Vi xử lý là một môn học thuộc chuyên ngành điện điện tử của các trường đại học tại Việt Nam. Vậy vi xử lý là gì? Chúng khác gì với vi điều khiển? Chúng ta cùng tìm hiểu nhé!
Tóm Tắt Nội Dung
Vi xử lý là gì
Bộ vi xử lý là một thành phần máy tính điện tử được chế tạo từ các bóng bán dẫn có kích thước thu nhỏ & một số thành phần mạch khác trên một IC bán dẫn đơn độc (mạch tích hợp) hoặc chip siêu nhỏ. Chữ viết tắt của bộ vi xử lý là µP hoặc uP. CPU (đơn vị xử lý trung tâm) là bộ vi xử lý phổ biến nhất, nhưng nhiều thành phần khác trong máy tính chứa chúng, giống như GPU (Bộ xử lý đồ họa) trên card video. Trong cuộc đua của máy tính cá nhân, tên CPU & bộ vi xử lý được áp dụng thay thế cho nhau. Tại trung tâm của tất cả các PC và các máy trạm, luôn có những bộ vi xử lý được kết hợp với nhau. Bộ vi xử lý điều khiển logic của tất cả các máy kỹ thuật số, từ đồng hồ radio đến các cấu trúc phun nhiên liệu cho ô tô. Bộ vi xử lý là một gói IC đơn trong đó một số chức năng được tích hợp.
Chủ yếu có năm loại vi xử lý; những đơn vị rất nhỏ này cung cấp cho máy tính một bộ não. Bên trong một bộ vi xử lý silicon thông thường, sẽ có một số bóng bán dẫn rất nhỏ và các bộ phận cực kỳ nhỏ. Tất cả các thành phần này được sử dụng để hỗ trợ một máy tính làm việc theo kế hoạch.
Vi xử lý tiếng Anh là gì
Trong tiếng Anh, vi xử lý có nghĩa là microprocessor. Chúng xuất hiện nhiều trong các thiết bị điện tử, đặc biệt là điện thoại và máy tính,…
Các loại vi xử lý
Trong thực tế, tồn tại những bộ vi xử lý với tên gọi mà chúng ta có thể là chưa từng nghe qua như:
Bộ vi xử lý CISM
Bộ vi xử lý CISM được viết tắt từ Complex Instruction Set Microprocessors. CISM phân loại một bộ vi xử lý trong đó mỗi & mọi đơn hàng có thể được thực thi cùng với một số chức năng cấp thấp khác. Các hàm này nhằm thực hiện các hành động như – tải dữ liệu vào thẻ nhớ, gọi lại hoặc tải xuống dữ liệu từ thẻ nhớ hoặc tính toán toán học phức tạp trong một lệnh.
Bộ vi xử lý RISC
Bộ vi xử lý RISC được viết tắt từ Reduced Instruction Set Microprocessor. Chức năng của bộ vi xử lý này nhằm tăng tốc bộ vi xử lý máy tính. Các loại bộ xử lý này được tạo ra theo chức năng trong đó bộ vi xử lý có thể thực hiện những việc nhỏ trong các lệnh cụ thể. Theo cách này, các bộ xử lý này hoàn thành nhiều lệnh hơn với tốc độ nhanh hơn.
Bộ xử lý Superscalar
Loại bộ xử lý này sao chép phần cứng trên bộ vi xử lý để nó có thể thực hiện nhiều hướng dẫn cùng một lúc. Những bộ xử lý này có thể được sử dụng cho ALU hoặc bội số. Chúng có các đơn vị hoạt động khác nhau và các bộ xử lý này có thể thực hiện nhiều lệnh bằng cách liên tục truyền một số lệnh đến các đơn vị hoạt động bổ sung bên trong bộ xử lý.
Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng
Còn được gọi là bộ vi xử lý ASIC dành cho các mục đích cực kỳ chính xác, có thể bao gồm kiểm soát khí thải ô tô hoặc máy tính trợ lý kỹ thuật số cá nhân. ASIC đôi khi được chế tạo với thông số kỹ thuật phù hợp, nhưng cũng có thể được sản xuất bằng cách sử dụng các thành phần có sẵn.
Bộ đa xử lý tín hiệu số (DSP)
DSP là bộ vi xử lý duy nhất được sử dụng để giải mã & mã hóa video, hoặc chuyển đổi kỹ thuật số hoặc video thành analog và ngược lại. Các hoạt động này cần một bộ vi xử lý đặc biệt xuất sắc để thực hiện các phép tính toán học. Chip DSP thường được sử dụng trong SONAR, điện thoại di động, RADAR, thiết bị âm thanh rạp hát tại nhà và hộp giải mã cáp.
Vi điều khiển là gì
Vi điều khiển là một máy tính trên một chip được tối ưu hóa để quản lý các thiết bị điện. Nó được dành riêng cho các nhiệm vụ chính xác như kiểm soát một hệ thống cụ thể. Một bộ vi điều khiển đôi khi sử dụng chữ viết tắt uC, µC hoặc MCU, về cơ bản là một loạt các bộ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục đích tự xử lý và điều khiển. Ngoài ra, một vi điều khiển là một phần của một tập hợp trong hệ thống, về cơ bản là một bảng mạch hoàn chỉnh.
Một hệ thống cố định là một hệ thống máy tính nhằm thực hiện một hoặc nhiều chức năng nhiều lần với các giới hạn làm việc theo thời gian thực. Nó được nhúng như là một phần tử của một máy hoàn chỉnh bao gồm các phần tử cơ khí và phần cứng. Một số thiết bị ngoại vi điện tử bên ngoài được giao tiếp với vi điều khiển để có hiệu suất tốt hơn phụ thuộc vào các ứng dụng.
Ví dụ
Minh họa cho các bộ vi điều khiển là các dòng 8051, Intel, 80196, Microchip, PIC và Motorola, 68HCxx. Bộ vi điều khiển thường được tích hợp trong đồ chơi, ô tô, thiết bị và máy văn phòng là những thiết bị hợp nhất một số thành phần của hệ thống vi xử lý trên một vi mạch đơn:
- Bộ nhớ (cả ROM và RAM)
- Lõi CPU (bộ vi xử lý)
- Một số cổng I/O kỹ thuật số song song
Bộ vi điều khiển là kết hợp của một số chức năng hữu ích vào một gói IC đơn độc. Các chức năng này là:
- Khả năng thực hiện một tập hợp các lệnh tích lũy để thực hiện các công việc được người dùng mô tả.
- Khả năng khai thác sử dụng chip bộ nhớ ngoại vi để đọc và ghi dữ liệu từ và vào bộ nhớ.
Các loại vi điều khiển
Các bộ điều khiển siêu nhỏ được sắp xếp theo chiều rộng của bus trong không gian, bộ điều khiển tích hợp, bộ thứ tự, thiết kế cấu trúc bộ nhớ, chip IC hoặc lõi VLSI hoặc tệp Verilog & họ đơn vị. Đối với một họ tương tự, có thể có một loạt các phiên bản với các nguồn khác nhau.
Bộ vi điều khiển 8 bit
Khi bus nội bộ trong MCU là bus 8 bit thì ALU thực hiện các phép toán logic & số học trên một byte theo thứ tự. MCU là bộ vi điều khiển 8 bit. Ví dụ của MCU 8 bit là- Intel 8031/8051, Motorola MC68HC11 & PIC1x.
Vi điều khiển 16 bit
Vi điều khiển 16 bit bao gồm một bus 16 bit và ALU thực hiện các phép toán số học và logic trên toán hạng 16 bit. Nó cung cấp độ chính xác và hiệu suất cao hơn so với MCU 8 bit.
Bộ vi điều khiển 32 bit
Khi bus nội bộ cho chức năng truyền dữ liệu trong MCU là bus 32 bit thì ALU thực hiện các hàm logic & số học trên các từ toán hạng 32 bit theo đơn đặt hàng. MCU là bộ vi điều khiển 32 bit. Chúng cung cấp độ chính xác và hiệu suất tốt hơn so với MCU 16 bit.
Bộ vi điều khiển nhúng
Khi một hệ thống cố định hoặc nhúng bao gồm MCU có mỗi bộ phận phần cứng và phần mềm trong một đơn vị độc lập, MCU được gọi là bộ vi điều khiển nhúng. Rất ít hoặc không có đơn vị hoặc hệ thống ngoại vi bổ sung tồn tại để xử lý trong quá trình điều khiển hoặc sử dụng các thiết bị ngoại vi. Ví dụ, một mạch thu điện thoại sử dụng bộ vi điều khiển tích hợp hoặc nhúng.
Bộ vi điều khiển bộ nhớ ngoài
Khi một hệ thống được xây dựng hoặc nhúng thêm MCU chỉ có phần cứng và phần mềm không phải là một thành phần riêng lẻ và có thành phần bộ nhớ được giao thoa bên ngoài bằng cách phát ra một mạch giao thoa được gọi là mạch dán, MCU được gọi là vi điều khiển bộ nhớ ngoại vi hoặc bộ nhớ ngoài. Ví dụ, 8031 bao gồm một bộ nhớ chương trình được giao tiếp với nó. 8051 có cả bộ nhớ chương trình ngoại vi cũng như trong nội bộ.
Sự khác biệt giữa vi xử lý và vi điều khiển
Điểm khác biệt giữa vi xử lý và vi điều khiển là vi điều khiển tích hợp các tính năng của bộ vi xử lý (ALU, CPU, Thanh ghi) cùng với sự tồn tại của các đặc tính bổ sung như của ROM, RAM, bộ đếm, cổng đầu vào/ đầu ra, … thể hiện chức năng của một thiết bị bằng cách sử dụng các chương trình cố định được nạp trong ROM mà không sửa đổi theo thời gian thực.
Một quan điểm khác, sự khác biệt lớn giữa một bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển thông thường chia ra với các thuật ngữ kiến trúc là lĩnh vực ứng dụng của chúng. Các bộ vi xử lý thông thường như bộ xử lý họ Pentium hoặc bộ xử lý Intel Core hoặc bộ xử lý tương tự đều có trong các máy tính như một máy lập trình hoạt động phổ biến. Trong vòng đời của nó, nó phải quản lý nhiều nhiệm vụ và chương trình khác nhau được chỉ định cho nó.
Ngược lại, một bộ vi điều khiển thuộc họ PIC hoặc họ 8051… được dùng trong các ứng dụng như trong các hệ thống nhúng nhỏ như hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông hoặc một loại hệ thống robot. Ngoài ra các tiện ích này quản lý nhiệm vụ tương tự hoặc chương trình tương tự trong suốt vòng đời của chúng.
Một điểm khác biệt nữa là vi điều khiển thường phải xử lý các tác vụ tức thời trong khi ngược lại, các bộ vi xử lý trong hệ thống máy tính có thể sẽ không xử lý một tác vụ tức thời mọi lúc.
Các ứng dụng của vi xử lý
Với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ vi xử lý. Làm cho chúng trở nên hữu ích hơn trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ dân dụng cho đến các hệ thống công nghiệp hiện đại.
Ngày nay, các hệ thống dựa trên bộ vi xử lý được sử dụng trong sản phẩm như: Là bộ não của các hệ thống tự động SCADA, DCS, PLC, hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông, điều khiển tốc độ của động cơ, các thiết bị đo điện thông minh, các bộ xử lý chuyển đổi tín hiệu thông minh, các CPU điều khiển xe hơi…
Bài viết tuy không đi sâu vào chuyên môn của ngành IT. Nhưng cũng đem đến cho các bạn những khái quát về bộ vi xử lý là gì? Giúp chúng ta hiểu hơn về bộ não của các hệ thống dây chuyền; mà chúng ta đang điều khiển hàng ngày trong các nhà máy.
Hy vông bài viết sẽ nhận được những đóng góp và chia sẻ của các bạn!
Chân thành cảm ơn!
BÀI VIẾT LIÊN QUAN