Bài giảng kiến trúc máy tính chương 8 vào ra

NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 1 Kiến trúc máy tính Chương 8 VÀO-RA Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội NKK-HUT 2 26 May 2012 2 Nội dung học phần  Chương 1. Giới thiệu chung  Chương 2. Cơ bản về logic số  Chương 3. Hệ thống máy tính  Chương 4. Kiến trúc tập lệnh  Chương 5. Số học máy tính  Chương 6. Bộ xử lý  Chương 7. Bộ nhớ  Chương 8. Vào-ra  Chương 9. Kiến trúc máy tính tiên tiến IT3030 26 May 2012 NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 3 8.1. Tổng quan về vào-ra 8.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra 8.3. Nối ghép thiết bị ngoại vi 8.4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC Nội dung của chương 8 NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 4 8.1. Tổng quan về vào-ra 1. Giới thiệu chung  Chức năng của vào-ra: Trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài  Các thao tác cơ bản:  Vào dữ liệu (Input)  Ra dữ liệu (Output)  Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các mô-đun vào-ra NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 5 Cấu trúc cơ bản của vào-ra M«-®un vµo-ra M«-®un vµo-ra Cæng vµo-ra ThiÕt bÞ ngo¹i vi ThiÕt bÞ ngo¹i vi ThiÕt bÞ ngo¹i vi nèi ghÐp víi CPU vµ bé nhí chÝnh Cæng vµo-ra Cæng vµo-ra bus hÖ thèng NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 6 Đặc điểm của vào-ra  Tồn tại đa dạng các thiết bị ngoại vi khác nhau về:  Nguyên tắc hoạt động  Tốc độ  Khuôn dạng dữ liệu  Tất cả các thiết bị ngoại vi đều chậm hơn CPU và RAM  Cần có các mô-đun vào-ra để nối ghép các thiết bị ngoại vi với CPU và bộ nhớ chính NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 7 2. Các thiết bị ngoại vi  Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính  Phân loại:  Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Bàn phím, Màn hình, Máy in,  Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm các thiết bị theo dõi và kiểm tra  Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 8 Một số thiết bị ngoại vi Input type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol Keyboard, keypad Music note, OCR 10s Ubiquitous Position Mouse, touchpad Stick, wheel, glove 100s Ubiquitous Identity Barcode reader Badge, fingerprint 100s Sales, security Sensory Touch, motion, light Scent, brain signal 100s Control, security Audio Microphone Phone, radio, tape 1000s Ubiquitous Image Scanner, camera Graphic tablet 1000s-10 6 s Photos, publishing Video Camcorder, DVD VCR, TV cable 1000s-10 9 s Entertainment Output type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol LCD line segments LED, status light 10s Ubiquitous Position Stepper motor Robotic motion 100s Ubiquitous Warning Buzzer, bell, siren Flashing light A few Safety, security Sensory Braille text Scent, brain stimulus 100s Personal assistance Audio Speaker, audiotape Voice synthesizer 1000s Ubiquitous Image Monitor, printer Plotter, microfilm 1000s Ubiquitous Video Monitor, TV screen Film/video recorder 1000s-10 9 s Entertainment Two-way I/O Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Mass storage Hard/floppy disk CD, tape, archive 10 6 s Ubiquitous Network Modem, fax, LAN Cable, DSL, ATM 1000s-10 9 s Ubiquitous NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 9 Cấu trúc chung của thiết bị ngoại vi Bé ®Öm d÷ liÖu Khèi logic ®iÒu khiÓn Bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu (Transducer) D÷ liÖu tõ/®Õn m«-®un vµo-ra TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn TÝn hiÖu tr¹ng th¸i D÷ liÖu tõ/®Õn bªn ngoµi NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 10 Các thành phần của thiết bị ngoại vi  Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi dữ liệu giữa bên ngoài và bên trong máy tính  Bộ đệm dữ liệu: đệm dữ liệu khi truyền giữa mô-đun vào-ra và thiết bị ngoại vi  Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ mô-đun vào-ra [...]... lnh vo -ra 26 May 2012 Vi vo -ra riờng bit: s dng cỏc lnh vo -ra chuyờn dng (IN, OUT) Vi vo -ra theo bn b nh: s dng cỏc lnh trao i d liu vi b nh trao i d liu vi cng vo -ra IT3030 24 NKK-HUT Lu on chng trỡnh vo -ra Đọc trạng thái của mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra sẵn sàng ? N Y Trao đổi dữ liệu với mô-đun vào- ra 26 May 2012 IT3030 25 NKK-HUT Hot ng ca vo -ra bng chng trỡnh CPU yờu cu thao tỏc vo -ra Mụ-un... vào- ra Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra Mi mụ-un vo -ra c ni vi mt ng yờu cu ngt CPU phi cú nhiu ng tớn hiu yờu cu ngt Hn ch s lng mụ-un vo -ra Cỏc ng ngt c qui nh mc u tiờn 26 May 2012 IT3030 34 NKK-HUT Hi vũng bng phn mm Cờ yêu cầu ngắt CPU 26 May 2012 INTR Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra CPU thc hin phn mm hi ln lt tng mụ-un vo -ra Chm Th t cỏc mụ-un c hi vũng chớnh... NKK-HUT Vo -ra riờng bit Cng vo -ra c ỏnh a ch theo khụng gian a ch vo -ra CPU trao i d liu vi cng vo -ra thụng qua cỏc lnh vo -ra chuyờn dng (IN, OUT) Ch cú th thc hin trờn cỏc h thng cú qun lý khụng gian a ch vo -ra riờng bit 26 May 2012 IT3030 18 NKK-HUT Vo -ra theo bn b nh 26 May 2012 Cng vo -ra c ỏnh a ch theo khụng gian a ch b nh Vo -ra ging nh c/ghi b nh CPU trao i d liu vi cng vo -ra thụng qua... cu thao tỏc vo -ra Mụ-un vo -ra thc hin thao tỏc Mụ-un vo -ra thit lp cỏc bit trng thỏi CPU kim tra cỏc bit trng thỏi: 26 May 2012 Nu cha sn sng thỡ quay li kim tra Nu sn sng thỡ chuyn sang trao i d liu vi mụ-un vo -ra IT3030 26 NKK-HUT c im 26 May 2012 Vo -ra do ý mun ca ngi lp trỡnh CPU trc tip iu khin vo -ra CPU i mụ-un vo -ra tiờu tn thi gian ca CPU IT3030 27 NKK-HUT 2 Vo -ra iu khin bng ngt Nguyờn... IT3030 19 NKK-HUT 8. 2 Cỏc phng phỏp iu khin vo -ra 26 May 2012 Vo -ra bng chng trỡnh (Programmed IO) Vo -ra iu khin bng ngt (Interrupt Driven IO) Truy nhp b nh trc tip - DMA (Direct Memory Access) IT3030 20 NKK-HUT Ba k thut thc hin vo mt khi d liu 26 May 2012 IT3030 21 NKK-HUT 1 Vo -ra bng chng trỡnh 26 May 2012 Nguyờn tc chung: CPU iu khin trc tip vo -ra bng chng trỡnh cn phi lp trỡnh vo -ra IT3030 22... Cổng nối ghép vào- ra Dữ liệu Điều khiển Trạng thái 12 NKK-HUT Cỏc thnh phn ca mụ-un vo -ra 26 May 2012 Thanh ghi m d liu: m d liu trong quỏ trỡnh trao i Cỏc cng vo -ra (I/O Port): kt ni vi thit b ngoi vi, mi cng cú mt a ch xỏc nh Thanh ghi trng thỏi/iu khin: lu gi thụng tin trng thỏi/iu khin cho cỏc cng vo -ra Khi logic iu khin: iu khin mụun vo -ra IT3030 13 NKK-HUT 4 a ch húa cng vo -ra a Khụng gian... mm hi ln lt tng mụ-un vo -ra Chm Th t cỏc mụ-un c hi vũng chớnh l th t u tiờn IT3030 35 NKK-HUT Hi vũng bng phn cng Bus dữ liệu Cờ yêu cầu ngắt CPU 26 May 2012 INTR INTA Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra IT3030 Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra 36 ... 2N a ch Khụng gian a ch vo -ra: 2N1 a ch Cú tớn hiu iu khin phõn bit truy nhp khụng gian a ch Tp lnh cú cỏc lnh vo -ra chuyờn dng khụng gian a ch b nh = 232 byte = 4GB khụng gian a ch vo -ra = 216 byte = 64KB M/IO Tớn hiu iu khin Lnh vo -ra chuyờn dng: IN, OUT IT3030 16 NKK-HUT b Cỏc phng phỏp a ch hoỏ cng vo -ra 26 May 2012 Vo -ra riờng bit (Isolated IO hay IO mapped IO) Vo -ra theo bn b nh (Memory mapped... 2012 CPU khụng phi i trng thỏi sn sng ca mụ-un vo -ra, CPU thc hin mt chng trỡnh no ú Khi mụ-un vo -ra sn sng thỡ nú phỏt tớn hiu ngt CPU CPU thc hin chng trỡnh con vo -ra tng ng trao i d liu CPU tr li tip tc thc hin chng trỡnh ang b ngt IT3030 28 NKK-HUT Chuyn iu khin n chng trỡnh con ngt Ch-ơng trình đang thực hiện lệnh Ch-ơng trình con ngắt phục vụ vào- ra lệnh lệnh Ngắt ở đây lệnh lệnh lệnh lệnh i lệnh... vo -ra no phỏt tớn hiu ngt ? CPU lm nh th no khi cú nhiu yờu cu ngt cựng xy ra ? IT3030 32 NKK-HUT Cỏc phng phỏp ni ghộp ngt 26 May 2012 S dng nhiu ng yờu cu ngt Hi vũng bng phn mm (Software Poll) Hi vũng bng phn cng (Daisy Chain or Hardware Poll) S dng b iu khin ngt (PIC) IT3030 33 NKK-HUT Nhiu ng yờu cu ngt Thanh ghi yêu cầu ngắt CPU INTR3 INTR2 INTR1 INTR0 Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra Mô-đun vào- ra .  Chương 2. Cơ bản về logic số  Chương 3. Hệ thống máy tính  Chương 4. Kiến trúc tập lệnh  Chương 5. Số học máy tính  Chương 6. Bộ xử lý  Chương 7. Bộ nhớ  Chương 8. Vào- ra  Chương. Vào dữ liệu (Input)  Ra dữ liệu (Output)  Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các m - un vào- ra NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 5 Cấu trúc cơ bản của vào- ra M - un vµo -ra M - un vµo -ra Cæng. cổng vào- ra thông dụng trên PC Nội dung của chương 8 NKK-HUT 26 May 2012 IT3030 4 8.1. Tổng quan về vào- ra 1. Giới thiệu chung  Chức năng của vào- ra: Trao đổi thông tin giữa máy tính