Bài giảng Cấu trúc máy tính Chương 2: Bus và truyền thông tin trong máy tính

CÂU TRUC MAY TINH CHƯƠNG 2: BUS VÀ TRUYỀN THÔNG TIN TRONG MÁY TÍNH Nôi dung cua chương 2.1 Định nghĩa Bus 2.2 Phân loại Bus 2.3 Bus mở rộng 2.1 Định nghĩa Bus  Bus đường truyền tín hiệu điện nối thiết bị khác hệ thống máy tính  Bus có nhiều dây dẫn gắn mainboard, dây có đầu nối đưa ra, đầu xếp cách khoảng quy định để cắm vào I/O board hay board nhớ (bus hệ thống – system bus) 2.1 Định nghĩa Bus (tiếp)  Các bus chức năng:  Bus địa  Bus liệu  Bus điều khiển  Độ rộng bus: số đường dây bus truyền bit thông tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa bus liệu) Bus địa  Chức năng: vận chuyển địa để xác định ngăn nhớ hay cổng vào-ra  Độ rộng bus địa chỉ: xác định dung lượng nhớ cực đại hệ thống  Nếu độ rộng bus địa N bit : AN-1, AN-2, A2, A1, A0  đánh địa tối đa cho 2N ngăn nhớ  Ví dụ: Bộ xử lý Pentium có bus địa 32 bit  không gian địa 232 byte = 4GBytes (đánh địa theo byte) Bus liệu  Chức năng:  vận chuyển lệnh từ nhớ đến CPU  vận chuyển liệu CPU, mô đun nhớ mô đun vào-ra với  Độ rộng bus liệu: Xác định số bit liệu trao đổi đồng thời  M bit: DM-1, DM-2, D2, D1, D0  M thường 8, 16, 32, 64,128 bit  Ví dụ: Các xử lý Pentium có bus liệu 64 bit Bus điều khiển  Chức năng: vận chuyển tín hiệu điều khiển  Các loại tín hiệu điều khiển:  Các tín hiệu phát từ CPU để điều khiển mô-đun nhớ mô-đun vào-ra  Các tín hiệu từ mô-đun nhớ hay mô-đun vào-ra gửi đến yêu cầu CPU Đặc điểm cấu trúc đơn bus  Bus hệ thống phục vụ yêu cầu trao đổi liệu thời điểm  Bus hệ thống phải có tốc độ tốc độ bus mô-đun nhanh hệ thống  Bus hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc bus (các tín hiệu) xử lý mô-đun nhớ mô-đun vào-ra phụ thuộc vào xử lý  Vì cần phải phân cấp bus  đa bus Phân cấp bus máy tính  Phân cấp bus cho thành phần:  Bus xử lý  Bus nhớ  Các bus vào-ra  Phân cấp bus khác tốc độ  Bus nhớ bus vào-ra không phụ thuộc vào xử lý cụ thể Các bus điển hình PC  Bus xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ nhanh  Bus nhớ (nối ghép với mô-đun RAM)  AGP bus(Accelerated Graphic Port) - Bus đồ họa tăng tốc: nối ghép card hình tăng tốc  PCI bus(Peripheral Component Interconnect): nối ghép với thiết bị ngoại vi có tốc độ trao đổi liệu nhanh  USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa  IDE (Integrated Device Electronics): Bus kết nối với ổ đĩa cứng ổ đĩa CD, DVD Phân xư bus không tâp trung  Cơ chê đươc thưc hiên sau: Phân xư bus không tâp trung (tiếp)  Bus request: yêu câu chiêm dung bus  Bus busy: đương bao bân, đương bus master đăt mưc tich cưc co thiêt bi chiêm dung bus  Bus arbitration: đươc măc nôi tiêp môt chuôi xich qua tât ca cac thiêt bi ngoai vi Đâu cua chuôi đươc găn vơi điên ap 5V cua nguôn nuôi 10 Xử lý ngắt  Trên khảo sát chu kỳ bus thông thường, master gửi thông tin tới slave  Một ứng dụng quan trọng bus dùng để xử lý ngắt  Khi CPU lệnh cho thiết bị I/O làm việc đó, thường chờ đợi tín hiệu ngắt thiết bị I/O phát hoàn thành công việc CPU yêu cầu  Khi nhận tín hiệu ngắt, CPU đáp ứng ngay, nhận liệu thiết bị I/O truyền về, hay gởi tiếp liệu thiết bị I/O, hay CPU sử dụng bus cho thao tác khác…  Như ngắt phát tín hiệu yêu cầu sử dụng bus 10 Xử lý ngắt (tiếp)  Khái niệm chung ngắt: Ngắt chế cho phép CPU tạm dừng chương trình thực để chuyển sang thực chương trình khác, gọi chương trình phục vụ ngắt  Các loại ngắt:  Ngắt lỗi thực chương trình, ví dụ: tràn số, chia cho  Ngắt lỗi phần cứng, ví dụ lỗi nhớ RAM  Ngắt mô-đun vào-ra phát tín hiệu ngắt đến CPU yêu cầu trao đổi liệu Hoạt động ngắt  Sau hoàn thành lệnh, xử lý kiểm tra tín hiệu ngắt  Nếu ngắt  xử lý nhận lệnh tiếptheo chương trình tạ i  Nếu có tín hiệu ngắt:  Tạm dừng chương trình thực  Cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan đến chương trình bị ngắt)  Thiết lập PC trỏ đến chương trình phục vụ ngắt  Chuyển sang thực chương trình phục vụ ngắt  Cuối chương trình phục vụ ngắt, khôi phục ngữ cảnh tiếp tục chương trình bị tạm dừng Hoạt động ngắt (tiếp) Chu trình với lệnh ngắt Xử lý với nhiều tín hiệu ngắt  Xử lý ngắt  Khi ngắt thực hiện, ngắt khác bị cấm  Bộ xử lý bỏ qua ngắt xử lý ngắt  Các ngắt đợi kiểm tra sau ngắt xử lý xong  Các ngắt thực  Xử lý ngắt ưu tiên  Các ngắt định nghĩa mức ưu tiên khác  Ngắt có mức ưu tiên thấp bị ngắt ngắt ưu tiên cao  xẩy ngắt lồng 2.3 Bus mở rộng - expansion bus  Bus mở rộng cho phép PC liên lạc với thiết bị ngoại vi, thiết bị cài đặt qua khe cắm mở rộng (expansion slot) Các thông số bus mở rộng: tốc độ truyền tối đa thiết bị với thiết bị với nhớ chính, số đường địa (số lượng ô nhớ truy xuất thiết bị), số đường ngắt cứng, … Bus ISA ( Industry Standard Architecture)  Bus ISA dùng cho hệ thống điều khiển CPU bảng mạch  Bus ISA ban đầu có độ rộng liệu bit, tần số 4,77 Mhz  Bus ISA cải tiến có độ rộng liệu 16 bit, tần số Mhz Bus EISA MCA  Bus EISA (Extended ISA) chuẩn mở rộng ISA để bố trí liệu 32 bit tương thích với mạch ghép nối cũ  Bus MCA (Micro Channel Architecture)  Phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 không tương thích với ISA  Có thể hoạt động với 16 hay 32 bit liệu Bus cục (Local bus)  Chuẩn bus cục tạo thêm khe cắm mở rộng nối trực tiếp vào bus cục (bus nối CPU đệm)  Do vậy, bus mở rộng loại cho phép truy xuất lên 32 bit tận dụng tốc độ xung clock CPU, tránh rào cản 8.33MHz bus hệ thống  Theo hướng giải này, Intel phát triển bus PCI Uỷ ban VESA (Video Electronics Standards Association) phát triển bus VL Bus PCI(Peripheral Component Interconnect) Bus VL - VESA local bus  Giống PCI, bus VL phân cách hệ CPU, nhớ chính, bus mở rộng chuẩn  Bus VL làm việc với 32 bits, tương lai mở rộng đến 64 bits Bus VL - VESA local bus (tiếp) [...].. .Máy tính pentim 4 dùng Chipset 845 2.2 Phân loại Bus  Các bus trong hệ thống máy tính 2.2 Phân loại Bus (tiếp)  Bus thương phân loai theo 3 cach sau:  Theo tô chưc phân cưng  Theo giao thưc truyên thông (bus đông bô va không đông bô)  Theo loai tin hiêu truyên trên bus (bus đia chi, bus dư liêu ) 2.2 Phân loại Bus (tiếp) 1 Bus hệ thống:  Thương co nhiêu thiêt bi nôi vơi bus  Môt sô... bô nhơ nhân dư liêu thi no lai giư vai tro master 2 Bus Driver và Bus Receiver  Tín hiệu trong máy tính phát ra thường không đủ để điều khiển bus nhất là khi bus khá dài và có nhiều thiết bị nối với nó  các bus master được nối với bus thông qua 1 chip gọi là bus driver ( cơ bản nó là bộ khuếch đại tín hiệu số  Slave được nối với bus thông qua bus receiver  Đối với các thiết bị khi là master, khi... xư bus không tâp trung (tiếp)  Bus request: yêu câu chiêm dung bus  Bus busy: đương bao bân, đương bus master đăt ơ mưc tich cưc khi co thiêt bi đang chiêm dung bus  Bus arbitration: đươc măc nôi tiêp thanh môt chuôi xich qua tât ca cac thiêt bi ngoai vi Đâu cua chuôi nay đươc găn vơi điên ap 5V cua nguôn nuôi 10 Xử lý ngắt  Trên đây đã khảo sát các chu kỳ bus thông thường, trong đó master gửi thông. .. không tích cực 4 Bus bât đông bô-Asynchronous bus (tiếp) 5 Phân xử bus  Không phai chi co CPU lam bus master  Cac chip I/O cung co luc lam bus master co thê đoc hay ghi bô nhơ va goi ngăt  Điêu gi xay ra khi 2 thiêt bi trơ lên cân lam bus master  Cơ chê phân xư bus 6 Phân xử bus tập trung  Nhiêu vi xư ly co đơn vi phân xư đươc chê tao năm ngay trong chip CPU  Trong môt sô may tinh mini đơn vi... kết hợp gọi là transceiver 3 Bus đồng bộ - Synchronous bus  Co môt đương điêu khiên bơi môt bô dao đông thach anh  Tin hiêu co dang đương song vuông vơi tân sô 5MHz đên 50MHz  Moi hoat đông cua bus xây ra trong môt sô nguyên lân chu ky va đươc goi la chu ky bus 3 Bus đồng bộ - Synchronous bus (tiếp)  Gian đô thơi gian cua bus đông bô 3 Bus đồng bộ - Synchronous bus (tiếp)  Read cylce: chu ky... chiêm dung bus bay không ma không biêt co bao nhiêu đơn vi muôn chiêm dung bus  Khi arbiter nhân đươc yêu câu no se phat ra môt tin hiêu cho phep trên đương dây (bus grant: cho phep sư dung bus)  đương dây nay nôi qua tât ca cac I/O theo kiêu nôi tiêp 6 Phân xử bus tập trung (tiếp)  Phân xư bus tâp trung môt mưc nôi tiêp 6 Phân xử bus tập trung (tiếp)  Phân xư bus tâp trung 2 mưc 9 Phân xư bus không... ngắt  bộ xử lý nhận lệnh tiếptheo của chương trình hiện tạ i  Nếu có tín hiệu ngắt:  Tạm dừng chương trình đang thực hiện  Cất ngữ cảnh (các thông tin liên quan đến chương trình bị ngắt)  Thiết lập PC trỏ đến chương trình con phục vụ ngắt  Chuyển sang thực hiện chương trình con phục vụ ngắt  Cuối chương trình con phục vụ ngắt, khôi phục ngữ cảnh và tiếp tục chương trình đang bị tạm dừng Hoạt động... 2 Bus EISA và MCA  Bus EISA (Extended ISA) là chuẩn mở rộng của ISA để bố trí các dữ liệu 32 bit nhưng vẫn tương thích được với mạch ghép nối cũ  Bus MCA (Micro Channel Architecture)  Phục vụ cho hệ thống IBM PS/2 không tương thích với ISA  Có thể hoạt động với 16 hay 32 bit dữ liệu 3 Bus cục bộ (Local bus)  Chuẩn các bus cục bộ tạo thêm các khe cắm mở rộng nối trực tiếp vào bus cục bộ (bus. .. Các thông số chính của bus mở rộng: tốc độ truyền tối đa giữa các thiết bị với nhau và giữa các thiết bị với bộ nhớ chính, số đường địa chỉ (số lượng ô nhớ có thể được truy xuất bởi 1 thiết bị), số đường ngắt cứng, … 1 Bus ISA ( Industry Standard Architecture)  Bus ISA dùng cho hệ thống chỉ được điều khiển bởi 1 CPU trên bảng mạch chính  Bus ISA ban đầu có độ rộng dữ liệu 8 bit, tần số 4,77 Mhz  Bus. .. tín hiệu yêu cầu sử dụng bus 10 Xử lý ngắt (tiếp)  Khái niệm chung về ngắt: Ngắt là cơ chế cho phép CPU tạm dừng chương trình đang thực hiện để chuyển sang thực hiện một chương trình khác, gọi là chương trình con phục vụ ngắt  Các loại ngắt:  Ngắt do lỗi khi thực hiện chương trình, ví dụ: tràn số, chia cho 0  Ngắt do lỗi phần cứng, ví dụ lỗi bộ nhớ RAM  Ngắt do mô-đun vào-ra phát tín hiệu ngắt ... thuộc vào cấu trúc bus (các tín hiệu) xử lý mô-đun nhớ mô-đun vào-ra phụ thuộc vào xử lý  Vì cần phải phân cấp bus  đa bus Phân cấp bus máy tính  Phân cấp bus cho thành phần:  Bus xử lý  Bus. .. vào I/O board hay board nhớ (bus hệ thống – system bus) 2.1 Định nghĩa Bus (tiếp)  Các bus chức năng:  Bus địa  Bus liệu  Bus điều khiển  Độ rộng bus: số đường dây bus truyền bit thông tin. .. Bus nhớ  Các bus vào-ra  Phân cấp bus khác tốc độ  Bus nhớ bus vào-ra không phụ thuộc vào xử lý cụ thể Các bus điển hình PC  Bus xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ nhanh  Bus nhớ (nối