Thiết kế mạch quang báo kết hợp KIT VXL và máy tính, chương 1

Giới thiệu chung về hệ thống vi xử lý. Vi xử lý là sự kết hợp của hai kỹ thuật công nghệ quan trọng:Đó là máy tính dùng kỹ thuật số và các vi mạch điện tử. Hai công nghệ này kết hợp lại với nhau và các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra vi xử lý. Chức năng chính của vi xử lý là xử lý dữ liệu chứa trong bộ nhớ. Để làm được điều này vi xử lý phải có các mạch logic cho việc xử lý dữ liệu và cần phải có chương trình. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế mạch quang báo kết hợp KIT VXL và máy tính, chương 1 CHÖÔNG 1: TOÅNG QUAN KYÕ THUAÄT VI XÖÛ LYÙ I.1.Lòch söû phaùt trieån vi xöû lyù. I.1.1.Giôùi thieäu chung veà heä thoáng vi xöû lyù. Vi xöû lyù laø söï keát hôïp cuûa hai kyõ thuaät coâng ngheä quan troïng:Ñoù laø maùy tính duøng kyõ thuaät soá vaø caùc vi maïch ñieän töû. Hai coâng ngheä naøy keát hôïp laïi vôùi nhau vaø caùc nhaø nghieân cöùu ñaõ cheá taïo ra vi xöû lyù. Chöùc naêng chính cuûa vi xöû lyù laø xöû lyù döõ lieäu chöùa trong boä nhôù. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu naøy vi xöû lyù phaûi coù caùc maïch logic cho vieäc xöû lyù döõ lieäu vaø caàn phaûi coù chöông trình. Chöông trìng laø taäp hôïp caùc leänh. Vi xöû lyù thöïc hieän moät leänh vôùi trình töï nhö sau:  Ñoùn leänh töø boä nhôù.  Giaûi maõ leänh  Thöïc hieän leänh. I.1.2.Naêng löïc cuûa vi xöû lyù. Khi noùi ñeán naêng löïc cuûa Microprocessor coù nghóa laø noùi ñeán khaû naêng xöû lyù döõ lieäu, coù 3 thoâng soá ñeå ñaùnh giaù naêng löïc cuûa Microprocessor.  Chieàu daøi cuûa töø döõ lieäu cuûa Microprocessor.  Soá löôïng caùc oâ nhôù maø Microprocessor coù theå truy xuaát ñöôïc.  Toác ñoä maø Microprocessor coù theå thöïc hieän moät leänh. I.2.Caùc khaùi nieäm cô baûn veà caáu truùc cuûa vi xöû lyù. I.2.1.Chieàu daøi töø döõ lieäu. Microprocessor ñaàu tieân coù chieàu daøi töø döõ lieäu laø 4 bit, tieáp theo laø caùc Microprocessor 8 bit, 16 bit, 32 bit vaø 64 bit. Moãi Microprocessor coù chieàu daøi töø döõ lieäu khaùc nhau coù moät khaû naêng öùng duïng khaùc nhau, caùc Microprocessor coù chieàu daøi töø döõ lieäu lôùn, toác ñoä laøm vieäc nhanh, khaû naêng truy suaát boä nhôù lôùn ñöôïc duøng trong caùc coâng vieäc xöû lyù döõ lieäu, ñieàu khieån phöùc taïp, caùc Microprocessor coù chieàu daøi töø döõ lieäu nhoû hôn, khaû naêng truy suaát boä nhôù nhoû hôn, toác ñoä laøm vieäc thaáp hôn ñöôïc söû duïng trong caùc coâng vieäc ñieàu khieån vaø xöû lyù ñôn giaûn chính vì theá caùc Microprocessor naøy vaãn toàn taïi. I.2.2.Khaû naêng truy suaát boä nhôù. Dung löôïng boä nhôù maø Microprocessor laøm vieäc quyeát ñònh ñeán toác ñoä laøm vieäc cuûa Microprocessor. Caùc Microprocessor ñaàu tieân bò giôùi haïn veà khaû naêng truy xuaát boä nhôù. Microprocessor 4004 coù 14 ñöôøng ñiaï chæ neân coù theå truy xuaát ñöôïc 214 = 16.384 oâ nhôù, vi xöû lyù 8 bit coù 16 ñöôøng ñiaï chæ neân coù theå truy xuaát ñöôïc 216 = 65.536 oâ nhôù, Microprocessor 16 bit coù 20 ñöôøng ñiaï chæ neân coù theå truy suaát 220 = 1.024.000 oâ nhôù, Microprocessor 32 bit nhö 386 hay 68020 coù theå truy suaát 4 G oâ nhôù, Microprocessor coù khaû naêng truy xuaát boä nhôù caøng lôùn neân coù theå xöû lyù caùc chöông trình lôùn. Tuøy theo öùng duïng cuï theå maø choïn moät Microprocessor thích hôïp. I.2.3.Toác ñoä laøm vieäc cuûa microprocessor Taàn soá xung clock cung caáp cho Microprocessor laøm vieäc quyeát ñònh ñeán toác ñoä laøm vieäc cuûa Microprocessor. Microprocessor coù toác ñoä laøm vieäc caøng lôùn thì khaû naêng xöû lyù leänh caøng nhanh. Taàn soá xung Clock laøm vieäc cuûa caùc Microprocessor ñöôïc cho bôûi caùc nhaø cheá taïo I.2.4. Caùc thanh ghi cuûa Microprocessor. Caùc thanh ghi laø moät phaàn quan troïng trong caáu truùc cuûa Microprocessor. Caùc thanh ghi beân trong cuûa Microprocessor duøng ñeå xöû lyù döõ lieäu. Neáu Microprocessor coù soá löôïng thanh ghi nhieàu thì ngöôøi laäp chöông trình coù theå vieát caùc chöông trình ñieàu khieån Microprocessor ñôn giaûn hôn, laøm taêng toác ñoä xöû lyù chöông trình. Neáu Microprocessor coù soá löôïng thanh ghi ít thì chöông trình seõ phöùc taïp hôn, toác ñoä xöû lyù chöông trình chaäm hôn. Vaäy soá löôïng caùc thanh ghi beân trong Microprocessor cuõng aûnh höôûng ñeán toác ñoä vaø khaû naêng xöû lyù chöông trình. I.2.5.Caùc leänh cuûa Microprocessor. Taäp leänh cuûa Microprocessor laø moät trong nhöõng yeáu toá cô baûn ñeå ñaùnh giaù toác ñoä laøm vieäc cuûa Microprocessor. Neáu Microprocessor coù nhieàu maïch ñieän logic beân trong ñeå thöïc hieän thì soá leänh ñieàu khieån cuûa Microprocessor caøng nhieàu, khi ñoù Microprocessor caøng lôùn vaø ñoä phöùc taïp caøng lôùn. Ví duï so saùnh 2 taäp leänh cuûa 2 Microprocessor 8 bit laø 8051 vaø Z80 thì 8051 coù 111 leänh khaùc nhau coøn Z80 coù 158 leänh. Taäp leänh cuûa moät Microprocessor caøng nhieàu raát coù ích khi laäp trình hay vieát chöông trình cho Microprocessor. I.2.6.Caáu truùc truy xuaát boä nhôù. Moät phaàn quyeát ñònh söï meàm deûo trong laäp trình laø soá löôïng caùc kieåu truy suaát boä nhôù khaùc nhau cuûa Microprocessor, Microprocessor coù nhieàu kieåu truy suaát boä nhôù seõ coù khaû naêng xöû lyù caøng nhanh vaø caáu truùc caùc maïch ñieän beân trong caøng phöùc taïp. Microprosesor coù chieàu daøi töø döõ lieäu caøng lôùn thì coù soá löôïng caùc kieåu truy xuaát boä nhôù caøng lôùn. I.2.7.Caùc maïch ñieän giao tieáp beân ngoaøi cuûa Microprocessor. Ngoaøi giao tieáp vôùi boä nhôù, Microprocessor coù caùc maïch ñieän giao tieáp vôùi caùc maïch ñieän beân ngoaøi ñeå ñieàu khieån hay môû roäng khaû naêng ñieàu khieån. Caùc maïch ñieän beân ngoaøi laø caùc IC vaø ñöôïc goïi laø IC ngoaïi vi. Moãi IC coù moät chöùc naêng rieâng, tuøy thuoäc vaøo yeâu caàu ñieàu khieån maø choïn caùc IC ngoaïi vi. Hình 1.1: Sô ñoà toång quaùt cuûa moät heä thoáng vi xöû lyù I.3.Caáu truùc beân trong cuûa boä vi xöû lyù. Moät boä vi xöû lyù goàm coù hai phaàn chính laø ñôn vò thöïc haønh EU (execution unit) vaø ñôn vò töông thích BUS laø BIU. + EU thöïc hieän taát caû caùc pheùp tính toaùn soá hoïc vaø logic. + BIU thì thu nhaän leänh vaø döõ lieäu töø boä nhôù. Caùc leänh naøy duøng ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng CPU. I.3.1.Ñôn vò thöïc hieän. EU laø nôi xaûy ra caùc quaù trình xöû lyù döõ lieäu trong boä vi xöû lyù. ÔÛ ñaây coù ñôn vò soá hoïc vaø logic (ALU – ARITH ...