Chương 2 - Máy tính trong hệ thống vi xử lý

- Máy VI tính vμ Hệ thống vi xử lý.
- Bộ vi xử lý có mặt trong các máy vi tính lμ sự phát triển tiếp theo của bộ xử lý trung tâm đ−ợc dùng nh− lμ một bộ phận chủ chốt trong các máy tính của các thế hệ tr−ớc.
- Để nắm bắt đ−ợc tính liên tục vμ tính kế thừa của sự phát triển nμy, 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..
- Từ máy tính lớn đến máy vi tính.
- Nh− ta đã biết về kiến trúc của máy tính nói chung, một máy tính (computer) thông th−ờng bao gồm các khối chức năng cơ bản nh−: khối xử lý trung tâm (CPU, central processing unit), bộ nhớ (M, memory) vμ khối phối ghép với thiết bị ngoại vi (I/O, input/output).
- Tuỳ theo quy mô phức tạp của các khối chức năng kể trên mμ ng−ời ta phân các máy tính điện tử đã vμ đang đ−ợc sử dụng ra thμnh các loại sau:.
- Máy tính lớn.
- Máy tính lớn (mainframe) lμ loại máy tính đ−ợc thiết kế để giải các bμi toán lớn với tốc độ rất nhanh.
- Nó th−ờng lμm việc với số liệu với độ dμi từ 64 bit hoặc hơn nữa vμ đ−ợc trang bị bộ nhớ rất lớn.
- Chính vì vậy máy tính lớn cũng lớn về kích th−ớc.
- sự hoặc các hệ thống máy móc của ch−ơng trình nghiên cứu vũ trụ, để xử lý các thông tin trong ngμnh ngân hμng, ngμnh khí t−ợng, các công ty bảo hiểm.
- Tiêu biểu cho loại máy tính nμy lμ máy IBM 4381, Honeywell DSP8.
- Máy tính con.
- Máy tính con (minicomputer) lμ một dạng thu nhỏ về kích th−ớc cũng nh− về tính năng của máy tính lớn.
- Do vậy máy tính con th−ờng lμm việc với các dữ liệu có độ dμi từ lμ 32 bit với tốc độ chậm hơn vμ khả năng của bộ nhớ hạn chế hơn.
- Máy tính con th−ờng dùng cho các tính toán khoa học kỹ thuật, gia công dữ liệu qui mô nhỏ hay để điều khiển quá trình công nghệ.
- Máy vi tính (microcomputer) lμ loại máy tính rất thông dụng hiện nay.
- Một máy vi tính có thể lμ một bộ vi điều khiển (microcontroller), một máy vi tính trong một vỏ vi mạch (one-chip microcomputer) hoặc một hệ vi xử lý có khả năng lμm việc với số liệu có độ dμi 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit.
- Hiện nay một số máy vi tính có thể có tính năng so sánh đ−ợc với máy tính con, lμm việc với số liệu có độ dμi từ lμ 32 bit (thậm chí lμ 64 bit).
- Ranh giới phân chia giữa máy vi tính vμ máy tính con chính vì.
- Một đặc điểm tiêu biểu dễ nhận biết của các loại máy vi tính lμ chúng đều sử dụng các bộ xử lý trung tâm (CPU) đ−ợc chế tạo bằng công nghệ mạch vi điện tử với mức độ tổ hợp lớn, mạch VLSI (very large scale of integration) mμ ng−ời ta quen gọi lμ các bộ vi xử lý (microprocessor, μP)..
- Các bộ vi xử lý hiện có trên thị tr−ờng th−ờng đ−ợc xếp theo các họ phụ thuộc vμo các nhμ sản xuất vμ chúng rất đa dạng về chủng loại.
- Nổi bật nhất trong các họ vi xử lý đó lμ 2 họ của 2 nhμ sản xuất hμng đầu rất nổi tiếng trong lĩnh vực nμy, đó lμ họ vi xử lý 80x86 của Intel vμ họ vi xử lý 680xx của Motorola..
- Trong các ch−ơng sau chúng ta sẽ quan tâm chủ yếu đến các bộ vi xử lý, các mạch phụ trợ vμ các hệ thống xây dựng trên cơ sở linh kiện của Intel, tuy thế sau đây ta cũng sẽ giới thiệu l−ớt qua về lịch sử phát triển vμ các đặc điểm chung nhất của các thế hệ vi xử lý từ tr−ớc đến nay.
- đó nêu ra các thông số chính của các bộ vi xử lý thế hệ gần đây nhất của 2 nhμ cung cấp nổi tiếng lμ Intel vμ Motorola..
- Sự phát triển của các bộ vi xử lý 2.1.
- Thế hệ .
- Năm 1971, trong khi phát triển các vi mạch dùng cho máy tính cầm tay, Intel.
- đã cho ra đời bộ vi xử lý đầu tiên lμ 4004 (4 bit số liệu, 12 bit địa chỉ).
- Sau đó Intel vμ các nhμ sản xuất khác cũng lần l−ợt cho ra đời các bộ vi xử lý khác: 4040 (4 bit) vμ 8008 (8 bit) của Intel, PPS-4 (4 bit) của Rockwell International, IPM-16 (16 bit) của National Semiconductor..
- Đặc điểm chung của các vi xử lý thế hệ nμy lμ:.
- Tập lệnh đơn giản vμ phải cần nhiều vi mạch phụ trợ mới tạo nên một hệ vi xử lý hoμn chỉnh..
- Các bộ vi xử lý đại diện trong thế hệ nμy lμ các vi xử lý 8 bit 6502 của MOS Technology, 6800 vμ 6809 của Motorola, 8080 vμ 8085 của Intel vμ đặc biệt lμ bộ vi xử lý Z80 của Zilog.
- Các bộ vi xử lý nμy có tập lệnh phong phú hơn vμ th−ờng có khả.
- năng phân biệt địa chỉ bộ nhớ với dung l−ợng đến 64KB.
- Có một số bộ vi xử lý còn có khả năng phân biệt đ−ợc 256 địa chỉ cho các thiết bị ngoại vi (họ Intel vμ Zilog)..
- Chúng đã đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp vμ nhất lμ để tạo ra các máy tính 8 bit nổi tiếng một thời nh− Apple II vμ Commodore 64.
- Tất cả các bộ vi xử lý thời kỳ nμy đều đ−ợc sản xuất bằng công nghệ NMOS (với mật độ phần tử trên một.
- Các bộ vi xử lý trong thế hệ nμy có đại diện lμ các bộ vi xử lý 16 bit của Intel hoặc của Motorola.
- Một điều tiến bộ hơn hẳn so với các bộ vi xử lý 8 bit thế hệ tr−ớc lμ các bộ vi xử lý 16 bit có tập lệnh đa dạng với các lệnh nhân, lệnh chia vμ các lệnh thao tác với chuỗi ký tự.
- Khả năng phân biệt địa chỉ cho bộ nhớ hoặc cho thiết bị ngoại vi của các vi xử lý thế hệ nμy cũng lớn hơn (từ 1 MB đến 16 MB cho bộ nhớ vμ tới 64 K địa chỉ cho thiết bị ngoại vi.
- Đây lμ các bộ vi xử lý đ−ợc dùng trong các máy IBM PC, PC/XT,.
- 8048/49 vμ 6805R2 (mạch nμy còn có thêm cả ADC 12 bit cho 4 kênh đầu vμo t−ơng tự) hoặc các bộ vi điều khiển 1 bit trong 1 vỏ nh− MC 14500B vμ 4 bit trong 1 vỏ nh−.
- Các bộ vi xử lý đại diện trong thế hệ nμy lμ các vi xử lý 32 bit vμ 64 bit Pentium của Intel, các vi xử lý 32 bit của Motorola..
- Đặc điểm của các bộ vi xử lý thế hệ nμy lμ bus địa chỉ đều lμ 32 bit (phân biệt 4 GB bộ nhớ) vμ có khả năng lμm việc với bộ nhớ ảo.
- Ng−ời ta cũng áp dụng các cơ chế hoặc các cấu trúc đã đ−ợc sử dụng trong các máy tính lớn vμo các bộ vi xử lý: cơ chế xử lý xen kẽ liên tục dòng mã lệnh (pipeline), bộ nhớ cache (bộ nhớ ẩn), bộ nhớ ảo.
- Các bộ vi xử lý nμy đều có bộ quản lý bộ nhớ (MMU) vμ nhiều khi cả các bộ đồng xử lý toán học ở bên trong.
- Chính nhờ các cải tiến đó mμ các bộ vi xử lý thế hệ nμy có khả năng cạnh tranh đ−ợc với các máy tính nhỏ trong rất nhiều lĩnh vực ứng dụng.
- Phần lớn các bộ vi xử lý thế hệ nμy đều đ−ợc sản xuất bằng công nghệ HCMOS..
- Một số thông số chính của các bộ vi xử lý của Intel vμ Motorola đ−ợc cho trong bảng 2.1 vμ 2.2..
- Các bộ vi xử lý 16 bit của Intel.
- Bus địa chỉ 20 bit 20 bit 24 bit.
- Khả năng địa chỉ 1 MB 1 MB 16 MB.
- Chế độ bộ nhớ ảo không không có.
- Có bộ quản lý bộ nhớ ở bên trong.
- Đồng xử lý toán học .
- Các bộ vi xử lý 32 bit của Intel.
- Số transistor triệu 1,18 triệu 1,2 triệu 3,1 triệu Bộ nhớ Cache Bên ngoμi, do.
- Khả năng địa chỉ 4 GB 16 MB 4 GB 4 GB 4 GB 4 GB.
- Chế độ bộ nhớ ảo có có có có có có.
- Có bộ quản lý vμ bảo vệ bộ nhớ ở bên trong.
- Đồng xử lý toán học 80387DX 80387SX bên trong 80487SX bên trong bên trong.
- Ghi chú I/D Cache: bộ nhớ cache (ẩn) chung cho lệnh vμ dữ liệu.
- ICache: bộ nhớ cache cho lệnh.
- DCache: bộ nhớ cache cho dữ liệu..
- Các bộ vi xử lý 16/32 bit của Motorola.
- Khả năng địa chỉ 16 MB 16 MB 4 GB 4 GB 4 GB 4 GB.
- Bộ nhớ cache không Icache 6B Icache 256B Icache 256B Dcache 256B.
- Chế độ bộ nhớ ảo không có có có có có.
- Đồng xử lý toán học không không bên trong bên trong.
- Ghi chú ICache: bộ nhớ cache cho lệnh.
- Bên cạnh các bộ vi xử lý vạn năng truyền thống th−ờng đ−ợc dùng để xây dựng các máy tính với tập lệnh đầy đủ (complex instruction set computer, CISC) đã.
- nói ở trên, trong thời gian nμy cũng xuất hiện các bộ vi xử lý cải tiến dùng để xây dựng các máy tính với tập lệnh rút gọn (reduced instruction set computer, RISC) với nhiều tính năng có thể so sánh với các máy tính lớn ở các thế hệ tr−ớc.
- Đó lμ các bộ vi xử lý Alpha của Digital, PowerPC của tổ hợp các hãng Apple-Motorola-IBM.
- Có lẽ hãy còn sớm, nh−ng cũng đã có khá nhiều biểu hiện để có thể nói đ−ợc rằng sự ra đời của các vi xử lý loại RISC chính lμ sự bắt đầu cho một thế hệ khác trong lịch sử phát triển của các bộ vi xử lý..
- Giới thiệu sơ l−ợc cấu trúc vμ hoạt động của hệ vi xử lý.
- Trên đây ta đã thấy bộ vi xử lý lμ một thμnh phần rất cơ bản không thiếu.
- Trong thực tế bộ vi xử lý còn phải kết hợp thêm với các bộ phận điện tử khác nh− bộ nhớ vμ các bộ phối ghép vμo/ra để tạo nên một hệ vi xử lý hoμn chỉnh.
- "hệ vi xử lý".
- mang ý nghĩa tổng quát hơn so với thuật ngữ "máy vi tính", vì máy vi tính chỉ lμ một trong những ứng dụng cụ thể của hệ vi xử lý..
- Hình 2.1 giới thiệu sơ đồ khối tổng quát của một hệ vi xử lý..
- Bus địa chỉ Bộ xử lý.
- Bộ nhớ (Memory).
- Sơ đồ khối của hệ vi xử lý với các thanh ghi trong vμ ngoμi..
- Trong sơ đồ nμy ta thấy rõ các khối chức năng chính của hệ vi xử lý gồm:.
- Khối xử lý trung tâm (central processing unit, CPU.
- Bộ nhớ bán dẫn(memory, M),.
- điều khiển..
- CPU đóng vai trò chủ đạo trong hệ vi xử lý.
- Bộ nhớ bán dẫn hay còn gọi lμ bộ nhớ trong lμ một bộ phận khác rất quan trọng của hệ vi xử lý.
- Các dữ liệu vμ ch−ơng trình muốn l−u trữ lâu dμi sẽ đ−ợc để ở bộ nhớ ngoμi..
- Khối phối ghép vμo/ra (I/O) tạo ra khả năng giao tiếp giữa hệ vi xử lý với thế giới bên ngoμi.
- đều liên hệ với hệ vi xử lý qua bộ phận nμy.
- Khi đọc/ghi bộ nhớ CPU sẽ đ−a ra trên bus nμy địa chỉ của ô nhớ liên quan.
- Khả năng phân biệt địa chỉ (số l−ợng địa chỉ cho ô nhớ mμ CPU có khả năng phân biệt đ−ợc) phụ thuộc vμo số bit của bus địa chỉ.
- một chiều của bus địa chỉ qua chiều của mũi tên.
- đổi dữ liệu trực tiếp giữa bộ nhớ - thiết bị ngoại vi cũng có khả năng nμy)..
- Bus dữ liệu th−ờng có từ đến 64 đ−ờng dây tuỳ theo các bộ vi xử lý cụ thể.
- Số l−ợng đ−ờng dây nμy quyết định số bit dữ liệu mμ CPU có khả năng xử lý cùng một lúc.
- Hoạt động của hệ thống vi xử lý trên cũng có thể đ−ợc nhìn theo một cách khác

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt