Giáo trình Kỹ thuật vi xử lý - Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính

ông thường, ta dùng chữ h ở cuối 
để xác định đó là số thập lục phân. 
2.Mã BCD, ASCII 
Mục tiêu: 
 - Trình bài các được các loại mã Mã BCD, ASCII . 
2.1. Mã BCD (Binary Coded Decimal) 
 Trong thực tế, đối với một số ứng dụng như đếm tần, đo điện áp,  ngõ ra 
ở dạng số thập phân, ta dùng mã BCD. Mã BCD dùng 4 bit nhị phân để mã 
hoá cho một số thập phân 0..9. Như vậy, các số hex A..F không tồn tại trong 
mã BCD. 
VD: Số thập phân 5 2 9 
 Số BCD 0101 0010 1001 
2.2. Mã ASCII 
 Trong thực tế, đối với một ký tự ứng dụng nhập từ bàn phím máy tính ta 
dùng mã ASCII. Mã ASCII theo bảng sau. 
Ví dụ chữ “A” có mã là 41h 
3. Các sơ đồ nguyên lý của mạch số cơ bản 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được các sơ đồ nguyên lý của các mạch số cơ bản. 
3.1. Cổng AND 
 a. Chức năng: 
 Thực hiện phép toán logic VÀ (AND) 
 Đầu ra chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 1 
 Cổng VÀ 2 đầu vào: 
 b. Ký hiệu: 
 A 
 F F 
 B 
 c.. Bảngtrạng thái: 
 A B outF 
 0 0 0 
 0 1 0 
 1 0 0 
 1 1 1 
 d. Biểu thức và dạng tín hiệu 
 + Biểu thức: F = A . B 
 + Dạng tín hiệu: 
3.2. Cổng OR: 
 a. Chức năng: 
 Thực hiện phép toán logic HOẶC (OR) 
 Đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào bằng 0 
 Cổng HOẶC 2 đầu vào: 
 b. Ký hiệu: 
 c. Bảngtrạng thái: 
 d. Biểu thức và dạng sóng: 
 + Biểu thức: F = A + B 
 + Dạng sóng 
3.3. Cổng NOT: 
 a. Chức năng: 
 Thực hiện phép toán logic ĐẢO (NOT) 
 Cổng ĐẢO chỉ có 1 đầu vào: 
 b. Ký hiệu: 
 F 
 c. Bảng trạng thái : 
 A F 
 0 1 
 1 0 
 d. Biểu thức và dạng sóng: 
 + Biểu thức F = A 
 + Dạng sóng: 
3.4. Cổng NAND: 
 a. Chức năng: 
 Thực hiện phép ĐẢO của phép toán logic VÀ 
 Đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào bằng 1. Cổng VÀ ĐẢO 2 đầu 
 vào: 
 b. Ký hiệu: 
 F 
 c. Bảng trạng thái: 
 A B F 
 0 0 1 
 0 1 1 
 1 0 1 
 1 1 0 
 d. Biểu thức và dạng sóng: 
 + Biểu thức: F = A . B 
 + Dạng sóng: 
3.5. Cổng NOR: 
 a. Chức năng: 
 Thực hiện phép ĐẢO của phép toán logic HOẶC 
 Đầu ra chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 0. Cổng HOẶC ĐẢO 2 
 đầu vào: 
 b.Ký hiệu: 
 c Bảng trạng thái: 
 A B F 
 0 0 1 
 0 1 0 
 1 0 0 
 1 1 0 
 d. Biểu thức và dạng tín hiệu: 
 + Biểu thức: F = A B 
 + Dạng tín hiệu vào ra 
3.6.Cổng EX-OR: 
 a. Chức năng: 
 Exclusive-OR 
 Thực hiện biểu thức logic HOẶC CÓ LOẠI TRỪ (phép toán XOR - hay 
 còn là phép cộng module 2). Đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào 
 giống nhau. Cổng XOR 2 đầu vào: 
 b. Ký hiệu: 
 c. Bảng trạng thái: 
 A B F 
 0 0 0 
 0 1 1 
 1 0 1 
 1 1 0 
 d. Biểu thức logic và dạng sóng: 
 + Biểu thức logic: F A B A. B A.B
 + Dạng sóng: 
3.7. Cổng EX – NOR: 
 a. Chức năng: 
 Exclusive-NOR 
 Thực hiện phép ĐẢO của phép toán XOR. Đầu ra chỉ bằng 1 khi tất cả 
 các đầu vào giống nhau. Cổng XNOR 2 đầu vào: 
 b. Ký hiệu: 
 F 
 c. Bảngtrạng thái: 
 d. Biểu thức logic và dạng sóng: 
 + Biểu thức logic F AB AB A B 
 + Dạng sóng tín hiệu vào ra 
3.8. Cổng BUFFER 
 Còn gọi là cổng đệm. Tín hiệu số qua cổng BUFFER không đổi trạng 
 thái logic. Cổng BUFFER được dùng với các mục đích sau: 
 - Sửa dạng tín hiệu. 
 - Đưa điện thế của tín hiệu về đúng chuẩn của các mức logic. 
 - Nâng khả năng cấp dòng cho mạch. 
 - Ký hiệu của cổng BUFFER. 
 Tuy cổng đệm không làm thay đổi trạng thái logic của tín hiệu vào cổng 
nhưng nó giữ vai trò rất quan trọng trong các mạch số. 
 CHƯƠNG 1 
 MÁY TÍNH VÀ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ 
MÃ BÀI: MH29-02 
Mục tiêu: 
 - Phân loại các hệ thống máy tính 
 - Trình bài các khái niệm liên quan đến hệ thống vi xử lý. 
 - Tinh thần tương trợ lẫn nhau trong học tập. 
Nội dung chính: 
1.Phân loại máy tính. 
Mục tiêu: 
 - Phân loại các hệ thống máy tính 
 Có nhiều cách phân loại máy tính. Có thể phân loại theo công nghệ, 
theo tính năng theo bộ xử lý hoặc theo kích thước. 
1.1. Phân loại theo công nghệ. 
 Cho đến nay, nếu xét theo sự phát triển của công nghệ thì máy tính có 
thể được phân thành 5 thế hệ khác nhau và mỗi thế hệ thể hiện cho sự một 
trình độ công nghệ. 
 - Thế hệ 1: từ 1950 - 1959. Các máy tính ở thế hệ này được xây dựng 
từ các đèn điện tử. Năng lực tính toán chậm, hàng ngàn phép tính/giây, tiêu 
thụ điện năng lớn và chiếm nhiều không gian. 
 - Thế hệ 2: từ 1959 - 1963: Đặc trưng cơ bản của thế hệ này là sử dụng 
bóng bán dẫn vào bộ xử lý trung tâm và các mạch điện của máy tính, nhờ vậy 
tăng đáng kể tốc độ thực hiện của máy tính tăng lên cỡ chục lần so với máy 
thế hệ 1. Ngoài ra kích thước máy tính cũng như độ tin cậy cũng được cải 
thiện đáng kể. 
 - Thế hệ 3: trong khoảng thời gian từ 1964 đến 1974. Thế hệ này gắn 
liền với sự xuất hiện và ứng dụng các mạch vi điện tử (IC - Integrated 
Circuit). Máy tính đã có kích thước gọn hơn, khả năng tính toán lớn hơn, tốc 
độ có thể đạt gấp ngàn lần so với thế hệ 1 (cỡ triệu phép tính/giây). Việc xử lý 
song song ngày càng tăng ở thế hệ này. 
 - Thế hệ 4: từ 1974 đến nay. Là thời kỳ của các máy vi tính với năng 
lực tính toán rất lớn. Công nghệ máy tính ở thời kỳ này liên quan tới việc sử 
dụng các mạch tích hợp cỡ cực lớn (VLSI - Very Large Scale Integration) 
với dung lượng trên 100.000 tranzystor/chip vào những năm 70 cho đến hàng 
chục triệu tranzystor/chip ngày nay. Nhờ có công ngệ này mà toàn bộ CPU, 
bộ nhớ chính hay các thiết bị tương tự khác có thể được thực hiện gọn trên 
một chip. Tốc độ ở thế hệ này có thể đạt tới hàng trăm triệu phép tính/giây trở 
lên. 
 - Thế hệ 5: Máy tính mạng Neuron - Neural Network - Một kỹ thuật 
của trí khôn nhân tạo, bắt chước cách thức các tế bào thần kinh nối với bộ não 
của người. Người ta cung cấp những thông tin cho mạng thần kinh để huấn 
luyện cho nó nhận biết được các sự vật mẫu nhằm có thể đưa ra các dự báo 
hoặc giải pháp xử lý thích ứng. 
 Tuy nhiên cần nhấn mạnh là thế hệ này hiện nay đang trong quá trình 
nghiên cứu, một số mẫu máy tính thử nghiệm đầu tiên dạng này mới xuất hiện 
trong vài năm trở lại đây và các khái niệm liên quan đang mới hình thành. 
 Theo sự phát triển của công nghệ, các máy tính hiện nay được thiết kế, 
xây dựng theo xu hướng: 
 - Mạnh hơn về tốc độ tính toán 
 - Nhỏ hơn về kích thước 
 - Tiết kiệm hơn về năng lượng 
 1.2. Phân loại theo tính năng 
 Các máy tính cũng có thể được phân loại theo tính năng. Cho đến nay 
có thể phân máy tính thành 4 nhóm sau: 
 - Máy tính cực lớn (Super Computer) 
 - Máy tính lớn (Computer - mainframe) 
 - Máy tính Mini (MiniComputer) 
 - Máy vi tính (MicroComputer) 
 Sự khác biệt về tốc độ xử lý và khả năng lưu trữ của các nhóm máy tính 
được nêu ở bảng 1-1 
Bảng 1.1 Phân loại máy tính theo tính năng. 
Phân loại Tốc độ xử lý/s Khả năng lưu trữ 
Máy tính cự lớn 100 tỷ Tetra bytes trở lên 
Máy tính lớn 2 tỷ Giga bytes trở lên 
Máy tính mini 32 triệu Mega bytes trở lên 
Máy vi tính 1 triệu Mega bytes trở lên 
1.3. Phân loại theo bộ xử lý 
 Có thể phân loại các máy vi tính căn cứ vào bộ vi xử lý - bộ não của 
máy vi tính. Dưới đây giới thiệu một số dòng máy vi tính. 
 a. Bộ vi xử lý của hãng Intel như: I8088, 80286, 80386, 80486, 
Pentium. Có thể gọi gọn chung cho các bộ vi xử lý này là: X86. 
 Các máy xử dụng bộ vi xử lý Intel là Olivetti, IBM, Dell, 
Gateway, DNA, Compaq 
 b. Bộ vi xử lý của hãng Motorola M6800, M68000, M68052 (68X) 
 Các máy xử dụng bộ vi xử lý Motorola là: Machintosh, Apple, 
Amiga, 
 c. Bộ vi xử lý của hãng Zilog như: Z40, Z80 
 Các máy tính sử dung là Bondwell, NEC, Sony .... 
1.4. Phân loại theo kích thước 
 Có thể dựa theo kích thước máy tính để phân loại: 
 - Máy tính để bàn (Desktop) 
 - Máy tính xách tay (Laptop), 
 - Máy tính kiểu sổ tay (Notebook) 
 Mỗi cách phân loại trên đều có những ưu điểm riêng. Có thể sử dụng 
riêng từng kiểu phân loại hoặc kết hợp tuỳ theo yêu cầu. 
2.Các khái niệm cơ bản liên quan đến hệ vi xử lý 
Mục tiêu: 
 - Trình bài các khái niệm liên quan đến hệ thống vi xử lý. 
 Mọi hệ thống máy tính, dù là máy tính cá nhân nhỏ hay các hệ máy tính 
lớn đều có một cấu trúc chung. Một hệ máy Vi tính điển hình gồm có 4 khối 
cơ bản: Thiết bị vào, bộ xử lý, bộ nhớ, thiết bị ra. 
 BUS dữ liệu 
 BUS điều khiển 
 Bộ xử lý trung tâm: đóng vai trò chủ đạo nhất trong hệ máy tính. Ở đây 
tiến hành toàn bộ các tính toán, các phép tính số học và đại số và biến đổi 
các mã tương ứng. Đây chính là đầu não của các máy tính. Khi bắt đầu hoạt 
động, nó nhận mã lệnh từ bộ nhớ, sau đó giải mã các lệnh này thành các dãy 
xung điều khiển để điều khiển các khối tương ứng thực hiện theo đúng trình 
tự và nội dung có trong mã lệnh. 
 Ở các máy vi tính, bộ xử lý trung tâm là bộ vi xử lý. Sử dụng phổ cập 
hiện nay là các bộ vi xử lý của hãng Intel, Motorola, Zilog, AMD..... 
 Bộ nhớ (memory): Là một bộ phận cũng hết sức quan trọng của hệ máy 
tính. Bộ nhớ thự hiện việc lưu trữ thông tin và trao đổi thông tin. 
 Ở các hệ máy vi tính, người ta sử dụng bộ nhớ bán dẫn bao gồm ROM, 
RAM. Trong ROM có thể chứa các chương trình điều khiển hoạt động của 
toàn hệ khi bật máy. Còn một phần chương trình điều khiển hệ thống, 
chương trình ứng dụng thường được lưu ở RAM. 
 Bộ nhớ máy tính thực chất là bộ nhớ trong để phân biệt với khái niệm 
bộ nhớ ngoài mà nhiều tài liệu hiện vẫn hay sử dụng để chỉ thiết bị từ (Băng, 
đĩa từ). Các thiết bị này tuy tốc độ trao đổi chậm so với bộ nhớ trong song có 
dung lượng lưu trữ rất lớn (bộ nhớ ngoài cũng có thể gọi là thiết bị ngoài). 
 Ở các máy vi tính sử dụng phổ cập hiện nay bộ nhớ ngoài là các ổ đĩa 
cứng (HDD), ổ đĩa mềm (FDD). Ổ mềm thuận tiện trong việc trao đổi thông 
tin vì rất tiện trong việc di chuyển. Nhược điểm là tốc độ chậm (ổ đĩa quay 
với tốc độ 360 vòng/phút) và dung lượng nhỏ (thường vài Mb trở lại). Các ổ 
đĩa cứng có dung lượng rất lớn (vài trăm cho đến vài Gb) và tốc độ truy cập 
cũng lớn hơn ổ đĩa mềm nhiều (tốc độ quay của ổ cứng gấp 10 lần của ổ đĩa 
mềm - 3600 vòng/phút). 
 Khối phối ghép vào/ra (I/O) tạo khả năng giao tiếp máy tính với thế 
giới bên ngoài. Các thiết bị ngoại vi như màn hình, bàn phím, máy in, các bộ 
biến đổi D/A, A/D.... đều liên hệ với hệ máy tính qua bộ phận này mà cụ thể 
cho từng thiết bị là các cổng. 
 BUS địa chỉ: Khi ghi/đọc bộ nhớ bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra trên bus 
này địa chỉ của các ô nhớ có liên quan. Lưu ý là bus địa chỉ là bus một chiều 
xuất phát từ CPU. 
 BUS dữ liệu thường có từ 8, 16, 20, 24, 32 đến 64 đường dây tuỳ thuộc 
vào từng CPU cụ thể. BUS dữ liệu là loại 2 chiều. Các phần tử có đầu ra nối 
thẳng với bus dữ liệu đều phải được trang bị đầu ra 3 trạng thái để baỏ đảm 
cho bus hoạt động được bình thường. 
 BUS điều khiển thường gồm hàng chục dây tín hiệu khác nhau, và xét 
theo cả nhóm thì đó là lọai bus 2 chiều. 
 Thiết bị vào: biến đổi tín hiệu tự nhiên hoặc cho bởi con người sang 
dạng mã máy để bộ vi xử lý thực hiện. Thiết bị vào thông dụng nhất có bàn 
phím, con chuột, máy quét scaner, thiết bị phân tích nhận dạng tiếng nói, CD-
ROM..... 
 Thiết bị ra: biến đổi các mã bên trong máy tính sau khi xử lý để con 
người có thể hiểu được hoặc điều khiển các thiết bị khác. Thiết bị ra thông 
dụng nhất có màn hình, máy in, faxmodem, máy vẽ, loa hay các thiết bị điều 
khiển khác. 
Câu hỏi 1: Phân loại các hệ thống máy tính 
Câu hỏi 2: Trình bày các khái niệm cơ bản liên quan đến hệ vi xử lý 
 CHƯƠNG 2 
 TỔNG QUAN VỀ VI XỬ LÝ 
MÃ BÀI: MH29-03 
Mục tiêu: 
 - Trình bày cấu trúc bên trong và hoạt động của hệ vi xử lý 
 - Trình bày cấu trúc các thanh ghi của hệ vi xử lý. 
 - Sử dụng tập lệnh Assembly để lập trình điều khiển hệ vi xử lý. 
 - Khả năng tư duy tốt. 
 - Tinh thần tương trợ lẫn nhau trong học tập. 
Nội dung chính: 
1.Cấu trúc bên trong và hoạt động của hệ vi xử lý. 
Mục tiêu: 
 - Trình bày cấu trúc bên trong và hoạt động của hệ vi xử lý 
 Hình 2.1. Cấu trúc bộ vi xử lý 8086/8088 
a. Tổ chức của EU 
 EU là nơi xẩy ra các quá trình xử lý dữ liệu ở bên trong bộ VXL. Ở đây 
có đơn vị số học và lô gich ( ALU - arithmetic and logic unit) cùng với các 
thanh ghi để xử lý số liệu và ghi giữ các kết quả trung gian. EU nhận các lệnh 
và dữ liệu do BIU thu được rồi xử lý các thông tin đó. Dữ liệu đã được xử lý 
trong EU lại được chuyển ra bộ nhớ hoặc các thiết bị ngoại vi thông qua BIU. 
Như vậy EU không liên hệ trực tiếp với thế giới bên ngoài mà luôn luôn 
thông qua BIU. 
 Đơn vị thực hiện EU gồm có 2 phần là ALU và khối các thanh ghi. 
Các lệnh từ hàng đợi lệnh trong BIU được chuyển vào EU, giải mã và thực 
hiện tại đây. Các lệnh được lấy từ trên xuống theo nguyên tắc FIFO (First in 
First out) 
 Đơn vị số học-lôgic ALU 
 Đơn vị số học-lôgic ALU gồm các mạch có nhiệm vụ thực hiện các 
phép tính số học hoặc logic trên các số nhị phân theo từng cặp bit vào. 
 Khối điều khiển của EU 
 Trong khối điều khiển (CU-Control Unit) của EU có mạch giải mã lệnh. 
Mã lệnh đọc vào từ bộ nhớ được đưa đến đầu vào của bộ giải mã, các thông 
tin thu được từ đầu ra sẽ được đưa đến mạch tạo xung điều khiển từ đó nhận 
được các dãy xung khác nhau tuỳ thuộc vào mã lệnh để điều khiển hoạt động 
các bộ phận bên trong và bên ngoài CPU. 
b) Tổ chức của BIU 
 BIU gồm có mạch tạo địa chỉ và điều khiển BUS, nó có nhiệm vụ giúp 
khai thác tối đa khả năng của BUS. Để bảo đảm được điều đó, BIU phải thực 
hiện 2 chức năng sau: 
 - Chức năng 1: nhận trước các lệnh, cất tạm vào dãy chứa lệnh nhờ đó 
mà MP tăng được tốc độ tính toán. 
 - Chức năng 2: đảm đương mọi chức năng điều khiển BUS để EU có 
thể tập trung vào việc xử lý dữ liệu và thực hiện lệnh. Con trỏ lệnh chứa địa 
chỉ của lệnh thực hiện tiếp theo. 
 BIU được dùng để trực tiếp truy xuất hoặc phối ghép với những bộ 
phận khác của máy tính. 
 BIU gồm 3 khối chức năng sau: 
 - Đơn vị điều khiển BUS. 
 - Hàng chứa lệnh. 
 - Đơn vị điều khiển địa chỉ. 
 Đơn vị điều khiển BUS (Bus Control Unit) 
 Dùng để thực hiện các thao tác Bus đối với MP. Nó tiếp nhận và tạo 
các lệnh, dữ liệu và các tín hiệu điều khiển giữa MP và các bộ phận khác của 
hệ. Ví dụ, xác định hướng di chuyển của dữ liệu trên BUS dữ liệu bằng đường 
dây điều khiển DT/R (Data Transmit/Receive) phát hoặc thu dữ liệu. 
 Hàng đợi lệnh (Instruction queue) 
 Dùng hàng đợi lệnh để làm nơi lưu giữ tạm thời các lệnh sẽ được thực 
hiện trong EU. Thông qua đơn vị điều khiển bus, BIU nhận trước các lệnh và 
cất tạm chúng vào trong hàng chứa lệnh. Đây là công việc chiếm nhiều thời 
gian hơn so với việc tính toán trong EU. Do vậy BIU và EU cùng hoạt động 
song song bảo đảm nâng cao hiệu quả làm việc của MP. 
 Hàng đợi lệnh là bộ nhớ kiểu FIFO (First In First Out), có nghĩa lệnh 
được nạp vào trước sẽ được lấy ra trước. Bộ vi xử lý 8088 có hàng đợi lệnh 4 
bytes (8 bit) còn 8086 có hàng đợi lệnh 3 từ (mỗi từ 16 bit). Chính vì vậy tại 
mỗi thời điểm nó mang 1 từ (16 bit) thông tin. Đây là 1 điểm khác nhau quan 
trọng nữa giữa 2 bộ VXL. 
 Đơn vị điều khiển địa chỉ (Address Control Unit) 
 MP 8088/8086 có 20 đường địa chỉ (20 bit) vì vậy có khả năng đánh 
địa chỉ đến 1 Mb. Đơn vị điều khiển địa chỉ phối hợp hoạt động với con trỏ