Kỹ thuật vi xử lý - Chương số 3

BỘ VI XỬ LÝ INTEL 8088 Sau khi đã tìm hiểu qua về cấu trúc của hệ vi xử lý. Trong chương này ta sẽ đi sâu tìm hiểu mọt bộvi xử lý cụ thể và rất điển hình: bộ vi xử lý của Intel. Trước hết cần nói rỏ lý do tại sao ở đâyta lại chọn đích danh bộ vi zử láy 8088 để tìm hiểu mà không phải là bộ vi xử lý nào khác ( điều mà nhiều người khác phải làm ).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật vi xử lý - Chương số 3 Trang : 1 CHƯƠNG 3 BỘ VI XỬ LÝ INTEL 8088 Sau khi đ ã t ìm hiểu qua về cấu trúc của hệ vi xử lý. Trong chương này ta sẽ đi sâu tìm hiểu mọt bộ vi xử lý cụ thể và rất điển hình: bộ vi xử lý củ a Intel. Trước hết cần nó i rỏ lý do tại sao ở đâyta lại chọn đích danh bộ vi zử láy 8088 để tìm hiểu mà không phải là bộ vi xử lý nào khác ( điều mà nhiều người khác phải làm ). Thứ nhất, đây là bộ vi xử lý nổ i tiếng một thời thuộ c họ 80x86 của Intel, nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là trong các máy IBM PC /XT. Các bộ vi xử lý thuộ c họ này sẽ còn đư ợc sủ dụng rộng rãi trong hàng chục năm nữa, và vi t ính kế thừa của các sản phẩm trong họ 80x86., các chương trình viết cho8088 vẫn có t hể chạy trên các hệ thố ng tiên tiến sau này. Thứ hai, về gó c độ sư phạm thì đây là bộ vi xử lý k há đơn giản và vì việc dạy hiểu nó là tương đố i dể đố i với nhữ ng người mới bắt đầu thâm nhập vào lĩnh vực này. Thứ ba, các họ vi xử lý tuy có khác nhau nhưng xét cho cùng cũng có khá nhiều đ iểm chủ yếu rất giống nhau. Do đó mộ t khi đã nắm được các vấn đề kỷ thuật của8088, ta sẽ có cơ sở để nắm bắt các kỷ t huật của các bộ vi xử lý k hác cù ng trong họ Intel 80x86 ho ặc của các họ khác. 1. Giới thiệu cấu trúc bên trong vàhoạt động của bộ vi xử lý 8088. Trước khi giới thiệu tập lệnh và cách thức lập tr ình cho bộvi xử lý8088 ho ạt độ ng ta cần phải t ìm hiểu k ỹ cấu trúc bên trong của nó. Trên hình 3.1 là sơ đồ khố i cấu trúc bên trong cảu bộ vi xử lý Intel 8088: 1.1.BIU Và EU theo sơ đồ khối trên hình 3.1 ta thấy bên trong CPU 8088 có 2 khối chính: khối phối ghép ( bus interface unit, BIU ) vàkhối thực hiện lệnh ( execution unit, EU ). Việc chia CPU ra thành 2 phần làm việc đồng thời có liên hệ với nhau qua đệm lệnh làm tăng đáng kể t ốc độ xử lý củ a CPU. Các bus bên trong CPU có nhiệ m vụ chuyển tải tín hiệu của các khố i khác. Trong số các bus đó có bus dữ liệu 16 bit của ALU, bus các t ín hiệu đ iều khiển ở EU và bus trong của hệ thống ở BIU. Trước khi đi ra bus ngoài hoặc đivào bus trong của bộ vi xử l, các tín hiệu truyền trên bus thường được cho đi qua các bộ đệm để nâng cao tính tương thích cho nố i ghép hoặc nâng cao phố i ghép. BIU đưa ra đ ịa chỉ, đọ c mã lệnh từ bộ nhớ, đọc / ghi dữ liệu từ vào cổ ng ho ặc bộ nhớ. Nói cách khác BIU chịu trách nhiệm đưa địa chỉ ra bus và trao đổ i dữ liệu với bus. Trong EU ta thấy có mộ t khối điều khiển ( control unit, CU ). Chính tại bên trong khối đ iều khiển này có mạch giải mã lệnh. Mã lệnh đọ c vào t ừ bộ nhớ được đưa đến đầu vào của bộ g iải mã, các thô ng tin thu đ ược từ đầu ra của nó sẽ được đ ưa đến mạch tạo xung điều khiển, kết quả là tu thu được các dãy xung khác nhau ( tuỳ theo mã lệnh ) để đ iều khiển hoạt độ ng của các bộ phận bên trong và bên ngo ài CPU. Trong khố i EU cò n có khối số học và lôgic ( arithmetic anh logic unit. ALU ) dùng để thực hiện các thao tác khác nhau với các toán hạng của lệnh. Tóm lại, khi CPU ho ạt độ ng EU sẽ cung cấp thông tin về địa chỉ cho BIU để khố i này đọc lệnh và dữ liệu, cò n bản thân nó thì đọ c lệnh và g iải mã lệnh. Trong BIU cò n có một bộ nhớ đệm lệnh với dung lượng 4 byte dù ng để chứa các mã lệnh đọ c được nằm sẵn để chờ EU xử lý ( trong tài liệu của Intel bộ đệ m lệnh này cò n được gọ i là hàng đợi lệnh ). Đây là một cấu trúc mới đư ợc cấy vào bộ v i xử lý 8086x88 do việc Intel đưa cơ chế xử lý xen kẻ liên tục, dòng mã lệnh ( instruction pipelining ) vào ứng dụ ng trong các bộ vi xử lý thế hệ mới. Pipeline là mộ t Trang : 2 cơ chế đã được ứ ng dụ ng từ nhữ ng năm 60 từ các máy lớn. Nhân đây ta sẽ g iới thiệu sơ qua một chút về cơ chế này. Trong các bộ vi xử lý ở các thế hệ trước ( như ở 8085 chẳng hạn ), thô ng thường hoạt động của CPU gồm 3 giai đoạn: đọc mã lệnh ( ôpcde fetch ), giải mã lệnh ( đecode ) và thực hiện lệnh ( execution ). Trong một thời đ iểm nhất đ ịnh, CPU thế hệ này chỉ có thể t hực hiện một trong ba cô ng việc nó i trên và vì vậy tuỳ theo từng giai đo ạn sẽ có nhữ ng bộ phận nhất định của CPU ở trạng thái nhàn rỗi. Chẳng hạn, khi CPU giải mã lệnh ho ặc khi nó đang thực hiện những lệnh không liên quan đến bus ( thao tác nộ i bộ ) thì các bus không được dù ng vào việc gì dẫn đến t ình trạng lãng phí khả năng của chú ng ( hình 3.2 ). Trong khi đó từ bộ vi xử lý 8086/88, Intel sử dụng cơ chế xử lý xen kẻ liên tục dò ng mã lệnh thì CPU đ ược chia thành 2 khố i và có sự phân chia công việc cho từng khố i: việc đọc mã lệnh là do khố i BIU thực hiện, việc giải mã lệnh và thực hiện lệnh là do khố i EU đảm nhiệm. Các khố i chức năng này có khả năng làm việc đồ ng thời và các bus sẽ liên t ục sử dụng: trong khi EU lấy mã lệnh từ bộ đệm 4 byte để g iải mã hoặc thực hiện các thao tác nộ ...