Giáo trình kỹ thuật vi xử lý - tập 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VIỄN THÔNG

GIÁO TRÌNH

Kỹ thuật

VI x ử

/

TẬP 1

NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN

GIÁO TRÌNH

Kỹ thuật vi xử lý

(TẬP 1)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VIÊN THÔNG

GIÁO TRÌNH

Kỹ thuật vi xà lý

(TẬP 1)

Biên soạn: TS. Hồ Khánh Lâm

NHÀ XUẤT BẢN BƯU ĐIỆN

Hà N ội - 2007

LỜI GIỚI THIỆU

Chiến lược p h á t triển công nghệ thông tin và truyền thông

(ICT) của đấ t nước ta coi đào tạo nguồn nhân lực, đặc biệt là

đội ngủ kỹ SƯ hệ thống công nghệ điện tử - viễn thông - tin học

là m ột yêu cầu cấp bách đôi với công tác nghiên cứu và giáo dục

đào tạo ở hệ cao đẳng và đại học. Kỹ th u ậ t vi xử lý là kiến trúc

lõi cơ bản nhất trong hầu hết các hệ thống thiết bị điện tử, viễn

thông và tự động hóa, củng như m ạng lưới và các hệ thống xử lý

thông tin hiện đại khác. Do vậy, hiểu biết "Kỹ thuật vi xử lý" trở

thành nhu cầu không thê thiếu của các kỹ th u ậ t viên, cán bộ,

chuyên gia trong lĩnh vực Điện tử - Viễn thông - Tin học.

Cùng với nhiều tài liệu, sách tham khảo "Kỹ th u ậ t vi xử lý"

đang lưu hành, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và

tác giả cho ra đời quyển giáo trình "Kỹ thuật vi xử lý" này trên

cơ sở tuân th ủ nội dung của m ột giáo trình, được Hội đồng

nghiệm th u phê duyệt, với nhiều nội dung tham khảo phong

p h ú nhằm m ở rộng kiến thức cho nhiều loại đối tượng sử dụng

trong giảng dạy, học tập và nghiên cứu: giảng viên, sinh viên

các trường Đại học, Cao đẳng, các trường Kỹ th u ậ t dạy nghề,

các học viên cao học và nói chung những ai khi học tập nghiên

cứu về kỹ th u ậ t vi xử lý, m áy vi tính nói riêng và kỹ thuật tin

học nói chung.

N ội du n g của giáo trình đề cập những khái niệm cơ bản về

vi xử lý, về công nghệ của một sô' vi xử lý thông d ụ n g từ 8-bit

đến 64-bit, từ kiến trúc tập lệnh phức tạp (CISC) đến kiến trúc

tập lệnh giảm thiểu (RISC), được các nhà sản xu ấ t hàng đầu

th ế giới n h ư Intel, Zilog, Motorola, HP, IBM , Sun,... tạo ra; diễn

giải các tập lệnh của các vi xử lý thông qua lập trình hợp ngữ

các nguyên tắc phối ghép và trao đổi thông tin giữa vi xử lý với

thê giới vật lý bên ngoài (bộ nhớ, thiết bị ngoại vi,...); trình bày

các loại thiết bị nhớ bằng vật liệu bán dẫn, vật liệu từ, quang

học. Giáo trình tập trung trinh bày kỹ công nghệ vi xử lý Intel

từ 808x đến P entium M công nghệ Centrino M obile do sự ứng

dụng phố biến của chúng trong các th ế hệ m áy vi tín h từ trưóc

đến nay và củng đ ể đảm bảo thỏa m ãn đa sô nội du n g giảng

dạy và thực tập môn kỹ thuật vi xử lý trong các cơ sở đào tạo.

Các loại vi điều khiển và xử lý tín hiệu củng được trình bày một

cách cơ bản với những ví dụ ứng dụng đơn g iả n của chúng.

Giáo trình có p h ầ n bài tập giúp cho người đọc ôn luyện kiến

thức dễ dàng.

Nội dung của giáo trình th ể hiện sự đầu tư sức lao động

nghiêm túc, công p h u cùng với kinh nghiệm thực tẽ và đào tạo

của tác giả trong lĩnh vực "Kỹ thuật vi xử lý" và m áy tín h điện

tử nhiều năm với mong m uốn đóng góp cho sự nghiệp đào tạo

của ngành Bưu chính Viễn thông và công nghệ thông tin nói

riêng và giáo dục đào tạo nói chung trong sự nghiệp p h á t triển

nguồn nhân lực trí tuệ cho đất nước.

X in trân trọng giới thiệu.

GS. TSKH. ĐỖ TRUNG TÁ

LỜI NÓI ĐẦU

N gày nay, bộ vi xử lý được sử dụng rộng rãi không chỉ

trong lĩnh vực m áy tính điện tử mà còn trong rất nhiều hệ thống

điều khiển khác. Vói sự p h á t triển của công nghệ mạch tích hợp

m ột bộ vi xử lý có th ể được ch ế tạo từ một hoặc vài vi mạch tích

hợp cỡ lớn, chứa hàng ngàn hoặc hàng triệu transistor. Dưới sự

điều khiển của các chương trình chứa trong bộ nhớ, bộ vi xử lý

thực hiện các phép tính sô'học, logic, các phép toán khác và kết

nối, trao đổi d ữ liệu với các thiết bị bên ngoài thông qua các

cổng vào ¡ra. Do vậy, vấn đề đặt ra là p h ả i hiểu về kỹ th u ậ t vi

xử lý và lập trình cho vi xử lý như th ế nào đê tự động điều khiển

m ang lại hiệu quả cao.

Đ ể đáp ứng yêu cầu trên, Học viện Công nghệ Bưu chính

Viễn thông phối hợp với N hà xuất bản Bưu điện xuất bản cuốn

sách “G iáo tr ìn h K ỹ th u ậ t Vi x ử lý ” do TS. H ồ K hánh Lâm

chủ biên. Giáo trình gồm 8 chương, chia làm 02 tập. Tập 1 từ

chương 1 đến chương 4 giới thiệu những khái niệm cơ bản về hệ

thông vi xử lý n h ư kiến trúc Von N eum ann, kiến trúc Harvard;

đặc điểm, cấu trúc và đặc tính nâng cao tốc độ của bộ vi xử lý;

cấu trúc và hoạt động của họ vi xử lý từ 8085, 8086/8088, 8087,

80x86, Z80, đến P entium III, IV, Motorola68000,... Bên cạnh đó

cuốn sách không chỉ giới thiệu về lệnh, các dạng lệnh, cách mã

hóa lệnh, các m ã lệnh và tập lệnh của vi xử lý m à còn giới thiêu

cụ th ể về các khái niệm, cách thức lập trình hợp ngữ, cơ ch ế làm

việc, cấu trúc của chương trinh con, macro và các vấn đề liên

giúp cho người lập trình tự tạo được những lệnh điều khiển

riêng theo ý muốn. Tập 2 từ chương 5 đến chương 8 trình bày vê

cách ghép nối CPU với bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi; các

phương pháp điều khiển vào/ra dữ liệu; giới thiệu các bộ vi xứ

lý công nghệ tiên tiến và bộ vi điều khiển. N goài ra cuốn sách

còn giới thiệu m ột sô p h ụ lục về các tập lệnh của Intel 8086,

Intel x86, Z80, Motorola M 680X0, Intel 8051, Intel 8085A,... đê

bạn đọc tiện tham khảo. Đặc biệt cuốn sách còn có p h ầ n bài tập

ôn luyện giúp cho bạn đọc tự củng cô'và nâng cao kiến thức của

bản thân.

Giáo trình này không chỉ đề cập đến những kh á i niệm cơ

bản m à còn đưa ra một sô' kỹ năng, kin h nghiệm cần thiết đê

p h á t triển (hay lập trình) các chương trình điều khiển cụ thể.

Hy vọng cuốn sách sẽ hữu ích cho học sinh, sinh viên, các kỹ

thuật viên, cán bộ, chuyên gia ngành điện tủ viễn thông và công

nghệ thông tin, các ngành kỹ thuật có liên quan khác và những

người yêu thích tìm hiểu về kỹ thuật vi xử lý.

X in trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ B ư u CHÍNH VIEN t h ô n g

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. TRAO ĐỔI THÔNG TIN TRONG VI x ử LÝ

1.1.1. Khái niệm 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 trang bệ nhá, nó thực hiện các phép tính

số học, legic, các phép toán khác, và kết nối trao đổi dữ liệu với các

thiết bị bôn ngoài thồng qua các cổng vào/ra (Input/Output ports).

Vi xử lý có hai loại phổ biến: vi xử lý 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 chứa trong chip bộ nhớ và các cổng vào/ra.

Xử lý dữ liệu là chức năng chính của vi xử lý. Xử lý dữ liệu bao

gồm cả tính toán và vận chuyển dữ liệu.

1.1.2. Trao đổi thông tin trong vi xử lý

Máy vi tính (microcomputer) là một hệ thống gồm có 5 khối

phần cứng: vào, ra, bộ nhớ, đơn vị số học - logic (ALU) và điều khiển.

Vi xử lý là đơn vị xử lý trung tâm của máy vi tính gồm hai khối phần

cứng là đơn vị số học - logic và điều khiển (hình 1.1). Hệ thống xử lý

thông tin trong bộ não người cũng có 5 khối chức năng tương tự:

vào (mắt, tai), ra (miệng), điều khiển, bộ nhớ, tính toán và logic trong

bộ não.

Khối các mạch logic bên trong vi xử lý thực hiện phép tính

số học và logic như: công, trừ, nhân, chia, và, hoặc, so sánh, tăng

giảm,... với các dữ liệu thường được gọi là đơn vị sô' học-logic ALU

10 Giáo trìnli Kỹ thuật vi'Xitly

(Arithmetic Logic Unit). 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 chô

đó. Như vậy để có dữ liệu để tính toán, ALU phải chờ đợi dữ liệu hiện

diện ở một chỗ nào đó ấn định cho nó.

Hìnli 1.1: Năm khối phần cứng của máy vi tính

giống như năm kliối xử lý thông tin ở COIĨ người

Vi xử lý có một số mạch logic, bên ngoài ALU, thực hiện

vận chuyển dữ liệu từ chỗ này đến chỗ khác cần thiết cho xử lý dữ

liệu. Chúng cùng với ALU làm thành logic xử lý dữ liệu: tính toán và

vận chuyển.

Nhưng làm thê nào để ALU biết được ràng 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 bởi vì vi xử lý là tập hợp các mạnh

logic nên mỗi một chỉ dẫn (instruction), thường 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 vi xử lý

Cliương I : Giới thiệu cliung 1 1

CÓ một tập hợp các lệnh máy riêng. Nếu muốn vi xử lý 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 vi xử lý theo một trình tự các lệnh

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 vi xử lý.

Do vậy, vi xử lý là một vi mạch lập trình, nghĩa là bằng chương trình

có thể điều khiển vi xử lý thực hiện các thao tác xử lý dữ liệu theo

mong muốn của ngưòi lập trình.

Chương trình được lưu trong bộ nhớ bên ngoài vi xử lý và người

lập trình có thể thay đổi được nó, tức là có thể thay đổi hành vi của vi

xử lý. Từng lệnh của chương trình phải được đọc từ bộ nhớ (instruction

fetch) vào vi xử lý để tác động vi xử lý. Trong trường hợp này vi xử lý

cần phải có một số mạch logic tiếp nhận lệnh từ bộ nhớ và diễn giải

lệnh sao cho vi xử lý hiểu phải làm gì. Khối mạch logic này gọi là

logic điều khiển, và chức năng diễn lệnh dẫn gọi là giải mã lệnh

(décodé instruction). Kết quả giải mã lệnh là nhũng tín hiệu đưa đến

các mạch logic trong và ngoài ALU để thao tác xử lý dữ liệu theo một

trình tự. Đó là bước thực hiện lệnh (execute instruction). Kết quả thực

hiện lệnh bên trong vi xử lý 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

nhó bên ngoài vi xử lý. Như vậy, theo từng lệnh, bên trong vi xử lý

diễn ra quá trình đọc lệnh từ bộ nhớ bên ngoài vi xử lý, giải mã 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 vi

xử lý 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 chỗ này đến chỗ

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 vi xử lý làm việc với tất cả mạch kết nối với vi

xử lý như bộ nhớ, các cổng vào/ra với các thiết bị ngoại vi để trao đổi

dữ liệu.

12 Giáo trình Kỹ thuật vi xử ly

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 vi xử lý được

thực hiện thông qua những tuyến đường dữ liệu chung, gọi là đường

trục dữ liệu trong (Internal data bus). Sự vân chuyển dữ liệu giữa vi xử

lý và các mạch bên ngoài cũng được thực hiện 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 điểu khiển và các mạch bên

ngoài được thực hiện thông qua các cổng vào/ra.

Mọi quá trình xử lý dữ liệu bên trong vi xử lý và sự trao đổi dữ

liệu giữa vi xử lý phải được đồng bộ theo một tiến trình thời gian. Điều

này có nghĩa là vi xử lý phải có một đồng hồ chuẩn (clock). Phải có

một bộ tạo nhịp đồng hồ cho vi xử lý. Thời gian đồng hồ nhanh hay

chậm đảm bảo vi xử lý thực hiện xử lý dữ liệu nhanh hay chậm. Công

nghệ chế tạo chip vi xử lý quyết định nhịp đổng hồ phải nhanh hay chậm.

1.2. Sự PHÁT TRIỂN VÀ ÚNG DỤNG CỦA CÁC BỘ VI x ử LÝ

Kỹ thuật vi xử lý gắn liền với sự phát triển của công nghệ mạch

tích hợp. Mức độ tích hợp càng cao thì các chip vi xử lý càng có công

suất xử lý lớn hơn.

Năm 1970, Intel đã cho ra đời chip vi xử lý đầu tiên là Í4004 với

4-bit bus dữ liệu (data bus), 12-bit bus địa chỉ (address bus) (kết hợp

bus dữ liệu và bus địa chỉ), công nghệ mạch tích hợp PMOS, đóng vỏ

gốm kích thuớc 24 mm2 16 chân DIP (Dual In-line Package) và chứa

2250 transistor. Bộ vi xử lý này chủ yếu dùng để chê tạo các máy tính

đê bàn và bỏ túi (calculators), nó dễ dàng thực hiện các tính toán ở mã

nhị phân BCD (Binary Coded Decimal).

Năm 1972, ra đời chip Ì8008 với 8-bit bus dữ liệu, 14-bit bus địa

chỉ (kết hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ), tần số làm việc 300 kHz, công

nghệ tích hợp PMOS, đóng vỏ gốm 18 chân và chứa 3.300 transistor

nhưng chưa tìm được ứng dụng nhiều để chế tạo máy tính.

Phải đến năm 1974, chip Intel Í8080/2 MHz, công nghệ PMOS

và i8080A/2,67 MHz -ỉ- 3,125 MHz, công nghệ NMOS với 8-bit bus dữ

Chương 1: Giới thiệu chung 13

liệu, 16-bit bus địa chỉ, đóng vỏ gốm 40 chân DIP trở thành cơ sở để

chế tạo các máy tính cá nhân sử dụng hệ điều hành CP/M. Cũng thời

gian này Motorola đã sản xuất loạt chip vi xử lý MC6800 với 8-bit bus

dữ liệu, 16-bit bus địa chỉ, tần số làm việc 1 -r 2 MHz, đóng vỏ DIP có

68E3 transistor, và là CPU trong các họ máy tính cá nhân Apple II.

Năm 1976, nhà sản xuất Zilog dựa trên cơ sở của 8080 để cho ra

đời họ vi xử lý Z80/8-bit với các tần số làm việc: 2,5 MHz, 4 MHz,

6 MHz, 8 MHz, 10 MHz, và đóng vỏ 40 chân DIP. Nó bao gồm các

lệnh của 8080, nhưng có thêm một số lệnh mới như: lệnh SIMK (Set

Interrupt Mask), RIM (Read Interrupt Mask) và nhiều chức năng khác

hay hơn. Điều này có nghĩa là chương trình viết cho 8080 có thể chạy

được bình thường trên Z80. Cũng trong thời gian này, xuất hiện trên

thị trường chip 8-bit bus dữ liệu và 16-bit bus địa chỉ (kết hợp bus dữ

liệu và bus địa chỉ) là Í8085A, 3 MHz, công nghệ NMOS và Í8085AH,

5 MHz -H 6 MHz, công nghệ HMOS, đóng vỏ gốm DIP, mật độ 6.200

transistor. Những chip này đã tìm được nhiều ứng dụng thực tế trong

các hệ thống thiết bị ứng dụng vi xử lý và là chip mẫu dùng trong đào

tạo kiến thức về vi xử lý thòi kỳ này.

Năm 1978, Intel đã sản xuất các họ vi xử lý Í8086A/Í80C86A

16-bit bus dữ liệu trong (internal data bus) và 16-bit bus dữ liệu ngoài

(external data bus), 20-bit bus địa chỉ (kết hợp bus dữ liệu và bus địa

chỉ), tần số 4 MHz (công nghệ NMOS), 5 -ỉ- 10 MHz (công nghệ

CMOS) đóng vỏ gốm 40 chân DIP, được dùng làm CPU trong IBM

PC/XT. Do chi phí đắt, và các thiết bị ngoại vi vẫn chỉ thỏa mãn trao

đổi dữ liệu 8-bit nên dòng sản phẩm này không thông dụng. Trong khi

đó, các chip Í8088A/Í80C88A, với 16-bit đường trục dữ liệu trong,

8-bit đường trục dữ liệu ngoài, tần số 5+10 MHz, công nghệ CMOS,

đóng vỏ 40 chân DIP, ra đời vào năm 1979 tìm được ứng dụng thực tế

trong các loạt IBM PC/XT bán chạy trên thị trưòng.

Năm 1982, i80286 với 16-bit bus dữ liệu trong và bus dữ liệu

ngoài, 24-bit bus địa chỉ, tần số 6 H- 20 MHz, công nghệ HMOS đóng

vỏ gốm 68 chân DIP, đã trở thành chip vi xử lý cho các loại IBM

14 Giáo trìnli Kỹ thuậi vi xứ ly

PC/AT. Nhưng trước đó, năm 1979 Motorola đã cho ra đời bộ vi xử lý

MC68000 16-bit bus dữ liệu trong và bus dữ liệu ngoài, 24—bit bus địa

chỉ, là CPU của loạt các máy tính cá nhân như Atari ST, Commadore

Amiga, Apple Lisa, Macintosh. Nó là cơ sở cho họ vi xử lý MC680X0

nổi tiếng.

Năm 1982, Motorola đã đi trước Intel cho ra đời loạt vi xử lý

MC68020 với 32-bit bus dữ liệu trong và bus dữ liệu ngoài, 32-bit bus

địa chỉ, đặc biệt có bộ nhớ truy cập nhanh (Cache memory) bên trong

256 byte, đơn vị quản lý bộ nhớ MMU (Memory Management Unit)

bên ngoài, tần số 16,67 -s- 33,33 MHz, được sử dụng trong các hệ thống

máy tính đa nhiệm có quản lý địa chỉ ảo, như Amiga, Apple

Macintosh, Sun3, Atari TT030, Atari Falcon 030, và các hệ thống tổng

đài điện thoại, chuyển mạch gói,... do chúng có tập thanh ghi lớn tạo

khả năng lập trình linh hoạt.

Trong khi đó, năm 1985 Intel mới có các chip Í80386/Í80386DX

(DX: Double-word eXtemal) với 32-bit bus dữ liệu trong và bus dữ liệu

ngoài, 32-bit bus địa chỉ, tần số 12 + 33 MHz, công nghệ 0,8 micron

CMOS, đóng vỏ 132 chân PGA (Pin Grid Array) với mật độ 275E3

transistor, và là CPU trong các loạt IBM PC386DX thông đụng.

Mãi tới năm 1988, loạt chip Ĩ80386SX với 32-bit bus dữ liệu

trong, 16-bit bus dữ liệu ngoài (SX: Single-word eXtemal), tần sô'

16 + 33 MHz, công nghệ 0,8 micron CMOS, đóng vỏ 100 pin QFP

(Quad Flat Package), công nghệ 0,8 micron CMOS, đóng vỏ 100 chân

QFP (Quad Flat Package), 256 byte dữ liệu và 16 byte cache lệnh bên

trong, MMU bên ngoài, và Ì80386SL, một phiên bản của Í80386SX

tiêu thụ nguồn mới xuất hiện để làm CPU trong các IBM PC386SX.

Tiếp theo i80386, năm 1989, loạt 80486DX P4 có FPU (Floating Point

Unit) và MMU bên trong, tần số 20 -ỉ- 33 MHz (công nghệ CHMOS IV)

50 MHz (công nghệ CHMOS V), đóng vỏ 168 chân PGA kích thước

165 mrrr với mật độ 1,2E6 transistor. Đến năm 1993, đã có các phiên

chương 1 : Giới tliiệu chung 15

bản của 80486DX P4 là loạt Í80486DX2/DX4, tần số 25 -H 100 MHz.

Tương tự như i80386, năm 1991 cũng có loạt Í80486SX, Í80486SL và

Í80486SXL.

Năm 1993 ra đời loạt vi xử lý Intel Pentium, ¡586 hay P5, vói

32-bit bus dữ liệu trong, 64-bit bus dữ liệu ngoài, 32-bit bus địa chỉ,

đặc biệt có kiến trúc siêu hướng 5 giai đoạn 2 cửa ra (2-issue 5-stage

superscalar) bằng đường ống FPU 8 giai đoạn, 16 kbyte bộ nhớ cache

bẽn trong chip (8 kbyte cho lệnh và 8 kbyte cho dữ liệu), tần số

60 + 133 MHz, công nghệ 0,8 micron biCMOS, đóng gói kích thước

18x16 mm, 273 chân PGA mật độ 3,1E6 transisstor. Tiếp theo là các

loạt Pentium với công nghệ MMX (Matrix Math extensions, Multi￾Media extensions), tần số 66 T 266 MHz và Pentium II/MMX, tần sô'

66 H- 300 MHz, công nghệ 0,35 micron CMOS, đóng gói kích thước

203 mm2 mật độ 7,5E6 transistor. Các loạt Pentium Celeron, tần số

66 + 333 MHz, là các phiên bản dùng cho máy tính cá nhân không hỗ

trợ cho cấu hình đa xử lý cũng được tung ra thị trường với giá rẻ. Tiếp

theo là loạt Pentium II Xeon (P6 core) có hỗ trợ đa xử lý, và tần sô' đạt

tới 450 MHz (1998).

Nãm 2000 Intel cho ra thị trường loạt Pentium III/Xeon, tần số đến

500 MHz + 1 GHz, và năm 2001, xuất hiện Pentium IV 1,7 -ỉ- 2 GHz.

Đáng kể trong cạnh tranh với Intel là các nhà sản xuất chip

Cyrix, AMD và Motorola. Năm 2000 AMD đã cho ra thị trường loạt vi

xử lý tương đương với Pentium III là Athlon 1,1 GHz. Motorola cũng

đã lần lưọt cho ra đời các loạt MC68030 với 256x2 byte bộ nhớ cache

trong chip (1987) và mật độ 270E3 transistor, MC68040 (1990-1991)

với 4x2 kbyte bộ nhớ cache trong chip, mật độ 1,2E6 transisstor

MC68000 (1994) với 8x2 kbyte bộ nhớ cache trong chip, kiến trúc

siêu hướng, mật độ 2,3E6 transistor và làm việc ở tần số 66 MHz. Các

hãng khác như Zilog cũng có các chip vi xử lý Z80000 32-bit

National Semiconductor với NS16000 16-bứ và NS32xxx 32-bit DEC

16 Giáo trình Kỹ thuật vi x i lý

với loạt DECchip-210 Alpha với kiến trúc siêu hướng 64-bit, máy tính

có tập lệnh tối thiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer), tần sô'

đến 600 MHz, và loạt DECchip-211 Alpha, tần số đến 1 GHz (1999),

công nghệ 0,18 micron CMOS. Hewlett-Packard với các chip

PA-RISC, AMD với các chip Am29000, IBM và Motorola với các chip

PowerPC 604-750 (1998), và SUN Micro systems vói các chip

SPARC, UltraSPARC cũng chiếm nhiều thị phần về các chip vi xử lý

kiến trúc siêu hướng đường ống và RISC trên thị truờng máy tính thế

giới. Các họ máy tính có kiến trúc RISC đã được Intel quan tâm và cho

ra họ Ì80860, Motorola cho ra họ MM88000.

Các bộ vi xử lý hiện nay là các hệ thống 32-bit và 64-bit đầy đủ

và chúng hoạt động ở các tần số 300 MHz + 2 GHz và cao hơn, được

đóng vỏ trong các chip vi mạch có mức tích hợp rất lớn VLSI (Very

Large-Scale Integration) với hàng chục triệu transistor.

Phần lón các bộ vi xử lý mới thực hiện các lệnh trong một chu

kỳ, và tất cả chúng đều có đcm vị xử lý dấu phẩy động FPU (Floating￾point Unit), MMU và cache nhớ bên trong. Chúng có số lượng lón các

thanh ghi chung 16 - 32-bit. Do vậy, tập hợp các thanh ghi bên trong

chip được gọi chung là tệp thanh ghi (register file). Có tệp thanh ghi

cho đơn vị nguyên (IU: Interger Unit) và tệp thanh ghi cho FPU. Bộ

nhớ cache bên trong (là bộ nhớ trung gian tốc độ nhanh) có dung

lượng lên đến 32 kbyte -s- 128 kbyte. Sự phân chia bộ nhớ cache bên

trong thành: cache lệnh (Icache: Instruction cache) dùng cho lệnh và

cache dữ liệu (Dcache: Data cache) vối dung lượng tối ưu đảm bảo nâng

cao hiệu suất trao đổi dữ liệu giữa CPU và hệ thống nhớ của máy tính.

Sự phát triển của công nghệ mạch tích hợp, công nghệ vi xử lý và

đánh dấu một mốc lịch sử phát triển của công nghệ máy tính. Thê' hệ

máy tính địện tử vạn năng đầu tiên đáng kể hơn cả là UNIVAC

(Universal fôutornàtje - Computer) (1951) và ENIAC (Electronic

Numericgflí Ểitergraíõr ànd f Calculator) (1960) của Hãng Eckert￾M auchly^Ñ cúíílgJ^i h«c/$3hg hợp Pennsylvania (Mỹ) dựa trên các