Kỹ thuật vi xử lý và lập trình assembly cho hệ vi xử lý

Tổ chức bộ nhớ trung tâm của hệ vi xử lý.... Intel-4004 là kết quả của một ý tưởng quan trọng trong sự phát triển kỹ th u ật vi xử lý sô' Đó là một kết cấii logic Automat hữu hạn mà có t

MỤC LỤC ■ •

T r a n g

Mở đầu 9

Cỉuíơníỉ ì KIẾN TRÚC HỆ VI x ử LÝ 1 ] Tố chức cảa hệ vi xử lý 13

1.2 Tô chức kênh thông tin trong hệ vi xử lý lõ 1.3 Bộ ahỏ trung tâm ciia hệ vi xử lý 17

1.3.1 Quân lý bộ n h á 17

1.3.2 Bộ nhố cô' định ROM 18

1.2.3 Bộ nhố IC thông dụng của ROM 22

1.3.4 Bộ nhố đọc/ghi RAM 23

1.2.5 Bộ nhớ IC thông dụng của RAM 26

1.4 Tổ chức bộ nhớ trung tâm của hệ vi xử lý 26

1.4.1 Tổ chức bộ nhớ trung tâm kiểu ghép song song các IC nhớ 27

1.4.2 Tổ chức bộ nhớ trung tâm kiểu ghép nôi tiếp các IC n h ố 28

1.4.3 Đồ thị thòi gian của bộ n h ớ í ÕO ChưưnỊi 2 BỘ VI x ử LÝ 80 X 86 INTEL 2.1 Tô chítc phần cứng của bộ vi xỉt lý 80286 34

2.1.1 Cấu trúc chung của bộ vi xử lý 80286 34

2.1.2 Các thanh ghi của bộ vi xử lý 80286 38

2.2 Hoạt động của bộ vi xử lý 80286 42

2.:ỉ Quản lý bộ nhố tiiực của bộ vi xử lý 80286 48

2.3.1 Bộ nhố thực của bộ vi xử lý 80286 48

2.3.2 Phương pháp địa chỉ hoá của bộ vi xử lý 80286 49

2.4 Quản lý bộ Iihớ ảo của bộ vi xử lý 80286 49

2.5 Phương pháp tính địa chỉ vật lý (thực) từ địa chỉ ả o Õ6 2.G Bão vệ bộ nhớ trong chê độ dia chỉ ảo Õ8 2.7 Kliởi động bộ vi xử lý 80286 60

Chương 3 LẬP TRÌNH ASSEM BLY CHO HỆ VI x ử LÝ

3.1 Tổng quan vể ngôn ngữ assem bly 62

3.2 Các thàiih phần cd bản của assembly 63

3.2.1 File nguồn assem b ly 63

3.2.2 Bộ ký tự, từ khóa, tên của assem bly 63

3.2.3 Cấu trúc một lệnh của assembly 64

3.2.4 Các dạng hằng dùng trong assem bly 65

3.2.5 Các chỉ dẫu trong assembly (Directive) 65

3.2.6 Các toán tử (operator) dùng trong assem bler 73

3.3 Chướng trùih biên dịch macro assembly 5 1 76

3.4 Tập lệnh của bộ vi xử lý 80286 78

3.4.1 Nh.óm lệnh chvypii dữ liệ u 79

3.4.2 Nhóm lệnh chuyển địa chỉ 83

3.4.3 Nhóm lệnh chuyển thanh ghi c ò 84

3.4.4 Nhóm lệnh chuyển dữ liệu qua cổng .84

3.4.5 Nhóm lệnh chuyển điều k h iể n 85

3.4.6 Lệnh so sánh có cú pháp 88

3.4.7 Nhóm lệnh lặ p 89

3.4.8 Lệnh gọi chưởng trình con 90

3.4.9 Nhóm lệnh tính toán số h ọ c 92

3.4.10 Nhóm lệnh dịch chuyển và quay ''ô n g 94

3.4.11 Nhóm lệnh thực hiện phép tíiih logic 96

3.4.12 Nhóm lệnh xử lý xâu chuỗi 97

3.5 Tổ chức macro 99

3.5.1 Địiih nghĩa một macro (khung của macro) 99

3.5.2 Các chỉ dẫn (directive) cho macro 99

3.5.3 Các toán tử cl>0 m acro 100

3.6 Xây dựng chương trìiih assembly 101

3.6.1 Các bưâc xây dựng chiíđng trù ih 101

3.6.2 Chương trình minh h o ạ 101

Chương 4 THIẾT KÊ' HỆ VI x ử LÝ CHUYÊN DỤNG 4.1 Trình tự thiết kế các hệ vi xử lý chuyên dụng 114

4.2 Thiết kế các hệ vi xử lý chuyên dụng 117

4.2.1 Mô tả chức năng hệ vi xử lý cần thiết k ế 117

4.2.2 Thiết kế hệ vi xử lý theo chức năng yêu c ầ u 118

4 KỸ THUẬT VI XỬ LÝ V Ả LẬP TRÌNH ASSEMBLY C H O HỆ VI XL LỶ

Chương 5 CỔNG TRAO Đ ổ l THÔNG TIN VỚI NGOẠI VI

5.1 Vao/ra thông tin tách b iệ t 142

õ.i Vao/ra thông tin theo địa chỉ bộ nhớ 14Õ n Vi mạch ghép nôì có lập^trmh 8255A 14f) 5.3.1 Cẵu trúc của 8255A 146

5.3.2 Các chế độ làm việc của 8255A 149

õ,4 Ghép nối 8255A với hệ vi xử l ý 151

Chương 6 CHẾ ĐỘ NGẮT c ủ a b ộ VI x ử l ý 6 1 Chế độ Iigắt của bộ vi xử lý 161

6.2, Tổ chức ngắt trong hệ vi xử lý 80286 163

6.2.1 Phân loại n g ắ t 163

6.2.2 Hoạt động của n g ắ t 165

6 3 Chip điều khiển ngắt ưu tiên 8259A 167

6.3.1 Ivhái niệm ngắt ưu tiê n 1Ô7 6.3.2 Chip điều khiển ngắt ưu tiên 8259A 168

6.3.2 Lập chế độ làm việc cho chip 8259A 170

6 4 Ghép nối chip 8259A vối hệ vi xử lý 180

6.4.1 Sơ đồ ghép nối chip 8259A vói hệ vi xử lý 180

6.4.2 Lập trìiih điều khiển hoạt động cho chip 8259A 180

Chương 7 TRUYỂN t h ô n g t i n NỐI TIẾP 7 1 Các khái niệm về truyền sô' liệ u 185

7 1.1 Mạng thông tin truyền số liệu 185

7.1.2 Các phương pháp truyền till số 188

7.1.3 Một số dạng mã thông dụng trong truyền số liệu 191

7 2 Tổ chức đưòng truyền tín hiệu nối tiếp 193

7 3 Mạch thu phát dị bộ vạn năng IN8250A/16450 195

7.3.1 TỔ chức của UART 8250A 195

7.3.3 Nối ghép UART 8250A vối hệ vi xử lý 204

7 4 Mạch thu phát đồng bộ và dị bộ vạn năng USART 825lA 206

7.4.1.TỔ chức cùa USART 8251A 206

7.4.2.Các thanh ghi chức năng của 8251A 207

7.4.3 Nối ghép USART 8251A vói hệ vi xử lý 210

Chương 8 B IẾ N Đ ồ l TÍN H IỆ U TƯƠNG T ự -S ố VÀ TÍN H IỆU Số-T Ư Ơ N G T ự í 1 Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi số - tương tự 214

M UC LỤC 5

8.2 Nguyên tắc hoạt độiig của bộ biến đổi tương tự -sô ' 2lí) 8.3 Bộ biến đổi ADC 8 bit 0809 2lí)

8.3.1 Sơ đồ chức năng của ADC 0809 219

8.3.2 Ghép tín hiệu vào ADC 0809 219

8.3.3 Ghép ADC 0809 vói hệ vi xử l ý 222

8.4 Bộ biến đổi ADC 12 bit AD574A 225

8.4.1 Cấu trúc của AD574A 225

8.4.2 Điều khiển hoạt động AD574A 229

8.4.3 Ghép nôi AD574A vối hệ vi xử l ý 233

Chương 9 HỆ VI x ử LÝ ON-CHIP 9.1 Cấu trúc của 011-chip 80C51 (và SQCõl") 237

9.1.1 Cấu trúc chung của on-chip 80CÕ1 237

9.1.2 Chức Iiăug các thành phần cùa on-chip 80CÕ1 239

9.2 Tổ chức cổng vào/ra của on-chip 241

9.3 Kliối tạo thòi gian và bộ đ ế m 245

9.4 Cơ chế ngắt của on-chip 80CÕ1 249

9.4.1 Phân ioại ngắt trong on-chip 249

9.4.2 Mức ngắt ưu tiên trong on-chip 250

9.4.3 Nguyên lý điều khiển ngắt .251

9.4.4 Nguyên lý khỏi động của on-chip 80CÕ1 252

9.5 Nguyên lý truyền tin nôl tiếp của on-chip 80CÕ1 2õ4 Chương 10 TẬP LỆNH CỦA ON-CHIP 80C51 (VÀ 89C51) 10.1 Nguyên lý thực hiện lệiih của on-chip 80CÕ1 268

10.1.1 Cấu trúc lệnh của on-chip 80CÕ1 268

10.1.2 Xử lý lệnh của on-chip 80C51 268

10.2 TỔ chức không gian bộ nhớ của on-chip 80C 51 270

10.2.1 Bộ nhớ chương trìiih EPROM S70 10.2.2 Bộ nhố dữ liệu RAM 273

10.3 Tập lệnh của on-chip 80C51 278

10.3.1 Nhóm lệnh chuyển dữ liệ u 279

10.3.2 Nhóm lệnh điều khiển biếu logic 533

10.3.3 Nhóm lệnh rẽ nhánh chương trìn h 2SÕ 10.3.4 Nlióm lệnh tính toán sô' học 291

10.3.5 Nlióm lệnh tính toán logic 296 6 _ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ VÀ LẶP TRÌNH ASSEMBLY CHO HỆ VI xử LỶ

Chương II THIẾT KE HỆ VI x ử LÝ TRÊN ON-CHIP 80C51 (VÀ 89C51)

1 1.1 Trìiih tự thiêt kế hệ vi xử lý chuyên dụng trên ou-chip 300

11.2 Thiết kế các hệ vi xử lý chuyên dụng 302

Chương 12 HỆ x ử LÝ SONG SONG 12.1 Phân loại kiên trúc xử Iv song song 330

12.2 Kiến trúc kiểu pipeline 330

12.2.1 Cấu trúc của hệ xử lý pipeline 330

12.2.2 Nguyên tắc của phương pháp xử lý vector trong pipeline 333

12.2.3 Kiến trúc pipeline có khả năng rẽ n h á n h 335

12.2.4 Tổ chức hệ xử lý pipeline 337

12.3 Lập trm h cho hệ xử lý song song 338

12.4 Hệ xử lý song song kiểu đa CPU 339

12.4.1.Cấu trúc của hệ xử 1>' song song đa CPU 340

12.4.2 Lập trìiih cho hệ xử lý song soug đa CPU 340

12.5 Xử lý song song các tham số ả n h 342

PH Ụ LỤC A Bảng mã ASCII 346

B Bảng mã điều khiển A S C II 349

c Sơ đồ nguyên lý của Card đo đa kênh trên AD574 350

Tài liệu tham khảo 354

M ỤC LỤC 7

M ỏ ĐẦU

Troug uhữivg thập niên cuôl của thê kỷ 20, kỹ thiiật điệii tử đã liên tục có những tiến bộ vượt bậc đặc biệt là trong kỹ thuật chế tạo mạch vi điện tử Sự ra đòi

và phát triển nhanh chóng của kỹ th u ật vi điện tử mà đặc trưng là kỹ th u ật vi xử lý

đã tạo ra một bviớc ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học tính toán và

xử lý thông tin nó ảnh hưởng quyết địiih đến con đưòng “tin học hoá” xã hội, tức là cou điíồug nià thông tin đã và đaiig trở thành lực lượiig sản xuất trực tiêp trong nên sản xuất của kv uguyêu tới

Năm 1970 công ty trẻ tuổi Intel cho ra đời bộ vi xử lý đầu tiên, có tên gọi là ĩntííl - 4004, nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của một công ty kinh doanh là hãng truyền thông BUSICOM Intel-4004 là kết quả của một ý tưởng quan trọng trong

sự phát triển kỹ th u ật vi xử lý sô' Đó là một kết cấii logic (Automat hữu hạn) mà có thể thay đổi chức năng của nó bằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo

hưống tạo một cấu trúc cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng nhất định như

trU(ic đây Do khả năng niềm dẻo hoá trong các thao tác của mình mà năm 1971 Intol-4004 đã trở thành bộ vi xử lý đầu tiên trên thị trường thê giối Intel-4004 là

bộ vi xử lý 4 bít song song, đưỢc chế taọ theo quy trình công nghệ MOS kênh cảm ứng loại p Thòi gian tô'i thiểu để thực hiện một lệnh là 10,8 ns Năm 1972 hãng Intel cho xuất xưởng bộ vi xử lý có tên gọi là Intel-8008 Kiểu này vẫn được chế tạo theo công nghệ PMOS nhưng là loại 8 bit song song Bộ vi xử lý này là CPU của máy vi tính MICRAL do Pháp chế tạo Đến đây hàng loạt các hãng điện tử nổi tiếng hàng đầu của th ế giói như hãng National, Rockwell, Fairchild, Mostek đã nhanh chóng đi vào công nghệ sản xuất và chê tạo các bộ vi xử lý

Năm 1974 hãng Intel cho ra đòi bộ vi xử lý 8080- 8 bít song song được chê tạc theo công nghệ NMOS vói thòi gian để thực hiện một lệnh là 2 I^s đã đánh dấu mội bước tiến lớn trên con đưòng làm chủ tốc độ xử lý tin của kỹ th u ật điện tử hiện đại Các hãng khác cũng cho ra đòi những bộ vi xử lý có tính năng tương ứng; 680C (Motorola), 8080 (Texas Instrum ent), TLCS12 (Toshiba), 8080 (NEC), F6 (Fairchild), 2650 (Signetics), IM6100 (Intersil), 2650 (RTC), 8080A, 404C (Sinmens), 2900 và và 6800 (của hãng Sescosem) Năm 1978, loại 8080 được cải

tiên thành loại 8085 Lúc này đă xuất hiện những ináy tính mini sử dụng cac bộ vi i

xử lý uói trên Theo đà đó các thông số cơ bản của bộ vi xử lý Iigày càng điíỢc cííi i thiện: tôc độ ngày càng cao (các bộ vi xử lý hiệii đại của INTEL đã đạt tới tôc độ ) 500- 800 MHz), độ rộng kênh thông tin ngày càng lóu (các bộ vi xử lý hiệii đại của I INTEL có kênh dữ liệii 16/32/64 bit) Điều đó đã giúp cho bài toán thiết kế cac hệ vi I

xử lý ehiiyên dụng vổi tính năng rộng lốn trở nên dễ dàng hđn

Một hệ vi xử lý tổĩ thiểii phải bao gồm niột bộ vi xử lý (đó là khôi điển khiểii

và xử lý trung tâm - CPU), inột bộ nhớ RAM một bộ nhỏ cố định ROM và các cổng , vào ra sô liệu cùng những thiết bị ngoại vi cần thiêt Một hệ vi xử lý tôi đa khôiig có ) giới hạn trên về sô" lượiig thành phần, về chức năng thực hiện và về quy niô ứng dụng, Vấu đề là trên cđ sở của yêii cầu cụ thể ciia hệ cầu thiết kê mà tổ chức điíợc phầu cứng của hệ ở dạng tôi thiểu (uhằin táng tôc độ, giảm giá thành và tăng độ till cậy) vù xây clựiig phần mềiỉi điền khiển th ậ t tốỉ líu nhằm táng khả năng linh hoạt

và mềm dẻo trong các phép xử lý, gia công và biến đổi tín liiệii mà hệ phải thực hiện

Nhừiig vấn đề chính đả liêu ô trên sẽ được khảo sát, nghiên cứu trong Iiội

duiig của giáo trình này Vì để ciing cấp các kiến thức cd bản cho các đổi tượng là

sinh viên đại học chuvên ngành điện tử-viễn thông, công nghệ thôn^ tin và tự động điều khiển nên trong khuôn khổ của CIIỐII tài liệu không dài, tác giả đã cố gắng

tổng hợp, cập nhật các tài liệu thiết yếu trong và ngoài nước để xây dựng nội dung cuốn sách này nhằm đạt niỊic tiêii đã đề ra Cuốn sách gồm 12 chương 3 phụ lục:

ChưmìỊỊ I Kiên trúc hệ vi xù lý

Trình bày kiến trúc của hệ Vi xử lý Tổ chức và đặc tnín g của kênh hệ thống, chức uăug bộ nhà ROM, RAM và phitớng pháp quản lý bộ nhó trung tâm của hệ vi

xử lý

Chương 2 lỉộ VI xử iý 80 X 86 INTEL

Trìiih bày cấu trúc phần cứng và ngviyên tắc làm việc của bộ vi xử lý 16 bit

80286 các tín hiệu và chức năng của chúng Phương pháp quản lý bộ nhố ở chê độ địa chỉ thực và chế độ địa chỉ ảo của bộ vi xử lý 80286

Chutm g Lập thnh asscnibl.v cho hệ vi xử lý

Trìuh bày tổng quan về ngôn ngữ asembly và các thành phần cò bản cìia nó Trìiih bày bộ ký tự, từ khoá, cú pháp câu lệnh, các lệnh giả các toáii tử cùng trìiih biêu dịch MACRO ASSEMBLER Tiếp theo là giới thiệu tập lệnh của bộ vi xử lý

80286 cùiig vối cách phân chia chúng theo nhóm để tiện cho khảo sát

Chương 4 Thiết kế hệ vỉ xíí Iv chuyên dụng

Trình bày trìiih tự và phươiig pháp thiết kế các hệ vi xử lý chuyên dụng theo chức năng yêu cầu Minh hoạ bằng thiết kế hệ thii thập tín hiệu đa kêuh

_10 _ _ KỸ THUẬT VI XỬ LỶ V Â LẬP TRÌNH ASEMBLY C H O HỆ VI x ú LỶ

C h ư m g 5 ('ổn g trao dối thónịỉ tin v«ìi njỉ(»ại vi

Trình bày pliilơug pháp vào/ra thông tin tách biệt và phương phap vào/ra thông tin theo địa chỉ bộ nhớ Vi mạch ghép Iiối có lập trình 82ÕÕA và phiíơiig pháp ghép Iiối 82ÕÕA với hệ vi xử lý

Chương 6 Chè dộ ngát ciia bộ vi xủ lý

Trình bày chế độ ngắt của bộ VI xử iý Tổ chức ngắt và nguyên tắc hoạt động của Iigắt trong hệ vi xử lý 80X86 Chip điều khiển ngắt ưu tiên 82Õ9A Ghép uô'i Chip 8259A vối hệ vi xử ỉý

Chương 7 Truvền thỏntĩ tin nói tiêp

Trình bày các khái niệm về truyền số liệii Mạch thii phát dị bộ vạn ìiàng IN82Õ0A/164Õ0 Mạch thu phát đồng bộ và dị bộ vạn năng USART 82Õ1A NÔI ghép ƯART 82Õ0A và USART 82Õ1A với hệ vi xử lý

Chium g H Biên dối tín hiệu tự-sõ và tín hiẹii sô' -tiíimịỉ tụ

Trìiih bày nguyên tắc hoạt, động của bộ biến đổi sô - tươiig tự và bộ biếu đổi tươug tự- sô' Bộ biến đổi AĐC 8 bit 0809 Bộ biến đổi ADC 12 bit AD574A Ghép nối ADC 0809 và ADÕ74A với hệ vi xử lý

Chuim g 9 Hệ vi xỉr lý ON-CHIP

Trình bày cấu trúc của On-chip 80C51 (và 89C51) Tổ chức cổng vào/ra của On-cliip Kliổì tạo thòi gian và bộ đếni của Oii-chip Cơ chế ngắt của On-chip 80CÕ1

Chương 10 Tập lệnh của ()N-CHI1» 80C51 (và 89C51)

Trìiih bày cấu trúc lệnh và nguyên lý thiíc hiện lệnh ciia on-chip 80CÕ1 tập lệuh của Oii-chip 80CÕ1 cùng các nhóm lệnh chuyển dữ liệii, nhóm lệnh điềii khiển biến logic, nhóm lệnh rẽ nhánh chương trình, nhóm lệnh tính toán các phép tính sô học và logic

Chương I I Thiêt kê hệ xứ lý trôn ON-CHIl’ 80C51 (và 89C51)

Trình bày trùih tự thiết kế hệ vi xử lý chiiyêii dụng trên on-chip Minh hoạ bằng các thí dụ thiết kế hệ chức năng

Chương 12 Hệ xìr lý sonji song

Trình bày kiên trúc của hệ xử lý song song Kiến trúc kiểu PIPELINE Kiên trúc kiểu đa CPU Lập trìiih cho hệ xử lý song song đa CPU Minh hoạ trên th í dụ

xử lý song song các tham sô ảnh

Trong các chương đều có các thí dụ núnh hoạ, đặc biệt là các chưđug liêu quan tới bài toán th iết kế hệ vi xử lý chuyêii dụng Trong các niiuh hoạ đó đã thể hiện một cách n h ất quán các bưóc thực hiện thiết kế hệ thống từ khâii phân tích yêu cầu nhiệm vụ tối khâu tổ chức phần cứng và xây dựng phần mềm MONITOR tương ứng cho hệ cầu thiết kế Vấn đề ghép nối với máy tính cũng đưỢc đặt ra nhằm tận

m c : í d A u _ -II

dụng k h ả n ăn g m ạn h của máy tín h trong các bài to a n xử lý cấp 2, cấp 3 cho cac cáu II trúc tin phức tạp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Pgs Ts Đỗ Đức Giáo và Pgs Ts Đồ Trung g Tuấn (Tritờng Đại học Klioa học Tự Iihiêii thuộc Đại học Quốc gia Hà Nôi) đã bỏ ỏ nhiềii công sức để hiệu đính cuôn tài liệu này, cảm ơn Nhà xiiất bản Klioa học và à

Kỹ th u ật đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để cuôn sach này sớni đến tay bạii đọc

Do khả Iiăng và thời gian chuẩn bị bản thảo còn hạn chế CIIÔU sách nàv chac c chắn không tránh được các thiếu sót, chúng tôi mong nhận được sự góp ý chan 1 thành của các bạn đọc Thư góp ý xin gửi về uhà xuất bản Klioa học và Kỹ th u ật - -

70 Trầu Hưng Đạo Hà Nội

T á c g iả ỉ

1 2 _ KỸ THUẬT VI XỬ LÝ V À lẠ P TRÌNH ASEMBLY C H O HỆ VI x ử LỶ Ỷ

Chương 1

Kill UÓI tới liệ vi xử lý ngưòi ta dùiig danh từ kiến trúc (Architecture) để chỉ tố clivtc của liệ vì miiôii uhấn niạuli đặc triíng cd bản của hệ vi xử lý gồrn hai niặt thôiiẹ nhất khôiig thể tách ròi là cấii trúc phầii cứng và tô chức phần mềm điều kluêa đươc cài đặt troiig hệ

1.1 TỔ CHỨC CỦA HỆ Vi XỬ LÝ

Tổ chííc của hệ vi xỉí lý điíỢc thể hiện trên liìiih 1.1, bao gồm các thành phầii

i lúnli Iihư sau:

Bộ vi xử lý (VXL) là h ạt Iihâii ciia hệ vi xử lý, nắm qiiyền kiểm soát toàn bộ các l.hành phần có trong hệ thông, tliực liiện niọi thao tác liên qiian tối các phép tíiili toán, xử lý, gia công, biến đổi các dạng tín hiệu nhị phân troiig hệ dưới sự điềii khiển của chương trình cài đặt trong bộ nhớ trung tâm của hệ vi xử lý Bộ vi xử lý i;òii chíỢc gọi tên viết tát là MP (Microprocessor - bộ vi xử lý), CPU (Central Processing Unit - khối xử lý trung tâm)

Bộ nhố trung tâm gồm hai thành phần Thành phần thứ nhất là bộ Iiliớ cố

định ROM (Read Only Memory) dùng để chửa cluíớng trình điềii hành hoạt động của hệ vi xử lý, cho nên nó còn điíỢc gọi là clníơng trình MONITOR (ngiíòi hưỏng dần), KOM còn dùng để chứa số liệu các bảng, biế\i và các tham sô hệ thông cũng nluí cac sô' liệii cô' địiih ciia hệ thông Nội duiig cỉia ROM phải được chuẩn bị triíóc khi ghép nó vào hệ Trong quá trình hoạt động sail này, nội dimg đó không bị thay đổi Thàiih phần tliứ hai là bộ nhớ đọc/ghi RAM (Random Access Memory) dùng để hiìi trữ các kết qiiả triing gian và kết quả cuôl cùng của các phép tính toáii xử lý thôug tin Nó cũng dùng để tể chức các vùng đệin dữ liệii (Data Buffer) trong các thao tác thu phát, chuyển đổi sô" liệii Nói chung RAM là bộ nhớ dữ liệii động inà noi (lung của nó có thể thay đỏi trong quá trình hoạt độiig của hệ vi xử lý

Bộ hiển thị dùng để thể hiện trạng thái hoạt động của hệ vi xử lý Phụ thuộc vào nhiệm vụ và qiii niô của hệ mà cấii trúc bộ hiển thị có thể từ rất đơn giản đên

14 KỶ THUẬT VI XỬ LÝ V Â LAP TRÌNH ASSEMBLY C H O HẸ V I x ử LY

rất phức tạp Bàn điều khiển dùng để điía lệnh, dữ liệu cần thiêt vào hệ \'i xừ lý

Tương tự nluí bộ hiển thị, phụ thuộc vào nluệni vụ và qui niô của hệ inà cấìi trúc

bàn điển khiển có thể từ rất đơn giảii đến rất phức tạp

Kliôi xuất nhập thôiig till sô dùng để trao đỏi thôiig tin vối các thiêt bị ngoại

vi làm việc theo nguyên tắc sô Đôi với các thiết bị ngoại vi làm việc theo nguy(M) tác phi sô^ thì cần biến đổi dạng till hiệu để hệ vi xử lý và thiết bị ngoại vi có thí* l iiou được nhau Các bộ biến đổi đó là bộ biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiện sô ADC (Analog To Digital Converter) và bộ biến đổi tíu hiệu sô sang tín hiệu lióli tục DAC (Digital To Analog Converter)

Kènh địa chỉ (Address Bus)

Kénh dữ lỉéu (Data Bus)

Hình 1.1 Kiên trúc chung của hệ Vi xử lý

Kênh thông till hệ thông bao gồm ba thành phần:

Thành phần thứ nhất là kênh địa CỈIỈ (Address Bus) Đây là kênh niỏt cliiềùiđi

từ bộ vi xit Iv ra Bộ vi xử lý sử dụng kênh này để qxiảu lý các thành phẩn CC tiroig

hệ bằng cách gáii cho mỗi thành phần một địa chỉ xác định

Thàiih phầii tlúí hai là kênh dữ liệii (Data Bus) Đây là kêiih hai cliiiêL c iù ig

để trao đổi thông tiu giữa bộ vi xử lý và các thành phần có trong hệ

'h ư oig 1 KIẾN TRÚC HỆ VI x ứ LÝ 15

Thành phần thứ ba là kènh điều khiểu( Control Bus) Đây là tập hợp các dâytín hiệu điềvi khiển để tạo liên lạc giữa bộ vi xử lý và các thành phần có trong hệ

Iihằ;n đồng bộ hoá inọi chế độ và inọi thao tác của hệ thống

1.2 TỔ CHỨC KÊNH THÒNG TIN TRONG HỆ VI x ử LÝ

Kênh thông tin m bit Cổng ba trạng thái

Hinh 1.Z Tổ chức kênh thòng tin trong hệ Vi xử lý

Kênh thôiig tin hệ thông là kênh song song, tức là kêuh dùug clmiig cho tâ"t cả cáic ihành phần có trong hệ Mặt khác cấii trúc kênh là kênh kỹ thuật, tức là tồn tại

cá>c iham số đường dây như trở kháng đưòiig dây, điện cảni điện dung ký sinh nêu

uễ u 3Ô lượiig các thành phầii trong hệ lổn thì sẽ xẩy ra hiện tượng qiiá tải kênh thòng tin Hệ quả là mức logic 0 và mức logic 1 có thể bị nhầm lẫn Để trán h xẩy ra trư ò ig hợp không mong nuiốii ở trên, cần tổ chức cổiig kiểm soát trạng thái hoạt động cho mỗi thàiih phầii (hình 1.2) cổng này có Iihiệni vụ tạo ra trạng thái đặc

b iệt th i thành phần khôug điíỢc kích hoạt làm việc Trạng thái đặc biệt Iiày sẽ cách

nó ở trạng thái logic 0 hoặc nó ở trạng thái logic 1 Klii chân E có mức điện áp thấp thì diode D đươc thiên áp thuận nên qiia diode này sẽ có dòng chảy qua làm cả hai Transistor ở lôi ra bị ngắt nên điểm OUT và điểm IN của mạch logic bị cách ly hoàn toàn Nói cách khác, mạch logic này được đặt ở trạng thái đặc biêt, trạng thái trỏ kháng cao Những cổng kiểm soát Iihư th ế được gọi là mạch ba trạiig thái (liùih 1.3b) Hai trạng thái đầu là trạng thái logic 0 và trạn g thái logic 1, còn trạng thái thứ ba là trạng thái trở kliáiig cao.

IN

OUT

Hinh 1.3 Mạch 3 trạng thái (a), ký hiệu (b)

Bộ vi xìt lý sẽ điều khiển hoạt động của các cổng ba trạng thái này Do bộ /i

xử lý tại títiig thòi điểm chỉ có thể làni việc điíỢc với một thành phần có trong kệ nên nó chỉ đặt cổng ba trạng thái của thành phần tương ứng lên trạn g thái là.:n việc, còn các thành phần khác bị treo lên trạng thái trở kháng cao Điểu đó có nglía nếu đưỢc thiết kế điing thì kênh thông tiu cliỉ chịu tải cùa hai thành phần tại thii điểm đang xét mà thôi (thành phần xuất và thành phần nhập thông tin) nên kêih không bị quá tải về thực tế

Chương 1 KIẾN TRÚC HỆ VI xử LÝ 17

Dê bảo đảin dữ liệii được nhận đúng, bên xuất dữ ỉiệii và bên thu dữ liệu phải duy trì thời gian theo môi qiian hệ như hùih 1.4 đã chỉ ra Giai đoạn 1 là giai đoạn xuất dữ liệii và ổn địrJi dữ liệu trên kênh Giai đoạn nàv là để bảo đảm tấ t cả các bit tin đưỢc tập kết đúng giá trị của mình trên kênh Giai đoạii 2 là giai đoạn bên thu Iiliập dữ liêu từ kênh th ô u e tiu vào CÒII giai đoạn 8 là giai đnạt.i k êt th ú c việc

x\iất dữ liệu trên kêĩih, giải phóng kênh để chuẩu bị cho thao tác trao đổi dữ liệu tiêp íheo

Xung điều khiển phát

H intì 1.4 Đổ thị thời gian của tin hiệu điểu khiển thu (IN) phát (OUT)

trên kênh thông tin của hệ Vi xử lý.

1.3 B ộ NHỚ TRUNG TÂM CỦA HỆ VI x ử LÝ

Bộ nhớ trung tâm là một bộ phận không thể thiếu đô'i vối bất kỳ một hệ vi xử

lý nào, }5ộ nhớ trung tâm là tập hỢp các thanh ghi thông tin vổi số lượng lốn Mỗi thanh ghi có m bit (thưòng là 8 bit) Chức năng cơ bảii của bộ nhố là để lưu trữ và trao đổi thông tin

Vấn đề quan trọng n h ất trong phiíđng pháp tổ chức bộ nhớ là phưđng thức quản lý các thanh ghi Do số lượug các thanh ghi lớn nên phưdng thức hiệu quả nhất là qiiản lý theo phương thức ma trận điểm Mỗi điểm là một thanh ghi Một cấu trúc địa chỉ hoá nhví vậy cho phép thâm nhập vào bất kỳ thanh ghi nào của bộ nhố nià khôiig sỢ nhầm lẫii Chúng ta sẽ xét dạng cấu trúc này

1.3.1 Q u ả n lý bộ n h ớ

Sơ đồ trên hìiih 1.5 là một cấu trúc bộ nhố điển hìiih cho phép ghi thông tin hoặc đọc thông tii: từ bất kỳ thanh ghi nào của bộ nhố Bộ giải mã hàng biên m dây địa chỉ ở đầu vào thành 2 hàng của ma trận quản lý

2 - K T V X L

fv

V ~ k 0 j Ạ l Ễ 9 6