Chương 2 - Máy tính trong hệ thống vi xử lý

Bộ vi xử lý có mặt trong các máy vi tính là sự phát triển tiếp theo của bộ xử lý trung tâm đ-ợc dùng nh- là một bộ phận chủ chốt trong các máy tính của các thế hệ tr-ớc. Để nắm bắt đ-ợc tính liên tục và tính kế thừa của sự phát triển này, tr-ớc khi giới thiệu về các bộ vi xử lý ta để ra một chút thời gian để giới thiệu sơ qua về các loại máy tính nói chung.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2 - Máy tính trong hệ thống vi xử lý Ch−¬ng 2 M¸y VI tÝnh vμ HÖ thèng vi xö lý Bé vi xö lý cã mÆt trong c¸c m¸y vi tÝnh lμ sù ph¸t triÓn tiÕp theo cña bé xö lý trung t©m ®−îc dïng nh− lμ mét bé phËn chñ chèt trong c¸c m¸y tÝnh cña c¸c thÕ hÖ tr−íc. §Ó n¾m b¾t ®−îc tÝnh liªn tôc vμ tÝnh kÕ thõa cña sù ph¸t triÓn nμy, tr−íc khi giíi thiÖu vÒ c¸c bé vi xö lý ta ®Ó ra mét chót thêi gian ®Ó giíi thiÖu s¬ qua vÒ c¸c lo¹i m¸y tÝnh nãi chung. 1. Tõ m¸y tÝnh lín ®Õn m¸y vi tÝnh Nh− ta ®· biÕt vÒ kiÕn tróc cña m¸y tÝnh nãi chung, mét m¸y tÝnh (computer) th«ng th−êng bao gåm c¸c khèi chøc n¨ng c¬ b¶n nh−: khèi xö lý trung t©m (CPU, central processing unit), bé nhí (M, memory) vμ khèi phèi ghÐp víi thiÕt bÞ ngo¹i vi (I/O, input/output). Tuú theo quy m« phøc t¹p cña c¸c khèi chøc n¨ng kÓ trªn mμ ng−êi ta ph©n c¸c m¸y tÝnh ®iÖn tö ®· vμ ®ang ®−îc sö dông ra thμnh c¸c lo¹i sau: 1.1. M¸y tÝnh lín M¸y tÝnh lín (mainframe) lμ lo¹i m¸y tÝnh ®−îc thiÕt kÕ ®Ó gi¶i c¸c bμi to¸n lín víi tèc ®é rÊt nhanh. Nã th−êng lμm viÖc víi sè liÖu víi ®é dμi tõ 64 bit hoÆc h¬n n÷a vμ ®−îc trang bÞ bé nhí rÊt lín. ChÝnh v× vËy m¸y tÝnh lín còng lín vÒ kÝch th−íc vËt lý. Chóng th−êng ®−îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ dïng trong qu©n 19 sù hoÆc c¸c hÖ thèng m¸y mãc cña ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu vò trô, ®Ó xö lý c¸c th«ng tin trong ngμnh ng©n hμng, ngμnh khÝ t−îng, c¸c c«ng ty b¶o hiÓm... Tiªu biÓu cho lo¹i m¸y tÝnh nμy lμ m¸y IBM 4381, Honeywell DSP8. Lo¹i m¸y m¹nh nhÊt trong sè c¸c m¸y lín ®−îc gäi lμ supercomputer (nh− lo¹i m¸y Y-MP/832 cña Cray). 1.2. M¸y tÝnh con M¸y tÝnh con (minicomputer) lμ mét d¹ng thu nhá vÒ kÝch th−íc còng nh− vÒ tÝnh n¨ng cña m¸y tÝnh lín. Nã ra ®êi nh»m tho¶ m·n c¸c nhu cÇu sö dông m¸y tÝnh cho c¸c øng dông võa ph¶i mμ nÕu dïng m¸y to vμo ®ã th× sÏ g©y ra l·ng phÝ. Do vËy m¸y tÝnh con th−êng lμm viÖc víi c¸c d÷ liÖu cã ®é dμi tõ lμ 32 bit víi tèc ®é chËm h¬n vμ kh¶ n¨ng cña bé nhí h¹n chÕ h¬n. M¸y tÝnh con th−êng dïng cho c¸c tÝnh to¸n khoa häc kü thuËt, gia c«ng d÷ liÖu qui m« nhá hay ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Tiªu biÓu cho nhãm nμy lμ c¸c m¸y VAX 6360 cña Digital Equipment Corporation vμ MV/8000II cña Data General. 1.3. M¸y vi tÝnh M¸y vi tÝnh (microcomputer) lμ lo¹i m¸y tÝnh rÊt th«ng dông hiÖn nay. Mét m¸y vi tÝnh cã thÓ lμ mét bé vi ®iÒu khiÓn (microcontroller), mét m¸y vi tÝnh trong mét vá vi m¹ch (one-chip microcomputer) hoÆc mét hÖ vi xö lý cã kh¶ n¨ng lμm viÖc víi sè liÖu cã ®é dμi 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit. HiÖn nay mét sè m¸y vi tÝnh cã thÓ cã tÝnh n¨ng so s¸nh ®−îc víi m¸y tÝnh con, lμm viÖc víi sè liÖu cã ®é dμi tõ lμ 32 bit (thËm chÝ lμ 64 bit). Ranh giíi ph©n chia gi÷a m¸y vi tÝnh vμ m¸y tÝnh con chÝnh v× thÕ ngμy cμng kh«ng râ nÐt. Mét ®Æc ®iÓm tiªu biÓu dÔ nhËn biÕt cña c¸c lo¹i m¸y vi tÝnh lμ chóng ®Òu sö dông c¸c bé xö lý trung t©m (CPU) ®−îc chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ m¹ch vi ®iÖn tö víi møc ®é tæ hîp lín, m¹ch VLSI (very large scale of integration) mμ ng−êi ta quen gäi lμ c¸c bé vi xö lý (microprocessor, μP). C¸c bé vi xö lý hiÖn cã trªn thÞ tr−êng th−êng ®−îc xÕp theo c¸c hä phô thuéc vμo c¸c nhμ s¶n xuÊt vμ chóng rÊt ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i. Næi bËt nhÊt trong c¸c hä vi xö lý ®ã lμ 2 hä cña 2 nhμ s¶n xuÊt hμng ®Çu rÊt næi tiÕng trong lÜnh vùc nμy, ®ã lμ hä vi xö lý 80x86 cña Intel vμ hä vi xö lý 680xx cña Motorola. Trong c¸c ch−¬ng sau chóng ta sÏ quan t©m chñ yÕu ®Õn c¸c bé vi xö lý, c¸c m¹ch phô trî vμ c¸c hÖ thèng x©y dùng trªn c¬ së linh kiÖn cña Intel, tuy thÕ sau ®©y ta còng sÏ giíi thiÖu l−ít qua vÒ lÞch sö ph¸t triÓn vμ c¸c ®Æc ®iÓm chung nhÊt cña c¸c thÕ hÖ vi xö lý tõ tr−íc ®Õn nay. Cuèi cïng ta sÏ ®−a ra c¸c b¶ng tæng kÕt, trong ®ã nªu ra c¸c th«ng sè chÝnh cña c¸c bé vi xö lý thÕ hÖ gÇn ®©y nhÊt cña 2 nhμ cung cÊp næi tiÕng lμ Intel vμ Motorola. 20 2. Sù ph¸t triÓn cña c¸c bé vi xö lý 2.1. ThÕ hÖ 1 (1971 - 1973) N¨m 1971, trong khi ph¸t triÓn c¸c vi m¹ch dïng cho m¸y tÝnh cÇm tay, Intel ®· cho ra ®êi bé vi xö lý ®Çu tiªn lμ 4004 (4 bit sè liÖu, 12 bit ®Þa chØ). Sau ®ã Intel vμ c¸c nhμ s¶n xuÊt kh¸c còng lÇn l−ît cho ra ®êi c¸c bé vi xö lý kh¸c: 4040 (4 bit) vμ 8008 (8 bit) cña Intel, PPS-4 (4 bit) cña Rockwell International, IPM-16 (16 bit) cña National Semiconductor. §Æc ®iÓm chung cña c¸c vi xö lý thÕ hÖ nμy lμ: • §é dμi tõ th−êng lμ 4 bit (còng cã thÓ dμi h¬n), • C«ng nghÖ chÕ t¹o PMOS víi ®Æc ®iÓm mËt ®é phÇn tö nhá, tèc ®é thÊp, gi¸ rÎ vμ chØ cã kh¶ n¨ng ®−a ra dßng t¶i nhá, • Tèc ®é thùc hiÖn lÖnh: 10- 60 μs/lÖnh víi tÇn sè ®ång hå fclk = 0,1 - 0,8 MHz, • TËp lÖnh ®¬n gi¶n vμ ph¶i cÇn nhiÒu vi m¹ch phô trî míi t¹o nªn mét hÖ vi xö lý hoμn chØnh. 2.2. ThÕ hÖ 2 (1974 - 1977) C¸c bé vi xö lý ®¹i diÖn trong thÕ hÖ nμy lμ c¸c vi xö lý 8 bit 6502 cña MOS Technology, 6800 vμ 6809 cña Motorola, 8080 vμ 8085 cña Intel vμ ®Æc biÖt lμ bé vi xö lý Z80 cña Zilog. C¸c bé vi xö lý nμy cã tËp lÖnh phong phó h¬n vμ th−êng cã kh¶ n¨ng ph©n biÖt ®Þa chØ bé nhí víi dung l−îng ®Õn 64KB. Cã mét sè bé vi xö lý cßn cã kh¶ n¨ng ph©n biÖt ®−îc 256 ®Þa chØ cho c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi (hä Intel vμ Zilog). Chóng ®· ®−îc sö dông rÊt réng r·i trong c«ng nghiÖp vμ nhÊt lμ ®Ó t¹o ra c¸c m¸y tÝnh 8 bit næi tiÕng mét thêi nh− Apple II vμ Commodore 64. TÊt c¶ c¸c bé vi xö lý thêi kú nμy ®Òu ®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ NMOS (víi mËt ®é phÇn tö trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch cao h¬n so víi c«ng nghÖ PMOS) hoÆc CMOS (tiÕt kiÖm ®iÖn n¨ng tiªu thô) cho phÐp ®¹t ®−îc tèc ®é tõ 1-8 μs/lÖnh víi tÇn sè ®ång hå fclk = 1-5 MHz. 2.3. ThÕ hÖ 3 (1978 - 1982) C¸c bé vi xö lý trong thÕ hÖ nμy cã ®¹i diÖn lμ c¸c bé vi xö lý 16 bit 8086/80186/80286 cña Intel hoÆc 68000/68010 cña Motorola. Mét ®iÒu tiÕn bé h¬n h¼n so víi c¸c bé vi xö lý 8 bit thÕ ...