Máy vi tính chip đơn còn được gọi là chip đơn vi điều khiển. Nó không phải là một con chip hoàn thành một chức năng logic nhất định, mà là tích hợp một hệ thống máy tính trên một con chip. Nó tương đương với một chiếc máy tính thu nhỏ. So với máy tính, máy vi tính chip đơn chỉ thiếu thiết bị I / O. Tóm lại: một con chip trở thành một máy tính. Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và giá thành rẻ tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập, ứng dụng và phát triển. Đồng thời, học cách sử dụng máy vi tính một chip là lựa chọn tốt nhất để hiểu nguyên lý và cấu trúc của máy tính.
Các lĩnh vực ứng dụng của máy vi tính một chip rất rộng rãi, chẳng hạn như đồng hồ thông minh, điều khiển công nghiệp thời gian thực, thiết bị liên lạc, hệ thống định vị, thiết bị gia dụng, v.v.
Kể từ những năm 1990, công nghệ máy vi tính đơn chip đã được phát triển. Với sự tiến bộ của thời đại và sự phát triển của khoa học và công nghệ, ứng dụng thực tế của điều này công nghệ đã trưởng thành từng ngày và máy vi tính đơn chip đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, mọi người ngày càng chú ý đến việc phát triển và ứng dụng máy vi tính đơn chip trong các lĩnh vực thông minh. điện tử công nghệ. Sự phát triển của máy vi tính đơn chip đã bước vào một kỷ nguyên mới. Cho dù đó là phép đo tự động hay thực hành dụng cụ thông minh, bạn đều có thể thấy hình ảnh của công nghệ chip đơn. Trong quá trình phát triển công nghiệp hiện nay, việc thiết bị điện tử ngành thuộc về một ngành mới. Người ta sử dụng thành công điện tử công nghệ thông tin trong sản xuất công nghiệp, cho phép tích hợp công nghệ thông tin điện tử và công nghệ máy vi tính một chip, giúp nâng cao hiệu quả ứng dụng của máy vi tính một chip. Là một nhánh của công nghệ máy tính, việc ứng dụng công nghệ máy vi tính chip đơn trong lĩnh vực sản phẩm điện tử làm phong phú thêm các chức năng của sản phẩm điện tử, cung cấp một phương thức mới cho việc phát triển và ứng dụng thiết bị điện tử thông minh, đồng thời hiện thực hóa sự đổi mới và phát triển của điện tử thông minh Trang thiết bị .
Máy vi tính chip đơn còn được gọi là vi điều khiển nguyên khối, thuộc loại chip mạch tích hợp. Máy vi tính một chip chủ yếu bao gồm CPU, ROM bộ nhớ chỉ đọc và RAM bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, v.v. Hệ thống kiểm soát và thu thập dữ liệu đa dạng cho phép máy vi tính một chip hoàn thành các hoạt động phức tạp khác nhau, cho dù đó là điều khiển các ký hiệu hoạt động hay sự cố hướng dẫn vận hành hệ thống. Hoàn thành bởi vi điều khiển. Có thể thấy rằng máy vi tính một chip hoàn toàn có thể được ứng dụng trong các thiết bị điện tử thông minh nhờ công nghệ xử lý dữ liệu và chức năng tính toán mạnh mẽ của nó. Nói một cách đơn giản, máy vi tính một chip là một con chip, nó tạo thành một hệ thống. Thông qua ứng dụng công nghệ mạch tích hợp, khả năng tính toán và xử lý dữ liệu được tích hợp vào chip để đạt được tốc độ xử lý dữ liệu cao.
cấu trúc cơ bản
Đơn vị số học
Đơn vị số học được cấu tạo bởi số học các thành phần-Đơn vị số học & lôgic (ALU), bộ tích lũy và thanh ghi. Chức năng của ALU là thực hiện các phép toán số học hoặc logic trên dữ liệu đến. Nguồn đầu vào là hai dữ liệu 8 bit, lần lượt đến từ bộ tích lũy và thanh ghi dữ liệu. ALU có thể hoàn thành các hoạt động như cộng, trừ, VÀ, HOẶC, so sánh kích thước của hai dữ liệu này và cuối cùng là lưu trữ kết quả trong bộ tích lũy.
Máy tính có hai chức năng:
(1) Thực hiện các phép toán số học khác nhau.
(2) Thực hiện các hoạt động logic khác nhau và tiến hành kiểm tra logic, chẳng hạn như kiểm tra giá trị XNUMX hoặc so sánh hai giá trị.
Tất cả các hoạt động được thực hiện bởi đơn vị số học được chỉ đạo bởi các tín hiệu điều khiển được gửi bởi bộ điều khiển và một phép toán số học tạo ra một kết quả hoạt động và một phép toán logic tạo ra một phán đoán.
Người điều khiển
Bộ điều khiển bao gồm bộ đếm chương trình, thanh ghi lệnh, bộ giải mã lệnh, bộ tạo thời gian và bộ điều khiển hoạt động. Nó là “cơ quan ra quyết định” đưa ra các mệnh lệnh, nghĩa là điều phối và chỉ đạo hoạt động của toàn bộ hệ thống máy tính vi mô. Các chức năng chính của nó là:
(1) Lấy một lệnh từ bộ nhớ và chỉ ra vị trí của lệnh tiếp theo trong bộ nhớ.
(2) Giải mã và kiểm tra các hướng dẫn, đồng thời tạo ra các tín hiệu điều khiển hoạt động tương ứng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các hành động theo quy định.
(3) Ra lệnh và điều khiển hướng của luồng dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị đầu vào và đầu ra.
Bộ vi xử lý kết nối phần ALU, bộ đếm, thanh ghi và điều khiển thông qua bus bên trong, đồng thời kết nối với bộ nhớ ngoài và mạch giao diện đầu vào / đầu ra thông qua bus bên ngoài. Bus bên ngoài còn được gọi là bus hệ thống, được chia thành bus dữ liệu DB, bus địa chỉ AB và bus điều khiển CB. Thông qua mạch giao diện đầu vào và đầu ra, nhận ra kết nối với các thiết bị ngoại vi khác nhau.
Đăng ký chính
(1) Bộ tích lũy A
Bộ tích lũy A là thanh ghi được sử dụng thường xuyên nhất trong bộ vi xử lý. Nó có chức năng kép trong các phép toán số học và logic: trước khi thực hiện, nó được sử dụng để lưu một toán hạng; sau khi hoạt động, nó được sử dụng để lưu kết quả của tổng, hiệu hoặc phép toán logic.
(2) Thanh ghi dữ liệu DR
Thanh ghi dữ liệu là một đơn vị lưu trữ tạm thời để gửi (ghi) hoặc tìm nạp (đọc) dữ liệu vào bộ nhớ và các thiết bị đầu vào / đầu ra thông qua bus dữ liệu. Nó có thể lưu một lệnh đang được giải mã, nó cũng có thể lưu một byte dữ liệu đang được gửi vào bộ nhớ để lưu trữ, v.v.
(3) Thanh ghi lệnh IR và ID bộ giải mã lệnh
Hướng dẫn bao gồm mã opcodes và toán hạng.
Thanh ghi lệnh được sử dụng để lưu một lệnh hiện đang được thực thi. Khi một lệnh được thực thi, trước tiên nó được tìm nạp từ bộ nhớ vào thanh ghi dữ liệu, sau đó được chuyển sang thanh ghi lệnh. Khi hệ thống thực hiện một lệnh nhất định, mã hoạt động phải được giải mã để xác định hoạt động cần thiết và bộ giải mã lệnh chịu trách nhiệm cho công việc này. Trong số đó, đầu ra của trường opcode trong thanh ghi lệnh là đầu vào của bộ giải mã lệnh.
(4) Máy tính bộ đếm chương trình
PC được sử dụng để xác định địa chỉ của lệnh tiếp theo để đảm bảo rằng chương trình có thể được thực hiện liên tục, vì vậy nó thường được gọi là bộ đếm địa chỉ lệnh. Trước khi chương trình bắt đầu thực thi, địa chỉ đơn vị bộ nhớ của lệnh đầu tiên của chương trình (nghĩa là, địa chỉ đầu tiên của chương trình) phải được gửi đến PC để nó luôn trỏ đến địa chỉ của lệnh tiếp theo sẽ được thực thi. .
(5) Đăng ký địa chỉ AR
Thanh ghi địa chỉ được sử dụng để lưu địa chỉ của bộ nhớ hoặc thiết bị I / O mà CPU hiện tại muốn truy cập. Do sự khác biệt về tốc độ giữa bộ nhớ và CPU, các thanh ghi địa chỉ phải được sử dụng để duy trì thông tin địa chỉ cho đến khi hoàn thành thao tác đọc / ghi bộ nhớ.
Rõ ràng, khi CPU lưu dữ liệu vào bộ nhớ, CPU truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ trong, và CPU đọc lệnh từ bộ nhớ, thanh ghi địa chỉ và thanh ghi dữ liệu đều được sử dụng. Tương tự, nếu địa chỉ của thiết bị ngoại vi được xem như một đơn vị địa chỉ bộ nhớ, thì khi CPU và thiết bị ngoại vi trao đổi thông tin, thanh ghi địa chỉ và thanh ghi dữ liệu cũng cần thiết.
Các tính năng phần cứng
(1) Kích thước của máy vi tính một chip tương đối nhỏ và chip bên trong được sử dụng như một hệ thống máy tính. Cấu trúc của nó rất đơn giản, nhưng chức năng rất hoàn hảo, nó rất thuận tiện để sử dụng và nó có thể được mô-đun hóa.
(2) Máy vi tính chip đơn có mức độ tích hợp cao và độ tin cậy cao. Ngay cả khi máy vi tính một chip hoạt động trong thời gian dài cũng sẽ không xảy ra sự cố.
(3) Mức thấp Vôn và tiêu thụ năng lượng thấp máy vi tính chip đơn đang là sự lựa chọn hàng đầu trong cuộc sống hàng ngày của con người, mang lại sự thuận tiện cho sản xuất và nghiên cứu phát triển.
(4) Máy vi tính chip đơn có khả năng xử lý dữ liệu và tính toán mạnh mẽ, có thể được sử dụng trong các môi trường khác nhau và có khả năng điều khiển mạnh mẽ