Tài liệu Vi Xử Lý Và Lập Trình Hợp Ngữ

Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ MỤC LỤC Trang Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu chung 1.1 Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña c¸c bé vi xö lý 1.2 S¬ ®å khèi cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña hÖ vi xö lý 4 4 Ch−¬ng 2. Bé nhí b¸n dÉn 2.1 Ph©n lo¹i bé nhí 2.1.1 Bé nhí cè ®Þnh (ROM, PROM) 2.1.2 Bé nhí b¸n cè ®Þnh (EPROM, EEPROM, FLASH) 2.1.3 Bé nhí ®äc ghi (SRAM, DRAM) 2.1.4 Bé nhí ngoµi 2.2 Ph©n cÊp bé nhí 2.3 CÊu tróc cña m¹ch nhí tÜnh SRAM 2.3.1 Giíi thiÖu c«ng nghÖ 2.3.2 CÊu tróc m¹ch nhí SRAM 2.3.2.1 Bit nhí 2.3.2.2 Thanh ghi 2.3.2.3 Bé gi¶i m· 2.3.2.4 M¹ch nhí SRAM (C¸c thµnh phÇn, quy tr×nh ®äc ghi, biÓu ®å thêi gian) 2.3.3 ThiÕt kÕ thÎ nhí SRAM 2.4 CÊu tróc cña m¹ch nhí DRAM 6 7 8 10 10 10 12 12 12 14 15 18 19 19 Ch−¬ng 3. C¸c bé vi xö lý và vi điều khiển 3.1 Giíi thiÖu bé vi xö lý 8 bit tæng qu¸t 3.2 Bé vi xö lý 8 bit (8086/8088) 3.2.1 S¬ ®å khèi bé vi xö lý 8 bit 3.2.2 C¸c thanh ghi của 8086/88 3.2.3 BiÓu ®å thêi gian cña chu kú ®äc ghi sè liÖu 3.2.5 GhÐp nèi c¸c ch©n tÝn hiÖu 8088 3.2.6 HÖ lÖnh cña bé vi xö lý 8 bit 23 23 24 27 30 31 3.3 Giíi thiÖu c¸c bé vi xö lý tiªn tiÕn dòng 80x86 Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 1 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 3.4 Vi ®iÒu khiÓn 8x51/52 3.5 Vi ®iÒu khiÓn thÕ hÖ míi AVR 3.5.1. Giíi thiÖu chung vÒ AVR 3.5.2. Bus I2C vµ SPI 3.5.3. AVR 90S8535 3.6 C¸c hÖ thèng trªn mét chip cã kh¶ n¨ng t¸i cÊu h×nh (SoC) 3.6.1. SoC lµ g×? 3.6.2. Giíi thiÖu PSoC 3.6.3. PSoC CY8C29446 80 96 103 105 105 108 108 Ch−¬ng 4. C¸c bé ®iÒu khiÓn vµ ghÐp nèi d÷ liÖu 4.1. Vµo/ ra sè liÖu ®iÒu khiÓn b»ng ng¾t 4.1.1 Nguyªn lý vµo/ra ®iÒu khiÓn b»ng ng¾t 4.1.2 Bé ®iÒu khiÓn ng¾t PIC (8259) 4.1.3 Ng¾t trong m¸y tÝnh IBM/PC 4.2. Vµo/ra sè liÖu ®iÒu khiÓn b»ng th©m nhËp bé nhí trùc tiÕp DMA 4.2.1 Nguyªn lý vµo/ ra b»ng DMA 4.2.2 Bé th©m nhËp bé nhí trùc tiÕp DMAC (8237) 4.2.3 Sö dông bé ®iÒu khiÓn DMAC trong hÖ vi xö lý 4.3. Bé ®Õm lËp tr×nh ®−îc 4.3.1 S¬ ®å khèi bé ®Õm lËp tr×nh ®−îc (8254) 4.3.2 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña bé ®Õm lËp tr×nh 4.3.3 Sö dông bé ®Õm trong hÖ vi xö lý 4.4. Phèi ghÐp vµo ra nèi tiÕp 4.4.1 Nguyªn lý vµo/ ra nèi tiÕp 4.4.2 M¹ch thu ph¸t th«ng tin nèi tiÕp UART 4.5. Phèi ghÐp víi thiÕt bÞ vµo/ra qua cæng song song 4.5.1 GhÐp nèi song song ®¬n gi¶n 4.5.2 M¹ch phèi ghÐp vµo/ra song song lËp tr×nh ®−îc PPI 8255A 4.5.2.1 C¸c khèi cña PPI 4.5.2.2 C¸c tÝn hiÖu cña PPI 4.5.2.3 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña PPI 4.5.2.5 GhÐp nèi PPI trong hÖ vi xö lý Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 117 119 126 127 129 132 132 133 135 136 139 147 148 148 149 149 2 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Ch−¬ng 5 ThiÕt kÕ hÖ thèng vi xö lý 5.1 ThiÕt kÕ phÇn cøng 5.2 ThiÕt kÕ phÇn mÒm 5.2.1 ROM Mapping 5.2.2 RAM Mapping 5.2.3 ThiÕt kÕ c¸c ch−¬ng tr×nh hÖ thèng 5.2.4 ThiÕt kÕ c¸c ch−¬ng tr×nh øng dông 150 150 Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 3 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Ch−¬ng 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña c¸c bé vi xö lý • Bé vi xö lý lµ 1 thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong c¸c hÖ thèng tÝnh to¸n m¸y vi tÝnh. • Sù ph¸t triÓn: − ThÕ hÖ 1 (1971 - 1973): Bé vi xö lý ®Çu tiªn ra ®êi 1971 lµ 4004 s¶n phÈm cña h·ng Intel 4 bit sè liÖu, 12 bit ®Þa chØ. TiÕp theo lµ 4040, 8008... §Æc ®iÓm chung: + Sö dông c«ng nghÖ PMOS ( lç trèng) + Tèc ®é thùc hiÖn lÖnh 10-60µs. Tèc ®é xung ®ång hå 0.1 ®Õn 0.8 MHz + TËp lÖnh ®¬n gi¶n − ThÕ hÖ 2 (1974-1977): ThÕ hÖ c¸c vi xö lý 8 bit nh− 6800, 8080, 8085...cã thÓ qu¶n lý 64KB bé nhí. §Æc ®iÓm: + Sö dông c«ng nghÖ NMOS (Cã mËt ®é phÇn tö trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch lín h¬n PMOS) + Tèc ®é thùc hiÖn lÖnh 1-8µs. Tèc ®é xung ®ång hå 1-5MHz − ThÕ hÖ 3(1978-1982): Thêi kú c¸c vi xö lý 16 bit 8086/80186/80286 hoÆc 68000. + Cã tËp lÖnh ®a d¹ng h¬n + Kh¶ n¨ng ph©n biÖt bé nhí cao h¬n: 1-16MB bé nhí 64KB thiÕt bÞ ngo¹i vi + S¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ HMOS (HMOS, XMOS, VMOS: c¶i tiÕn cña NMOS) + Tèc ®é 0.1 - 1µs. Xung ®ång hå 5-10MHz − ThÕ hÖ 4(1983 - nay): Thêi kú c¸c bé vi xö lý 32 bit nh− 80386/486/PI,PII,PIII, PIV víi c¸c kü thuËt tiªn tiÕn pipeline, cache, vitual memory, HT...TÊt c¶ ®Òu cã bé ®ång xö lý to¸n häc, bé qu¶n lý bé nhí MMU. 1.2 S¬ ®å khèi cÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña hÖ vi xö lý − Bé vi xö lý lµ 1 thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc ®Ó x©y dùng c¸c hÖ thèng tÝnh to¸n, m¸y vi tÝnh. Nh−ng bé vi xö lý cßn ph¶i kÕt hîp víi c¸c thµnh phÇn kh¸c ®Ó t¹o nªn hÖ vi xö lý − S¬ ®å d−íi ®©y lµ s¬ ®å tæng qu¸t cña c¸c hÖ vi xö lý kinh ®iÓn ¸p dông cho c¸c hÖ nhá vµ c¸c m¸y tÝnh ®êi ®Çu. C¸c m¸y tÝnh hiÖn nay cã cÊu tróc kh¸c h¬n. Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 4 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ M CPU I/O In Out Abus Dbus Cbus • CPU (Central Processing Unit): Bé n·o cña m¸y tÝnh gåm c¸c m¹ch vi ®iÖn tö cã ®é tÝch hîp rÊt cao (hµng triÖu tranzito trong 1 chip). Nã gåm cã c¸c phÇn: + CU (Control Unit): Khèi ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng: ®äc m· lÖnh d−íi d¹ng tËp hîp c¸c bit 0/1 tõ c¸c « nhí trong bé nhí. Gi¶i m· c¸c lÖnh thµnh d·y c¸c xung ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c khèi kh¸c thùc hiÖn nh− ®iÒu khiÓn ALU, ®iÒu khiÓn ra ngoµi µPC + ALU (Arithmetic Logic Unit): Khèi tÝnh to¸n sè häc vµ logic: Tæ hîp c¸c m¹ch logic ®iÖn tö phøc t¹p cho phÐp thùc hiÖn c¸c thao t¸c trªn c¸c thanh ghi nh− +, -, *, /, AND, OR, NOT... + Registers: C¸c thanh ghi − Mét CPU cã thÓ cã nhiÒu thanh ghi: + Thanh ghi con trá lÖnh IP (bé ®Õm ch−¬ng tr×nh) chøa ®Þa chØ cña lÖnh s¾p thùc hiÖn: C¸c ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh lµ tËp hîp cña c¸c lÖnh. CPU sÏ lÊy tõng lÖnh ra ®Ó ch¹y. §Ó ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c viÖc thùc hiÖn nµy cÇn cã mét bé ®Õm ch−¬ng tr×nh. + C¸c thanh ghi kh¸c: C¸c thanh ghi ®o¹n, thanh ghi lÖch, thanh ghi con trá vµ chØ sè, thanh ghi cê... lµ c¸c thanh ghi ®¶m nhiÖm c¸c chøc n¨ng nhÊt ®Þnh trong ho¹t ®éng cña bé vi xö lý (SÏ nghiªn cøu kü qua VXL 8086/8088) • Bé nhí (Memory): Cã hai lo¹i chÝnh − ROM: Chøa c¸c ch−¬ng tr×nh vµ sè liÖu cè ®Þnh, chóng kh«ng bÞ mÊt khi ng¾t ®iÖn cung cÊp cho vi m¹ch nhí ROM. Ch−¬ng tr×nh khëi ®éng m¸y tÝnh, c¸c ch−¬ng tr×nh vµo ra c¬ së th−êng ®−îc chøa trong ROM. − RAM: Khi ng¾t ®iÖn nguån nu«i vi m¹ch RAM néi dung l−u tr÷ trong nã sÏ bÞ mÊt. RAM l−u gi÷ mét phÇn ch−¬ng tr×nh hÖ thèng, mét sè sè liÖu cña hÖ thèng, c¸c ch−¬ng tr×nh øng dông, c¸c kÕt qu¶ trung gian cña qu¸ tr×nh tÝnh to¸n, xö lý. Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 5 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ • ThiÕt bÞ vµo/ra(I/O): §©y lµ khèi t¹o kh¶ n¨ng giao tiÕp gi÷a hÖ vi xö lý vµ bªn ngoµi. Do ®Æc ®iÓm cña c¸c thiÕt bÞ ngoµi vµ hÖ trung t©m (Gåm CPU+Bé nhí) ho¹t ®éng cã sù kh¸c nhau vÒ tèc ®é lµm viÖc, møc vËt lý ®iÖn, ph−¬ng thøc nªn cÇn cã bé phèi ghÐp ®Öm, ®¶m b¶o cho c¸c khèi thiÕt bÞ ngoµi giao tiÕp ®−îc víi hÖ trung t©m. Bé ghÐp gi÷a bus hÖ thèng vµ thiÕt bÞ ngoµi gäi lµ cæng. Mçi cæng cã mét ®Þa chØ x¸c ®Þnh. • HÖ thèng bus: Lµ tËp hîp c¸c ®−êng d©y dÉn ghÐp nèi c¸c ch©n ®Þa chØ, d÷ liÖu, c¸c ch©n tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cña 3 khèi ®· nªu trªn. − Abus: Nèi c¸c ®−êng d©y ®Þa chØ cña CPU víi 2 khèi M vµ I/O. Kh¶ n¨ng ph©n biÖt ®Þa chØ cña CPU phô thuéc sè ch©n ®Þa chØ cña nã. Sè nµy cã thÓ lµ 16, 20, 24, 36 ch©n. ChØ cã CPU míi cã kh¶ n¨ng ph¸t ra tÝn hiÖu ®Þa chØ - Cã mét thiÕt bÞ n÷a cã thÓ ph¸t ra tÝn hiÖu ®Þa chØ lµ DMAC (DMA Controller). − Dbus: Dïng ®Ó vËn chuyÓn d÷ liÖu. §é réng cña nã 8, 16, 32, 64 bit. Dbus cã tÝnh 2 chiÒu. C¸c phÇn tö cã ®Çu ra nèi th¼ng víi bus d÷ liÖu ®Òu ph¶i ®−îc trang bÞ ®Çu ra 3 tr¹ng th¸i ®Ó cã thÓ lµm viÖc b×nh th−êng víi bus nµy. − Cbus: Gåm nhiÒu ®−êng d©y tÝn hiÖu kh¸c nhau. Mçi tÝn hiÖu cã 1 chiÒu x¸c ®Þnh. C¸c tÝn hiÖu trªn Cbus bao gåm c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ CPU nh− ®/k ®äc viÕt, tÝn hiÖu tr¹ng th¸i tõ bé nhí, thiÕt bÞ ngo¹i vi b¸o cho CPU nh− INTR, HOLD... • Ho¹t ®éng cña hÖ: Ch−¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu ®−îc chøa trong bé nhí ngoµi ®−îc ®−a vµo bé nhí trong (RAM). Sau ®ã ®−îc CPU lÊy dÇn ra ®Ó xö lý. CPU thùc hiÖn: + LÊy lÖnh + Gi¶i m· lÖnh + ®iÒu khiÓn thùc hiÖn lÖnh §ã lµ mét vßng lÆp, trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn vßng lÆp ®ã nÕu cã t¸c ®éng ng¾t hoÆc yªu cÇu DMA CPU sÏ ®¸p øng c¸c yªu cÇu nµy sau ®ã l¹i quay trë laÞ chu tr×nh ho¹t ®éng chÝnh. Ch−¬ng 2. BỘ NHỚ BÁN DẪN 2.1 Ph©n lo¹i bé nhí − Bé nhí dïng ®Ó l−u tr÷ lÖnh vµ d÷ liÖu − Bé nhí ®−îc x©y dùng tõ c¸c phÇn tö nhí c¬ b¶n, mçi phÇn tö lµ mét bit th«ng tin. Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 6 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Bé nhí Bé nhí b¸n dÉn Cè ®Þnh ROM PROM Ngoµi B¸n cè ®Þnh EPROM EEPROM §äc/Ghi FLASH SRAM DRAM 2.1.1 Bé nhí cè ®Þnh (ROM, PROM) D1 D0 C¸c « nhí ®Þa chØ 00 01 10 11 §Çu ra D3 D2 D1 NÕu cã diot: §Çu ra =1. NÕu kh«ng cã diot: §Çu ra = 0 Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 7 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ CS=1. §Çu ra khi ®Þa chØ ®óng b»ng 1, ®¶o ®i b»ng 0. §Çu tiªn c¸c cÇu ch× cßn nguyªn. NÕu vÉn cßn cÇu ch×: ®iot th«ng ®Çu ra di = 0 NÕu c¾t cÇu ch×, kh«ng bÞ sôt ¸p ®Çu ra di = 1 2.1.2 Bé nhí b¸n cè ®Þnh (EPROM, EEPROM, FLASH) • EPROM (Erasable Programmable ROM): Cã cÊu t¹o ®Æc biÖt dùa trªn nguyªn t¾c lµm viÖc cña tranzito tr−êng cã cùc ®iÒu khiÓn và thêm cửa nổi. ViÖc n¹p ch−¬ng tr×nh cho EPROM ®−îc thùc hiÖn b»ng ®iÖn. Xo¸ ch−¬ng tr×nh b»ng tia cùc tÝm, do tia cùc tÝm ¶nh h−ëng ®Õn cùc nguån vµ cùc m¸ng. Bộ nhớ EPROM có thể ghi lại được. Ký hiÖu 27xxx hv Sounce Gate Drain Control Gate Floating Gate File oxide File oxide n-Sounce n-Drain H×nh : CÊu tróc cña 1 EPROM Trong « nhí dïng tranzito nµy, cùc cöa ®−îc nèi víi ®−êng tõ, cùc m¸ng nèi víi ®−êng bit vµ cùc nguån nèi víi nguån chuÈn ®−îc coi lµ nguån cho møc logic 1. Kh¸c víi tranzito MOS b×nh th−êng, ë ®©y cã thªm 1 cöa gäi lµ cöa næi; §ã lµ mét vïng vËt liÖu ®−îc thªm vµo gi÷a líp c¸ch ®iÖn cao nh− h×nh trªn. NÕu cöa næi kh«ng cã ®iÖn tÝch th× kh«ng cã ¶nh h−ëng g× tíi cùc cöa ®iÒu khiÓn vµ tranzito ho¹t ®éng b×nh th−êng. Tøc lµ khi d©y tõ ®−îc kÝch ho¹t (cùc cöa cã ®iÖn tÝch d−¬ng) th× Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 8 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ tranzito th«ng, cùc m¸ng vµ cùc nguån ®−îc nèi víi nhau qua kªnh dÉn vµ d©y bit cã møc logic 1. NÕu cöa næi cã c¸c ®iÖn tö trong ®ã víi c¸c ®iÖn tÝch ©m, chóng sÏ ng¨n tõ tr−êng ®iÖn ®iÒu khiÓn cña cùc ®iÒu khiÓn vµ dï d©y tõ cã ®−îc kÝch ho¹t th× còng kh«ng thÓ ph¸t ra tr−êng ®ñ m¹nh víi cùc cöa ®iÒu khiÓn ®Ó lµm th«ng tranzito. Lóc nµy ®−êng d©y bit kh«ng ®−îc nèi víi nguån chuÈn vµ « nhí ®−îc coi nh− gi÷ gi¸ trÞ logic 0. ViÖc n¹p c¸c ®iÖn tö vµo cöa næi , tøc lµ t¹o ra c¸c « nhí cã gi¸ trÞ logic 0, ®−îc thùc hiÖn bëi c¸c xung ®iÖn cã ®é dµi cì 50 ms vµ ®é lín +20V khi ®Æt vµo cùc cöa vµ cùc m¸ng. Lóc ®ã c¸c ®iÖn tÝch mang cã n¨ng l−îng lín sÏ ®i qua líp c¸ch ®iÖn gi÷a ®Õ vµ cöa næi. Chóng tÝch tô trong vïng cöa næi vµ ®−îc gi÷ ë ®©y sau khi xung ch−¬ng tr×nh t¾t. §ã lµ do cöa næi ®−îc c¸ch ®iÖn cao víi xung quanh vµ c¸c ®iÖn tö kh«ng cã ®ñ n¨ng l−îng sau khi l¹nh ®i, ®Ó cã thÓ v−ît ra ngoµi líp c¸ch ®iÖn ®ã n÷a. Chóng sÏ ®−îc gi÷ l¹i ë ®©y trong mét thêi gian dµi (kho¶ng 10 n¨m). §Ó xãa th«ng tin, ph¶i chiÕu tia tö ngo¹i vµo chip nhí. Nh÷ng ®iÖn tö ë ®©y ®−îc hÊp thô n¨ng l−¬ng nh¶y lªn møc n¨ng l−îng cao, chóng sÏ rêi cöa næi nh− c¸ch th©m nhËp vµo ®ã. Trong chip EPROM cã mét cöa sæ b»ng th¹ch anh chØ ®Ó cho ¸nh s¸ng tö ngo¹i ®i qua khi cÇn xãa sè liÖu trong bé nhí. • EEPROM (Electric Erasable PROM): Cã cÊu t¹o t−¬ng tù EPROM nh−ng n¹p xo¸ b»ng ®iÖn. Ký hiÖu 28xxx (ví dụ vi mạch EEPROM 2864, 28128). i m khác c a EEPROM lµ mét líp kªnh mµng máng «xit gi÷a vïng cöa næi tr¶i xuèng d−íi ®Õ vµ cùc m¸ng gi÷ vai trß quan träng. C¸c líp c¸ch ®iÖn kh«ng thÓ lý t−ëng ®−îc, c¸c líp ®iÖn tÝch mang cã thÓ thÊm qua líp ph©n c¸ch víi mét x¸c suÊt thÊp. X¸c suÊt nµy t¨ng lªn khi bÒ dµy cña líp gi¶m ®i vµ ®iÖn thÕ gi÷a hai cùc ë hai mÆt cña líp c¸ch ®iÖn t¨ng lªn. Muèn phãng c¸c ®iÖn tÝch trong vïng cöa næi, mét ®iÖn thÕ (20V) ®−îc ®Æt vµo cùc cöa ®iÒu khiÓn vµ cùc m¸ng. Lóc nµy c¸c ®iÖn tö ©m trong cöa næi ®−îc ch¶y vÒ cùc m¸ng qua kªnh mµng máng «xit vµ sè liÖu l−u gi÷ ®−îc xãa ®i. §iÒu chó ý lµ ph¶i l−u ý lµm sao cho dßng ®iÖn tÝch nµy ch¶y kh«ng qu¸ l©u, v× nÕu kh«ng vïng cöa næi nµy l¹i trë nªn ®iÖn tÝch d−¬ng lµm cho ho¹t ®éng cña trazito kh«ng ®−îc ë tr¹ng th¸i b×nh th−êng(1). C¸c chÝp ROM hiÖn nay cã thêi gian th©m nhËp cì tõ 120-150 ns dµi h¬n nhiÒu thêi gian ®ã trong c¸c chip nhí RAM. • Flash ROM: CÊu t¹o t−¬ng tù EEPROM sö dông víi ®iÖn ¸p thÊp h¬n. Ký hiÖu 29xxx, 39xxx Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 9 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ 2.1.3 Bé nhí ®äc ghi (SRAM, DRAM) + Bé nhí RAM tÜnh lµ SRAM (Static RAM) th−êng ®−îc x©y dùng trªn c¸c m¹ch ®iÖn tö flip – flop. + Bé nhí RAM ®éng lµ DRAM (Dynamic RAM) ®−îc x©y dùng trªn c¬ së c¸c ®iÖn tÝch ë tô ®iÖn. Bé nhí nµy ph¶i ®−îc håi phôc néi dung ®Òu ®Æn, nÕu kh«ng néi dung sÏ mÊt theo sù rß ®iÖn tÝch trªn tô. EDORAM, VRAM, SDRAM, SGRAM ®Òu RAM ®éng. C¸c bé nhí DRAM th−êng tho¶ m·n c¸c yªu cÇu khi cÇn bé nhí cã dung l−îng lín. Khi cÇn cã tèc ®é truy xuÊt lín th× l¹i ph¶i dïng c¸c bé nhí SRAM víi gi¸ thµnh ®¾t h¬n; c¶ hai lo¹i nµy ®Òu bị mất thông tin khi nguån ®iÖn nu«i bÞ mÊt, V× lý do nµy, c¸c ch−¬ng tr×nh dïng cho viÖc khëi ®éng PC nh− BIOS th−êng ph¶i n¹p trong c¸c bé nhí ROM. 2.1.4 Bé nhí ngoµi Bé nhí chÝnh b»ng vËt liÖu b¸n dÉn trªn b¶n m¹ch chÝnh kh«ng thÓ l−u tr÷ mét khèi l−îng rÊt lín c¸c th«ng tin, do vËy cÇn ph¶i cã thªm c¸c thiÕt bÞ nhí bªn ngoµi nh− b¨ng giÊy ®ôc lç b¨ng cassette, trèng tõ, ®Üa tõ, ®Üa quang laser. Nh÷ng thiÕt bÞ l−u tr÷ d÷ liÖu ë ngoµi nh− vËy ®−îc gäi lµ bé nhí khèi (mass storage) hay gäi lµ nhí ngoµi. ThiÕt bÞ nhí khèi th«ng dông nhÊt lµ ®Üa tõ. §Üa tõ lµ mét tÊm ®Üa trßn máng lµm b»ng chÊt dÎo mylar, hoÆc b»ng thñy tinh cøng hoÆc b»ng kim lo¹i cøng, trªn cã phñ mét líp bét tõ tÝnh «xit s¾t tõ. §Üa tõ sö dông kü thuËt ghi tõ ®Ó l−u tr÷ gi÷ liÖu, ®ã lµ viÖc ®Þnh h−íng c¸c domain tõ ®Ó t¹o ra c¸c bit th«ng tin 0 vµ 1. Khi ®· ghi lªn ®Üa, d÷ liÖu cã thÓ tån t¹i c¶ khi c¾t ®iÖn PC. Tuy nhiªn gièng nh− b¨ng tõ, d÷ liÖu cò còng cã thÓ xãa ®i thay thÕ bëi d÷ liÖu míi nhiÒu lÇn. Kỹ thuật điện tử tương lai sẽ cho phép có các khối nhớ dung lượng lớn hoàn toàn bằng vi mạch thay thế đĩa từ- hiện nay đã có các mạch nhớ bán dẫn với dung lượng tới vài GB. 2.2 Ph©n cÊp bé nhí CPU Cache Registers Bé nhí chÝnh Bé nhí ngoµi Bé nhí ¶o: Trong c¸c hÖ VXL hiÖn ®¹i ®−îc t¹o nªn bëi Cache, M vµ Bé nhí ngoµi. Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 10 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Bé nhí th−êng ®−îc tæ chøc gåm nhiÒu vi m¹ch nhí ®−îc ghÐp l¹i víi nhau ®Ó cã ®é dµi tõ vµ tæng sè tõ cÇn thiÕt. Nh÷ng chip nhí ®−îc thiÕt kÕ sao cho cã ®Çy ®ñ chøc n¨ng cña mét bé nhí: • Mét ma trËn nhí gåm c¸c « nhí, mçi « nhí øng víi mét bit nhí. • M¹ch logic gi¶i m· ®Þa chØ « nhí. • M¹ch logic cho phÐp ®äc néi dung « nhí. • M¹ch logic cho phÐp viÕt néi dung « nhí. • C¸c bé ®Öm vµo, bé ®Öm ra vµ bé nhí më réng. C¸ch tæ chøc ®¬n gi¶n nhÊt lµ tæ chøc theo tõ víi sù chän tuyÕn tÝnh. Mét ma trËn nhí nh− vËy cã ®é dµi cña cét b»ng sè l−îng tõ W vµ ®é dµi cña hµng b»ng sè l−îng bit B trong mét tõ. Bé chän tõ gi¶i m· mét tõ W, nghÜa lµ gi¶i m· ®Ó cã mét ®Çu ra duy nhÊt cho mçi tõ trong bé nhí. Râ rµng ph−¬ng ph¸p chän tuyÕn tÝnh cã thêi gian th©m nhËp ng¾n nh−ng cÇn mét bé gi¶i m· lín khi tæng sè tõ lín, lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm. KÝch th−íc cña phÇn gi¶i m· ®Þa chØ sÏ gi¶m ®i khi tæ chøc ma trËn nhí vµ phÇn logic chän tõ W cho phÐp gi¶i m· hai b−íc. Ma trËn nhí sö dông gi¶i m· hai b−íc øng víi tõ vËt lÝ vµ tõ logic. Tõ vËt lÝ bao gåm sè l−îng bit trong mét hµng cña ma trËn. Tõ logic bao gåm sè l−îng bit t−¬ng øng víi mét tõ logic nhËn biÕt ®−îc vµ göi ra cïng mét bé gi¶i m·. CÇn hai bé gi¶i m·: Mét bé gi¶i m· hµng ®Ó chän mét tõ vËt lý vµ mét bé gi¶i m· cét gåm 1 vµi m¹ch dån kªnh chän mét tõ logic tõ mét tõ vËt lý ®· chän. Mét tõ vËt lý chia S tõ logic. Bé gi¶i m· hµng lµ bé gi¶i m· chän 1 tõ W, mµ B=W/S vµ bé chän cét chøa B bé dån mét ®−êng tõ S. 7 A0-A6 §Öm vµo 7 12 Gi¶i m· hµng 1 tõ 128 Ma trËn rom 128 X 128 12 A7-A10 4 8 Bé gi¶i m· cét 1 tõ 16 8 CS Gi¶i m· hai b−íc cho ma trËn ROM 128x128 Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com §Öm ra 8 07…01 https://fb.com/tailieudientucntt 11 Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Ở trªn lµ ví dô vÒ s¬ ®å ROM dung l−îng 2048x8 bit, tæ chøc theo gi¶i m· hai b−íc. Ma trËn nhí lµ 128x128 bit, nh− vËy cã 128 = 27 tõ vËt lÝ. Mét tõ vËt lÝ nh− vËy ®−îc chän bëi 7 ®−êng d©y ®Þa chØ tõ A0-A6. Bé gi¶i ®Þa chØ hµng chän 1 hµng tõ 128 hµng. Mét tõ vËt lÝ ®−îc chia thµnh 128/8=16 nhãm 8 bit. Nh− vËy, nh÷ng bé gi¶i m· cét gåm 8 bé dån kªnh mét ®−êng tõ 16 ®−êng ®Ó cung cÊp mét tõ logic 8 bit. Nh÷ng bit ®Þa chØ tõ A7-A10 ®iÒu khiÓn nh÷ng bé gi¶i m· cét. Tr−êng hîp ®Æc biÖt khi sè phÇn tö trong mét tõ vËt lÝ b»ng sè bit trong 1 tõ vËt lÝ thi ®ã lµ bé nhí tæ chøc theo bit nghÜa lµ mçi tõ logic cã ®é dµi 1 bit. C¸c bé ®Öm ra ®¶m b¶o kh«ng nh÷ng møc logic mong muèn vµ cung cÊp ®ñ dßng ®iÖn mµ cßn cã ®Çu ra collector hë hoÆc 3 tr¹ng th¸i cho phÐp nèi chung ®Çu ra cña mét vµi chip víi nhau. Bé ®Öm ra ®−îc ®iÒu khiÓn bëi 1 hay nhiÒu ®Çu vµo nh− chän m¹ch CS, cho phÐp CE hay cho phÐp më ®Çu ra 3 tr¹ng th¸i OE. 2.3 CÊu tróc cña m¹ch nhí tÜnh SRAM 2.3.1 Giíi thiÖu c«ng nghÖ CÊu tróc m¹ch ®iÖn cña RAM phô thuéc vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o. Cã mét sè c«ng nghÖ chÕ t¹o th«ng dông: − Mức điện áp chuẩn TTL: + Qui ®Þnh 2 møc 0/1.("0"...., "1"....) + §iÖn ¸p sö dông 5V − MOS: C«ng nghÖ ®¬n cùc (Metal Oxit Semi Conductor) − ECL(M¹ch logic ghÐp cùc ph¸t - Emitor Coupler Logic), I2L, SOS − Các khối nhớ NOR Flash 2.3.2 CÊu tróc m¹ch nhí SRAM 2.3.2.1 Bit nhí • Bit nhí Mçi phÇn tö nhí c¬ b¶n 1 bit lµ 1 m¹ch F-F (Flip-Flop) cã hai tr¹ng th¸i c©n b»ng æn ®Þnh ®Ó biÓu diÔn hai gi¸ trÞ nhÞ ph©n 0 vµ 1. Khi phÇn tö nhí ®· ®−îc thiÕt lËp gi¸ trÞ th× nã nhí m·i gÝa trÞ ®ã cho ®Õn khi thiÕt lËp tr¹ng th¸i míi. Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 12 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ §Çu vµo d÷ liÖu Din §Þa chØ hµng cét Xi, Yi M¹ch F-F CS §Çu ra d÷ liÖu Dout WE D÷ liÖu ®−îc ®−a vµo Din, lÊy ra Dout X¸c ®Þnh ®Þa chØ Xi, Yi WE: ®iÒu khiÓn ®äc viÕt; tuú theo tÝn hiÖu ®−a ®Õn lµ 0 hay 1 mµ cho phÐp viÕt vµo hay ®äc ra CS (Chipselect): TÝn hiÖu chän chip. Mét bé nhí cã thÓ do nhiÒu chip nhí t¹o nªn. Khi CPU lµm viÖc víi chip nhí nµo th× nã sÏ kÝch ho¹t tÝn hiÖu chän chip cña chip nhí ®ã. TÝn hiÖu nµy th−êng t¸c ®éng ë møc thÊp. Rn 0 0 1 1 Sn 0 1 0 1 Qn+1 Q/n+1 Qn Q/n 1 0 0 1 x x Một bit nhớ F-F RS sử dụng tranzixtor phân cực Một bit nhớ F-F RS sử dụng tranzixtor trường Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 13 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Ghi: + Dây từ = 0 + Đưa dữ liệu vào dây bit. Giả sử là "1" + Dây từ =1 → TI/O 1 thông → D1 của T1 =1 → T2 thông D2 = 0 → G của T1 = 0 → T1 không thông và duy trì ngay cả khi dữ liệu không đặt trên dây bit + Dây từ =0. Dữ liệu được ghi trong bit nhớ Đọc: + Trước khi đọc đây từ = 0 + Dây từ = 1. T1, T2 thông đưa dữ liệu ra dây bit. 2.3.2.2 Thanh ghi • Thanh ghi: Lµ nhãm c¸c phÇn tö nhí cã liªn hÖ víi nhau cïng ho¹t ®éng nhí 1 ®¬n vÞ nhí: − Thanh ghi nhí tõ − Thanh ghi dÞch − Cã c¸c lo¹i thanh ghi 8 bit, 16 bit, 32 bit...mçi bit lµ 1 phÇn tö nhí c¬ b¶n C¸c thanh ghi lµm nhiÖm vô nhí t¹m thêi mét tõ nhÞ ph©n th−êng ®−îc x©y dùng tõ c¸c flip-flop. C¸c bé xö lý th−êng cã mét tËp thanh ghi ®−îc sö dông ®Ó chøa t¹m d÷ liÖu hoÆc c¸c chØ thÞ trong qu¸ tr×nh thi hµnh ch−¬ng tr×nh. C¸c thanh ghi nh− vËy cÇn cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng ë tèc ®é cao h¬n c¸c thanh ghi kh¸c ®−îc sö dông trong bé nhí chÝnh. H×nh d−íi m« t¶ thanh ghi ®Öm 4 bit, sö dông flip-flop D chuyÓn m¹ch bëi s−ên d−¬ng cña xung ®ång hå. LOAD H×nh : Thanh ghi ®Öm Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 14 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ + Xi (i=1..3) lµ c¸c bit cña word X cÇn nhí, khi s−¬n xung d−¬ng ®Çu tiªn ®i tíi, word ®−îc nhí vµo trong thanh ghi lµ Q3Q2Q1Q0=X3X2X1X0, hay viÕt lµ Q=X. Tõ nhÞ ph©n cã thÓ lÊy ra ë ®Çu ra Q3Q2Q1Q0. + CLR lµ ®Çu vµo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn xo¸ néi dung thanh ghi, tÝch cùc ë møc cao, nghÜa lµ khi CLR lµ cao th× tÊt c¶ c¸c flip-flop bÞ xo¸ vµ tõ ®−îc nhí trë thµnh Q=0. + LOAD lµ ®Çu vµo ®iÒu khiÓn tÝch cùc ë møc cao, khi LOAD = 0 c¸c bit kh«ng thÓ ®i vµo c¸c flip-flop, ®ång thêi qua NOT ®−êng d©y kia sÏ cã møc cao, lµm cho c¸c gi¸ trÞ ë ®Çu ra cña c¸c flip-flop ®−a ng−îc l¹i lèi vµo, t¹i c¸c s−ên d−¬ng cña xung ®ång hå chóng sÏ l¹i ®−îc ghi l¹i vµo trong flip-flop, nãi c¸ch kh¸c khi LOAD=0 th× thanh ghi kh«ng thay ®æi néi dung. + Khi LOAD=1 c¸c bit cña X ®−îc ®−a tíi lèi vµo cña flip-flop, khi s−ên d−¬ng cña xung ®ång hå ®i tíi chóng sÏ ®−îc ghi vµo trong thanh ghi. 2.3.2.3 Bé gi¶i m· • Bé gi¶i m· §é dµi 1 « nhí th−êng lµ 8bit(1byte). Trong mét vi m¹ch nhí cã nhiÒu « nhí. Mçi mét « nhí khi ghÐp víi hÖ vi xö lý sÏ cã mét ®Þa chØ x¸c ®Þnh. CPU muèn lµm viÖc víi « nhí nµo nã sÏ ®−a ra tÝn hiÖu ®Þa chØ cña « nhí ®ã. Qua bé gi¶i m· ®Þa chØ, « nhí ®ã ®−îc chän chÝnh x¸c, sau ®ã cho phÐp ®äc/viÕt trªn « nhí ®ã. Bªn trong 1 vi m¹ch nhí TÝn hiÖu ®Þa chØ TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn WR Bé gi¶i m· ®Þa chØ RD Chän « nhí 0 Chän « nhí N ¤ nhí 0 ¤ nhí 1 ... ... D÷ liÖu ¤ nhí N CS Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 15 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Bé gi¶i m· ®Þa chØ gióp ta chän ®−îc « nhí nµo trong vi m¹ch ®Ó lµm viÖc §Çu vµo bé gi¶i m· cã n bit ®Þa chØ sÏ ph©n biÖt ®−îc 2n tr¹ng th¸i → sÏ ph©n biÖt ®−îc 2n « nhí. NÕu 1 « nhí 8 bit cã thÓ hiÖn nh− sau §Þa chØ « nhí Néi dung « sè 0 0000 0101 « nhí 1 11110100 ... ... §Ó ®äc hay ghi « nhí cÇn cã thªm c¸c tÝn hiÖu : RD: §äc « nhí C¸c tÝn hiÖu nµy th−êng dïng møc thÊp WR: Ghi vµo « nhí Khi cÇn cã dung l−îng « nhí lín h¬n cÇn ghÐp nhiÒu vi m¹ch nhí. Khi ®ã ®Ó chän vi m¹ch nhí nµo l¹i cÇn cã mét bé gi¶i m· ®Þa chØ n÷a ®Ó chän ®−îc vi m¹ch cÇn thiÕt. VD: X©y dùng bé nhí 4KB tõ 4 vi m¹ch 1 KB Vi m¹ch nhí sè 0 A bus RD C bus A10, A11 Bé gi¶i m· ®Þa chØ CS0 A0.. A9 Vi m¹ch nhí sè 1 CS1 A0.. A9 ............ Vi m¹ch nhí sè N CSN A0.. A9 Abus Chän « nhí Gi¶i thÝch ho¹t ®éng CPU muèn lµm viÖc víi vi m¹ch nhí nµo th× nã ph¸t ra tÝn hiÖu ®Þa chØ qua Abus, c¸c tÝn hiÖu ®Þa chØ qua bé gi¶i m· ®Þa chØ sÏ kÝch ho¹t c¸c tÝn hiÖu CS t−¬ng øng ®Ó chän ®−îc vi m¹ch cÇn thiÕt. C¸c tÝn hiÖu ®Þa chØ còng ®−îc ®−a vµo tõng vi m¹ch nhí ®Ó chän ra « nhí cÇn thiÕt. − ThiÕt bÞ ngo¹i vi ®−îc dµnh 1 sè ®Þa chØ ë vïng thÊp (víi m¸y tÝnh theo kiÕn tróc IBM-PC vïng nµy gåm 1KB). Nh− vËy sÏ cã nh÷ng « nhí trong vïng thÊp nµy cã Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 16 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ ®Þa chØ trïng víi ®Þa chØ cña thiÕt bÞ ngo¹i vi. §Ó kh«ng x¸y ra sù nhÇm lÉn gi÷a c¸c « nhí vµ thiÕt bÞ ngo¹i vi cã ®Þa chØ trïng nhau, ng−êi ta sö dông thªm tÝn hiÖu IO/M khi gi¶i m· ®Þa chØ. Còng ®Þa chØ ®ã nh−ng nÕu IO/M = 0 lµ ®Þa chØ cña « nhí, IO/M =1 lµ ®Þa chØ cña thiÕt bÞ ngo¹i vi. − C¸c m¹ch gi¶i m· ®Þa chØ ®−îc t¹o nªn b»ng c¸c vi m¹ch sè Gi¶i m· cho 1 vi m¹ch nhí: D÷ liÖu ra A0..A10 2716 2716 TÝn hiÖu ®Þa chØ CE OE OE CE A11 A12 ° ° A19 IO/M Gi¶i m· cho nhiÒu vi m¹ch nhí − Vi m¹ch sö dông khi gi¶i m· cÇn nhiÒu ®Çu ra th−êng dïng 74LS138 Giải mã cho 3 vi mạch ROM 2764 địa chỉ ô nhớ đầu là F0000h A0 .. A12 2764 A13 A14 A15 A16 A17 A18 IO/M A19 A ° ° ° 74138 ° G2A ° G2A ° G2A ° ° G2B ° G1 ° A B B C C ° Y0 Y1 Y Y23 OE 2764 2764 ° ° OE Y4 Y56 Y7 Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com OE 17 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ Vi m¹ch cã 8 ®Çu ra gi¶i m· t¸c ®éng ë møc thÊp tõ Y0 ®Õn Y7 . ViÖc chän dÇu ra gi¶i m· nµo do tæ hîp tÝn hiÖu c¸c ch©n A, B, C. §Ó vi m¹ch ho¹t ®éng tÝn hiÖu ë c¸c ch©n G2A, G2B, G1 ph¶i ®¶m b¶o ®ång thêi nh− sau: G2A=0 G2B=0 vµ G1=1 B¶ng t¸c ®éng cña vi m¹ch VÝ dô sö dông vi m¹ch 74138 gi¶i m· cho 3 vi m¹ch ROM 2764, ®Þa chØ cña « nhí ®Çu tiªn lµ FA000h tøc lµ 1111 1110 0000 0000 0000 A19 C B A A0 Cã nhiÒu ph−¬ng ¸n ®Ó gi¶i m· cho mét yªu cÇu cô thÓ khi sö dông 74138. Cho c¸c vÝ dô 2.3.2.4 M¹ch nhí SRAM (C¸c thµnh phÇn, quy tr×nh ®äc ghi, biÓu ®å thêi gian) • M¹ch nhí SRAM Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 18 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN §Þa chØ Cho phÐp ®−a d÷ liÖu ra BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ A0-A10 D0-D7 OE WE Chon chip D÷ liÖu Cho phÐp ghi CS Bé nhí SRAM 2.3.3 ThiÕt kÕ thÎ nhí SRAM Mạch nhớ SRAM thường được thiết kế cho các hệ vi xử lý nhỏ. Dữ liệu ban đầu là: Dung lượng cần thiết, tốc độ truy nhập. Từ các số liệu này chọn được loại vi mạch SRAM và số lượng chip. Tiếp theo xây dựng bộ giải mã địa chỉ ngoài. Có thể dùng các vi mạch AND, OR, NOT, NAND hoặc vi mạch chuyên dụng 74138, 74 154,... để xây dựng bộ giải mã. 2.4 CÊu tróc cña m¹ch nhí DRAM PhÇn tö nhí DRAM §Ó bè trÝ ®−îc sè ph©n tö nhí lín nhÊt trong mét vi m¹ch, mçi ph©n tö nhí ph¶i ®−îc chÕ t¹o sao cho ®¬n gi¶n nhÊt. PhÇn tö nhí RAM ®éng (DRAM) mµ chóng ta sÏ t×m hiÓu chØ cÇn 1 tranzito cho 1 bit th«ng tin, v× thÕ cã thÓ bè trÝ víi mËt ®é rÊt cao vµ cã gi¸ thµnh rÎ. Trong ph©n tö nhí nµy ng−êi ta thay flip-flop b»ng mét tô ®iÖn C, gi¸ trÞ nhí trong phÇn tö nhí nµy chÝnh lµ ®iÖn tÝch n¹p trªn tô ®iÖn. Ta cã thÓ sö dông tr¹ng th¸i tô ®−îc n¹p, tøc lµ trªn tô ®iÖn C cã mét ®iÖn ¸p lín h¬n mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh nµo ®ã, biÓu diÔn gi¸ trÞ 1 cña bit, cßn tr¹ng th¸i kh«ng ®−îc n¹p biÓu diÔn gi¸ trÞ 0. Nguyªn lý cÊu t¹o cña mét phÇn tö DRAM ®−îc minh häa ë h×nh d−íi: Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 19 https://fb.com/tailieudientucntt Phạm Đức Long Bộ môn CNĐKTĐ Khoa CNTT - ĐHTN BÀI GIẢNG MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ LẬP TRÌNH HỢP NGỮ D©y tõ G Tranzito T S D D©y bit Tô ®iÖn C PhÇn tö nhí DRAM 1 bit Bé nhí RAM ®éng Bé nhí DRAM ®−îc tæ chøc thµnh mét ma trËn nhí, trong ®ã d©y tõ lµ mét trong c¸c d©y hµng cña ma trËn, cßn d©y bit lµ mét trong nh÷ng d©y cét cña ma trËn. PhÇn tö nhí ®−îc ®Æt ë giao ®iÓm cña c¸c d©y hµng vµ cét. Tranzito T lµ mét tranzito tr−êng (fet) ®ãng vai trß mét chuyÓn m¹ch ®iÖn tö. T cã ba cùc lµ cùc cæng G (Gate), cùc m¸ng D (Drain) vµ cùc nguån S (Sourne), trong ®ã G lµ cùc ®iÒu khiÓn, D sÏ ®−îc nèi víi S khi G cã møc ®iÖn ¸p cao so víi S, ng−îc l¹i ®iÖn trë gi÷a D vµ S rÊt lín. Qu¸ tr×nh ghi: Khi d©y tõ cã møc tÝch cùc, T ë tr¹ng th¸i më, nèi tô ®iÖn C víi d©y bit. NÕu thao t¸c lµ ghi th× gi¸ trÞ cÇn ghi ph¶i ®Æt trªn d©y bit. NÕu gi¸ trÞ ®ã lµ 1 th× tô C sÏ ®−îc n¹p tíi ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi gi¸ trÞ 1 trªn d©y bit, cßn nÕu gi¸ trÞ ®ã lµ 0 th× tô ®iÖn C sÏ bÞ phãng hÕt ®iÖn tÝch. Qu¸ tr×nh ®äc: ViÖc ®äc phøc t¹p h¬n ghi do ®iÖn tÝch trªn tô C øng víi gi¸ trÞ cÇn ®äc rÊt nhá. Tr−íc khi ®Æt d©y tõ lªn møc tÝch cùc, cÇn ph¶i ®Æt lªn gi©y bit ®iÖn ¸p b»ng 1/2 møc chªnh lÖch gi÷a ®iÖn ¸p øng víi møc 1 vµ ®iÖn ¸p øng víi møc 0. §iÖn ¸p trªn tô sÏ lµm cho ®iÖn ¸p d©y bit thay ®«i mét chót theo chiÒu h−íng t¨ng hoÆc gi¶m tuú thuéc vµo bit ®ã lµ 1 hay 0. Sù thay ®æi nhá cña ®iÖn ¸p trªn d©y bit sÏ ®−îc truyÒn tíi ®Çu vµo cña mét bé khuÕch ®¹i nh¹y, t¹i ®Çu ra cña nã ta nhËn ®−îc ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi gi¸ trÞ cña bÝt chøa trªn tô. Qu¸ tr×nh lµm t−¬i: Ta ®Òu biÕt mäi tô ®iÖn ®Òu cã mét ®iÖn trë rß vµ tranzito T m¾c nèi tiÕp víi nã dï ë tr¹ng th¸i cÊm còng cã mét ®iÖn trë dß nhÊt ®Þnh, cho nªn sau khi ®−îc n¹p, ®iÖn tÝch trªn tô liªn tôc bÞ phãng, sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh sÏ bÞ mÊt th«ng tin mµ C chøa. ChÝnh v× vËy ph¶i n¹p ®iÖn cho tô C tr−íc khi ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m thÊp h¬n mét ng−ìng nµo ®ã, viÖc nµy ®−îc gäi lµ “lµm t−¬i” (refresh). §Ó Thái Nguyên 8-2008 CuuDuongThanCong.com 20 https://fb.com/tailieudientucntt