Môn học cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật giao tiếp giữa máy tính với thiết bị ngoại vi thông qua các giao diện như ISA, LPT, PCI, COM, USB... qua đó đưa ra cách thiết kế các modul ghép nối giao tiếp với máy tính, xây dựng các chương trình điều khiển thiết bị cho các modul ứng dụng trong dân dụng và điều khiển các quá trình công nghiệp. Tổng quan kỹ thuật ghép nối máy tính; Các phương pháp trao đổi thông tin; Giới thiệu về các chuẩn giao tiếp cơ bản; Ghép nối tín hiệu tương tự; Ghép nối bus và khe cắm mở rộng; Ghép nối song song; Ghép nối nối tiếp; Các thiết bị ngoại vi cơ bản, các loại card ghép nối như: modem, net card, AD/DA card, card đo tần số, … Một số ví dụ ứng dụng cụ thể.
Chương TỔNG QUAN VỀ TỔ CHỨC MÁY TÍNH Outline Giới thiệu Các ký hiệu thuật ngữ Những quan niệm hệ thống máy tính Quan niệm người dùng Quan niệm người lập trình Những lợi ích ngơn ngữ lập trình bậc cao Tại chương trình lại dịch ngơn ngữ assembly? 10/2005 Quan niệm người kiến trúc Quan niệm người thực Vi xử lý Chu lệnh Kỹ thuật đường ống RSIC CISC Memory Basic memory operations Design issues Input/Output Interconnection: The glue Historical Perspective Technological Advances DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Sơ đồ khối máy tính đơn giản 10/2005 Các phần chính: CPU, Memory, I/O Buses: address bus, data bus, control bus DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Cấu trúc máy tính theo mơ hình Von Neumman Các hệ máy tính điện tử đầu tiên, việc “lập trình” ứng với việc đấu dây thiết lập mạch cứng -> Khơng có chương trình lưu trữ Cấu trúc máy tính Von Neumman có đặc trưng chính: (1) Gồm hệ thống phần cứng: xử lý trung tâm (CPU); hệ thống nhớ (main memory) hệ thống vào (I/O system) (2) Có khả lưu trữ dãy câu lệnh xử lý (3) Có luồng đơn (có thể vật lý logic) nối thành phần hệ thống Bộ xử lý trung tâm bao gồm có đơn vị điều khiển (control unit), đơn vị xử lý toán học (ALU), tập ghi đếm chương trình (program counter) 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Cấu trúc máy tính theo mơ hình Von Neumman 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Chu lệnh (1) (2) (3) (4) Đơn vị điều khiển nạp lệnh từ nhớ, sử dụng đếm chương trình để xác định lệnh đặt đâu Lệnh giải mã thành ngôn ngữ mà ALU hiểu Bất kỳ tốn hạng cần để thực câu lệnh nạp vào từ nhớ đặt vào ghi CPU ALU thực thi câu lệnh đặt kết vào ghi nhớ 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Central Processing Unit (CPU) Chức Điều khiển MT hoạt động theo chương trình Xử lý liệu Nguyên tắc Nhận lệnh từ chương trình nằm nhớ Giải mã lệnh Thực lệnh Bao gồm CU – Control Unit ALU – Arithmetic and Logic Unit Bus Interface Unit - Bus nội 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Khối điều khiển (CU - Control Unit) Điều khiển hoạt động CPU thành phần khác Đọc lệnh từ chương trình nhớ (instruction fetch) Giải mã lệnh (instruction decode) Thực thi lệnh giải mã cách (instruction excution) 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Khối tính toán (ALU - Arithmetic Logic Unit) Thực phép toán số học logic Các phép toán số học: +,-,*,/ Các phép toán logic: NOT, AND, OR,… Các phép so sánh … Dữ liệu Số nguyên (integer) Số dấu phảy tĩnh (fixed point number) Số dấu phảy động (floating point number) 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Tập ghi (Registers) Là nhớ nhỏ, tốc độ nhanh Lưu trữ toán hạng, kết thơng số khác q trình tính tốn CPU Bao gồm Con trỏ chương trình (PC - Program Counter) Các ghi đa chức Thanh ghi số (index register) Thanh ghi cờ (flag register) 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 10 Chức chân tín hiệu 10/2005 Pin # on DB – Pin Symbol Function CD Carrier Detect: It is used by Modem to inform PC that it has detected Carrier on Phone Line RD Serial data is received on this line by PC TD Serial Data is transmitted on this pin by PC DTR Data Terminal Ready When terminal (computer) powers up it asserts DTR high SG It is signal ground with reference to which voltages are interpreted as high or low DSR Data Set Ready When modem powers up it asserts DSR high RTS Request to Send Request to send is sent from (DTE) terminal (PC) to modem (DCE) to inform it that PC wants to send some data to modem DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 185 Thanh ghi Line Control Register (LCR) BASE ADDRES S+3 Thanh ghi LCR 0-1: Dùng để đặt số data bit Word dùng để đặt cấu Bit Bit Data bits hình truyền 0 số data bit, parity bit, stop bit 1 2: Số stop bit: 0: Một stop bit 1: Hai stop bit 3-5: Đặt parity Bit Bit Bit Parity 0 NONE 0 ODD 1 EVEN 1 MARK 1 SPACE 6: Điều khiển BREAK Nếu bit dặt cho ký tự clock, nhận phát điều kiện Break 7: Cho phép truy xuất Divisor Latch Nếu bit đặt ghi coi từ thấp baud rate divisor, ghi coi từ cao baud rate divisor khởi tạo cổng 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 186 Modem Control Register (MCR) BASE ADDRESS +4 10/2005 Thanh ghi 0: Bit phản ánh dòng DTR MCR dùng để giao diện RS-232's Nó điều khiển sử dụng dho phép tồn dịng giao truyền thơng modem cách thức diện RS-232 để đặt modem trở lại trạng thái lệnh kết DTR nối tạo (Data Terminal 1: Bit phản ánh dịng RTS Ready) Nó giao diện RS-232 RTS sử dụng để mở nói với liệu đầu cuối khác PC lấy rộng để điều thơng tin khiển dịng phần cứng GPO (General Purpose Output) bên PC DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 187 Line Status Register BASE ADDRES S+5 10/2005 Thanh ghi LSR ghi trạng thái mục đích chung cho UART Nó báo cáo việc lỗi, trạng thái ghi chứa nhận phát liệu Khi ghi đọc, tất bit phát lỗi reset 0: RxRDY: Nếu bit 1, kí tự sẵn sàng RDR 1: Nếu bit 1, liệu input bị tràn 2: Nếu bit 1, lỗi parity xảy 3: Nếu bit 1, lỗi framing xảy 4: Nếu bit 1, BREAK xảy Nghĩa gửi gửi tín hiệu BREAK nhiều chu kỳ kí tự 5: TBE: Thanh ghi chứa liệu gửi rỗng Luôn quan sát ghi gửi liệu 6: Tranmitter empty: THR ghi dịch rỗng tức liệu nằm đường truyền 7: Luôn đặt DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 188 Modem Status Register BASE ADDRES S+6 10/2005 Thanh ghi MSR liên 0: Delta CTS: Nếu bit đặt quan trực tếp tới 1, trạng thái dòng clear to send dòng điều khiển thay đổi kể từ MSR đọc lần modem Thanh ghi cuối kiểm tra để 1: Delta DSR: Nếu bit 1, trạng xác định trạng thái thái dòng delta set ready thay đổi giao diện kể từ MSR đọc lần cuối modem Khi 2: Delta Carrier Detect: Nếu bit ghi đọc tất đặt 1, trạng thái dong modem thị Carrier Detect thay đổi kể từ "delta" reset MSR đọc lần cuối 4: Trạng thái CTS 5: Trạng thái DSR 6: Trạng thái RI 7: Trạng thái Delta Carrier Detect DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 189 Vi mạch chuyển mức tín hiệu MAX232 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 190 Typical 3-wire Interface 3 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 191 Truyền thông hai nút Truyền thông hai nút làm việc giao thức : Truyền thông không bắt tay Truyền thông bắt tay phần mềm Truyền thông bắt tay phần cứng 10/2005 Tuỳ theo yêu cầu việc truyền thông hai nút mà xác lập chế độ cụ thể cho thiết bị truyền thông DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 192 Truyền thông hai nút (tiếp) Xác lập thông số cho cổng RS-232 Trước tiến hành truyền thông cần phải xác lập thông số truyền đồng giữ hai nút, cụ thể có thơng số sau: ‐ Tốc độ truyền ‐ Số lượng Bit liệu ‐ Bit chẵn lẻ ‐ Số lượng Bit stop ‐ Giao thức truyền ( có bắt tay hay khơng) 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 193 Truyền thông hai nút (tiếp) 10/2005 Xác lập thông số truyền Windows : DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 194 Basic 3-Wire Connection of Machines TXD RXD GND What goes over these wires? 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 195 Truyền thông hai nút (tiếp) Truyền thông đơn giản bắt tay Chỉ sử dụng đường tín hiệu để truyền : đường thu (RxD), đường phát (TxD) nối đất (GND) TxD RxD RST CTS DTR DSR GND 3 2 7 8 4 6 5 TxD RxD RST CTS DTR DSR GND Kết nối cổng RS-232 không bắt tay 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 196 Truyền thông hai nút (tiếp) Bắt tay phần mềm Có hai ký tự mã ASCII cho phép bắt đầu dừng truyền cổng nối tiếp, là: ‐ ‐ X-ON ( Ctrl-S mã ASCII 11) : Cho phép truyền thông X-OFF ( Ctrl-Q mã ASCII 13) : Dừng truyền thông Truyền liệu BỘ TRUYỀN X-OFF X-ON BỘ NHẬN Bắt tay phần mềm sử dụng X-ON X-OFF 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 197 Truyền thông hai nút (tiếp) Bắt tay phần cứng: Bắt tay phần cứng sử dụng tín hiệu điều khiển sau: DTR: Đầu cuối liệu sẵn sàng RST : Sẵn sàng để gửi CTS : Xoá để gửi DSR: Bộ liệu sẵn sàng 10/2005 Bộ truyền RTS CTS CTS TxD Có sẵn sàng nhận khơng? “0”Kh«n g “1” Cã Truyền ký tự Bộ nhận CTS RTS RTS RxD Các đường dẫn bắt tay sử dụng truyền DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 198 Truyền thông hai nút (tiếp) Trao đổi thơng tin hai chiều có bắt tay phần cứng: TxD RxD RST CTS DTR DSR GND 3 2 7 8 4 6 5 TxD RxD RST CTS DTR DSR GND Kết nối cổng RS-232 bắt tay phần cứng 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 199 ... 10/2005 DCE - Lecture Notes Computer Interfacing 33 Chương 3: Ghép nối tín hiệu tương tự Kỹ thuật ghép nối máy tính Chương 2: Ghép nối tín hiệu tương tự Tín hiệu tương tự? Các đặc trưng chuyển... Interfacing 16 Input/Output Các thiết bị ngoại vi (I/O devices) ghép nối với máy tính qua điều khiển ghép nối (I/O controller) Khối ghép nối thực thao tác vào/ra cụ thể mức thấp 10/2005 DCE - Lecture... Interfacing Sơ đồ khối máy tính đơn giản 10/2005 Các phần chính: CPU, Memory, I/O Buses: address bus, data bus, control bus DCE - Lecture Notes Computer Interfacing Cấu trúc máy tính theo mơ hình