giÁo trÌnh kỹ thuật vi ì - lrc.tnu.edu.vn · điều khiển của các chương trinh...
Post on 03-Apr-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
G I Á O T R Ì N H
K ỹ t h u ậ t v i ì
(TẬP 1)
H Ọ C V I Ệ N C Ô N G N G H Ệ B ư u C H Í N H VIÊN T H Ô N G
G I Á O T R Ì N H
K ỹ t h u ậ t v i x ử
( T Ậ P 1 )
B i ê n s o ạ n : T S . H ồ K h á n h L â m
N H À X U Ấ T B Ả N BƯU Đ I Ệ N
Hà Nội-2008
L Ờ I G I Ớ I T H I Ệ U
Chiến lược phát triển công nghệ thông tin và truyền thông
(ICT) của đất nước ta coi đào tạo nguồn nhân lực, đặc biệt là
đội ngủ kỹ sư hệ thống công nghệ điện tử - viễn thông - tin học
là một yêu cầu cấp bách đối với công tác nghiên cứu và giáo dục
đào tạo ở hệ cao đẳng và đại học. Kỹ thuật vi xử lý là kiên trúc
lõi cơ bản nhất trong hầu hết các hệ thông thiết bị điện tử, viên
thông và tự động hóa, củng như mạng lưới và các hệ thống xử lý
thông tin hiện đại khác. Do vậy, hiểu biết "Kỹ thuật vi xử lý" trở
thành nhu cầu không thê thiếu của các kỹ thuật viên, cán bộ,
chuyên gia trong lĩnh vực Điện tử - Viễn thông - Tin học.
Cùng với nhiều tài liệu, sách tham khảo "Kỹ thuật vi xử lý"
đang lưu hành, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và
tác giả cho ra đời quyến giáo trình "Kỹ thuật vi xử lý" này trên
cơ sở tuân thủ nội dung của một giáo trình, được Hội đồng
nghiệm thu phê duyệt, với nhiều nội dung tham khảo phong
phú nhằm mở rộng kiến thức cho nhiều loại đôi tượng sử dụng
trong giảng dạy, học tập và nghiên cứu: giảng viên, sinh viên
các trường Đại học, Cao đắng, các trường Kỹ thuật dạy nghề,
các học viên cao học và nói chung những ai khi học tập nghiên
cứu về kỹ thuật vi xử lý, máy vi tính nói riêng và kỹ thuật tin
học nói chung.
Nội dung của giáo trình đề cập những khái niệm cơ bản về
vi xử lý, về công nghệ của một số vi xử lý thông dụng từ 8-bít
đến 64-bít, từ kiến trúc tập lệnh phức tạp (CISC) đến kiến trúc
tập lệnh giảm thiêu (RISC), được các nhà sản xuất hàng đầu
thế giới như Intel, Ziỉog, Motoroỉa, HP, IBM, Sun,... tạo ra; diễn
giải các tập lệnh của các vi xử lý thông qua lập trình hợp ngữ
các nguyên tắc phối ghép và trao đối thông tin giữa vi xử lý với
thê giới vật lý bên ngoài (bộ nhớ, thiết bị ngoại vi,...); trình bày
các loại thiết bị nhớ bằng vật liệu bán dẫn, vật liệu từ, quang
học. Giáo trình tập trung trình bày kỹ công nghệ vi xử lý Intel
từ 808x đến Pentium M công nghệ Centrino Mobiỉe do sự ứng
dụng phổ biến của chúng trong các thế hệ máy ui tính từ trước
đến nay và củng đế đảm bảo thỏa mãn đa số nội dung giảng
dạy và thực tập môn kỹ thuật vi xử lý trong các cơ sở đào tạo.
Các loại vi điều khiển và xử lý tín hiệu củng được trình bày một
cách cơ bản với những ví dụ ứng dụng đơn giản của chúng.
Giáo trình có phần bài tập giúp cho người đọc ôn luyện kiến
thức dễ dàng.
Nội dung của giáo trình thể hiện sự đầu tư sức lao động
nghiêm túc, công phu cùng với kinh nghiệm thực tế và đào tạo
của tác giả trong lĩnh vực "Kỹ thuật vi xử lý" và máy tính điện
tử nhiều năm với mong muôn đóng góp cho sự nghiệp đào tạo
của ngành Bưu chính Viễn thông và công nghệ thông tin nói
riêng và giáo dục đào tạo nói chung trong sự nghiệp phát triển
nguồn nhân lực trí tuệ cho đất nước.
Xin trân trọng giới thiệu.
G S . T S K H . Đ Ố T R U N G T Á
L Ờ I N Ó I Đ Ầ U
Ngày nay, bộ ui xử lý được sử dụng rộng rãi không chỉ
trong lĩnh vực máy tính điện tử mà còn trong rất nhiêu hệ thống
điều khiển khác. Với sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp
một bộ ui xử lý có thế được chế tạo từ một hoặc vài ui mạch tích
hợp cở lớn, chứa hàng ngàn hoặc hàng triệu transistor. Dưới sự
điều khiển của các chương trinh chứa trong bộ nhớ, bộ vi xử lý
thực hiện các phép tính số học, logic, các phép toán khác và kết
nối, trao đổi dữ liệu với các thiết bị bên ngoài thông qua các
cong vào Ira. Do vậy, vấn đề đặt ra là phải hiếu về kỹ thuật vi
xử lý và lập trình cho vi xử lý như thế nào đê tự động điều khiên
mang lại hiệu quả cao.
Để đáp ứng yêu cầu trên, Học viện Công nghệ Bưu chính
Viễn thông phối hợp với Nhà xuất bản Bưu điện xuất bản cuốn
sách "Giáo trình Kỹ thuât Vi xử lý" do TS. Hồ Khánh Lâm
chủ biên. Giáo trình gồm 8 chương, chia làm 02 tập. Tập Ì từ
chương Ì đến chương 4 giới thiệu những khái niệm cơ bản về hệ
thống vi xử lý như kiến trúc Von Neumann, kiến trúc Harvard;
đặc điếm, cấu trúc và đặc tính nâng cao tóc độ của bộ vi xử lý;
cấu trúc và hoạt động của họ vi xử lý từ 8085, 8086/8088, 8087,
80x86, Z80, đến Pentỉum IU, IV, Motoroỉa68000,... Bên cạnh đó
cuốn sách không chỉ giới thiệu về lệnh, các dạng lệnh, cách mã
hóa lệnh, các mã lệnh và tập lệnh của vi xử lý mà còn giới thiệu
cụ thế về các khái niệm, cách thức lập trình hợp ngữ, cơ chế làm
việc, cấu trúc của chương trình con, macro và các vấn đề liên
giúp cho người lập trình tự tạo được những lệnh điều khiển
riêng theo ý muốn. Tập 2 từ chương 5 đến chương 8 trình bày về
cách ghép nối CPU với bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi; các
phương pháp điều khiến vào Ị ra dữ liệu; giới thiệu các bộ vi xử
lý công nghệ tiên tiến và bộ vi điều khiển. Ngoài ra cuốn sách
còn giã thiệu một số phụ lục về các tập lệnh của Intel 8086,
Intel x86, Z80, Motorola M680X0, Intel 8051, ỉnteỉ 8085A,... để
bạn đọc tiện tham khảo. Đặc biệt cuốn sách còn có phần bài tập
ôn luyện giúp cho bạn đọc tự củng cố và nâng cao kiến thức của
bản thân.
Gieo trình này không chỉ đề cập đến những khái niệm cơ
bản mà còn đưa ra một số kỹ năng, kinh nghiệm cần thiết đê
phát triển (hay lập trình) các chương trình điều khiển cụ thể.
Hy vọng cuốn sách sẽ hữu ích cho học sinh, sinh viên, các kỹ
thuật viên, cán bộ, chuyên gia ngành điện tử viễn thông và công
nghệ thông tin, các ngành kỹ thuật có liên quan khác và những
người yêu thích tìm hiểu về kỹ thuật vi xử lý.
Xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc.
H Ọ C V I Ệ N C Ô N G N G H Ệ B ư u C H Í N H V I Ê N T H Ô N G
C h ư ơ n g Ì
G I Ớ I T H I Ệ U C H U N G
1.1. T R A O Đ Ổ I T H Ô N G T I N T R O N G V I x ử L Ý
1.1.1. Khái niệm vi xử lý
V i x ử lý là m ộ t v i m ạ c h c ó mức t í ch hợp r ấ t l ớ n ( V L S I - V e r y
Large Scale In tegra ted c i r c u i t ) c ó t h ể l ậ p t r ì n h đ ư ợ c , và d ư ớ i sự đ i ề u
k h i ể n của c h ư ơ n g t r ì n h chứa t rong b ộ nhớ , n ó thực h i ệ n c á c p h é p t í n h
số h ọ c , log ic , c á c p h é p t o á n k h á c , v à k ế t n ố i trao đ ổ i d ữ l i ệ u v ớ i c á c
t h i ế t b ị b ê n n g o à i t h ô n g qua c á c c ổ n g v à o / r a ( Inpu t /Ou tpu t ports) .
V i x ử lý c ó ha i l o ạ i p h ổ b i ế n : v i x ử lý đ a n ă n g (general-purpose
microprocessors) v à v i đ i ề u k h i ể n (mic rocon t ro l l e r s ) .
V i x ử lý đ a n ă n g chứa b ê n t rong ch ip tấ t cả c á c t h à n h p h ầ n c h ủ
y ế u cho t í nh t o á n n g o ạ i t r ừ b ộ n h ớ và c á c c ổ n g v à o / r a .
V i đ i ề u k h i ể n chứa t rong ch ip b ộ n h ớ v à c á c c ổ n g v à o / r a .
X ử lý d ữ l i ệ u là chức n ă n g c h í n h của v i x ử lý . X ử lý d ữ l i ệ u bao
g ồ m cả t í n h t o á n v à v ậ n c h u y ể n d ữ l i ệ u .
1.1.2. Trao đổi thông tin trong vi xử lý
M á y v i t í n h ( m i c r o c o m p u t e r ) là m ộ t h ệ t h ố n g g ồ m c ó 5 k h ố i
p h ầ n c ứ n g : v à o , ra, b ộ nhớ , đ ơ n vị số học - log ic ( A L Ư ) v à đ i ề u k h i ể n .
V i x ử lý là đ ơ n vị x ử lý t rung t â m của m á y v i t í nh g ồ m hai k h ố i p h ầ n
cứng là đ ơ n vị s ố học - log ic và đ i ề u k h i ể n ( h ì n h 1.1). H ệ t h ố n g x ử lý
t h ô n g t i n t rong b ộ n ã o n g ư ờ i c ũ n g c ó 5 k h ố i chức n ă n g t ư ơ n g tự:
v à o ( m ắ t , t a i ) , ra ( m i ệ n g ) , đ i ề u k h i ể n , b ộ nhớ , t í nh t o á n và logic t rong
b ộ n ã o .
K h ố i c á c m ạ c h log ic b ê n t rong v i x ử lý thực h i ệ n p h é p t í n h
s ố học và log ic n h ư : c ô n g , t rừ , n h â n , chia , và , hoặc , so s á n h , t ă n g
g i ả m , . . . v ớ i c á c d ữ l i ệ u t h ư ờ n g được g ọ i là đ ơ n vị s ố học - log i c A L U
10 Giáo trình Kỹ thuật vi Mí /ý
(Arithmetic Logic Unit). Dù' liệu để ALU thực hiện phép tính phải
đ ư ợ c đ ặ t v à o đ ú n g c h ỗ q u i đ ị n h . A L U k h ô n g t h ể tự c h u y ể n d ữ l i ệ u t ừ — Ì • - i
c h ò n à y đ ế n c h ò k h á c , m à thay v à o đ ó n ó c h í đ ơ n t h u ầ n thực h i ê n c á c p h é p t í n h v ớ i d ữ l i ệ u ở c h ỗ n à o đ ó v à n ó đ ể l ạ i k ế t q u ả ở l ạ i c h í n h c h ò
đ ó . N h ư v ậ y đ ể c ó d ữ l i ệ u đ ể t í nh t o á n , A L U p h ả i c h ờ đ ợ i d ữ l i ệ u h i ệ n
d i ệ n ở m ộ t c h ỗ n à o đ ó ấ n đ ị n h cho n ó .
Con người Máy vi tính
Hình LI: Năm khối phần cứng của máy vi tính
giống như năm khối xử lý thông tin ở con người
V i x ử lý c ó m ộ t s ố m ạ c h log i c , b ê n n g o à i A L Ư , thực h i ệ n
v ậ n c h u y ể n d ữ l i ệ u t ừ c h ỗ n à y đ ế n c h ỗ k h á c c ầ n t h i ế t cho x ử lý dữ
l i ệ u . C h ú n g c ù n g v ớ i A L Ư l à m t h à n h log ic x ử lý d ữ l i ệ u : t í n h t o á n và
vận c h u y ể n .
N h u n g l à m t h ế n à o đ ể A L Ư b i ế t đ ư ợ c r ằ n g n ó p h ả i thực h i ệ n x ử
lý d ữ l i ệu? C á i g ì m á c h b ả o A L Ư thực h i ệ n x ử lý d ữ l i ệ u và b ằ n g p h é p
t ính n à o ? N h ư v ậ y p h ả i c ó n h ữ n g ch ỉ d ẫ n cho A L U . C á c p h é p t í n h
k h á c nhau đ ò i h ỏ i A L U p h ả i c ó n h ữ n g thao t á c k h á c nhau, do đ ó p h ả i
c ó những ch ì d ẫ n k h á c nhau. V à b ở i vì v i x ử lý là t ậ p h ợ p c á c m ạ n h
logic nôn m ỗ i m ộ t ch ỉ d ẫ n ( ins t ruc t ion ) , t h ư ờ n g g ọ i là l ệ n h m á y , p h ả i
là m ộ t t ập h ợ p c á c s i á trị logic " 0 " v à " Ì " , sắp x ế p theo m ộ t t r ậ t tự n à o
đ ó c ó ý nehĩa k h á c nhau đ ố i v ớ i c á c ch ỉ d ẫ n k h á c nhau. M ỗ i v i x ử lý
top related