Toàn tập về môn VI XỬ LÝ

Vi xử lý (viết tắt là µP hay uP), đôi khi còn được gọi là bộ vi xử lý (tiếng Anh:microprocessor, khác

với “vi điều khiển (microcontroller)"), là một linh kiện điện tử máy tính được chế tạo từ các tranzito thu

nhỏ tích hợp lên trên một vi mạch tích hợp đơn.Khối xử lý trung tâm (CPU) là một bộ vi xử lý được

nhiều người biết đến nhưng ngoài ra nhiều thành phần khác trong máy tính cũng có bộ vi xử lý riêng

của nó, ví dụ trên cạc màn hình (video card) chúng ta cũng có một bộ vi xử lý.

Trước khi xuất hiện các bộ vi xử lý, các CPU được xây dựng từ các mạch tích hợp cỡ nhỏ riêng biệt,

mỗi mạch tích hợp chỉ chứa khoảng vào chục tranzito. Do đó, một CPU có thể là một bảng mạch gồm

hàng ngàn hay hàng triệu vi mạch tích hợp. Ngày nay, công nghệ tích hợp đã phát triển, một CPU có

thể tích hợp lên một hoặc vài vi mạch tích hợp cỡ lớn, mỗi vi mạch tích hợp cỡ lớn chứa hàng ngàn

hoặc hàng triệu tranzito. Nhờ đó công suất tiêu thụ và giá thành của bộ vi xử lý đã giảm đáng kể.

Sự tiến hóa của các bộ vi xử lý một phần nhờ vào việc chạy theo Định luật Moore và hiệu suất của nó

tăng lên một cách ổn định sau hàng năm. Định luật này phát biểu rằng sự phức tạp của một mạch tích

hợp sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi chu kỳ 18 tháng. Và thực tế, sự phát triển của các bộ vi xử lý đã bám

sát định luật này từ những năm 1970. Nhờ đó, từ máy tính mẹ (mainframe computer) lớn nhất cho

đến các máy tính xách tayhiện nay đều sử dụng một bộ vi xử lý nhỏ nhắn tại trung tâm của chúng.

Lịch sử

Những vi mạch tích hợp đầu tiên

Với những tiến bộ của công nghệ, vi xử lý đã ra đời và phát triển theo thời gian. Ba hãng sản xuất

chíp Intel, Texas Instruments (TI) vàGarrett AiResearch đã cho ra đời ba bộ vi xử lý cùng một thời

điểm với các tên gọi lần lượt là Intel 4004, TMS 1000 và Central Air Data Computer. Đây là ba dự án

đầu tiên cho ra đời các bộ vi xử lý hoàn chỉnh.

Năm 1968, hãng Garrett đã được mời chế tạo một máy tính số để đua tài với các hệ thống cơ điện tử

và sau đó nó được phát triển để làm bộ điều khiển chính của máy bay chiến đấu Tomcat F-14 của Hải

quân Mỹ. Sản phẩm này đã hoàn thiện vào năm 1970 và nó sử dụng một chíp được xây dựng bằng

công nghệ MOS đóng vai trò là lõi của CPU. Sản phẩm này có kích thước nhỏ hơn và hoạt động tin

cậy hơn nhiều lần so với các hệ thống cơ điện tử và nó được dùng cho những mô hình máy bay

Tomcat đầu tiên. Tuy nhiên, hệ thống này tân tiến đến mức Hải quân Mỹ đã từ chối việc cấp phép

công bố sản phẩm cho đến tận năm 1997.

TI đã phát triển bộ vi xử lý 4-bits TMS 1000 và tập trung vào các ứng dụng nhúng lập trình trước. Sau

đó, TI đã tiếp tục công bố một phiên bản khác gọi là TMS1802NC vào ngày 17 tháng 9 năm 1971.

TMS1802NC tích hợp trên nó một bộ tính toán nhằm hỗ trợ khả năng xử lý toán học của vi xử lý. Tiếp

đến, ngày 15 tháng 11 năm 1971, Intel đã công bố vi xử lý 4-bits Intel 4004 được phát triển

bởiFederico Faggin.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

I. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA MỘT VI XỬ LÝ

Những kiến thức được diễn đạt trong tài liệu này là những ý kiến mang tính chủ quan mà người viết

muốn san sẻ với các bạn đọc có cùng mối quan tâm và chỉ liên quan đến những vấn đề cơ bản của

kỹ thuật vi xử lý nói chung, không phải là kiến thức áp dụng cho một loại vi xử lý cụ thể.

Trước hết để tránh những băn khoăn đáng tiếc trong khi nghiên cứu tài liệu, tôi xin được giới thiệu đôi

chút về 02 khái niệm “vi xử lý” (microprocessor) và “vi điều khiển (microcontroller). Về cơ bản hai khái

niệm này không khác nhau nhiều, “vi xử lý” là thuật ngữ chung dùng để đề cập đến kỹ thuật ứng dụng

các công nghệ vi điện tử, công nghệ tích hợp và khả năng xử lý theo chương trình vào các lĩnh vực

khác nhau. Vào những giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của công nghệ vi xử lý, các chip (hay

các vi xử lý) được chế tạo chỉ tích hợp những phần cứng thiết yếu như CPU cùng các mạch giao tiếp

giữa CPU và các phần cứng khác. Trong giai đoạn này, các phần cứng khác (kể cả bộ nhớ) thường