Bài giảng Kỹ thuật Vi xử lý
Ngành Điện tử-Viễn thông
Đại học Bách khoa Đà Nẵng
của Hồ Viết Việt, Khoa CNTT-ĐTVT
Tài liệu tham khảo
[1] Kỹ thuật vi xử lý, Văn Thế Minh, NXB Giáo dục, 1997
[2] Kỹ thuật vi xử lý và Lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, Đỗ Xuân Tiến, NXB Khoa học & kỹ thuật, 2001
Chương 1
1.1 Các hệ thống số
- Hệ thập phân
- Hệ nhị phân
- Hệ thập lục phân
1.2 Các hệ thống mã hoá
- ASCII
- BCD
1.3 Các linh kiện điện tử số cơ bản
- Các cổng logic: AND, OR, XOR,NOT
- Các bộ giải mã
1.1 Các hệ thống số
Hệ đếm thập phân (Decimal)
Còn gọi là hệ đếm cơ số mười
(Vì có quá ít người có chín ngón tay hoặc mười một ngón chân?)
Dùng mười ký hiệu:
1,2,3,4,5,6,7,8,9,0
Ví dụ:1.1:
Ba nghìn Chín trăm Bảy mươi Tám
3978 = 3x103 + 9x102 + 7x101 + 8x100
= 3000 + 900 + 70 + 8
1.1 Các hệ thống số
Hệ đếm nhị phân (Binary)
Còn gọi là Hệ đếm cơ số hai
Sử dụng hai ký hiệu (bit): 0 và 1
(Các hệ thống điện tử số chỉ sử dụng hai mức điện áp?)
Kích cỡ, LSB, MSB của số nhị phân
Số nhị phân không dấu (Unsigned)
Số nhị phân có dấu (Số bù hai)
Số nhị phân
Mỗi ký hiệu 0 hoặc 1 được gọi là 1 Bit (Binary Digit- Chữ số nhị phân)
Kích cỡ của một số nhị phân là số bit của nó
MSB (Most Significant Bit): Bit sát trái
LSB (Least Significant Bit): Bit sát phải
Ví dụ 1.1: 1010101010101010


là một số nhị phân 16-bit
MSB
LSB
Số nhị phân không dấu
Chỉ biểu diễn được các giá trị không âm (>= 0)
Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị từ 0 đến 2n – 1
Ví dụ 1.3: Giá trị V của số nhị phân không dấu 1101 được tính:
V(1101) = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
= 8 + 4 + 0 + 1 = 13
Số nhị phân không dấu
Tổng quát: Nếu số nhị phân N n-bit:
N = b( n-1) b( n-2) …. b1 b0
thì giá trị V của nó là:
V = b(n -1) x 2(n-1)+b (n-2) x2 (n-2)+ … + b1 x 21 + b0 x 20

Các số nhị phân không dấu 4-bit biểu diễn được các giá trị từ ? đến ?
16 giá trị từ 0 đến 15
Số nhị phân không dấu
Dải giá tri của các số không dấu 8-bit là [0,255] (unsigned char trong C)
Dải giá tri của các số không dấu 16-bit là [0,65535] (unsigned int trong C)
Chuyển đổi thập phân sang nhị phân
Ví dụ 1.4

Chuyển 25 sang nhị phân không dấu. Dùng phương pháp chia 2 liên tiếp

Chia 2 Thương số Dư số

25/2 = 12 1 LSB
12/2 = 6 0
6/2 = 3 0
3/2 = 1 1
1/2 = 0 1 MSB

Kết quả là: 11001
Số nhị phân có dấu
Biểu diễn được cả các giá trị âm
Còn gọi là Số bù hai
Với n-bit có thể biểu diễn các giá trị từ – 2(n-1) đến 2(n-1) – 1
Ví dụ 1.3: Giá trị V của số nhị phân có dấu 1101 được tính:
V(1101) = – 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20
= – 8 + 4 + 0 + 1 = – 3
Số nhị phân có dấu
Tổng quát: Nếu số nhị phân N n-bit:
N = b( n-1) b( n-2) …. b1 b0
thì giá trị V của nó là:
V = –b(n -1) x 2(n-1)+b (n-2) x2 (n-2)+ … + b1 x 21 + b0 x 20

Các số nhị phân có dấu 4-bit biểu diễn được các giá trị từ ? đến ?
16 giá trị từ - 8 đến 7
Số nhị phân có dấu
Dải giá tri của các số có dấu 8-bit là [-128,+127] (char trong C)
Dải giá tri của các số có dấu 16-bit là [-32768,+32767] (int trong C)
Tìm đối số (Lấy bù 2)

Tổng của một số với đối số của nó bằng 0
Ví dụ 1.5

Đối số của số nhị phân có dấu 10011101?

10011101 Số có dấu (-99)
01100010 Lấy bù 1
+ 1 Cộng 1
-------------
01100011 Kết quả (+99)
Chuyển số thập phân sang nhị phân có dấu
Vơí số dương:Giống như chuyển thập phân sang nhị phân không dấu rồi thêm bit 0 vào sát bên trái
Ví dụ: Chuyển 25 sang nhị phân có dấu:
Kết quả: 011011
Với số âm: Chuyển đối số sang nhị phân có dấu rồi lấy bù 2
Chuyển số thập phân sang nhị phân có dấu
Ví dụ 1.6 Chuyển – 26 sang nhị phân
1. chuyển đối số: +26 = 11010
2. Đưa 0 vào sát trái: 011010
3. Bù 1: 100101
4. Cộng 1: + 1
-------------
-26 = 100110
Số thập lục phân
Quen gọi là số Hexa (Hexadecimal)
Còn gọi là hệ đếm cơ số mười sáu
Sử dụng 16 ký hiệu để biểu diễn:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
Mỗi ký hiệu tương ứng với 4-bit
Mục đích: Biểu diễn số nhị phân ở dạng ngắn gọn
11110000 = F0

10101010 = AA

01010101 = 55
Nhị phân Thập lục phân
Mỗi ký hiệu tương ứng với 4-bit
Chuyển đổi Hexa & nhị phân
Ví dụ 1.7
Chuyển số hexa 2F8 và ABBA sang nhị phân
Thay thế mỗi ký hiệu hexa bằng 4-bit tương ứng với nó
2 F 8
0010 1111 1000
A B B A
1010 1011 1011 1010
Kết quả 2F8h = 001011111000b
ABBAh = 1010101110111010b
Chuyển đổi Hexa & nhị phân
Ví dụ 1.8
Chuyển số nhị phân 1100101011111110 sang hexa
- Trước hết theo hướng từ LSB về MSB chia số nhị phân đó thành các nhóm 4-bit
- Sau đó thay thế mỗi nhóm 4-bit bằng ký hiệu hexa tương ứng với nó

1100 1010 1111 1110
C A F E

Kết quả: 1100101011111110b = CAFEh
1.2 Các hệ thống mã hoá
ASCII: American Standard Code for Information Interchange.
Dùng để biểu diễn các ký tự (characters): Gồm ký tự hiển thị được và ký tự điều khiển
Mỗi ký tự được biểu diễn bằng 8-bit gọi là mã ASCII của ký tự đó
Các chữ cái in và thường: A..Z và a..z
Các chữ số thập phân: 0,1,…,9
Các dấu chấm câu: ; , . : vân vân
Các ký tự đặc biệt: $ & @ / { vân vân
Các ký tự điều khiển: carriage return (CR) , line feed (LF), beep, vân vân
Mã ASCII
Với bảng mã được sắp xếp theo trật tự tăng dần của mã ASCII:

Các chữ số thập phân: 0,1,…,9 nằm liên tiếp nhau, chữ số 0 có mã ASCII là 30h
Các chữ cái in:A..Z nằm liên tiếp nhau, chữ A có mã ASCII là 41h
Các chữ cái thường: a..z nằm liên tiếp nhau, chữ a có mã ASCII là 61h
Mã ASCII của chữ in và chữ thường tương ứng chỉ khác nhau ở bit 5
A: 01000001 B: 01000010 Z: 01011010
a: 01100001 b: 01100010 z: 01111010
32 ký tự điều khiển được xếp đầu bảng mã (00h đến 1Fh)

Bảng mã ASCII
Bảng mã ASCII
Mã BCD
BCD (Binary Coded Decimal)
Quen gọi là số BCD
Dùng để mã hoá các số thập phân bằng các ký hiệu nhị phân
Mỗi chữ số thập phân được biểu diễn bằng một tổ hợp 4-bit
Các tổ hợp 4-bit không sử dụng gọi là các tổ hợp cấm
Nhiều linh kiện điện tử sử dụng mã này (Bộ giải mã BCD-LED bảy đoạn 7447)
Bảng mã BCD
Mã BCD
Đừng nhầm mã hoá BCD với việc chuyển đổi thập phân sang nhị phân:

Ví dụ 1.9: Cho số thập phân 15

Mã BCD của nó là: 00010101

Số nhị phân không dấu
8-bit tương ứng là: 00001111
Bit, Nibble, Byte, Word
Bit: Một chữ số nhị phân 0 hoặc 1
Nibble: 4-bit (nửa byte)
Byte: 8-bit (Còn gọi là Octet)
Word (Từ): 16-bit
Double Word (Từ kép): 32-bit
K = 210 = 1024
Kb (kilôbit) = 1024 bit = 128 byte
KB (kilôbyte) = 1024 byte
Kbps (Kilobit per second): Kilôbit trên giây
M = 220 = 1024 K = 1048576
Mb (Mêgabit) = 1024 Kb = 1048576 bit
MB (Mêgabyte) = 1024 KB = 1048576 byte
G = 230 = 1024 M = 1048576 K
Gb (Gigabit) = 1024 Mb = 1048576 Kb
GB (Gigabyte) = 1024 MB = 1048576 KB
T = ?
1.3 Các linh kiện điện tử số cơ bản
Phân chia linh liện số theo mật độ tích hợp: SSI, MSI, LSI, VLSI
SSI (Small Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ nhỏ
MSI (Medium Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ trung
LSI (Large Scale Integration): Vi mạch tích hợp cỡ lớn
VLSI (Very Large Scale Integration):Vi mạch tích hợp cỡ cực lớn
SSI: Các cổng logic and, or, xor, not
MSI: Các bộ giải mã, Các chốt, đệm
LSI,VLSI: Các bộ vi xử lý, vi điều khiển, DSPs

Cổng logic AND
Cổng AND có thể có nhiều hơn 2 đầu vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng AND
Cổng logic AND: IC 7408
Cổng logic AND: IC 7411
Cổng logic OR
Cổng OR có thể có nhiều hơn 2 đầu vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng OR
Cổng logic OR: IC 7432
Cổng logic XOR
Cổng XOR có thể có nhiều hơn 2 đầu vào
Trên một chip có thể có nhiều cổng XOR
Cổng logic NOT
Đệm 3 trạng thái
Chip giải mã 74138
Chip giải mã 74138
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Flip Flop kiểu D
Chốt 8-bit 74373
Chốt 8-bit 74573
IC 74244
IC 74244
Đệm 2 chiều 74245
Đệm 2 chiều 74245
What is a microprocessor?
Intel’s first microprocessor, the 4004, was introduced in 1971. It contained 2300 transistors. Today’s Pentium 4 processor, by contrast, contains 55 million transistors.
One of the most common tasks microprocessors perform is to serve as the “brains” inside personal computers, but they deliver “intelligence” to countless other devices as well.
For example, they may give your telephone speed-dial and re-dial options, automatically turn down your home’s thermostat at night and make your car safer and more energy efficient.
1971
In 1971, Intel’s first microprocessor was the 4004. This breakthrough invention powered the Busicom calculator and paved the way for embedding intelligence in inanimate objects as well as the personal computer.
1978
In 1978, a pivotal sale to IBM`s new personal computer division made the Intel 8088 the brains of IBM`s new hit product--the IBM PC.
The 8088`s success launched Intel into the ranks of the Fortune 500 companies, and Fortune magazine named the company one of the "Business Triumphs of the Seventies."
1982
Then, in 1982, the 286, also known as the 80286, became the first Intel processor that could run all the software written for its predecessor.
This software compatibility remains a cornerstone of Intel`s family of microprocessors. Within 6 years of its release, there were an estimated 15 million 286-based PC’s around the world.
1989
In 1989, the move to a 486 processor allowed the shift from a command-level computer to point-and-click computing.
The Intel 486 processor was the first to offer a built-in math coprocessor, which speeds up computing because it offloads complex math functions from the central processor.
1993
In 1993, the jump to the Pentium processor allowed computers to more easily incorporate "real world" data such as speech, sound, handwriting and photographic images.
1997
In 1997, the 7.5 million-transistor Pentium II processor incorporated Intel MMX technology, which is designed specifically to process video, audio and graphics data efficiently.
With this processor, PC users could
capture, edit and share digital photos with friends and family via the Internet,
edit and add text, music or between-scene transitions to home movies, and,
with a video phone, send video over standard phone lines and the Internet.
1998
In 1998, the Pentium II XeonTM processor was designed to meet the performance requirements of mid-range and higher servers and workstations.
The Pentium II Xeon processors featured technical innovations specifically designed for workstations and servers that utilized demanding business applications such as Internet services, corporate data warehousing, digital content creation, and electronic and mechanical design automations.
1999
In 1999, the Intel Celeron processor was designed for the value PC market segment. It provided consumers great performance at an exceptional value, and it delivered excellent performance for uses such as gaming and educational software.
1999
Also in 1999, the Pentium III processor was released and featured 70 new instructions that dramatically enhanced the performance of advanced imaging, 3-D, streaming audio, and video and speech recognition applications.
It was designed to significantly enhance Internet experiences, allowing users to do such things as browse through realistic online museums and stores and download high-quality video.
2000
In 2000, users of the newly released Pentium 4 processor could create professional-quality movies, deliver TV-like video via the Internet, communicate with real-time video and voice, render 3D graphics in real time, quickly encode music for MP3 players, and simultaneously run several multimedia applications while still connected to the Internet.
As a comparison, Intel`s first microprocessor, the 4004, ran at 108 kilohertz, compared to the Pentium 4 processor`s initial speed of 1.5 gigahertz. If automobile speed had increased similarly over the same period, you could now drive from San Francisco to New York in about 13 seconds.
History of Intel Microprocessor