Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Tổng quan hệ vi xử lý - Phạm Hoàng Duy

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
BÀI GIẢNG MÔN
Kỹ Thuật Vi Xử Lý
Giảng viên: TS. Phạm Hoàng Duy
Điện thoại/E-mail: phamhduy@gmail.com
Bộ môn: Khoa Học Máy Tính- Khoa CNTT1
Học kỳ/Năm biên soạn:2009
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 2
NỘI DUNG
TỔNG QUAN HỆ VI XỬ LÝ
Giảng viên: TS. Phạm Hoàng Duy
E-mail: phamhduy@gmail.com
Năm biên soạn: 2009
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 3
Nội dung
v Giới thiệu về hệ vi xử lý.
v Lịch sử phát triển và phân loại các bộ vi xử lý
v Các thành phần của hệ vi xử lý
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 4
Giới thiệu
vMáy tính 
§ Lưu trữ, xử lý và liên lạc các thông tin dưới dạng số
§ Đơn vị đo thông tin: bit, byte, word, MB,GB
v Các bộ phận căn bản
§ Bộ xử lý trung tâm CPU
§ Bộ nhớ
§ Vào ra
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 5
Giới thiệu
• Phần cứng
– CPU
– Thanh ghi (register)
– Buýt
– RAM,ROM
– Vào/Ra (Imput/Output)
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 6
Giới thiệu
• Phần mềm
– Chương trình
– Ngôn ngữ máy
– Trình dịch
– Ngôn ngữ lập trình
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 7
Phân loại máy tính
vMáy tính lớn 
(Mainframe)
§ Xử lý khối lượng lớn 
dữ liệu: thống kê, 
giao dịch tài chính
vMáy tính con 
(Minicomputer)
§ Phục vụ nhu cầu tính 
toán vừa
IBM Z800
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 8
Phân loại máy tính
vMáy ví tính (Microcomputer): phục vụ nhu cầu tính 
toán cá nhân
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 9
Phân loại máy tính
• CISC: Máy tính với tập lệnh phức tạp
– Tập lệnh lớn, nhiều lệnh phức tạp (chu kỳ, định dạng lệnh)
– Đơn giản hoá trình dịch
– Chương trình nhỏ và nhanh hơn
– Song song hoá phức tạp
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 10
Phân loại máy tính
• RISC: Máy tính với tập lệnh rút gọn
– Một lệnh cho 1 chu kỳ
– Định dạng lệnh đơn giản (Độ dài lệnh cố định)
– Chế độ địa chỉ đơn giản
– Chú trọng các thao tác với thanh ghi
– Song song hoá thuận tiện
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 11
Đánh giá hiệu năng 
v Vi xử lý
§ MIPS (millions of instructions per second)
• (Số lệnh/1 xung nhịp) * xung_nhịp
§ FLOPS (FLoating-point Operations Per Second)
v Hệ thống
§ Bài thử nghiệm (Benchmark)
§ Thao tác vào/ra
§ Tốc độ giao dịch 
§ 
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: 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 MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 13
Vi xử lý Intel
v1980
§ 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
–Tính hợp bộ xứ lý toán học
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 14
Vi xử lý Intel
• 1990
– 1993: Intel® Pentium® Processor
– 3.1 tr. Transistor, 60MHz, 66MHz
– 64 bít, hỗ trợ
– Hỗ trợ xử lý hình ảnh, âm thanh
– 1997: Pentium II Processor
– 7.5 tr.Transistor, 200MHz, 233MHz, 
266MHz, 300MHz
– Tăng cường xử lý hình ảnh, âm thanh, 
video. 
– 1999: Pentium III Processor 
– 9.5 tr. transistors, 650MHz đến 1.2GHz, 
– Tích hợp SIMD hỗ trợ xử lý hình ảnh, 
âm thanh, 3D nâng cao
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: 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 hình ảnh, âm
thanh, đồ hoạ 3D thời gian thực
– 2002: Intel Pentium 4 Processor 
with Hyper-Threading
– 2005: Intel Pentium D hai
nhân
– 2006: 
–Intel Core 2 Duo
–Intel Core 2 Quad: 4 nhân
Pentium D 2 nhâm
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 16
Kiến trúc căn bản
Địa chỉ
Dữ liệu
Điều khiển
CPU RAM
ROM
Vào 
Ra
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 17
Bộ xử lý trung tâm CPU
v Thực hiện các lệnh và các thao tác số học, lô-
gíc với dữ liệu
v Xung nhịp (Clock)
v Quá trình thực hiện lệnh tiêu biểu
Nạp Giải mã Thực thi Ghi
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 18
Phân luồng (pipeline)
v Việc thực hiện lệnh được chia nhỏ thành các giai đoạn
v Các giai đoạn được thực hiện kẽ nhau
§ Phân luồng lệnh
§ Phân luồng tính toán
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 19
Phân luồng lệnh
Nạp Giải mã Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mã Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mã Thực 
thi
Ghi kq
Nạp Giải mã Thực 
thi
Ghi kq
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 20
Bộ xử lý trung tâm CPU
v Các thanh ghi cơ bản
§ Thanh ghi lệnh
§ Đếm chương trình chứa địa chỉ của câu lệnh kế
§ Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ dữ liệu
§ Các thanh ghi đa năng: chứa dữ liệu hoặc kết quả xử lý
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 21
Bộ xử lý trung tâm CPU
v Đơn vị điều khiển
§ Đọc và giải mã các lệnh từ bộ nhớ chương trình
§ Sinh ra các tín hiệu điều khiển các bộ phận khác trong hệ 
VXL.
v Đơn vị xử lý số học và lôgíc
§ Thực hiện các thao tác xử lý dữ liệu
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 22
Hệ thống buýt
v Truyền thông tin giữa CPU và các bộ phận khác
§ 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
v Các loại buýt
§ Buýt địa chỉ truyền thông tin từ CPU tới bộ nhớ/thiết bị vào 
ra
§ Buýt dữ liệu truyền dữ liệu theo 2 chiều
§ Buýt điều khiển chứa các tín hiệu đồng bộ hoạt động của 
các bộ phận trong hệ VXL
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 23
Hệ thống buýt
v Buýt địa chỉ truyền thông tin từ CPU tới bộ nhớ/thiết bị
vào ra
§ Độ rộng buýt xác định kích cỡ bộ nhớ tối đa cho chương
trình
v Buýt dữ liệu truyền dữ liệu theo 2 chiều
§ Độ rộn buýt xác định khối lượng dữ liệu tối đa cho 1 thao
tác đọc/ghi
v Buýt điều khiển chứa các tín hiệu đồng bộ hoạt động
của các bộ phận trong hệ VXL
§ Tín hiệu đồng hồ
§ Đọc/Ghi
§ Ngắt
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 24
Hệ thống buýt
v Industry Standard Architecture:8-16 bits,4-
8MHz,16MB/s
v Extended Industry Standard Architecture : 32 bit, 
8MHz, 32MB/s
v Accelerated Graphics Port: 32 bit, 66Mhz, 
264MB/s(x1)
v Peripheral Component Interconnect : 32 bit, 
33MHz, 132MB/s
v PCI-Express: x1,1.25GHz,250MB/s (PCIe 1.x)
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 25
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 26
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 27
Bộ nhớ
v Lưu trữ các lệnh và dữ liệu
v RAM bộ nhớ truy cập ngẫu 
nhiên
§ RAM tĩnh
§ RAM động
v ROM bộ nhớ chỉ đọc
§ PROM: Programmable 
ROM
§ EFROM: Erasable PROM
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 28
Vào/Ra
• Truyền dữ liệu giữa CPU 
và các thiết bị ngoại vi 
thông qua cổng vào/ra
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 29
Modem cạc
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. Phạm Hoàng Duy
BỘ MÔN: KHMT-Khoa CNTT1
Trang 30
Video cạc