Chương 5: VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRONG MÁY VI TÍNH PC docx

Vi mạch điều khiển trong máy tính XT/AT Vi mạch định thời lập trình được Programmable Interval Timer PIT/8253, PIT/8254: • Là một vi mạch phụ rất quan trong trong các thế hệ vi xử lý của

Trang 3

trong máy tính XT/AT

I Vi mạch điều khiển trong máy tính XT/AT

Vi mạch định thời lập trình được (Programmable

Interval Timer) PIT/8253, PIT/8254:

• Là một vi mạch phụ rất quan trong trong các thế

hệ vi xử lý của Intel

• Có thể đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng khác

nhau trong hệ vi xử lý: đếm thời gian, đếm sự

kiện, đếm tần số, tạo ra dãy xung, v.v

• Có ba bộ đếm 16 bit và một thanh ghi điều khiển

• Các địa chỉ cổng cứng của vi mạch này trong máy vi

• Nội dung ban đầu của ba bộ đếm đều có thể lập trình

từ CPU để thay đổi

• Có thể điều khiển được hoạt động của các bộ đếm

bằng tín hiệu từ bên ngoài thông qua chân cổng (gate)

để cho phép bắt đầu đếm (gate =1) hay để buộc kết

thúc quá trình đếm (gate =0).

6

Vi mạch định thời lập trình được

PIT/8253, PIT/8254

Trang 4

Sơ đồ khối của 8253/8254:

Trang 5

Sơ đồ khối của 8253/8254:

1 1 1 0 0 Ghi vào từ điều khiển

x x x x 1 Bus data ở trạng thái ngắt ( R cao )

x x 1 1 0 Bus data ở trạng thái điện trở cao

a Khởi động PIT8253/8254

– Vi mạch 8254 dùng thanh ghi điều khiển để định

nghĩa chế độ làm việc của ba bộ đếm.

– Để khởi động PIT ta phải ghi từ điều khiển CW

(control word) vào thanh ghi từ điều khiển.

– Dạng thức của thanh ghi từ điều khiển

10

PIT/8253, PIT/8254

Trang 6

10 là chỉ đọc ghi byte cao.

11 là đọc ghi byte thấp, tiếp theo byte cao.

a Khởi động PIT8253/8254

– Ý nghĩa từng bit:

M2, M1, M0 (mode): Chế độ làm việc của bộ đếm.

000 là chế độ 0 (tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết).

001 là chế độ 1 (đa hài lập trình được).

010 là chế độ 2 (bộ chia tần số cho N).

011 là chế độ 3 (tạo xung vuông).

100 là chế độ 4(tạo xung cho phép mềm).

PIT/8253, PIT/8254

Trang 7

b Năm chế độ làm việc của các bộ đếm

Chế độ 0: Tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết (Interrupt

on terminal count):

• Phát ra một sường xung lên (thường làm tín

hiệu yêu cầu ngắt trong các hệ thống) khi kết

Trang 8

Chế độ 0: Tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết (Interrupt

on terminal count):

• Ví dụ:

– Việc nạp thanh ghi bộ đếm sẽ là: nạp byte đầu tiên

(byte thấp) sẽ làm ngừng việc đếm hiện tại, nạp

byte thứ 2 sẽ khởi phát quá trình đếm mới.

Chế độ 1 (progammable monoflop): phát ra một

xung đơn với thời gian tồn tại xung biến đổi được

• Lối ra out chuyển xuống mức thấp khi bắt đầu

đém và duy trì trạng thái này cho đến khi kết

thúc đếm sẽ nhảy lên mức cao

PIT/8253, PIT/8254

Trang 9

Chế độ 1 (progammable monoflop):

• Cho phép tạo ra xung đơn với độ rộng biến đổi

tùy theo giá trị nạp ban đầu

• Tín hiệu Gate có tác dụng kích hoạt bộ đếm

hoạt động, và vì vậy bộ đếm có thể làm việc

nhiều lần tùy theo số xung Gate

Chế độ 2 (Rate generator): phát ra các sóng tỉ lệ

• Các xung nhịp đưa vào bộ đếm được chia bởi giá trị

nạp trong thanh ghi bộ đếm.

• Lối ra sẽ xuống mức tháp trong một chu kỳ khi số

đếm đạt giá trị 0 và sau đó nâng lên mức cao trong

Trang 10

Chế độ 3 (Square-Wave Generator): phát ra các

sóng hình vuông

• Tương tự như chế độ 2 nhưng xung ngõ ra là sóng

vuông khi giá trị đếm chẵn và sẽ thêm một chu kỳ ở

mức cao khi giá trị đếm lẻ.

Chế độ 4 (Software-triggered Pulse): tạo các xung

bằng phần mềm

• Giống như chế độ 2 nhưng xung Gate không khởi

động quá trình đếm mà sẽ đếm ngay khi số đếm ban

đầu được nạp

• Ngõ ra ở mức cao để đếm và xuống mức thấp trong

chu kỳ xung đếm Sau đó, ngõ ra sẽ trở lại mức cao.

PIT/8253, PIT/8254

Trang 11

Chế độ 5 (Hardware-triggered Pulse): tạo các xung

bằng xung cửa gate

• Giống như chế độ 2, sườn lên xung cửa gate bắt đầu

quá trình đếm sau đó xuống thấp trong một chu kì khi

việc đếm kết thúc

• Khi quá trình đếm chưa kết thúc, nếu xung cửa xuất

hiện những sườn lên thì cứ mỗi lần như vậy bộ đếm

lại được đếm lại từ giá trị ban đầu.

Trang 12

a Cấu tạo

• Vi mạch 8255 có 3 cổng lập trình được

• Các tín hiệu điạ chỉ A0, A1 của 8255 được nối trực

tiếp với tín hiệu địa chỉ tương ứng của bộ vi xử lý

• Các đường dây địa chỉ được kết mạch về địa chỉ 60H

và cùng với tín hiệu IO/M được dùng để điều khiển

tín hiệu /CS (chip select) của vi mạch 8255

a Cấu tạo

• Sơ đồ khối của 8255:

Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình

được 8255

Trang 13

a Cấu tạo

• Địa chỉ các cổng 8 bít của 8255 trong một máy tính cá nhân tương

thích IBM như sau:

Cổng A: 60H

Cổng B: 61H

Cổng C: 62H

Thanh ghi điều khiển: 63H.

• Ba cổng A, B, C mỗi cổng 8 bit, cổng C được chia đôi (mỗi

cổng con 4 bit) vì vậy có thể xem 8255 có 4 cổng lập trình

Trang 14

b Chế độ làm việc:

• Vi mạch 8255 có bốn chế độ làm việc:

a Chế độ 0, vào/ra đơn giản: cho phép định nghĩa 4 cổng A,

B, C thấp, C cao thành cổng vào hoặc ra Phối hợp 4 cổng

sẽ có 16 cấu hình vào ra đơn giản của vi mạch 8255.

b Chế độ 1 vào/ra có xung cho phép: phần lớn các bit của

cổng C được sử dụng làm tín hiệu điều khiển Cổng A và

cổng B được dùng để nhập dữ liệu (vào) hoặc phát dữ liệu

(ra) tùy theo tín hiệu /RD, /WR đến từ bộ vi xử lý

c Chế độ 2, bus hai chiều: chỉ được dùng cho cổng A Cổng

B có thể chọn để làm việc tại chế độ 0 (vào) hoặc chế độ 1

(ra) Tùy từng chế độ của cổng B mà các chân cổng C

được dùng làm tín hiệu điều khiển cho cổng A và cổng B

Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình

được 8255

D0 : Cổng C (nửa thấp ) - 0: ra ; 1 : vào

D1 : Cổng B - 0 : ra ; 1 : vào

D2 : chọn chế độ 1: mode 1

0: mode 0 (mode của nhóm B)

D3 : cổng C (nửa cao) 1: vào

Trang 15

D7 - mức 1 : chỉ ra rằng thanh ghi điều khiển đang được sử dụng (

được phép ghi lại )

D2 , D5 , D6 - mức 0 : cho biết tất cả các cổng được sử dụng mode 0

Trang 16

a Nguyên tắc hoạt động ngắt trong máy tính

• Ngắt là một phương tiện để thay đổi chế độ hoạt động

của CPU và các thiết bị khác

• Người sử dụng lợi dụng nguyên tắc này để thay đổi

các nhu cầu công việc của mình thông qua các thiết bị

phần cứng (ngắt cứng) hoặc qua các phần mềm (ngắt

mềm)

• Một vi mạch bên trong máy tính chiệu trách nhiệm

tiếp nhận, điều khiển tín hiệu ngắt này được gọi là vi

mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A

– Kiểm tra yêu cầu ngắt bằng một vòng (loop) thăm dò trong

chương trình khi gặp yêu cầu thì đáp ứng.

– Dùng ngắt (interrupt) để tạm dừng chương trình, chạy chương

trình con đáp ứng ngay yêu cầu ngắt (interrupt request)

• Yêu cầu ngắt được chia thành hai loại chính:

một bộ phận ngoại vi được đưa đến những chân tín

hiệu ngắt của bộ ví xử lý.

Vi mạch điều khiển ngắt lập trình

được 8259A

Trang 17

• Khi bộ vi xử lý nhận được một yêu cầu ngắt phần cứng và đọc số hiệu ngắt

từ bus dữ liệu:

i Nhớ thanh ghi cờ (FR) về ngăn xếp (stack) trong bộ nhớ.

ii Cấm các ngắt khác (IF=0), cho bộ vi xử lý chạy tại cơ chế thường

(TF=0).

iii Cất địa chỉ đoạn (segmen address) của chương trình đang chạy (nằm

trong thanh ghi đoạn mã CS -code segment) vào ngăn xếp.

iv Cất địa chỉ lệch (offset address) của mã lệnh đang chạy (nằm trong

thanh ghi trỏ lệnh IP - instruction pointer) vào ngăn xếp.

v Lấy địa chỉ chương trình phục vụ ngắt từ bảng địa chỉ ngắt (interrupt

vector table) vào thanh ghi đoạn mã CS và thanh ghi con trỏ lệnh

căn cứ theo số hiệu ngắt Sau đó chương trình phục vụ ngắt bắt đầu

chạy.

vi Khi gặp lệnh IRET (interrupt return), bộ vi xử lý lấy lại trạng thái

ban đầu của thanh ghi cờ (FR), thanh ghi đoạn mã (CS) và thanh ghi

con trỏ lệnh (IP) từ ngăn xếp (được lưu trữ trong các bước 1,3,4).

• Nếu nhiều yêu cầu ngắt xuất hiện cùng một lúc, bộ vi

xử lý sẽ có những thứ tự ưu tiên từ cao đến thấp như

sau:

i Ngắt nội bộ (chia cho 0 INT 0, tràn INT 4, ngắt

phần mềm INT N).

ii Ngắt phần cứng không che được NMI.

iii Ngắt phần cứng che được INTR.

iv Ngắt chạy từng lệnh INT 1.

34

được 8259A

Trang 18

b Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259

• Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được

(Programmable Interrupt Controler) PIC/8259A phân

định mức ưu tiên khi có nhiều ngắt phần cứng che

được INTR xuất hiện

• Có khả năng xử lý tối đa 8 yêu cầu ngắt IR (interrupt

request) và chỉ đưa ra một yêu cầu ngắt đến chân tín

hiệu INTR của bộ vi xử lý

• Với hệ thống có nhiều thiết bị: có thể ghép nhiều vi

mạch 8259 theo kiểu chủ/tớ (master/slave)→ dùng 1

vi mạch PIC chủ và 8 vi mạch PIC tớ bộ vi xử lý tiếp

nhận 64 yêu cầu ngắt phần cứng che được khác nhau.

• Sơ đồ khối của vi mạch PIC 8259A

được 8259A

Trang 19

• Trong đó:

– IR0 IR7 (interrupt request): các chân yêu cầu ngắt.

– IRR (interrupt request register): thanh ghi yêu cầu ngắt từ đầu

vào IR0 IR7

– ISR (interrupt service register): thanh ghi đang được phục vụ.

– IMR ( interrut mask register): thanh ghi khuôn che ngắt cho IR0

IR7.

– PR (priority register): thanh ghi xử lý ưu tiên.

– /SP, /EN (slave program, enable buffer): tín hiệu lập trình chủ/tớ

hoặc mở đệm bus dữ liệu:

• Nếu không làm việc ở chế độ đệm bus dữ liệu thì tín hiệu này định

nghĩa vi mạch này là tớ (/SP=0) hay chủ (/SP=1)

• Trong chế độ đệm bus, tín hiệu (/EN=0) mở thông bus hệ thống với

8259A Lúc này, việc định nghĩa vi mạch chủ được thực hiện qua

ICW4 (interrupt contrrol Word).

– CAS0 CAS2: Tín hiệu nối tầng các vi mạch PIC, là mạch đầu ra

đối với mạch chủ và là đầu vào đối với mạch tớ.

• Khi xuất hiện một yêu cầu ngắt từ một bộ phận ngoại vi, quy trình

hoạt động của vi mạch 8259 và bộ vi xử lý như sau:

i Khi có yêu cầu ngắt từ một bộ phận ngoại vi (IRQ0IRQ15),

8259A sẽ đưa ra thông báo ngắt bằng tín hiệu INT=1, tín hiệu

này được nối với bộ vi xử lý qua chân yêu cầu ngắt INTR

(interrupt request).

ii Bộ vi xử lý sau khi nhận được thông báo ngắt sẽ báo lại 8259A

bằng tín hiệu chấp nhận ngắt /INTA=0 (interrupt acknowledge).

iii 8259A nhận được tín hiệu /INTA từ bộ vi xử lý sẽ hoàn tất các xử

lý nội bộ theo thứ tự mức ưu tiên.

iv Bộ vi xử lý đưa ra tín hiệu /INTA lần thứ hai và 8259A sẽ trả lời

bằng cách đưa ra bus dữ liệu thông tin về số hiệu ngắt (1byte)

(INT N, N là số hiệu ngắt).

v Bộ vi xử lý dùng số hiệu ngắt để tính vị trí địa chỉ chương trình

phục vụ ngắt trong bảng vector ngắt (interrupt vector table).

vi Qui trình xủ lý yêu cầu trong bộ vi xử lý được thực hiện theo 6

bước đã nêu ở trên

38

được 8259A

Trang 20

b Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của

8259

• Từ thế hệ IBM/AT (advanced

technology) trở đi: máy vi tính cá nhân

có tất cả 16 yêu cầu ngắt cứng→ Cần

thêm một vi mạch 8259A trong chế độ

tớ để tăng thêm số yêu cầu ngắt

• Đầu ra INTR của vi mạch tớ được nối

với đầu yêu cầu ngắt 2 của vi mạch chủ

Trang 21

• Để truy nhập một số thiết bị ngoại vi như đĩa

mềm, đĩa cứng, hay bản mạch ghép nối màn

hình, v.v cần phải truy nhập bằng phần cứng

thông qua chip truy nhập bộ nhớ trực tiếp

DMAC

• Cho phép vào/ra dữ liệu rất nhanh

• Được gọi là phương pháp truy nhập trực tiếp

giữa bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi không cần

→Vi mạch truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC (direct memory

access controller) đảm nhiệm việc điều khiển quá trình trao đổi

thông tin.

• Quy trình truy nhập trực tiếp bộ nhớ thực hiện theo những

bước sau:

i Thiết bị ngoại vi có nhu cầu trao đổi sẽ phát tín hiệu yêu cầu

dữ liệu DRQ (data request) sang DMAC.

ii DMAC phát tín hiệu yêu cầu treo HRQ=1 (hold request) đến

chân HOLD của bộ vi xử lý.

iii Bộ vi xử lý trả lời qua tín hiệu HLDA=1 (hold acknowledge)

sang chân HACK của DMAC và tự treo ra khỏi hệ thống bus.

iv DMAC phát tín hiệu cho phép truy nhập bộ nhớ DACK=1

(data acknowledge) sang chân DACK của thiết bị ngoại vi.

v Khi quá trình truy nhập trực tiếp kết thúc thì tín hiệu HRQ

được đưa về 0.

42

Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ

trực tiếp DMAC 8237

Trang 22

• Cấu tạo của vi mạch DMAC 8237A-5 của Intel

• Chức năng:

i EOP (end of process): là tín hiệu hai chiều,

• Khi là đầu vào được dùng để buộc vi mạch DMAC chấm dứt

quá trình truy nhập bộ nhớ trực tiếp

• Khi là đầu ra được dùng làm tín hiệu báo kết thúc truyền số

byte TC (terminal count) mà một kênh DMAC đảm nhiệm.

ii RESET: Khởi động, nối với tín hiệu khởi động của toàn

máy vi tính cá nhân.

iii CS (chip select): Chọn vi mạch, tương tự như các vi mạch

ngoại vi khác tín hiệu này được điều khiển bởi bộ giải mã

địa chỉ và tín hiệu IO/M.

iv READY: Tín hiệu sẵn sàng, dùng để đợi các thiết bị ngoại

Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ

trực tiếp DMAC 8237

Trang 23

máy tính PC hiện đại.

II Vi mạch điều khiển trong máy tính PC hiện đại

Trang 24

trong máy tính PC hiện đại.

• Intel cho ra đời nhiều thế hệ vi mạch tổng hợp

(chipset) cùng với vi xử lý của họ

• Những vi mạch tổng hợp này chứa đựng toàn

bộ các thiết bị logic và điều khiển của máy vi

tính cá nhân và tận dụng tối đa các khả năng

của vi xử lý cũng như giao diện PCI

47

Vi mạch tổng hợp cho Pentium

trong máy tính PC hiện đại

a Intel 430LX:

• Là vi mạch tổng hợp đầu tiên của Intel Vi mạch này

dành cho Pentium thế hệ đầu tiên chạy với tần số 60 và

• Có ưu điểm hơn so với 430 LX:

– Có khả năng điều khiển hệ đa xử lý (hai vi xử lý).

– Quản lý được tối đa 512MB RAM.

Trang 25

trong máy tính PC hiện đại.

c Intel 430FX:

• Ưu điểm

– Quản lý được EDO RAM

– Điều khiển cache xen kẽ (pipeclined burst cache)

và cache đồng bộ (synchronous cache).

– Tương thích với chuẩn PCI 2.0.

– Tốc độ và công suất cao.

• Nhược điểm so với 430NX la:

– Chỉ quản lý được 128 MB RAM.

– Không có khả năng điều khiển hệ đa xử lý.

49

trong máy tính PC hiện đại

– Có khả năng điều khiển hệ đa xử lý.

– Quản lý tối đa 512 MB RAM.

– Có khả năng đệm cache toàn bộ 512 MB (thay vì 64MB trong thế

hệ trước).

– Tốc độ nhanh vì định thời bộ nhớ nhanh hơn, bộ đệm vào/ra lớn

hơn.

– Tương thích với chuẩn PCI 2.1

– Điều khiển được giao diện bus tuần tự đa năng USB.

– Định thời độc lập cho các thiết bị IDE/ATA.

50

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	897,51 KB