Bài giảng HỆ THỐNG VÀO RA – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀORA – GHÉP NỐI MÁY TÍNH VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI

PowerPoint Presentation HỆ THỐNG VÀO RA – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀORA – GHÉP NỐI MÁY TÍNH VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email trinhtandatsgu edu vn Website https sites google comsitettdat88 mailto trinhtandatsgu edu vn https sites google comsitettdat88 HỆ THỐNG VÀORA GIỚI THIỆU CHUNG Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính • Hệ thống vàora (IO system) là thành phần quan trọng thứ ba (bao g.

HỆ THỐNG VÀO/ RA – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO/RA – GHÉP NỐI MÁY TÍNH VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GỊN Email: trinhtandat@sgu.edu.vn Website: https://sites.google.com/site/ttdat88 HỆ THỐNG VÀO/RA: GIỚI THIỆU CHUNG • Hệ thống vào/ra (I/O system) thành phần quan trọng thứ ba (bao gồm CPU nhớ) hệ thống máy tính • Là phương tiện hiệu để nhận đầu vào cung cấp đầu cho hệ thống máy tính • Là giao diện chứa logic để kết nối hàm thiết bị ngoại vi hệ thống bus • Lưu ý: Nguyên nhân dẫn đến việc thiết bị ngoại vi không kết nối trực tiếp với hệ thống bus: o Truyền tải lượng liệu khác + tốc độ khác + nhiều định dạng o Tốc độ truyền tải liệu thiết bị ngoại vi chậm nhanh so với CPU RAM ➔ khó tương thích, khơng thực tế Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính HỆ THỐNG VÀO/RA: GIỚI THIỆU CHUNG Mơ hình chung hệ thống vào/ra Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ NGOẠI VI • Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên máy tính • Phân loại: o Thiết bị ngoại vi giao tiếp người - máy: bàn phím, hình, máy in,… o Thiết bị ngoại vị giap tiếp máy – máy: gồm thiết bị theo dõi kiểm tra o Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ NGOẠI VI - THÀNH PHẦN • Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi liệu bên bên máy tính • Bộ đệm liệu: đệm liệu truyền module vào/ra thiết bị ngoại vi • Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ module vào/ra Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính I/O MODULE: CÁC CHỨC NĂNG • Các chức cần thiết I/O bao gồm: o Điều khiển định (control and timing) o Giao tiếp xử lý (processor communication) o Giao tiếp thiết bị (device communication) o Đệm liệu (data buffering) o Nhận biết lỗi (error detection) Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐỊNH GIỜ • Cần thiết: định vị dịng truyền tải liệu tài nguyên bên thiết bị ngoại vi • Ví dụ: Các bước để điều khiển việc truyền tải liệu từ thiết bị ngoại vi vào xử lý Bộ xử lý tra hỏi I/O để kiểm tra trạng thái thiết bị kết nối I/O trả trạng thái thiết bị kết nối Nếu thiết bị kết nối sẵn sàng hoạt động truyền tải ➔ Bộ xử lý yêu cầu truyền tải liệu  Bộ xử lý lệnh cho I/O I/O nhận đơn vị liệu (8 bits, 16 bits,…) từ thiết bị ngoại vi Dữ liệu truyền tải liệu từ thiết bị ngoại vi vào xử lý Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: GIAO TIẾP GIỮA CÁC BỘ XỬ LÝ • Giải mã lệnh: I/O nhận lệnh từ xử lý, điển hình gửi tín hiệu bus điều khiển Ví dụ: đĩa từ • Dữ liệu: Dữ liệu truyền tải xử lý I/O thơng qua bus liệu • Báo cáo trạng thái: tốc độ thiết bị chậm ➔ Cần quan tâm đến trạng thái I/O sẵn sàng hay bận • Nhận dạng địa chỉ: tương tự việc nhớ có địa ➔ thiết bị I/O cần địa Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: GIAO TIẾP GIỮA CÁC THIẾT BỊ Sơ đồ khối thiết bị ngoại vi Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: ĐỆM DỮ LIỆU • Cần thiết: đảm bảo tốc độ truyền tải nhanh tương thích xử lý thiết bị ngoại vi Ví dụ hình Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính INTERRUPT I/O – SỬ DỤNG NHIỀU ĐƯỜNG YÊU CẦU NGẮT • Mỗi mô-đun vào-ra nối với đường yêu cầu ngắt • CPU phải có nhiều đường tín hiệu u cầu ngắt • Hạn chế số lượng mơ-đun vào-ra • Các đường ngắt qui định mức ưu tiên Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính INTERRUPT I/O – SOFTWARE POLL • CPU thực phần mềm hỏi mô-đun vào-ra • Chậm • Thứ tự mơ-đun hỏi vịng thứ tự ưu tiên Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính INTERRUPT I/O – DAISY CHAIN/ HARDWARE POLL • CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến mơ-đun vào-ra • Nếu mơ-đun vào-ra khơng gây ngắt gửi tín hiệu đến mơ-đun xác định mơ-đun gây ngắt • Thứ tự mô-đun vào-ra kết nối chuỗi xác định thứ tự ưu tiên INTERRUPT I/O – BUS ARBITRATION • Đầu tiền, I/O module cần lấy quyền điều khiển bus trước bus gửi dòng yêu cầu ngắt ➔ Chỉ có module gửi dịng u cầu ngắt thời gian • Khi xử lý phát ngắt, xử lý phản hồi dịng ngắt xác nhận • Module u cầu đặt vector dịng liệu Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính TRUY CẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DIRECT MEMORY ACCESS – DMA) • Programmed I/O Interrupt I/O: o Chiếm thời gian CPU o Tốc độ truyền bị hạn chế phải chuyển qua CPU • Để khắc phục dùng DMA o Thêm hardware module bus → DMAC (Controller) o DMAC điều khiển trao đổi liệu I/O module với nhớ Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA - SƠ ĐỒ CẤU TRÚC • Thanh ghi liệu: chứa liệu trao đổi • Thanh ghi địa chỉ: chứa địa ngăn nhớ liệu • Bộ đếm liệu: chứa số từ liệu cần trao đổi • Logic điều khiển: điều khiển hoạt động DMAC Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – HOẠT ĐỘNG • Khi xử lý cần đọc hay ghi khối liệu ➔ Gửi yêu cầu tới DMA với thông tin sau: o o o o Thanh ghi liệu: chứa liệu trao đổi Thanh ghi địa chỉ: chứa địa ngăn nhớ liệu Bộ đếm liệu: chứa số từ liệu cần trao đổi Logic điều khiển: điều khiển hoạt động DMA • Trong chờ, xử lý tiếp tục công việc khác • DMAC điều khiển trao đổi liệu • Sau truyền từ liệu thì: o nội dung ghi địa tăng o nội dung đếm liệu giảm • Khi đếm liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu ngắt CPU để báo kết thúc DMA Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – CÁC KIỂU THỰC HIỆN • DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): sử dụng bus để truyền xong khối liệu • DMA lấy chu kỳ (Cycle Stealing DMA): ép buộc CPU treo tạm thời chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực truyền từ liệu • DMA suốt (Transparent DMA): nhận biết chu kỳ CPU khơng sử dụng bus chiếm bus để trao đổi từ liệu Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – CẤU HÌNH ĐƠN BUS, DMA TÁCH RỜI • Mỗi lần truyền, DMA sử dụng bus hai lần: o Giữa I/O module với DMA o Giữa DMA với nhớ Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – CẤU HÌNH ĐƠN BUS, DMA KẾT HỢP • DMA điều khiển vài I/O module • Mỗi lần truyền, DMA sử dụng bus lần: o Giữa DMA với nhớ Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – CẤU HÌNH I/O BUS • I/O bus tách rời hỗ trợ tất thiết bị cho phép DMA • Mỗi lần truyền, DMA sử dụng bus lần: o Giữa DMA với nhớ Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính DMA – ĐẶC ĐIỂM • CPU khơng tham gia q trình trao đổi liệu • DMC điều khiển trao đổi liệu nhớ với I/O module (hồn tồn phần cứng) → tốc độ nhanh • Phù hợp với u cầu trao đổi mảng liệu có kích thước lớn Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ NHẬP • Là phần cứng thiết bị gửi liệu đến máy tính, cho phép người dùng tương tác kiểm sốt đầu vào • Các loại thiết bị vào sở: o Bàn phím o Các thiết bị trỏ o Máy quét o Các thiết bị âm – hình ảnh đầu vào Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ XUẤT • Dữ liệu đầu loại liệu xử lý máy tính, chuyển đổi để người/ hệ thống khác hiểu thông qua thiết bị xuất • Các loại liệu xuất bản: ký tự, âm thanh, hình ảnh, video,… • Các thiết bị xuất bản: o Màn hình o Máy in o Máy chiếu o… Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THANK YOU FOR YOUR ATTENTIONS Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính ... sốt đầu vào • Các loại thiết bị vào sở: o Bàn phím o Các thiết bị trỏ o Máy quét o Các thiết bị âm – hình ảnh đầu vào Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ XUẤT... Access – DMA) Khoa Công Nghệ Thơng Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN I/O Ba phương pháp điều khiển I/O Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gịn Kiến Trúc Máy Tính. .. cho hệ thống máy tính • Là giao diện chứa logic để kết nối hàm thiết bị ngoại vi hệ thống bus • Lưu ý: Nguyên nhân dẫn đến vi? ??c thiết bị ngoại vi không kết nối trực tiếp với hệ thống bus: o Truyền