Bài giảng môn học Kiến trúc máy tính - Chương 1: Giới thiệu chung

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về HỆ VI XỬ LÍ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về HỆ VI XỬ LÍ Central Processing Unit CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Read Only Memory CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Random Access Memory CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Mạch điện giao tiếp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Thiết bị ngoại vi (xuất/nhập) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Bus địa chỉ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Bus dữ liệu CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Bus điều khiển CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 2. Bộ nhớ bán dẫn trong Hệ Vi Xử Lý Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) – Chỉ cho phép đọc thông tin ra từ ROM. – Lưu giữ chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống. – Thông tin trong ROM không bị mất ngay cả khi nguồn điện cung cấp không còn. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) – Thông tin trong RAM sẽ bị mất ngay khi nguồn điện cung cấp không còn. – Cho phép ghi thông tin vào RAM và đọc thông tin ra từ RAM. – Lưu giữ dữ liệu, một phần chương trình điều khiển hệ thống, các ứng dụng và kết quả tính toán. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Cấu trúc và phân loại ROM – RAM ROM RAM
A0 – AN: các chân địa chỉ (Address - N: số chân địa chỉ).
D0 – DM: các chân dữ liệu (Data - M: số chân dữ liệu).
OE: ngõ vào cho phép xuất (Output Enable).
CS: ngõ vào cho phép IC hoạt động (Chip Select).
WR: ngõ vào cho phép ghi (Write) – chỉ có ở RAM CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
MROM (Mask ROM): ROM mặt nạ.
PROM (Programmable ROM): ROM không xóa.
EPROM (Eraseable PROM): ROM lập trình và xóa được.  UV-EPROM (Ultra Violet EPROM): ROM ROM xóa bằng tia cực tím.  EEPROM (Electric EPROM): ROM lập trình và xóa bằng tín hiệu điện.  Flash ROM: ROM lập trình và xóa bằng tín hiệu điện. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
SRAM (Static RAM): RAM tĩnh.
DRAM (Dynamic RAM): RAM động. RAM CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 3. Cách xác định dung lượng bộ nhớ bán dẫn 8 bit a. Căn cứ vào số chân địa chỉ DUNG LƯỢNG = 2N x M (bit) – N: số chân (bit) địa chỉ. – M: số chân (bit) dữ liệu. Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn 8 bit có 15 đường địa chỉ. Cho biết dung lượng của bộ nhớ là bao nhiêu? Giải Số chân (bit) địa chỉ: 15 chân N = 15 Số chân (bit) dữ liệu: 8 chân M = 8 Dung lượng = 215 x 8 (bit) = 32.768 x 8 (bit) = 32 (KB) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG b. Căn cứ vào mã số MÃ SỐ = XXYYYY – XX: xác định loại bộ nhớ.
27: UV-EPROM 28: EEPROM
61, 62: SRAM 40, 41: DRAM – YYYY: xác định dung lượng. DUNG LƯỢNG = YYYY (Kbit) Ví dụ: Bộ nhớ bán dẫn 8 bit có mã số 27256. Cho biết dung lượng của bộ nhớ là bao nhiêu? Giải Bộ nhớ thuộc loại UV-EPROM XX = 27 Dung lượng = 256 (Kbit) = 32 (KB) CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 4. Phân biệt bộ VI XỬ LÝ – VI ĐIỀU KHIỂN a. Cấu trúc phần cứng (Hardware architecture) Vi xử lý (Microprocessor) – Đơn vị xử lý trung tâm (CPU). Vi điều khiển (Microcontroller) – Đơn vị xử lý trung tâm (CPU). – Bộ nhớ chương trình (ROM). – Bộ nhớ dữ liệu (RAM). – Mạch giao tiếp nối tiếp. – Mạch giao tiếp song song. – Mạch điều khiển ngắt. – Các mạch điều khiển khác. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG b. Các ứng dụng (Applications) Vi xử lý (Microprocessor) – Ứng dụng lớn, tính toán phức tạp. Vi điều khiển (Microcontroller) – Ứng dụng nhỏ, tính toán đơn giản. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG c. Các đặc trưng của tập lệnh (Instruction Set Feature) Vi xử lý (Microprocessor) – Có nhiều kiểu định địa chỉ. – Độ dài từ dữ liệu xử lý: Byte, Word, Double word, Vi điều khiển (Microcontroller) – Có ít kiểu định địa chỉ. – Độ dài từ dữ liệu xử lý: Bit, Byte. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG 5. Tiêu chí chọn loại VI ĐIỀU KHIỂN khi thiết kế Các loại Vi điều khiển thông dụng – 68xxx của Motorola. – 80xxx, AVR, ARM của Intel. – Z8xx của Zilog. – PIC16xxx, PIC18xxx của Microchip Technology. Các tiêu chí cơ bản khi chọn bộ Vi điều khiển – Đáp ứng yêu cầu tính toán một cách hiệu quả và kinh tế. – Có sẵn các công cụ phát triển phần mềm (chương trình mô phỏng, trình biên dịch, trình hợp dịch và gỡ rối). – Khả năng đáp ứng về số lượng ở hiện tại cũng như ở tương lai. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG Các tham số kỹ thuật cần chú ý – Tốc độ. – Kiểu IC: DIP, QFP, (DIP: vỏ dạng hai hàng chân, QFP: vỏ vuông dẹt). – Công suất tiêu thụ. – Dung lượng bộ nhớ ROM và RAM tích hợp sẵn trên chip. – Số chân vào/ra và bộ định thời trên chip. – Khả năng dễ dàng nâng cao hiệu suất hoặc giảm công suất tiêu thụ. – Giá thành trên một đơn vị khi mua số lượng lớn. 6. Giới thiệu về PIC - PIC (Programmable Intelligent Computer) nghĩa là “Máy tính thông minh khả trình” xuất phát từ Vi điều khiển PIC đầu tiên PIC1650, do hãng General Instrument đặt tên. - Sau đó hãng Microchip tiếp tục phát triển loại PIC này và cho ra đời gần 100 loại PIC đến nay. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG - Các dòng PIC hiện nay: + Dòng PIC 12Cxx có độ dài lệnh 12bit (Basic-line). + Dòng PIC 10F, 12F, 16F có độ dài lệnh 14bit (Mid-range). + Dòng PIC 18F có độ dài lệnh 16bit (High-End). + Dòng dsPIC là dòng PIC mới hiện nay. 7. Kiến trúc PIC - Hai kiến trúc VĐK phổ biến là Von Neumann và Harvard. + Von Neumann: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình có cấu tạo chung nhau, do đó sử dụng chung đường truyền bus, nên tốc độ xử lý dữ liệu hạn chế. CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG + Harvard: 2 bộ nhớ có cấu tạo được tách rời, do đó có thể xử lý 2 bộ nhớ cùng lúc trong cùng một thời điểm, nên tốc độ xử lý được cải thiện rất nhiều. - Ngoài ra, đối với kiến trúc Harvard thì cấu trúc Tập lệnh có thể được tối ưu tùy theo dòng VĐK mà không phụ thuộc vào cấu trúc Bộ nhớ dữ liệu. Ví dụ: - Đối với kiến trúc Harvard: PIC 16F có độ dài lệnh luôn CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG là 14bit ( trong khi cấu trúc bộ nhớ dữ liệu là Byte). - Von Neumann: độ dài lệnh luôn là bội số của Byte ( vì cấu trúc của bộ nhớ dữ liệu được chia theo từng Byte). 8. RISC và CISC - Tập lệnh PIC (kiến trúc Harvard) được thiết kế sao cho mã lệnh với số lượng bit nhất định, tạo ra ít lệnh hơn,lệnh đơn giản và ngắn hơn nhằm cải thiện thêm về tốc độ. - Do đó, VĐK được tổ chức theo kiến trúc Harvard còn được CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU CHUNG gọi là Vi điều khiển RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay VĐK có tập lệnh rút gọn. - VĐK được tổ chức theo kiến trúc Von Neumann còn được gọi là Vi điều khiển CISC (Complex Instruction Set Computer) với mã lệnh luôn là bội số của Byte.