chuong 1_sv

Nó quản lý tất cả các hoạt động của hệ và thực hiện các thao tác trên dữ liệu.. CPU đọc mã lệnh được ghi dưới dạng các bit 0 và bit 1 từ bộ nhớ sau đó nó sẽ giải mã các lệnh này thành dã

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU CHUNG CHUNG

GV: Vũ Thị Hồng Nga Khoa Công Nghệ Điện Tử

1 Tổng quan về hệ vi xử lý

2.CPU - Central Processing Unit

CPU đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý Nó quản lý tất

cả các hoạt động của hệ và thực hiện các thao tác trên dữ

liệu.

CPU đọc mã lệnh được ghi dưới dạng các bit 0 và bit 1 từ

bộ nhớ sau đó nó sẽ giải mã các lệnh này thành dãy các

xung điều khiển tương ứng với các thao tác trong lệnh để

điều khiển các khối khác thực hiện từng bước các thao

tác đó từ đó tạo các xung điều khiển cho toàn hệ

Sơ đồ khối đơn giản của 1 CPU

 IR: thanh ghi lệnh/con trỏ lệnh

 PC: bộ đếm chương trình

 Instruction decode and control unit:

đơn vị giải mã lệnh

và điều khiển

 ALU: đơn vị số học

và logic

 Registers: các thanh ghi

Hoạt động CPU cho chu kỳ tìm nạp lệnh:

Thao tác tìm nạp lệnh:

• Nội dung của thanh ghi

PC đưa lên bus địa chỉ

• Tín hiệu điều khiển đọc(Read) chuyển sang trạng thái tích cực

• Mã lệnh (Opcode) từ

bộ nhớ được đưa lên bus dữ liệu

• Mã lệnh được chuyển vào thanh ghi IR trong CPU

Hoạt động CPU cho thao tác

giải mã thực hiện lệnh:

Mã lệnh từ thanh ghi IR được

đưa vào đơn vị giải mã lệnh và

điều khiển.

Đơn vị giải mã lệnh và điều

khiển sẽ thực hiện giải mã

opcode và tạo ra các tín hiệu

để điều khiển việc xuất nhập

dữ liệu giữa ALU và các thanh

ghi (registers).

Căn cứ trên các tín hiệu điều

khiển này, ALU thực hiện các

thao tác đã được xác định.

3 Bộ nhớ bán dẫn trong Hệ Vi Xử Lý

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

• Chỉ cho phép đọc thông tin ra từ ROM

• Lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống

• Thông tin trong ROM không bị mất ngay cả khi nguồn điện cung

cấp không còn

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM)

• Thông tin trong RAM sẽ bị mất ngay khi nguồn điện cung cấp

không còn

• Cho phép ghi thông tin vào RAM và đọc thông tin ra từ RAM

• Lưu giữ dữ liệu, một phần chương trình điều khiển hệ thống,

các ứng dụng và kết quả tính toán

Cấu trúc và phân loại ROM – RAM

A0– AN: các chân địa chỉ (Address - N: số chân địa chỉ)

D0– DM: các chân dữ liệu (Data - M: số chân dữ liệu)

OE: ngõ ra cho phép xuất (Output Enable)

CS: ngõ vào cho phép IC hoạt động (Chip Select)

WR: ngõ vào cho phép ghi (Write) – chỉ có ở RAM

 MROM (Mask ROM): ROM mặt nạ.

 PROM (Programmable ROM): ROM lập trình được.

 EPROM (Eraseable PROM): ROM lập trình và xóa được.

 UV-EPROM (Ultra Violet EPROM): ROM xóa bằng tia

cực tím.

 EEPROM (Electric EPROM): ROM lập trình và xóa bằng

tín hiệu điện.

 Flash ROM: ROM lập trình và xóa bằng tín hiệu điện.

Phân loại ROM

 SRAM (Static RAM- RAM tĩnh) : là một loại bộ nhớ sử dụng công

nghệ bán dẫn Từ "tĩnh" nghĩa là bộ nhớ vẫn lưu dữ liệu nếu có

ñiện

 DRAM (Dynamic RAM-RAM ñộng): là loại bộ nhớ truy cập ngẫu

nhiên lưu mỗi bit dữ liệu trong một tụ ñiện riêng biệt trên một mạch

tích hợp Vì các tụ ñiện bị rò ñiện tích nên thông tin sẽ bị mất dần

trừ khi dữ liệu ñược nạp lại ñều ñặn

Phân loại RAM

• Dung lượng của bộ nhớ:

• Dung lượng của bộ nhớ hay còn gọi là kích thước của bộ

nhớ nói lên khả năng lưu trữ thông tin nhiều hay ít của bộ

nhớ

• ðơn vị cơ bản ño lượng thông tin trong hệ vi xử lý là BIT

BIT có thể lưu trữ một trong hai trạng thái thông tin là 0

hoặc 1

• Một dãy 8 BIT ñược gọi là 1 BYTE Thuật ngữ BYTE ñể chỉ

một ñơn vị lưu trữ dữ liệu trên hệ vi xử lý Ngoài ra, người ta

còn dùng các ñơn vị bội của byte như sau:

Kilobyte (KB) 1 (KB) = 210(B) = 1,024 (B)

Megabyte (MB) 1 (MB) = 210 (KB) = 1,024 (KB)

Gigabyte (GB) 1 (GB) = 210(MB) = 1,024 (MB)

Terabyte (TB) 1 (TB) = 210(GB) = 1,024 (GB)

Petabyte (PB) 1 (PB) = 210(TB) = 1,024 (TB)

11

4 Cách xác định dung lượng bộ nhớ bán dẫn 8 bit

a Căn cứ vào số chân địa chỉ

DUNG LƯỢNG = 2 N x M (bit)

• N: số chân (bit) địa chỉ

• M: số chân (bit) dữ liệu

Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn 8 bit có 15 đường địa chỉ.

Cho biết dung lượng của bộ nhớ là bao nhiêu?

Giải

Số chân (bit) địa chỉ: 15 chân N = 15

Số chân (bit) dữ liệu: 8 chân M = 8

Dung lượng = 2 15 x 8 (bit) = 32.768 x 8 (bit) = 32 (KB)

b Căn cứ vào mã số

MÃ SỐ = XXYYYY

• XX: xác định loại bộ nhớ

61, 62: SRAM 40, 41: DRAM

• YYYY: xác định dung lượng

DUNG LƯỢNG = YYYY (Kbit)

Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn 8 bit có mã số 27256.

Cho biết dung lượng của bộ nhớ là bao nhiêu?

Giải

Bộ nhớ thuộc loại UV-EPROM XX = 27

Dung lượng = 256 (Kbit) = 32 (KB)

5 Phân biệt bộ VI XỬ LÝ – VI ĐIỀU KHIỂN

a Cấu trúc phần cứng (Hardware architecture)

Vi xử lý (Microprocessor)

• Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

Vi điều khiển (Microcontroller)

• Đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

• Bộ nhớ chương trình (ROM)

• Bộ nhớ dữ liệu (RAM)

• Mạch giao tiếp nối tiếp

• Mạch giao tiếp song song

• Mạch điều khiển ngắt

• Các mạch điều khiển khác

b Các ứng dụng

Vi xử lý: thường dùng trong các ứng dụng lớn, tính toán phức tạp

Vi điều khiển : Ứng dụng nhỏ, tính toán đơn giản

c Các đặc trưng của tập lệnh

Vi xử lý

• Có nhiều kiểu định địa chỉ

• Độ dài từ dữ liệu xử lý: Byte, Word, Double word, …

Vi điều khiển

• Có ít kiểu định địa chỉ

• Độ dài từ dữ liệu xử lý: Bit, Byte

6 Tiêu chí chọn loại VI ĐIỀU KHIỂN khi thiết kế

Các loại Vi điều khiển thông dụng

• 68xxx của Motorola Vd: 68202,68000…

• 80xxx, AVR, ARM của Intel Vd: 8051, 8951…

• Z8xx của Zilog Vd: eZ8, eZ80…

• PIC16xxx, PIC18xxx của Microchip Technology

Các tiêu chí cơ bản khi chọn bộ Vi điều khiển

• Đáp ứng yêu cầu tính toán một cách hiệu quả và kinh tế

• Có sẵn các công cụ phát triển phần mềm (chương trình mô

phỏng, trình biên dịch, trình hợp dịch và gỡ rối)

• Khả năng đáp ứng về số lượng ở hiện tại cũng như ở tương lai

Các tham số kỹ thuật cần chú ý

• Tốc độ

• Kiểu IC: DIP, QFP,… (DIP: vỏ dạng hai hàng chân, QFP: vỏ vuông

dẹt)

• Công suất tiêu thụ

• Dung lượng bộ nhớ ROM và RAM tích hợp sẵn trên chip

• Số chân vào/ra và bộ định thời trên chip

• Khả năng dễ dàng nâng cao hiệu suất hoặc giảm công suất tiêu

thụ

• Giá thành trên một đơn vị khi mua số lượng lớn

7 Giới thiệu về PIC

- PIC (Programmable Intelligent Computer) nghĩa là

“Máy tính thông minh khả trình” xuất phát từ Vi ñiều khiển PIC

ñầu tiên PIC1650, do hãng General Instrument ñặt tên

- Sau ñó hãng Microchip tiếp tục phát triển loại PIC này và cho ra

ñời gần 100 loại PIC ñến nay

- Các dòng PIC hiện nay:

+ Dòng PIC 12Cxx có ñộ dài lệnh 12bit (Basic-line)

+ Dòng PIC 10F, 12F, 16F có ñộ dài lệnh 14bit (Mid-range)

+ Dòng PIC 18F có ñộ dài lệnh 16bit (High-End)

+ Dòng dsPIC là dòng PIC mới hiện nay

• Kiến trúc 8-bit PIC ® MCU ( Baseline , Mid-Range, Enhanced Mid-Range,

PIC18 )

19

• Kiến trúc 8-bit PIC ® MCU ( Baseline, Mid-Range , Enhanced Mid-Range,

PIC18 )

20

• Kiến trúc 8-bit PIC ® MCU ( Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range ,

PIC18 )

21

• Kiến trúc 8-bit PIC ® MCU ( Baseline, Mid-Range, Enhanced Mid-Range,

PIC18 )

22

• 16-bit PIC ® MCU: PIC24F, PIC24H, PIC24E

• 16-bit dsPIC ® DSC: dsPIC30F, dsPIC33F, dsPIC33E.

23

• 32-bit PIC ® MCU: PIC32

24

• Có hai kiểu kiến trúc vi điều khiển là Von Neumann và Harvard

• Kiến trúc Von Neumann: Có chung một không gian bộ nhớ

cho cả chương trình và dữ liệu, sử dụng chung hệ thống bus

nên tốc độ xử lý thông tin sẽ có nhiều hạn chế

• Kiến trúc Harvard: Có hai không gian bộ nhớ tách biệt nhau

(một cho chương trình và một cho dữ liệu), sử dụng hai hệ

thống bus do đó có thể hoạt động cả hai bộ nhớ trong cùng

một thời điểm, nên tốc độ xử lý thông tin được cải thiện rất

nhiều.

25

7 Giới thiệu về PIC (tt)

• Vi điều khiển PIC chúng ta tìm hiểu trong môn học này (Họ 8-bit PIC ®

MCU Mid-Range) sử dụng kiến trúc Harvard.

26

RISC

RISC – – – CISC CISC

• Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Harvard còn được gọi là Vi

điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điều khiển

có tập lệnh rút gọn Là một phương pháp thiết kế vi điều khiển theo

hướng ñơn giản hóa tập lệnh, thời gian thực thi tất cả các lệnh

ñều như nhau Phổ biến là: ARM, AVR, SuperH, MIPS, SPARC,

DEC Alpha, PA-RISC, PIC và PowerPC của IBM

• Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Von Neumann còn được gọi

là Vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) hay vi điều

khiển có tập lệnh phức tạp, với độ dài mã lệnh luôn là bội số của Byte

Là một phương pháp thiết kế vi điều khiển theo hướng phức tạp

hóa tập lệnh, thời gian thực thi của các lệnh khác nhau Phổ biến là:

Motorola 68x, Intel x86, MCS-51

27