Kỹ thuật vi xử lý UDS

Kỹ thuật xử lý UDS

Trang 2

M icroprocessors

Giảng viên: Phạm Ngọc Nam

Trang 3

 Đềtài: Nhận dạng chữviết tay

 Tiến sỹkỹthuật chuyên ngành điện tử-tin học, 9/ 2004, Đạihọc K.U Leuven, Vương Quốc Bỉ

 Đềtài: quản lý chất lượng dị ch vụtrong các ứng dụng đa phương tiện tiên tiến

Trang 7

3 bài kiểm tra không báo trước

dựđủít nhất 2 bài và kết quảcủa 2 bài > 5: 1 điểm

thiếu 2 bài trởlên: không được thi lần 1

• Thi học kỳ:

1 câu lý thuyết, 2 câu bài tập (lập trình và thiết kế)

70% tổng sốđiểm

Trang 8

Gi ớ i thi ệ u chung v ề h ệ vi x ử lý

• Lị ch sửphát triển của các bộvi xửlý và máy tính

• Phân loại vi xửlý

• Các hệđếm dùng trong máy tính ( nhắc lại)

• Giới thiệu sơlược vềcấu trúc và hoạt động của hệvi xửlý

Trang 9

Thếhệ-1: The early days (…-1642)

Trang 10

Thếhệ-1: The early days (…-1642)

Trang 11

• Bàn tính, abacus , đã được sửdụng đểtính toán.

Khái niệm vềgiá trịtheo vịtrí đã được xửdụng

Trang 12

• Thế kỷ12: Muhammad ibnMusa Al'Khowarizmi đưa

ra khái niệm vềgiải thuật algorithm

Trang 13

• Codex Madrid - Leonardo Da Vinci (1500)

 Vẽmột cái máy tính cơkhí

Trang 14

Trang 15

Th ế h ệ 0: Mechanical (1642-1945)

• Blaise Pascal, con trai của một người thu thuế, đã chếtạo một máy cộng có nhớvào năm 1642

Trang 16

• Năm 1801, Joseph-Marie Jacquard đã phát minh ra máy dệt tựđộng sửdụng bìa đục lỗđểđiều khiển hoạ tiết dệt trên vải

• Bìa đục lỗlưu trữchương trình: máy đa năng đầu

tiên

Trang 17

• 1822, Charles Babbage nhận ra rằng các bảng tính dùng trong hàng hải có quá nhiều lỗi dẫn tới việc rất nhiêu tàu bị mất tích

• Ông đã xin chính phủ Anh hỗtrợđểnghiên cứu vềmáy tính

Trang 18

Trang 19

• Babbage đã thiết kếmột cái máy vi phân Difference Engine đểthay thếtoàn bộbảng tính: máy thực hiện một ứng dụng cụthểđầu tiên (application specific hard-coded machine)

Trang 20

• Ada Augusta King, trở

thành lập trình viên đầu

tiên vào năm 1842 khi

cô viết chương trình cho

Analytical Engine, thiết

bịthứ2 của Babbage

Trang 21

• Herman Hollerith, ngừời Mỹ, thiết kếmột máy tính đểxửlý dữliệu vềdân sốMỹ1890

• Ông thành lập công ty, Hollerith Tabulating

Company, sau đấy là

Calculating-Tabulating-Recording (C-T-R) company vào năm 1914 và sau

này được đổi tên là IBM (International Business

Machine) vào năm 1924.

Trang 22

• Konrad Zuse, Berlin, Đức, phát triển vào năm 1935 máy tính Z-1 sử dụng rơle và sốnhịphân

• Chu kỳlệnh: 6 giây (0.17 Hz)

Trang 23

• Máy tính cơđiện tựđộng lớn đa năng đầu tiên là

máy Harvard Mark I ( IBM Automatic Sequence Control

Calculator ), phát minh bởi Howard Aiken vào cuối 1930

• ASCC không phải là máy tính có chương trình lưu trữ sằn mà các lệnh được ghi vào các băng giấy.

Trang 24

• Grace Murray Hopper found the first computer bug beaten todeath in the jaws of a relay She glued it into the logbook ofthe computer and thereafter when the machine stops

(frequently) she told Howard Aiken that they are "debugging"the computer

Lab book!!

Numbered pages for USA patents

Trang 25

Trang 26

Th ế h ệ 1: Vacuum tubes (1945-1955)

• Năm 1943, John Mauchly và J.

Presper Eckert bắt đầu nghiên cứu vềENIAC

Trang 28

• Lập trình thông qua 6000 công tắc nhiều nấc và hàng tấn dây

Trang 29

• Năm 1946, John von Neumann phát minh ra máy

tính có chương trình lưu trong bộnhớ

• Máy tính của ông gồm có một đơn vịđiều khiển, một ALU, một bộnhớchương trình và dữliệu và sửdụng sốnhịphân thay vì sốthập phân.

• Máy tính ngày nay đều có cấu trúc von Neumann

• ông đặt nền móng cho hiện tượng “von Neumann

bottleneck”, sựkhông tương thích giữa tốc độcủa bộnhớvới đơn vịxửlý

Trang 30

• Năm 1948, máy tính có chương trình lưu trữtrong bộnhớđầutiên được vận hành tại trường đại học Manchester:

Manchester Mark I

Trang 32

• Mộ t magnetic core lư u trữ256 bits

Trang 33

• John von Neumann năm 1952 với chiếc máy tính mới của ông

Trang 34

• Năm 1954, John Backus, IBM phát minh ra

FORTRAN

Trang 35

Trang 36

• Năm 1947, William Shockley, John Bardeen, and

Walter Brattain phát minh ra transistor

Trang 37

• Năm 1955, IBM công bốIBM704, máy tính

mainframe sửdụng tranzistor

• Đây là máy tính với phép toán dấu phấy động đầu

tiên (5 kFlops, clock: 300 kHz)

Trang 38

Trang 39

• Năm 1958, Jack St Clair Kilby of Texas

Instruments (Nobel prize physics, 2000) đưa ra và chứng minh ý tưởng tích hợp 1 transistor với các

điện trởvà tụđiện trên một chip bán dẫn với kích

thước 1 nửa cái kẹp giấy Đây chính là IC.

Trang 40

• 7/4/1964 IBM đưa ra System/360, họmáy tính tương thích đầu tiên của IBM

Trang 41

• Năm 1965, Digital

Equipment Corporation, đưa

ra chiế c máy tính mini

đầu tiên DP-8

Trang 42

Th ế h ệ 3: Integrated circuits (1965-1980)

• Năm 1971, Ted Hoff chếtạo Intel 4004 theo đơn đặt hàng của một công ty Nhật bản đểtạo chip sản xuất calculator Đây là vi xửlý đầu tiên với 2400 transistor (microprocessor, processor-on-a-chip).

• 4 bít dữliệu, 12 bit địa chỉ

Trang 43

Th ế h ệ 3: Integrated circuits (1965-1980)

• 1973-1974, Edward Roberts, William Yates and Jim Bybee

chế tạo MITS Altair 8800, máy tính cá nhân đầu tiên

• Giá $375, 256 bytes of memory, không keyboard, không

màn hình và không bộnhớngoài

• Sau đó, Bill Gate và Paul Allen viết chương trình dị ch

BASIC cho Altair

Trang 44

Trang 45

Th ế h ệ 4: VLSI (1980-?)

• N ăm 1981, IBM b ắ t đầu với IBM "PC" s ử

dụng h ệ điều hành DOS.

Trang 46

Th ế h ệ 4: VLSI (1980-?)

• Năm 1984, Xerox PARC (Palo Alto Research Center) đưa ra

máy tính đểbàn Alto với giao diện người và máy hoàn toàn

mới: windows, biểu tượng, mouse

Con chuột đầu tiên

Trang 47

Th ế h ệ 4: VLSI (1980-?)

• Năm 1986, siêu máy tính Cray-XMP vớ i 4 bộ xửlý đã đạttốc độtính toán là 840 MFlops Nó được làm mát bằng nước

Trang 48

Th ế h ệ 4: VLSI (1980-?)

• Tố c độtính toán này đã đạt được với máy tính cá

nhân 1 vi xửlý, Pentium III, vào quý 1 năm 2000

Trang 49

Trang 50

Phân lo ạ i vi x ử lý

Trang 51

*Engine Performance and Emission Control (Traction Control)

*Safety Systems

*Cabin Air Quality

*Suspension

and Braking Control

Trang 52

Type Giá (USD) Example application Disposable system 1 Greeting cards Embedded system 10 Watches, cars,

appliances Game computer 100 Home video games Personal computer 1K Desktop computer

Server 10K Network server Collection of

workstations 100K supercomputerDepartmentalMainframe 1M Batch processing in

bank Supercomputer 10M Weather forecasting

Phân loại theo giá thành:

Trang 53

• Phân loại theo chức năng:

 Vi xửlý đa năng (General Purpose Microprocessor)

 DSP (Digital Signal Processor)

 Vi điều khiển (Microcontroller)

 ASIP (Application Specific Integrated Processor)

• Phân loại theo tập lệnh:

 CISC (complex Instruction Set computer): máy tính có tập lệnh phức tạp

 mỗi lệnh có độdài cốđị nh và thực hiện trong 1 đến 2 chu ký xung nhị p

 cấu trúc vi xửlý đơn giản, có nhiều thanh ghi

 tốc độxung nhị p lớn và tiêu thụnăng lượng thấp

Trang 56

H ệ th ậ p phân

• 1234,56710=

 1•10 3 +2•10 2 +3•10 1 +4•10 0 +5•10 -1 +6•10 -2 +7•10 -3

 r = cơsố(r = 10), d=digit (0 d 9), m = sốchữsốtrước dấu phẩy,

n = sốchữsốsau dấu phẩy

i

d D

Trang 57

H ệ nh ị phân

• 1011,0112=

 1•8+0•4+1•2+1•1+0•0.5+1•0.25+1•0.125

 1•2 3 +0•2 2 +1•2 1 +1•2 0 +0•2 -1 +1•2 -2 +1•2 -3

 r = cơsố(r = 2), d=digit (0 d 1), m = sốchữsốtrước dấu phẩy, n

= sốchữsốsau dấu phẩy

i i

d B

Trang 58

H ệ 8 (Octal)

• 7654,328=

 7•8 3 +6•8 2 +5•8 1 +4•8 0 +3•8 -1 +2•8 -2

 r = cơsố(r = 8), d=digit (0 d 7), m = sốchữsốtrước dấu phẩy, n

= sốchữsốsau dấu phẩy

i i

d O

Trang 59

H ệ 16 (Hexadecimal)

• FEDC,7616=

 15•16 3 +14•16 2 +13•16 1 +12•16 0 +7•16 -1 +6•16 -2

 r = cơsố(r = 16), d=digit (0 d F), m = sốchữsốtrước dấu phẩy,

n = sốchữsốsau dấu phẩy

i i

d H

Trang 60

Chuy ể n đ ổ i gi ữ a các h ệ đ ế m

• Chuyển từhệthập phân sang nhịphân

Quy tắc: lấy sốcần đổi chia cho 2 và ghi nhớphần dư, lấy

thương chia tiếp cho 2 và ghi nhớphần dư Lặp lại khi

thương bằng 0 Đảo ngược thứtựdãy các sốdưsẽđược chứsốcủa hệnhịphân cần tìm

Ví dụ: Đổi 34 sang hệnhịphân: 100010

• Chyển từhệnhịphân sang hệ16 và ngược lại

1011 0111B = B7H

Trang 62

3 5

6 5

7 2

2

Nhớ x y

0 1 0

C ộ ng nh ị phân

• Cộng nhịphân

• Cộng thập phân

Nhớ x y Tổng

0 1

1

0 0 1 1

1 0 0 1

1 1 1 1

1 1 0 0

1 0 1 0

1 1 1 1

1 1 0

Trang 63

Tr ừ nh ị phân

x y Mượn Hiệu

1 1 1 0 1

1 1 1 1

1 1 1 0

0 1 1 1 0

Trang 73

Little endian v à big endian

• Số1234 H được lưu trữthếnào trong bộnhớ8 bit?

little endian Intel microprocessors Motorola microprocessorsbig endian

Trang 74

(real number, floating point number)

• Ví dụ: 1,234=1,234*100=0,1234*101=

• 11,01 B= 1,101*21=0,1101*22=

• Real number: (m, e) , e.g (0.1101, 2)

Single precision: 32 bit

Double precision: 64 bit

Trang 75

• IEEE-754 format cho single-precision

1 sign bit: 0 dương, 1 âm

8 bit biased exponent= exponent + 127

24 bit mantissa chuẩn hoá = 1 bit ẩn + 23 bit fraction

Mantissa chuẩn hoá: có giá trịgiữa 1 và 2 : 1.f

Ví dụ: biểu diễn 0.1011 dưới dạng IEEE-754

23 30

31

S biased exponent e fraction f of normalized mantissa

Trang 76

• IEEE-754 format cho double-precision

0 51

52 62

63

S biased exponent e fraction f of normalized mantissa

1 sign bit: 0 dương, 1 âm

11 bit biased exponent= exponent + 1023

53 bit mantissa chuẩn hoá = 1 bit ẩn + 52 bit fraction

double precision: (-1)s x 2e-1023 x (1.f)2single precision: (-1)s x 2e-127 x (1.f)2

Trang 77

15 significant digits

6 significant digits Decimal Precision

Trang 78

• B inary C oded D ecimal number

BCD chuẩn (BCD gói, packed BCD):

 1 byte biểu diễn 2 sốBCD

 Ví dụ: 25: 0010 0101

BCD không gói (unpacked BCD) :

 1 byte biểu diễn 1 sốBCD

 ví dụ: 25: 00000010 00000101

Decimal digit

Trang 79

• A merican S tandard C ode for I nformation

I nterchange (7-bit code)

Trang 80

Hệvi xửlý

Trang 81

Hệvi xửlý

Trang 82

H ệ vi x ử lý

Vi xửlý CPU

Bộnhớ MemoryBộnhớ

Memory

Phối ghép vào/ra (I/O)

Bus dữliệu

Bus đị a chỉ Bus điều khiển

DRAM SRAM ROM EEPROM Flash

Intel 80X86 Motorola 680X PowerPC

Thiết bị vào/ra

Màn hình Máy in Bàn phím Con chuột

Ổ cứng

CD-ROM DVD

ISA EISA PCI VESA SCSI USB

Trang 83

 Thực hiện các phép toán logic

 And, or, compare

Đơn vịđiều khiển (Control Unit)

Các thanh ghi (Registers)

 Lưu trữdữliệu và trạng thái của quá trình thực hiện lệnh

Đọc mã lệnh Giải mã lệnh Thực hiện lệnh

Trang 85

H ệ vi x ử lý

24 24 32 32 32 32 32

20 20 20 24 24 32 32 32 36 36

68000 68010 68020 68030 68040 68060 PowerPC Motorola

8088 8086 80186 80286 80386SX 80386DX 80486DX Pentium Pentium Pro Pentium I, II, III, IV

Intel

Khảnăng đị a

chỉ

Bus dữliệu Tên vi xửlý

Nhà sản xuất

Trang 88

• Cấu trúc bên trong

Sơđồkhối

Các thanh ghi đa năng

Các thanh ghi đoạn

Các thanh ghi con trỏvà chỉsố

Trang 89

Sơđồkhối

Trang 90

Sơ đ ồ kh ố i 8088/8086

CS DS

ES IP

BX

AX

CX DX

SP BP DI

ALU

Khố i điề u khiể n của EU

Logic điề u khiể n bus

Trang 91

Sơđồkhối

Các thanh ghi đa năng

Trang 92

Các thanh ghi đa năng c ủ a 8088/8086

• Thanh ghi chứa AX (accumulator): chứa kết quảcủa các phép tính Kết quả8 bit được chứa trong AL

• Thanh ghi cơsởBX (base): chứa đị a chỉcơsở, ví dụcủa bảng dùng trong lệnh XLAT (Translate)

• Thanh ghi đếm CX (count): dùng đểchứa sốlần lặp trong các lệnh lặp (Loop) CL được dùng đểchứa sốlần dị ch hoặc quay trong các lệnh

dị ch và quay thanh ghi

• Thanh ghi dữliệu DX (data): cùng AX chứa dữliệu trong các phép

tính nhân chia số16 bit DX còn được dùng đểchứa đị a chỉcổng

trong các lệnh vào ra dữliệu trực tiếp (IN/OUT)

Trang 93

Sơđồkhối

Các thanh ghi đoạn

Trang 94

Các thanh ghi đo ạ n

Thanh ghi đoạn

Đị a chỉvật lý=Segment*16 + offset

Chếđộthực (real mode)

Trang 95

Trang 96

• Các thanh ghi đoạn: chứa đị a chỉđoạn

30000 2FFFF 34000

43FFF 49000 58FFF

Trang 97

090F0

0A0F0 0A0EF

0A280 0A27F

0A480 0A47F c

o d e

d a t a

Trang 98

Sơđồkhối

Các thanh ghi con trỏvà chỉsố

Trang 99

Các thanh ghi con tr ỏ v à ch ỉ s ố

• Chứa đị a chỉlệch (offset)

 Con trỏlệnh IP (instruction pointer): chứa địa chỉlệnh tiếptheo trong đoạn mã lệnh CS

 CS:IP

Con trỏcơsởBP (Base Pointer): chứa địa chỉcủa dữliệu

trong đoạn ngăn xếp SS hoặc các đoạn khác

Chỉsốđích (Destination Index): chứa địa chỉdữliệu đích

trong đoạn dữliệu DS trong các lệnh chuỗi

 DS:DI

SI và DI có thểđược sửdụng nhưthanh ghi đa năng

80386 trởlên 32 bit: EIP, EBP, ESP, EDI, ESI

Trang 100

Các thanh ghi con tr ỏ v à ch ỉ s ố

• Thanh ghi đoạn và thanh ghi lệch ngầm định

Địa chỉchuỗiđích

DIES

Địa chỉlệnhIP

CS

Chú thíchOffset

Segment

Trang 101

Sơđồkhối

Trang 102

Thanh ghi c ờ (Flag Register)

• 9 bit được sửdụng, 6 cờtrạng thái:

C hoăc CF (carry flag)): CF=1 khi có nhớhoặc mượn từMSB

P hoặc PF (parity flag): PF=1 (0) khi tổng sốbít 1 trong kếtquảlà chẵn (lẻ)

A hoặc AF (auxilary carry flag): cờnhớphụ, AF=1 khi có

nhớhoặc mượn từmột sốBCD thấp sang BCD cao

Z hoặc ZF (zero flag): ZF=1 khi kết quảbằng 0

S hoặc SF (Sign flag): SF=1 khi kết quảâm

O hoặc OF (Overflow flag): cờtràn OF=1 khi kết quảlà mộtsốvượt ra ngoài giới hạn biểu diễn của nó trong khi thực

hiện phép toán cộng trừsốcó dấu

2

15 14

C P

A Z

S T

I D O

Tiêu đề	Kỹ Thuật Vi Xử Lý
Người hướng dẫn	Giảng Viên: Phạm Ngọc Nam
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện Tử Tin Học
Thể loại	Tài Liệu Tham Khảo
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	525
Dung lượng	16,03 MB