Bài giảng Kỹ thuật vi xử ký - Giới thiệu - Phạm Hoàng Duy

HỌC VIỆN CễNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THễNG 
BÀI GIẢNG MễN
Kỹ Thuật Vi Xử Lý
Giảng viờn: TS. Phạm Hoàng Duy
Điện thoại/E-mail: phamhduy@gmail.com
Bộ mụn: Khoa Học Mỏy Tớnh- Khoa CNTT1
Học kỳ/Năm biờn soạn:2009
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 2
NỘI DUNG
TỔNG QUAN HỆ VI XỬ Lí
Giảng viờn: TS. Phạm Hoàng Duy
E-mail: phamhduy@gmail.com
Năm biờn soạn: 2009
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 3
Nội dung
 Giới thiệu về hệ vi xử lý.
 Lịch sử phỏt triển và phõn loại cỏc bộ vi xử lý
 Cỏc thành phần của hệ vi xử lý
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 4
Giới thiệu
Mỏy tớnh 
 Lưu trữ, xử lý và liờn lạc cỏc thụng tin dưới dạng số
 Đơn vị đo thụng tin: bit, byte, word, MB,GB
 Cỏc bộ phận căn bản
 Bộ xử lý trung tõm CPU
 Bộ nhớ
 Vào ra
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 5
Giới thiệu
• Phần cứng
– CPU
– Thanh ghi (register)
– Buýt
– RAM,ROM
– Vào/Ra (Imput/Output)
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 6
Giới thiệu
• Phần mềm
– Chương trỡnh
– Ngụn ngữ mỏy
– Trỡnh dịch
– Ngụn ngữ lập trỡnh
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 7
Phõn loại mỏy tớnh
Mỏy tớnh lớn 
(Mainframe)
 Xử lý khối lượng lớn 
dữ liệu: thống kờ, 
giao dịch tài chớnh
Mỏy tớnh con 
(Minicomputer)
 Phục vụ nhu cầu tớnh 
toỏn vừa
IBM Z800
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 8
Phõn loại mỏy tớnh
Mỏy vớ tớnh (Microcomputer): phục vụ nhu cầu tớnh 
toỏn cỏ nhõn
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 9
Phõn loại mỏy tớnh
• CISC: Mỏy tớnh với tập lệnh phức tạp
– Tập lệnh lớn, nhiều lệnh phức tạp (chu kỳ, định dạng lệnh)
– Đơn giản hoỏ trỡnh dịch
– Chương trỡnh nhỏ và nhanh hơn
– Song song hoỏ phức tạp
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 10
Phõn loại mỏy tớnh
• RISC: Mỏy tớnh với tập lệnh rỳt gọn
– Một lệnh cho 1 chu kỳ
– Định dạng lệnh đơn giản (Độ dài lệnh cố định)
– Chế độ địa chỉ đơn giản
– Chỳ trọng cỏc thao tỏc với thanh ghi
– Song song hoỏ thuận tiện
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 11
Đỏnh giỏ hiệu năng 
 Vi xử lý
 MIPS (millions of instructions per second)
• (Số lệnh/1 xung nhịp) * xung_nhịp
 FLOPS (FLoating-point Operations Per Second)
 Hệ thống
 Bài thử nghiệm (Benchmark)
 Thao tỏc vào/ra
 Tốc độ giao dịch 
 
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 12
Vi xử lý Intel
• 1970
– Intel 4004 : 4 bit, 2300 transitor, 
tốc độ 108KHz
– Intel 8008: 8 bit, 3500 transistor 
3500, tốc độ 200KHz
 Intel 8080: 6000 transistor, tốc độ 
2MHz 
 Intel 8086-8088 29,000 transistor, 
tốc độ 5MHz, 8MHz, 10MHz
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 13
Vi xử lý Intel
1980
 1982: Intel 286 16 bit
–134,000 transitor, tốc độ 6MHz, 
8MHz, 10MHz, 12.5MHz
 1985: Intel386™, 32 bit
–275,000 transistors, tốc độ: 
16MHz, 20MHz, 25MHz, 
33MHz
 1989: Intel486™ DX CPU, 32 
bit đầy đủ
–1.2 tr transistors, tốc độ 
25MHz, 33MHz, 50MHz
–Tớnh hợp bộ xứ lý toỏn học
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 14
Vi xử lý Intel
• 1990
– 1993: Intelđ Pentiumđ Processor
– 3.1 tr. Transistor, 60MHz, 66MHz
– 64 bớt, hỗ trợ
– Hỗ trợ xử lý hỡnh ảnh, õm thanh
– 1997: Pentium II Processor
– 7.5 tr.Transistor, 200MHz, 233MHz, 
266MHz, 300MHz
– Tăng cường xử lý hỡnh ảnh, õm thanh, 
video. 
– 1999: Pentium III Processor 
– 9.5 tr. transistors, 650MHz đến 1.2GHz, 
– Tớch hợp SIMD hỗ trợ xử lý hỡnh ảnh, 
õm thanh, 3D nõng cao
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 15
Vi xử lý Intel
• 2000
– 2000: Pentium 4 Processor
–42 tr. Transistors, 1.30, 1.40, 
1.50, 1.70, 1.80 GHz
–Hỗ trợ xử lý hỡnh ảnh, õm
thanh, đồ hoạ 3D thời gian thực
– 2002: Intel Pentium 4 Processor 
with Hyper-Threading
– 2005: Intel Pentium D hai
nhõn
– 2006: 
–Intel Core 2 Duo
–Intel Core 2 Quad: 4 nhõn
Pentium D 2 nhõm
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 16
Kiến trỳc căn bản
Địa chỉ
Dữ liệu
Điều khiển
CPU RAM
ROM
Vào 
Ra
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 17
Bộ xử lý trung tõm CPU
 Thực hiện cỏc lệnh và cỏc thao tỏc số học, lụ-
gớc với dữ liệu
 Xung nhịp (Clock)
 Quỏ trỡnh thực hiện lệnh tiờu biểu
Nạp Giải mó Thực thi Ghi
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 18
Phõn luồng (pipeline)
 Việc thực hiện lệnh được chia nhỏ thành cỏc giai đoạn
 Cỏc giai đoạn được thực hiện kẽ nhau
 Phõn luồng lệnh
 Phõn luồng tớnh toỏn
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 19
Phõn luồng lệnh
Nạp Giải mó Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mó Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mó Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mó Thực 
thi
Ghi kq
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 20
Bộ xử lý trung tõm CPU
 Cỏc thanh ghi cơ bản
 Thanh ghi lệnh
 Đếm chương trỡnh chứa địa chỉ của cõu lệnh kế
 Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ dữ liệu
 Cỏc thanh ghi đa năng: chứa dữ liệu hoặc kết quả xử lý
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 21
Bộ xử lý trung tõm CPU
 Đơn vị điều khiển
 Đọc và giải mó cỏc lệnh từ bộ nhớ chương trỡnh
 Sinh ra cỏc tớn hiệu điều khiển cỏc bộ phận khỏc trong hệ 
VXL.
 Đơn vị xử lý số học và lụgớc
 Thực hiện cỏc thao tỏc xử lý dữ liệu
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 22
Hệ thống buýt
 Truyền thụng tin giữa CPU và cỏc bộ phận khỏc
 Ghi: dữ liệu truyền từ CPU tới bộ nhớ/thiết bị vào ra
 Đọc: dữ liệu truyền từ bộ nhớ/thiết bị vào ra tới CPU
 Cỏc loại buýt
 Buýt địa chỉ truyền thụng tin từ CPU tới bộ nhớ/thiết bị vào 
ra
 Buýt dữ liệu truyền dữ liệu theo 2 chiều
 Buýt điều khiển chứa cỏc tớn hiệu đồng bộ hoạt động của 
cỏc bộ phận trong hệ VXL
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 23
Hệ thống buýt
 Buýt địa chỉ truyền thụng tin từ CPU tới bộ nhớ/thiết bị
vào ra
 Độ rộng buýt xỏc định kớch cỡ bộ nhớ tối đa cho chương
trỡnh
 Buýt dữ liệu truyền dữ liệu theo 2 chiều
 Độ rộn buýt xỏc định khối lượng dữ liệu tối đa cho 1 thao
tỏc đọc/ghi
 Buýt điều khiển chứa cỏc tớn hiệu đồng bộ hoạt động
của cỏc bộ phận trong hệ VXL
 Tớn hiệu đồng hồ
 Đọc/Ghi
 Ngắt
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 24
Hệ thống buýt
 Industry Standard Architecture:8-16 bits,4-
8MHz,16MB/s
 Extended Industry Standard Architecture : 32 bit, 
8MHz, 32MB/s
 Accelerated Graphics Port: 32 bit, 66Mhz, 
264MB/s(x1)
 Peripheral Component Interconnect : 32 bit, 
33MHz, 132MB/s
 PCI-Express: x1,1.25GHz,250MB/s (PCIe 1.x)
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 25
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 26
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 27
Bộ nhớ
 Lưu trữ cỏc lệnh và dữ liệu
 RAM bộ nhớ truy cập ngẫu 
nhiờn
 RAM tĩnh
 RAM động
 ROM bộ nhớ chỉ đọc
 PROM: Programmable 
ROM
 EFROM: Erasable PROM
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 28
Vào/Ra
• Truyền dữ liệu giữa CPU 
và cỏc thiết bị ngoại vi 
thụng qua cổng vào/ra
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 29
Modem cạc
BÀI GIẢNG MễN
KỸ THUẬT VI XỬ Lí
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIấN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MễN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 30
Video cạc