các transitor có thể tự chuyển trạngthái on hay off 300 tỉ lần trong một giây!

Cùng với sự xuất hiện của Transitor - mô qt linh kiê qn đảo trạng thái vàkhuyếch đại, dùng thay thế cho các đèn điê qn tử crng kềnh, tốn điê qn và không tin

câ qy đã kéo theo sự ra đời của con chip điện tử Đây là loại mạch điê qn tử siêu nhỏđược sản xuất trên cơ sở mô qt mảnh silic nhỏ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo học phần Kiến trúc máy tính này trước tiên nhóm

em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giảng viên trong khoa Khoa học

Máy tính Trường Công Nghệ Thông Tin và Truyền thông Việt - Hàn.

Đặc biệt, nhóm em xin gửi đến thầy Nguyễn Hà Huy Cường, người đã tậntình hướng dẫn, giúp đỡ trong việc nâng cao kiến thức chuyên môn, phát huy chochúng em tính tự học, tự tìm hiểu, từ đó hình thành cho chúng em phương phápnghiên cứu, tìm tòi, tiếp cận với khoa học công nghệ Đrng thời trau dri cho chúng

em kỹ năng học tập năng động và sáng tạo

Vì kiến thức còn hạn chế, trong quá trình tìm hiểu về đề tài này chúng emkhông thể tránh những sai sót Chúng em rất mong nhận được những nhận xét,đánh giá, đóng góp ý kiến từ thầy cô để rút ra kinh nghiệm từ bài báo cáo học phầnnày và chuẩn bị tốt cho những bài báo cáo học phần sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRANSISTOR 7

1.1 Transistor là gì? 7

1.2 Cấu tạo của transistor 7

1.3 Một số loại transistor phổ biến 8

1.3.1 Transistor lưỡng cực (BJT) 8

1.3.2 Transistor hiệu ứng trường (FET, MOSFET) 8

1.3.3 Transistor mối đơn cực (UJT) 9

1.4 Transistor được chế tạo như thế nào? 9

1.5 Phương thức hoạt động 10

CHƯƠNG II: CHỨC NĂNG VÀ SO SÁNH 11

2.1 Chức năng 11

2.1.1 Transistor làm công tắc 11

2.1.2 Transistor dùng để khuếch đại 12

2.2 So sánh Transistor với bóng đèn điện tử chân không 13

2.2.1 Ưu điểm của transistor 13

2.2.2 Nhược điểm của transistor 14

CHƯƠNG III: BÀI TẬP VỀ ASSEMBLY 15

3.1 Tổng quan ngôn ngữ Assembly 15

3.2 Hiệu hai số ( Nguyễn Khắc Vũ) 16

3.3 Hiển thị dạng Hex của số thập phân (Lê Đức Anh Tuấn) 20

DANH MỤC HÌNH

Hình 4: Transistor dùng làm công tắc điện tử 12

Hình 5: Mạch khuếch đại tín hiệu 13

Hình 6: Kết quả tính hiệu hai số (Assembly) 20

Hình 7: Kết quả đổi cơ số (Assembly) 23

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRANSISTOR

trên một diện tích nhỏ

Cũng giống như điốt thì transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện.Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNPTransistor Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm tađược một NPN Transistor

1.2 Cấu tạo của transistor

Thông thường thì một transistor sẽ bao grm 3 lớp ghép lại với nhau tạothành 2 mối tiếp giáp P – N Nếu ta ghép theo thứ tự PNP ta sẽ có được transistorthuận và tương tự nếu là NPN ta sẽ có transistor nghịch Có thể hình dung rằngtransistor sẽ tương tự như 2 Diode được đấu ngược chiều với nhau Cấ trúc này sẽđược gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) bởi vì dòng điện chạy trong cấu trúcnày bao grm cả hai loại điện tích âm và dương

Ba lớp bán dẫn này sẽ được nối thành 3 cực, lớp giữa ta gọi là cực gốc và có

ký hiệu là B (Base) Lớp B sẽ rất mỏng và có nrng độ tạp chất khá thấp Hai lớpbán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát E (Emitter), và cực thu hay cực góp

C (Collector) Vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng cókích thước và nrng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.

1.3.Một số loại transistor phổ biến

1.3.1 Transistor lưỡng cực (BJT)

Hình 1: Transistor phân lưỡng cực

1.3.2 Transistor hiệu ứng trường (FET, MOSFET)

(a) (b) Hình 2: Transistor hiệu ứng trường

1.3.3 Transistor mối đơn cực (UJT)

Hình 3: Transistor mối đơn cực

1.4 Transistor được chế tạo như thế nào?

Các Transistor được làm từ silicon Silicon là một chất bán dẫn, có nghĩa là

nó không thực sự là một chất dẫn điện cũng không phải là chất cách điện Siliconđược xử lí bằng tạp chất khiến nó hoạt động theo một cách khác Nếu bằng cácnguyên tố hóa học asen, phốt pho, antimon hoặc silic sẽ thu được một số electron

“tự do” bổ sung có thể mang dòng điện dòng điện để các electron sẽ chảy rakhỏi nó một cách tự nhiên hơn Do các electron có điện tích âm, silicon được xử lýtheo cách này được gọi là loại N (loại âm) Nếu pha tạp silicon với các tạp chấtkhác như boron, gali và nhôm Silicon được xử lý theo cách này có ít các electron

“tự do” hơn, vì vậy các electron trong các vật liệu gần đó sẽ có xu hướngchảy vào nó Chúng ta gọi loại silicon này là loại P (loại dương) Cả hai loại đều cóđiện tích và đều trung hòa về điện

1.5 Phương thức hoạt động

 Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên

(junction) Điện thế này gọi là điện thế kích hoạt ( bias voltage)

 Mỗi vùng trong transistor hoạt động như một diod Vì mỗi transistor có haivùng và có thể kích hoạt với một điện thế thuận hoặc nghịch Có tất cả bốncách thức (mode) hoạt động cho cả hai PNP hay NPN Transistor

 Vùng (The Cut-Off) and (Saturation) modes dùng như công tắc (switch) vàbiểu hiện trạng thái 1, 0 trong điện số

 Phân cực thuận nghịch (The Active mode) dùng cho việc khuếch đại điệnthuận

 Phân cực nghịch thuận (Reverse-Active) dùng cho việc khuếch đại điệnnghịch

 Vùng (The Cut-Off) and (Saturation) modes dùng như công tắc (switch) vàbiểu hiện trạng thái 1, 0 trong điện số

Tóm tắt: Qua chương I nhóm đã nắm được tổng quan về transistor, các loạitransistor trên thị trường và đặc biệt là cách mà chúng được tạo ra từ silicon Ngoài

ra, còn hiểu hơn về cách mà chúng hoạt động

CHƯƠNG II: CHỨC NĂNG VÀ SO SÁNH

2.1 Chức năng

Sự hữu ích thiết yếu của Transistor xuất phát từ khả năng sử dụng một tínhiệu nhỏ được đặt một cực của nó để điều khiển một tín hiệu lớn hơn ở các cực cònlại Tính chất này được gọi là Gain Nó có thể tạo ra tín hiệu đầu ra mạnh hơn, điện

áp hoặc dòng điện, tỷ lệ với tín hiệu đầu vào Có nghĩa là, nó có thể hoạt động như

bộ khuếch đại Ngoài ra, transistor có thể được sử dụng để bật hoặc tắt dòng điệntrong một mạch như là một khóa điện tử

Có hai loại transistor, có sự khác biệt nhỏ trong cách chúng được sử dụngtrong một mạch Transistor lưỡng cực (kí hiệu BJT) có các chân Base (cực nền), Collector ( cực thu) và Emitter (cực phát) Một dòng điện nhỏ được đặt vàocực Base (với transistor NPN dòng điện đi qua cực B và cực E) có thể điều khiểnhoặc chuyển đổi một dòng điện lớn giữa cực Emiter và cực Collector Đối vớitransistor hiệu ứng trường (FET), các chân kết nối có tên là Gate (cực cửa hay cực cổng), Source ( cực nguồn) và Drain (cực máng hay cực cống) Nếu điện áp đượcđặt vào chân Gate có thể điểu khiển dòng điện giữa Source và Drain

2.1.1 Transistor làm công tắc

Các transistor thường được sử dụng trong các mạch số như các khóa điện tử

có thể ở trạng thái "bật" hoặc "tắt", cho cả các ứng dụng năng lượng cao như chế

độ chuyển mạch ngurn điện và cho các ứng dụng năng lượng thấp như các cổnglogic số Các thông số quan trọng cho ứng dụng này bao grm chuyển mạch hiệntại, điện áp xử lý, và tốc độ chuyển đổi, đặc trưng bởi thời gian của sườn lên vàsườn xuống

Hình 4: Transistor dùng làm công tắc điện tử

2.1.2 Transistor dùng để khuếch đại

Bộ khuếch đại chung cực phát hay chung emiiter được thiết kế như hình 8.Khi có một sự thay đổi tín hiệu điện áp ở V , làm thay đổi cường độ dòng điện điin

qua cực B Với các đặc tính khuếch đại dòng điện của transistor, chỉ cần dao độngnhỏ ở V transistor sẽ khuếch đại sự thay đổi đó và xuất tín hiệu ra ở cực C hayin

rẻ hơn trước

Hình 5: Mạch khuếch đại tín hiệu

2.2 So sánh Transistor với bóng đèn điện tử chân không

2.2.1 Ưu điểm của transistor

 Không có bộ phận làm nóng cathode, giảm điện năng tiêu thụ, loại bỏ độtrễ khi chờ đèn khởi động, không chứa chất độc ở cathode

 Hoạt động ở mức điện áp thấp có thể sử dụng với pin tiểu

 Transistor có thể sử dụng thu nhỏ cỡ nano mét và được tích hợp trong IChay các vi mạch

 Linh kiện bán dẫn được thiết kế linh động, nhỏ gọn

 Hiệu suất cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng ít năng lượng

 Độ tin cậy và tuổi thọ cao, transistor có tuổi thọ hơn 50 năm Không nhưđèn chân không hiệu suất giảm dần theo thời gian

 Kích thước và trọng lượng nhỏ giúp giảm kích cỡ sản phẩm

 Ít bị sốc, vỡ khi rơi hoặc va đập

2.2.2 Nhược điểm của transistor

 Đèn chân không khi khuếch đại tạo ra rất ít nhiễu và sóng hài, tạo ra âmthanh “sạch” khi nghe nhạc nên được rất nhiều người chơi âm thanh ưachuộng

 Transistor vẫn có thể bị “già” và hoạt động kém đi theo thời gian

 Transistor nhạy cảm với tia bức xạ và tia vũ trụ (phải dùng kèm chip bức

xạ đặc biệt cho các thiết bị tàu vũ trụ).

 Do transistor làm từ chất bán dẫn nên rất dễ “chết” do sốc điện, shocknhiệt

 Khi hoạt động ở công suất lớn và tần số cáo thì đèn chân không tốt hơntransistor bán dẫn

Tóm tắt: Qua chương II nhóm biết được chức năng chính của transistor và các ưunhược điểm của transistor so với bóng chân không Chính những chức năng và ưuđiểm vượt mà transistor đem lại đã đặt nền móng cho những bước tiến vĩ đại củanền công nghê thông tin hiện nay

CHƯƠNG III: BÀI TẬP VỀ ASSEMBLY

3.1 Tổng quan ngôn ngữ Assembly

Ngôn ngữ assembly (còn gọi là hợp ngữ) là một ngôn ngữ bậc thấp đượcdùng trong việc viết các chương trình máy tính Ngôn ngữ assembly sử dụng các từ

có tính gợi nhớ, các từ viết tắt để giúp ta dễ ghi nhớ các chỉ thị phức tạp và làm choviệc lập trình bằng assembly dễ dàng hơn Mục đích của việc dùng các từ gợi nhớ

là nhằm thay thế việc lập trình trực tiếp bằng ngôn ngữ máy được sử dụng trongcác máy tính đầu tiên thường gặp nhiều lỗi và tốn thời gian

Một chương trình viết bằng ngôn ngữ assembly được dịch thành mã máybằng một chương trình tiện ích được gọi là assembler (Một chương trình assemblerkhác với một trình biên dịch ở chỗ nó chuyển đổi mỗi lệnh của chương trìnhassembly thành một lệnh Các chương trình viết bằng ngôn ngữ assembly liên quanrất chặt chẽ đến kiến trúc của máy tính Điều này khác với ngôn ngữ lập trình bậccao, ít phụ thuộc vào phần cứng

Trước đây ngôn ngữ assembly được sử dụng khá nhiều nhưng ngày nayphạm vi sử dụng khá hẹp, chủ yếu trong việc thao tác trực tiếp với phần cứng hoặchoặc làm các công việc không thường xuyên Ngôn ngữ này thường được dùng chotrình điều khiển (tiếng Anh: driver), hệ nhúng bậc thấp (tiếng Anh: low-levelembedded systems) và các hệ thời gian thực Những ứng dụng này có ưu điểm làtốc độ xử lí các lệnh assembly nhanh

Mặc dù vậy việc lập trình hợp ngữ lại giúp chúng ta thấy rõ hơn mối quan hệgiữa các thành phần chức năng bên trong máy tính và hệ điều hành Ngoài ra, còngiúp chúng ta hiểu rõ hơn về kiến trúc máy tính, tổ chức hoạt động bên trong máytính và hệ điều hành

3.2 Hiệu hai số ( Nguyễn Khắc Vũ)

b4 db 10,13, 'Ket qua hieu la:-$'

 KẾT QUẢ

Hình 6: Kết quả tính hiệu hai số

3.3 Hiển thị dạng Hex của số thập phân (Lê Đức Anh Tuấn)

LINE DB 10,13,'$'

DATA ENDS

CODE SEGMENT

ASSUME DS:DATA,CS:CODESTART:

Hình 7: Kết quả đổi cơ số

Tóm tắt: Qua chương III thì nhóm đã nắm rõ về ngôn ngữ Assembly đrng thờicũng đã thực hành các bài code đơn giản bằng ngôn ngữ lập trình này để hiểu rõhơn về cách hoạt động và các lệnh của ngôn ngữ lập trình này