Bài giảng môn kiến trúc máy tính và hệ điều hành chương 4 hệ thống bus và thiết bị ngoại vi

6/25/2014 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ HỆ ĐIỀU HÀNH Giảng viên: ThS Nguyễn Thị Ngọc Vinh Bộ môn: Khoa học máy tính- Khoa CNTT1 Email: ntngocvinh@yahoo.com CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG BUS VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 6/25/2014 CHƯƠNG 4: NỘI DUNG CHÍNH Giới thiệu chung thiết bị ngoại vi Giới thiệu số thiết bị vào Giới thiệu chung hệ thống bus Giới thiệu số loại bus: ISA, EISA, PCI, AGP, PCI-E www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NGOẠI VI  Thiết bị vào/ (thiết bị ngoại vi) thành phần máy tính chịu trách nhiệm:  Lấy liệu từ giới bên vào máy tính  Đưa liệu từ máy tính  Các thiết bị đầu vào:  Bàn phím, chuột, máy quét, ổ CD/DVD, HDD (đọc), …  Các thiết bị đầu ra:  Màn hình, máy in, ổ CDWR/ DVDRW, HDD(ghi), … www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 6/25/2014 THIẾT BỊ VÀO/ RA A multimedia keyboard www.ptit.edu.vn A logitech mouse GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang THIẾT BỊ VÀO/ RA A CRT monitor www.ptit.edu.vn Gfdsfd An LCD monitor GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 6/25/2014 THIẾT BỊ VÀO/ RA A Laser Printer www.ptit.edu.vn A Ink Jet Printer GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang CÁC CỔNG GIAO TIẾP  Các thiết bị vào/ thường kết nối với máy tính thơng qua cổng giao tiếp  Mỗi cổng gán địa  Các cổng thơng dụng:  PS/2: cho bàn phím chuột  Các cổng COM LPT  USB • USB 1.0: 12Mb/s • USB 2.0: 480Mb/s • USB 3.0: 1.5Gb/s www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 6/25/2014 CÁC CỔNG GIAO TIẾP  Các cổng thông dụng:        Cổng IDE, SATA E-SATA: ghép nối loại ổ đĩa Cổng LAN: ghép nối mạng Cổng Audio: ghép nối âm Cổng đọc thẻ nhớ Cổng Firewire/ IEEE 1394: ghép nối ổ đĩa Cổng VGA/ Video port: ghép nối hình Cổng DVI: ghép nối hình số www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang Các cổng thông dụng www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 10 6/25/2014 CÁC CỔNG GIAO TIẾP IDE Ports www.ptit.edu.vn SATA Ports GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 11 BÀN PHÍM  Bàn phím thiết bị vào chuẩn  Có chức chính:  Nhập liệu  Điều khiển  Các bàn phím chuẩn có 101 phím:       www.ptit.edu.vn Gfdsfd Các kí tự chữ (a-z) Các kí tư số Các tốn tử: +, -, *, / Các phím chức (F1 – F12) Các phím điều khiển: Ctrl, Alt, Shift, Các phím di chuyển: Home, End, Page Up, Page Down, Up, Down, Left, Right, GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 12 6/25/2014 MA TRẬN PHÍM www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 13 MA TRẬN PHÍM  Bàn phím sử dụng ma trận hình thành dịng cột dây dẫn  Mỗi phím hoạt động cơng tắc  Khi phím ấn, dây dẫn cột nối với dây dẫn dịng tạo thành mạch kín  Bộ điều khiển bàn phím liên tục quét ma trận để phát mạch kín ghi nhận phím ấn www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 14 6/25/2014 MA TRẬN PHÍM  Để phát ấn phím:  Bộ điều khiển bàn phím quét tất cột kích hoạt cột  Khi cột kích hoạt, điều khiển phát hàng kích hoạt (phím ấn tạo mạch kín)  Hình vẽ:  Bộ điều khiển kích hoạt cột C1  Dịng R1 R2 kiểm tra để phát mạch kín GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 NHIỀU PHÍM ĐƯỢC ẤN phím ấn phím ấn www.ptit.edu.vn Gfdsfd phím ấn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 16 6/25/2014 HOẠT ĐỘNG CỦA BÀN PHÍM  Khi phím ấn, điều khiển bàn phím phát kiện tạo “mã quét” (scan code) tương ứng  Một ngắt bàn phím gửi tới máy tính  Khi nhận tín hiệu ngắt bàn phím:  Máy tính thực chương trình điều khiển ngắt bàn phím: • Đọc mã qt phím • Chuyển mã qt phím thành mã kí tự tương ứng (thông thường mã ASCII)  Một ký tự hiển thị theo nhiều hình thức khác tùy thuộc font GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 17 CHUỘT MÁY TÍNH  Là thiết bị vào thông dụng  Chức điều khiển  Các loại chuột:      Chuột Chuột quang Chuột laser Chuột dây Chuột không dây  Các nút chuột:  Các nút thông thường: trái, phải,  Các nút khác: Forward, Backward www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 18 6/25/2014 CHUỘT CƠ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 19 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CHUỘT CƠ  Khi di chuyển chuột, bi quay tròn  Bi quay kéo theo trục áp vào quay theo Hai trục gắn bánh xe cưa đầu:  Một trục để phát di chuyển theo phương đứng  Một trục để phát di chuyển theo phương ngang  Có diod phát tia hồng ngoại chiếu qua bánh cưa gắn trục:  Khi bánh cưa quay, ánh sáng hồng ngoại chiếu qua bị ngắt quãng  Ở phía đối diện có cảm biến chuyển ánh sáng hồng ngoại sau bánh cưa thành tín hiệu điện  Tín hiệu điện thu phản ánh chuyển động chuột chuyển cho máy tính xử lý www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 20 10 6/25/2014 MÁY IN LASER www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 35 MÁY IN LASER www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 36 18 6/25/2014 MÁY IN LASER www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 37 MÁY IN LASER  Các thành phần máy in laser:         www.ptit.edu.vn Gfdsfd Trống cảm quang Nguồn sáng laser Gương quay điều chế tia laser Hộp mực Điện cực nạp điện tích cho trống Điện cực nạp điện tích cho giấy Trống sấy Khay giấy GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 38 Trang 38 19 6/25/2014 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY IN LASER  Máy in laser hoạt động dựa nguyên tắc chụp ảnh điện tử tia laser:  Trống cảm quang nạp lớp điện tích nhờ điện cực  Tia laser từ nguồn sáng laser qua gương quay điều chế tia đươck điều khiển tín hiệu cần in đến mặt trống  Ánh sáng laser làm thay đổi mật độ điện tích mặt trống; mật độ điện tích mặt trống thay đổi theo tín hiệu cần in  Khi trống cảm quang quay đến hộp mực điện tích trống hút hạt mực tích điện trái dấu Các hạt mực dính trống biểu diễn âm văn bản/thông tin cần in  Giấy từ khay kéo lên điện cực nạp điện tích trái dấu với điện tích mực nên hút hạt mực khỏi trống cảm quang  Giấy tiếp tục qua trống sấy nóng làm hạt mực chảy bị ép chặt vào giấy www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 39 Trang 39 MÁY IN PHUN www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 40 20 6/25/2014 GIỚI THIỆU VỀ BUS MÁY TÍNH  Bus máy tính hệ thống (subsystem) có nhiệm vụ truyền liệu thành phần bên máy tính  Bus máy tính thường gồm loại:  Bus địa (bus A)  Bus liệu (bus D)  Bus điều khiển (bus C)  Các bus máy tính thơng dụng: ISA, EISA, PCI, AGP, PCI Express (or PCIe), USB bus, www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 41 BUS MÁY TÍNH – SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 42 21 6/25/2014 BUS MÁY TÍNH – CÁC HỆ THỐNG HIỆN ĐẠI www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 BUS ISA - Industrial Trang 43 Standard Architecture  Bus ISA IBM phát triển vào năm 1981  Độ rộng bit: (XT) or 16 (AT) bits  Số lượng tối đa thiết bị:  Tốc độ đồng hồ: 4, 6, 8MHz www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 44 22 6/25/2014 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 45 BUS EISA  EISA mở rộng ISA, đời vào năm 1988  Băng thông: 32 bit  EISA tương thích với thiết bị ISA 16 bit  Số lượng thiết bị: 1/khe cắm  Xung nhịp: 8.33 MHz  Tốc độ truyền liệu: 33MB/s www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 46 23 6/25/2014 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 47 BUS PCI  PCI (Peripheral Component Interconnect) bus Intel phát triển năm 1993  Băng thông: 32 64 bit  Tốc độ truyền liệu:  133 MB/s (32bit at 33MHz)  266 MB/s (32bit at 66MHz or 64bit at 33MHz)  533 MB/s (64bit at 66MHz) www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 48 24 6/25/2014 BUS PCI CỤC BỘ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 49 SƠ ĐỒ KHỐI PCI BUS www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 50 25 6/25/2014 CÁC TÍN HIỆU BUS PCI  Các tín hiệu để bắt đầu giao dịch:  REQ#: Initiator (bên khởi tạo) gửi tín hiệu yêu cầu bus  GNT#: Arbiter (bộ Tùy chọn) gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus  Tín hiệu điều khiển giao dịch:      www.ptit.edu.vn FRAME#: bắt đầu chu kỳ bus IRDY#: Initiator sẵn sàng DEVSEL#: target xác nhận bắt đầu giao dịch TRDY: target sẵn sàng STOP#: dừng giao dịch GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 51 CÁC PHA GIAO DỊCH BUS PCI  Một giao dịch PCI (một phiên truyền liệu bus PCI – transaction) thường gồm giai đoạn:  Arbitration (pha tùy chọn): khởi tạo giao dịch  Address (pha địa chỉ): xác định địa bên tham gia giao dịch  Data (pha liệu): truyền liệu www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 52 26 6/25/2014 CÁC PHA GIAO DỊCH BUS PCI  Pha tùy chọn:  Thiết bị PCI (initator) gửi tín hiệu REQ# tới Arbiter để yêu cầu dùng bus  Nếu bus rỗi, Arbiter gửi tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# cho initator  Nếu bus bận, yêu cầu thêm vào hàng đợi  Các tín hiệu GNT# bị Arbiter hủy lúc  Thiết bị PCI cấp tín hiệu GNT# bắt đầu giao tác PCI bus rỗi (idle) GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 53 CÁC PHA GIAO DỊCH BUS PCI  Pha địa chỉ:  Thiết bị PCI có tín hiệu cho phép sử dụng bus GNT# bắt đầu giao tác PCI cách gửi tín hiệu FRAME# gửi địa thiết bị đích lệnh tương ứng (đọc/ ghi)  Các thiết bị PCI khác kiểm tra địa lệnh, xem có phải thiết bị đích hay khơng Thiết bị đích (có địa trùng với địa gửi Initator) gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# đến Initator  Thiết bị đích phải gửi tín hiệu trả lời DEVSEL# vòng chu kỳ đồng hồ www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 54 27 6/25/2014 PHA ĐỊA CHỈ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 55 PHA DỮ LIỆU  Sau pha địa (DEVSEL# …) vài pha liệu  Kết thúc pha liệu, thiết bị đích gửi tín hiệu STOP# www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 56 28 6/25/2014 BUS AGP - Accelerated Graphics Port  AGP Intel phát triển năm 1993  Băng thông: 32 bit  Tốc độ truyền liệu:  1x: 66MHz, 266MB/s  2x: 133MHz, 533MB/s  4x: 266MHz, 1066MB/s  8x: 533MHz, 2133MB/s www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 57 BUS AGP www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 58 29 6/25/2014 AGP Card GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH www.ptit.edu.vn BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 59 BUS PCI EXPRESS  PCI express (còn gọi PCIe) Intel phát triển năm 2004  Độ rộng bus: – 32  Kiểu truyền thông: nối tiếp (point to point)  Dung lượng:  Một luồng (lane): • v1.x: 250 MB/s • v2.0: 500 MB/s • v3.0: GB/s  Kênh 16 làn: • v1.x: GB/s • v2.0: GB/s • v3.0: 16 GB/s www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 60 30 6/25/2014 KHE CẮM BUS PCI EXPRESS www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 61 Bus PCI Express vs PCI Các thiếu bị dùng PCI chia sẻ bus chung, thiết bị dùng PCIe có kết nối riêng tới chuyển mạch www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 62 31 6/25/2014 KIẾN TRÚC BUS PCIe  PCIe cấu trúc từ liên kết nối tiếp điểm tới điểm  Một cặp liên kết nối tiếp (theo chiều ngược nhau) tạo thành luồng(lane)  Các luồng định tuyến qua chuyển mạch (crossbar switch) bảng mạch  Các khe PCIe vật lý chứa từ – 32 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 63 KIẾN TRÚC PCIe – BUS NỐI TIẾP  PCIe sử dụng giao thức truyền nối tiếp tránh vấn đề lệch thời gian (time skew) – yếu tố làm giảm tốc độ:  Các bus song song (ISA, PCI, AGP) yêu cầu tất bit liệu cần truyền tới điểm đích thời điểm  Vì vấn đề lệch thời gian, bit khối liệu cần truyền khơng đến đích thời gian, gây khó khăn việc phục hồi từ liệu cuối  Đối với bus nối tiếp, vấn đề thời gian chúng khơng u cầu bit khối liệu cần truyền tới đích thời điểm www.ptit.edu.vn Gfdsfd GIẢNG VIÊN: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 64 32 ... www.ptit.edu.vn GIẢNG VI? ?N: THS NGUYỄN THỊ NGỌC VINH BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ NGOẠI VI  Thiết bị vào/ (thiết bị ngoại vi) thành phần máy tính chịu trách... NGỌC VINH BỘ MƠN: KHOA HỌC MÁY TÍNH – KHOA CNTT1 Trang 40 20 6/25/20 14 GIỚI THIỆU VỀ BUS MÁY TÍNH  Bus máy tính hệ thống (subsystem) có nhiệm vụ truyền liệu thành phần bên máy tính  Bus máy tính. ..6/25/20 14 CHƯƠNG 4: NỘI DUNG CHÍNH Giới thiệu chung thiết bị ngoại vi Giới thiệu số thiết bị vào Giới thiệu chung hệ thống bus Giới thiệu số loại bus: ISA, EISA, PCI, AGP, PCI-E www.ptit.edu.vn GIẢNG