Tổng quan về Kỹ thuật Vi Xử Lý

1. Khái niệm về Vi Xử lý

Vi Xử Lý là một vi mạch có mức tích hợp rất lớn (VLSI – Very Large Scale Integrated circuit) có thể lập trình được, và dưới sự điều khiển của chương trình chứa trong bộ nhớ, nó 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 cổng vào/ra (Inputs/Outputs port).

Vi Xử Lý có hai loại phổ biến: VXL đa năng (General-Purpose MicroProcessors) và Vi điều khiển (MicroControllers).

Vi Xử Lý đa năng chứa bên trong chip tất cả các thành phần chủ yếu cho tính toán ngoại trừ bộ nhớ và các cổng vào/ra.

Vi điều khiển(MicroControllers) chứa trong chip bộ nhớ và các cổng vào/ra.

Xử lý dữ liệu là chức năng chính của VXL. Xử lý dữ liệu bao gồm tính toán và mang/truyền dữ liệu.

2. Sơ đồ khối chức năng cơ bản và hoạt động của một hệ VXL

Máy vi tính (MicroComputer) là một hệ thống gồm có 5 khối phần cứng: Vào (input), ra (Output), bộ nhớ (Memory), đơn vị số học logic (ALU – Arithmetic Logic Unit) và phần điều khiển (Controller).

ALU: thực hiện các phép tính số học và logic như cộng, trừ, nhân, chia, và, hoặc, so sánh, tăng, giảm,…Dữ liệu để ALU thực hiện phép tính phải được đặt vào đúng chỗ qui định. ALU không thể tự chuyển dữ liệu từ chỗ này đến chỗ khác, mà thay vào đó nó chỉ đơn thuần thực hiện các phép tính với dữ liệu ở chỗ nào đó và nó để lại kết quả ở lại chính chỗ đó. Như vậy để có dữ liệu tính toán, ALU phải chờ đợi dữ liệu hiện diện ở một chỗ nào đó ấn định cho nó.

Vi Xử Lý có một số mạch logic bên ngoài ALU để thực hiện vận chuyển dữ liệu từ chỗ này đến chỗ khác cần thiết cho xử lý dữ liệu. Chúng cùng với ALU xử lý dữ liệu: tính toán và vận chuyển.

Nhưng làm thế nào để ALU biết được rằng nó phải thực hiện xử lý dữ liệu? cái gì mách bảo ALU thực hiện xử lý dữ liệu và bằng phép tính nào? Như vậy phải có những chỉ dẫn cho ALU. Các phép tính khác nhau đòi hỏi ALU phải có những thao tác khác nhau, do đó phải có những chỉ dẫn khác nhau. Và bở vì VXL là tập hợp các mạch logic nên mỗi một chỉ dẫn (instruction), thường được gọi là lệnh máy, phải là một tập hợp các giá trị logic “0” và “1”, sắp xếp theo một trật tự nào đó có ý nghĩa khác nhau đối với các chỉ dẫn khác nhau. Mỗi VXL có một tập hợp các lệnh máy riêng. Nếu muốn VXL thực hiện một loạt các hành vi nào đó thì ta phải có một tập hợp các lệnh sắp xếp theo một trình tự. Sự thực hiện của VXL theo một trình tự các lện gọi là sự thực hiện theo chương trình. Một chương trình (program) gồm các lệnh sắp xếp theo thứ tự tiến hành xử lý dữ liệu của VXL. Do vậy, VXL là một mạch lập trình, nghĩa là bằng chương trình có thể điều khiển VXL thực hiện các thao tác xử lý dữ liệu theo mong muốn cảu người lập trình.

Chương trình được lưu trong bộ nhớ bên ngoài VXL và người lập trình có thể thay đổi được nó, tức là có thể thay đổi hành vi của VXL. Từng lệnh của chương trình phải đọc được từ bộ nhớ (instruction fetch) vào VXL để tác động lên VXL đó. Trong trường hợp này VXL cần phải có một số mạch logic tiếp nhận từ bộ nhớ và diễn giải lệnh sao cho VXL hiểu phải làm gì. Khối mạch logic này gọi là logic điều khiển, và chức năng diễn lệnh dẫn gọi là giải mã lệnh (decode instruction). Kết quả giải mã lệnh là những tín hiệu đưa đến các mạch logic trong và ngoài ALU để thao tác xử lý dữ liệu theo một trình tự. Đó là các bước thực hiện lệnh (execute instruction). Kết quả thực hiện lệnh bên trong VXL có thể đòi hỏi phải được chuyển ra bộ nhớ, hoặc phải được tiếp tục xử lý thêm cùng với dữ liệu được đọc từ bộ nhớ bên ngoài VXL. Như vậy, theo từng lệnh, thực hiện lệnh, và chuyển kết quả thực hiện lệnh ra bộ nhớ bên ngoài.

Như vậy với chức năng chính là xử lý dữ liệu thì bên trong của VXL có các khối logic xử lý dữ liệu và khối logic điều khiển dữ liệu. Logic xử lý dữ liệu thực hiện vận chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác, và thực hiện các phép tính với dữ liệu. Logic điều khiển xác định các mạch logic nào thực hiện xử lý dữ liệu và một nhiệm vụ quan trọng nữa là: điều khiển VXL làm việc với tất cả các mạch kết nối với VXL như Bộ nhớ, các cổng Vào/Ra với các thiết bị ngoại vi để trao đổi dữ liệu.

Sự vận chuyển dữ liệu từ chỗ này đến chỗ khác, từ khối logic chức năng này đến khối logic chức năng khác, bên trong VXL được thực hiện thông qua những tuyến đường dữ liệu chung, gọi đường trục dữ liệu trong (Internal Data Bus). Sự vận chuyển dữ liệu giữa VXL và các mạch bên ngoài cũng được thực hiện thông qua Bus dữ liệu trong. Đối với các vi điều khiển, vì bên trong chúng có bộ nhớ và các cổng Vào/Ra nên sự trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và các mạch bên ngoài được thực hiện thông qua các cổng Vào/Ra.

Mọi quá trình xử lý dữ liệu bên trong VXL và sự trao đổi dữ liệu giữa VXL phải được đồng bộ theo một tiến trình thời gian. Điều này có nghĩa là VXL phải có một đồng hồ chuẩn (clock). Phải có một bộ tạo nhịp đồng hồ cho VXL. Thời gian đồng hồ nhanh hay chậm đảm bảo VXL thực hiện xử lý dữ liệu nhanh hay chậm. Công nghệ chế tạo chip VXL quyết định đồng hồ phải nhanh hay chậm.

3. Sự phát triển và ứng dụng của các bộ VXL

Kỹ thuật VXL gắn liền với sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp. Mức độ tích hợp càng cao thì các chíp VXL càng có công suất xử lý lớn hơn.

các công nghệ đóng gói: PMOS, NMOS, HMOS, CMOS.

BOBYTECH Company

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.