Tài liệu Kỹ thuật vi xử lý Microprocessors pptx

frequently she told Howard Aiken that they are "debugging" the computer.Lab book!!. /Chapte r1s nh phân thay vì s th p phân... • Năm 1947, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brat

M icroprocessors

Gi ng viên: Ph m Ng c Namả ạ ọ

/Chapte r1

 Ti n s k thu t chuyên ngành đi n t -tin h c, 9/ 2004, ế ỹ ỹ ậ ệ ử ọ

Đ i h c K.U Leuven, V ng Qu c B ạ ọ ươ ố ỉ

 Đ tài: qu n lý ch t l ng d ch v trong các ng d ng đa ề ả ấ ượ ị ụ ứ ụ

ph ng ti n tiên ti n ươ ệ ế

/Chapte r1

b n giáo d c, 1995.ả ụ

• Cảm n giáo s Rudy Lauwereins đã cho phép s ơ ư ử

d ng slides c a ôngụ ủ

/Chapte r1

/Chapte r1

/Chapte r1

Th h -1: The early days (…-1642) ế ệ

Th h -1: The early days (…-1642) ế ệ

• Bàn tính, abacus, đã đ c s d ng đ tính toán ượ ử ụ ể

Khái ni m v giá tr theo v trí đã đ c x d ngệ ề ị ị ượ ử ụ

• Thế ỷ k 12: Muhammad ibn Musa Al'Khowarizmi đ a ư

ra khái ni m v gi i ệ ề ảthu t ậ algorithm

/Chapte r1

Th h -1: The early days (…-1642) ế ệ

Th h -1: The early days (…-1642) ế ệ

• Codex Madrid - Leonardo Da Vinci (1500)

 V ẽ m t cái máy tính c khí ộ ơ

/Chapte r1

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

• Blaise Pascal, con trai c a m t ng i thu thu , đã ủ ộ ườ ế

ch t o m t máy c ng có nh vào năm 1642ế ạ ộ ộ ớ

/Chapte r1

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

• 1822, Charles Babbage

nh n ra r ng các b ng ậ ằ ảtính dùng trong hàng

h i có quá nhi u l i d n ả ề ỗ ẫ

t i vi c r t nhiêu tàu b ớ ệ ấ ị

m t tíchấ

• Ông đã xin chính ph ủAnh h tr đ nghiên ỗ ợ ể

c u v máy tínhứ ề

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

/Chapte r1

tiên vào năm 1842 khi

cô vi t ch ng trình cho ế ươ

Analytical Engine, thi t ế

b th 2 c a Babbageị ứ ủ

/Chapte r1

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

• Herman Hollerith, ng i M , thi t k m t máy tính ừờ ỹ ế ế ộ

đ x lý d li u v dân s M 1890ể ử ữ ệ ề ố ỹ

• Ông thành l p công ty, Hollerith Tabulating ậ

Company, sau đ y là Calculating-Tabulating-ấ

Recording (C-T-R) company vào năm 1914 và sau này đ c đ i tên là IBM (International Business ượ ổ

Machine) vào năm 1924

/Chapte r1

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

Th h 0: Mechanical (1642-1945) ế ệ

• Máy tính c đi n t đ ng l n đa năng đ u tiên là ơ ệ ự ộ ớ ầ

máy Harvard Mark I ( IBM Automatic Sequence Control

Calculator ), phát minh b i ở Howard Aiken vào cu iố 1930

• ASCC không ph i là máy tính có ch ng trình l u tr ả ươ ư ữ

s n mà các l nh đ c ghi vào các băng gi y.ằ ệ ượ ấ

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

Lab book!!

Numbered pages for USA patents

/Chapte r1

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

• Năm 1943, John Mauchly và J Presper Eckert

b t đ u nghiên ắ ầ

c u v ENIACứ ề

/Chapte r1

/Chapte r1

s nh phân thay vì s th p phân ố ị ố ậ

• Máy tính ngày nay đ u có c u trúc von Neumann ề ấ

• ông đ t n n móng cho hi n t ng “von Neumann ặ ề ệ ượ

bottleneck”, s không t ng thích gi a t c đ c a ự ươ ữ ố ộ ủ

b nh v i đ n v x lýộ ớ ớ ơ ị ử

/Chapte r1

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

• Năm 1951, máy tính Whirlwind l n đ u tiên s d ng ầ ầ ử ụ

b nh lõi t (magnetic core memories) G n đây ộ ớ ừ ầ

nguyên lý này đã đ c s d ng l i đ ch t o MRAM ượ ử ụ ạ ể ế ạ

d ng tích h p

/Chapte r1

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

Th h 1: Vacuum tubes (1945-1955) ế ệ

• John von Neumann năm 1952 v i chi c máy tính m i c a ông ớ ế ớ ủ

/Chapte r1

• Năm 1947, William Shockley, John Bardeen, and Walter Brattain phát minh ra transistor

/Chapte r1

/Chapte r1

• Năm 1958, Jack St Clair Kilby of Texas

Instruments (Nobel prize physics, 2000) đ a ra và ư

ch ng minh ý t ng tích h p 1 transistor v i các ứ ưở ợ ớ

đi n tr và t đi n trên m t chip bán d n v i kích ệ ở ụ ệ ộ ẫ ớ

th c 1 n a cái k p gi y Đây chính là IC.ướ ử ẹ ấ

• 7/4/1964 IBM đ a ra System/360, hư ọ máy tính t ng ươthích đ u tiên c a IBMầ ủ

/Chapte r1

• 4 b ít d li u, 12 bit đ a ch ữ ệ ị ỉ

/Chapte r1

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

chế ạ t o MITS Altair 8800, máy tính cá nhân đ u tiênầ

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

màn hình và không b nh ngoàiộ ớ

• Sau đó, Bill Gate và Paul Allen vi t ch ng trình d ch ế ươ ịBASIC cho Altair

/Chapte r1

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

• Năm 1981, IBM bắ t đ u v i ầ ớ IBM "PC" sử

d ng h ụ ệ đi u hành DOS ề

m i: windows, bi u t ng, mouse ớ ể ượ

Con chu t đ u tiên ộ ầ

/Chapte r1

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

• Năm 1986, siêu máy tính Cray-XMP với 4 bộ ử x lý đã đ t ạ

t c đ tính toán là 840 MFlops N ố ộ ó đ c làm mát b ng n c ượ ằ ướ

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

Th h 4: VLSI (1980-?) ế ệ

• Tốc đ tính toán này đã đ t đ c v i máy tính cá ộ ạ ượ ớ

nhân 1 vi x lýử , Pentium III, vào quý 1 năm 2000

/Chapte r1

Phân lo i vi x lý ạ ử

Phân lo i vi x lý ạ ử

/Chapte r1

Phân lo i vi x lý ạ ử

Phân lo i vi x lý ạ ử

*Engine Performance and Emission Control (Traction Control)

*Safety Systems

*Cabin Air Quality

*Suspension

and Braking Control

*Steering Controls*Entertainment

*Intelligent Transportation

System (ITS)

*Digital Car Radio

Phân lo i vi x lý ạ ử

Phân lo i vi x lý ạ ử

/Chapte r1

Phân lo i vi x lý ạ ử

Phân lo i vi x lý ạ ử

• Vi x lý đa năng (General Purpose Microprocessor)ử

• DSP (Digital Signal Processor)

• Vi đi u khi n (Microcontroller)ề ể

• ASIP (Application Specific Integrated Processor)

/Chapte r1

d D

/Chapte r1

i i

d B

i i

d O

/Chapte r1

i i

d H

Chuy n đ i gi a các h đ m ể ổ ữ ệ ế

Chuy n đ i gi a các h đ m ể ổ ữ ệ ế

• Chuy n t h th p phân sang nh phânể ừ ệ ậ ị

 Quy t c: l y s c n đ i chia cho 2 và ghi nh ph n d , l y ắ ấ ố ầ ổ ớ ầ ư ấ

th ng chia ti p cho 2 và ghi nh ph n d L p l i khi ươ ế ớ ầ ư ặ ạ

th ng b ng 0 Đ o ng c th t dãy các s d s đ c ch ươ ằ ả ượ ứ ự ố ư ẽ ượ ứ

s c a h nh phân c n tìm ố ủ ệ ị ầ

 Ví d : Đ i 34 sang h nh phân: 100010 ụ ổ ệ ị

• Chy n t h nh phân sang h 16 và ng c l iể ừ ệ ị ệ ượ ạ

 1011 0111B = B7H

/Chapte r1

3 5

6 5

7 2

2

Nhớ x y

T ng ổ 8 8

0 1 0

T ng ổ

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

/Chapte r1

Tr nh phân ừ ị

Tr nh phân ừ ị

x y

/Chapte r1

/Chapte r1

/Chapte r1

S bù 2 ố

S bù 2 ố

/Chapte r1

/Chapte r1

Little endian và big endian

• S 1234 H đ c l u tr th nào trong b nh 8 bit?ố ượ ư ữ ế ộ ớ

little endian Intel microprocessors Motorola microprocessorsbig endian

(real number, floating point number)

• Ví d : 1,234=1,234*10ụ 0=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

/Chapte r1

S th c ố ự

S th c ố ự

(real number, floating point number)

• IEEE-754 format cho single-precision

1 sign bit: 0 d ng, 1 âm ươ

8 bit biased exponent= exponent + 127

24 bit mantissa chu n hoá = 1 bit n + 23 bit fraction ẩ ẩ

Mantissa chu n hoá: có giá tr gi a 1 và 2 : 1.f ẩ ị ữ

23 30

31

S biased exponent e fraction f of normalized mantissa

(real number, floating point number)

• IEEE-754 format cho double-precision

0 51

52 62

63

S biased exponent e fraction f of normalized mantissa

1 sign bit: 0 d ng, 1 âm ươ

11 bit biased exponent= exponent + 1023

53 bit mantissa chu n hoá = 1 bit n + 52 bit fraction ẩ ẩ

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

/Chapte r1

S th c ố ự

S th c ố ự

(real number, floating point number)

BCD

• Binary Coded Decimal number

 BCD chu n (BCD gói, packed BCD): ẩ

/Chapte r1

ASCII

• American Standard Code for Information

Interchange (7-bit code)

/Chapte r1

H vi x lý ệ ử

H vi x lý ệ ử

Vi x lý ử CPU

CPU

B nh ộ ớ MemoryB nhộ ớ

Memory

Ph i ghép ố vào/ra (I/O)

vào/ra (I/O)

DRAM SRAM ROM EEPROM Flash

Intel 80X86 Motorola 680X PowerPC

Thi t ế bị

vào/ra Màn hình Máy in Bàn phím Con chu t ộ

ISA EISA PCI VESA SCSI USB

/Chapte r1

 Đ n v đi u khi n (Control Unit) ơ ị ề ể

 Các thanh ghi (Registers)

 L u tr d li u và tr ng thái c a quá trình th c hi n l nh ư ữ ữ ệ ạ ủ ự ệ ệ

Đ c mã l nh ọ ệ

Gi i mã l nh ả ệ

Th c hi n l nh ự ệ ệ

/Chapte r1

8 16 16 16 16 32 32 64 64 64

20 20 20 24 24 32 32 32 36 36

16 16 32 32 32 64 64

24 24 32 32 32 32 32