Phần cứng nhập-xuất Phần cứng nhập-xuất Bởi: Giảng viên Trần Hạnh Nhi Có nhiều cách nhìn khác phần cứng nhập/xuất Các kỹ sư điện tử nhìn góc độ thiết bị IC, dây dẫn, nguồn, motor v.v….Các lập trình viên nhìn chúng góc độ phần mềm - lệnh thiết bị chấp nhận, chúng thực chức nào, thông báo lỗi chúng bao gồm gì, nghĩa quan tâm đến lập trình thiết bị thiết bị hoạt động khía cạnh có liên quan mật thiết với thao tác bên chúng Phần đề cập đến số khái niệm phần cứng I/O liên quan đến khía cạnh lập trình Thiết bị I/O Các thiết bị nhập xuầt chia tương đối thành hai loại thiết bị khối thiết bị Thiết bị khối thiết bị mà thông tin lưu trữ khối có kích thước cố định định vị địa Kích thước thông thường khối khoảng từ 128 bytes đến 1024 bytes Đặc điểm thiết bị khối chúng truy xuất (đọc ghi) khối riêng biệt, chương trình truy xuất khối Đĩa ví dụ cho loại thiết bị khối Một dạng thiết bị thứ hai thiết bị Ở dạng thiết bị này, việc gửi nhận thông tin dựa chuỗi bits, xác định địa thực thao tác seek Màn hình, bàn phím, máy in, card mạng, chuột, loại thiết bị khác dạng đĩa thiết bị Việc phân chia lớp không hoàn toàn tối ưu, số thiết bị không phù hợp với hai lớp trên, ví dụ : đồng hồ, nhớ hình v.v không thực theo chế bits Ngoài ra, người ta phân loại thiết bị I/O tiêu chuẩn khác : Thiết bị tương tác với người : dùng để giao tiếp người máy Ví dụ : hình, bàn phím, chuột, máy in 1/5 Phần cứng nhập-xuất Thiết bị tương tác hệ thống máy tính thiết bị giao tiếp với Ví dụ : đĩa, băng từ, card giao tiếp Thiết bị truyền thồng : modem Những điểm khác thiết bị I/O gồm : Tốc độ truyền liệu , ví dụ bàn phím : 0.01 KB/s, chuột 0.02 KB/s Công dụng Đơn vị truyền liệu (khối ký tự) Biểu diễn liệu, điều tùy thuộc vào thiết bị cụ thể Tình trạng lỗi : nguyên nhân gây lỗi, cách mà chúng báo Tổ chức chức I/O Có ba cách để thực I/O : Một là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, chờ trạng thái "busy" thao tác hoàn tất trước tiếp tục xử lý Hai là, xử lý phát sinh lệnh I/O đến đơn vị I/O, sau đó, tiếp tục việc xử lý nhận ngắt từ đơn vị I/O báo hoàn tất, tạm ngưng việc xử lý để chuyển qua xử lý ngắt Ba là, sử dụng chế DMA (như đề cập sau) Các bước tiến hóa chức I/O : Bộ xử lý kiểm soát trực tiếp thiết bị ngoại vi Hệ thống có thêm điều khiển thiết bị Bộ xử lý sử dụng cách thực nhập xuất thứ Theo cách xử lý tách rời khỏi mô tả chi tiết thiết bị ngoại vi Bộ xử lý sử dụng thêm chế ngắt Sử dụng chế DMA, xử lý truy xuất liệu I/O trực tiếp nhớ 2/5 Phần cứng nhập-xuất Bộ điều khiển thiết bị Một đơn vị bị nhập xuất thường chia làm hai thành phần thành phần thành phần điện tử Thành phần điện tử gọi phận điều khiển thiết bị hay tương thích, máy vi tính thường gọi card giao tiếp Thành phần thân thiết bị Một phận điều khiển thường có phận kết nối chúng để gắn thiết bị lên Một phận điều khiển quản lý hai, bốn hay chí tám thiết bị khác Nếu giao tiếp thiết bị phận điều khiển chuẩn ANSI, IEEE hay ISO nhà sản xuất thiết bị điều khiển phải tuân theo chuẩn đó, ví dụ : điều khiển đĩa theo chuẩn giao tiếp IBM Giao tiếp điều khiển thiết bị giao tiếp mức thấp Chức điều khiển giao tiếp với hệ điều hành hệ điều hành truy xuất trực tiếp với thiết bị Việc thông tin thông qua hệ thống đường truyền gọi bus Công việc điều khiển chuyển đổi dãy bit khối byte thực sửa chửa cần thiết Thông thường khối byte tổ chức thành bit đặt buffer điều khiển Sau thực checksum nội dung buffer chuyển vào nhớ Ví dụ : điều khiển cho hình đọc byte ký tự để hiển thị nhớ tổ chức tín hiệu để điều khiển tia CRT để xuất ảnh cách quét tia dọc ngang Nếu điều khiển, lập trình viên hệ điều hành phải tạo thêm chương trình điều khiển tín hiệu analog cho đèn hình Với điều khiển , hệ điều hành cần khởi động chúng với số tham số số ký tự dòng, số dòng hình điều khiển thực điều khiển tia Mỗi điều khiển có số ghi để liên lạc với CPU Trên số máy tính, ghi phần nhớ địa xác định gọi ánh xạ 3/5 Phần cứng nhập-xuất nhớ nhập xuất Hệ máy PC dành vùng địa đặc biệt gọi địa nhập xuất chia làm nhiều đoạn, đoạn cho loại thiết bị sau : Hệ điều hành thực nhập xuất cách ghi lệnh lên ghi điều khiển Ví dụ : điều khiển đĩa mềm IBMPC chấp nhận 15 lệnh khác : READ, WRITE, SEEK, FORMAT, RECALIBRATE, số lệnh có tham số tham số nạp vào ghi Khi lệnh chấp nhận, CPU rời điều khiển để thực công việc khác Sau thực xong, điều khiển phát sinh ngắt để báo hiệu cho CPU biết đến lấy kết lưu giữ ghi DMA (Direct Memory Access) Đa số loại thiết bị, đặc biệt thiết bị dạng khối, hỗ trợ chế DMA (direct memory access) Để hiểu chế này, trước hết phải xem xét trình đọc đĩa mà DMA Trước tiên, điều khiển đọc khối đĩa, bit bit toàn khối đưa vào buffer điều khiển Sau máy tính thực checksum để đảm bảo lỗi xảy Tiếp theo điều khiển tạo ngắt để báo cho CPU biết CPU đến lấy liệu buffer chuyển nhớ cách tạo vòng lặp đọc byte Thao tác làm lãng phí thời gian CPU Do để tối ưu, người ta đưa chế DMA 4/5 Phần cứng nhập-xuất Cơ chế DMA giúp cho CPU không bị lãng phí thời gian Khi sử dụng, CPU gửi cho điều khiển số thông số địa đĩa khối, địa nhớ nơi định vị khối, số lượng byte liệu để chuyển Sau điều khiển đọc toàn liệu từ thiết bị vào buffer kiểm tra checksum Bộ điều khiển chuyển byte vào nhớ địa mô tả địa nhớ DMA Sau tăng địa DMA giảm số bytes phải chuyển Quá trình lập số bytes phải chuyển 0, điều khiển tạo ngắt Như không cần phải copy khối vào nhớ, hữu nhớ 5/5 ... xuất liệu I/O trực tiếp nhớ 2/5 Phần cứng nhập-xuất Bộ điều khiển thiết bị Một đơn vị bị nhập xuất thường chia làm hai thành phần thành phần thành phần điện tử Thành phần điện tử gọi phận điều khiển... khiển tia Mỗi điều khiển có số ghi để liên lạc với CPU Trên số máy tính, ghi phần nhớ địa xác định gọi ánh xạ 3/5 Phần cứng nhập-xuất nhớ nhập xuất Hệ máy PC dành vùng địa đặc biệt gọi địa nhập xuất.. .Phần cứng nhập-xuất Thiết bị tương tác hệ thống máy tính thiết bị giao tiếp với Ví dụ : đĩa, băng từ,