Bài Giảng Kiến Trúc Máy Tính

B GIAO THễNG VN TI TRNG I HC HNG HI B MễN: K THUT MY TNH KHOA: CễNG NGH THễNG TIN BI GING KIN TRC MY TNH TấN HC PHN M HC PHN TRèNH O TO DNG CHO SV NGNH : KIN TRC MY TNH : 17302 : I HC CHNH QUY : CễNG NGH THễNG TIN HI PHềNG - 2010 MC LC Chng I: GII THIU CHUNG 1.1 Lch s phỏt trin v phõn loi 1.1.1 Lch s phỏt trin 1.1.2 Phõn loi mỏy tớnh 1.2 Biu din thụng tin trờn mỏy tớnh 10 1.2.1 H m 10 1.2.2 i s thp phõn s nh phõn hoc ngc li 11 1.2.3 Cỏc loi mó 12 1.2.4 Biu din s nguyờn theo mó nh phõn 12 1.2.5 Biu din s thc theo mó nh phõn 12 1.2.6 Biu din cỏc dng thụng tin khỏc 13 1.3 Cỏc loi mỏy tớnh cỏ nhõn 13 Chng II: B X Lí TRUNG TM 15 2.1 T chc b x lý 15 2.2 T chc ghi 16 2.2.1 User-Visible Registers: 16 2.2.2 Control and Status Registers: 17 2.3 n v s hc v logic ALU (Arithmetic and logic unit) 18 2.4 n v iu khin CU(Control Unit) 19 2.4.1 Tớn hiu iu khin: 20 2.4.2 n v iu khin vi chng trỡnh 21 2.4.3 Mt s m rng ca vi x lý mỏy tớnh cho n ngy 22 2.5 Cu trỳc kt ni - BUS 22 2.6 Tp lnh v cỏc Mode a ch 23 2.6.1 Tp lnh ca CPU 23 2.6.2 Cỏc nhúm lnh ca CPU 24 2.6.3 Hp ng (Assembly) 30 2.6.4 Cỏc Mode a ch 35 Chng III: H THNG NH 37 3.1 Khỏi quỏt v h thng nh 37 3.2 Phõn cp b nh 38 3.3 B nh bỏn dn 38 3.3.1 Cỏc loi b nh bỏn dn 38 3.3.2 T chc b nh 39 3.4 Cache Memory 39 3.4.1 Nguyờn tc 39 3.4.2 K thut ỏnh x b nh cache 40 3.5 Qun lý b nh 43 3.5.1 Cỏc k thut qun lý b nh 43 -1 - 3.5.2 B nh o 46 3.5.3 S phõn on 48 3.6 K thut gii mó a ch 49 3.6.1 Cu to mt vi mch nh 49 3.6.2 Gii mó a ch cho b nh 50 Chng IV: H THNG VO RA 53 4.1 Gii thiu chung 53 4.1.1 Cỏc thit b ngoi vi 53 4.1.2 Modul vo 53 4.2 Ghộp ni mỏy tớnh vi thit b ngoi vi 54 4.2.1 Ghộp ni song song 54 4.2.2 Ghộp ni ni tip 56 4.3 Cỏc phng phỏp iu khin vo 56 4.3.1 Vo iu khin bng cỏch thm dũ 56 4.3.2 Vo iu khin bng Ngt 57 4.3.3 Vo iu khin bng DMA 61 Chng V: THIT B NHP D LIU 65 5.1 Gii thiu chung 65 5.2 Bn phớm 65 5.1.1 K thut dũ phớm 65 5.1.2 K thut quột phớm (Scan) 66 5.3 Chut 67 5.4 Cỏc thit b nhp liu tiờn tin 67 Chng VI: THIT B XUT D LIU 68 6.1 Nhng khỏi nim c bn 68 6.1.1 Nguyờn lý ca phng phỏp hin th hỡnh nh video 68 6.1.2 Nhng c im chung ca mn hỡnh 68 6.2 Mn hỡnh mu CRT (Cathod Ray Tube) 69 6.2.1 Cu to 69 6.2.2 Phng phỏp quột dũng 70 6.2.3 S ghộp ni v hot ng: 70 6.2.4 K thut lm ti hỡnh nh 71 6.3 Mỏy in 71 Chng VII: THIT B LU TR 72 7.1 Gii thiu chung 72 7.2 a t (Magetic) 72 7.2.1 Tham s c ghi (u t) 72 7.2.2 Tham s a t 73 72.3 Cỏc cụng ngh sn xut a t 74 7.2.4 Chun b mt a cng a vo s dng 75 7.3 a Quang (Optical Disk) 75 7.3.1 c im 75 7.3.2 Nguyờn tc c/ghi thụng tin 75 -2 - 7.3.3 Phõn loi 76 7.4 Cỏc thit b lu tr khỏc 76 Chng VIII: THIT B GHẫP NI V TRUYN THễNG 77 8.1 Gii thiu chung 77 8.2 B chuyn i tớn hiu 77 8.2.1 B chuyn i tớn hiu s - tng t: DAC (Digital Analog Converter) 77 8.2.2 B chuyn i tớn hiu tng t - s: ADC (Analog Digital Converter) 78 8.2.3 Modem (Modulation - Demodulation) iu ch v gii iu ch 79 8.3 Cỏc chun giao tip 80 8.3.1 Cỏc chun chung: 80 8.3.2 Cỏc chun v giao din ga DTE v DCE bao gm: 80 8.3.3 Chun EIA-RS 232 (Electronic Industry Association-Recomand Standard) 80 8.4 Mch iu khin truyn s liu 82 8.4.1 Gii thiu chung 82 8.4.2 Mch iu khin truyn thụng d b nng UART (VXL 8250A) 83 8.4.3 Mch iu khin truyn thụng ng b-d b nng USART (VXL 8251A) 90 -3 - YấU CU V NI DUNG CHI TIT Tờn hc phn: Kin trỳc mỏy tớnh v thit b ngoi vi B mụn ph trỏch ging dy: K thut mỏy tớnh Mó hc phn: 17312 TS tit 75 Lý thuyt 60 Thc hnh/Xemina 15 T hc Loi hc phn: Khoa ph trỏch: CNTT Tng s TC: Bi ln ỏn mụn hc iu kin tiờn quyt: Sinh viờn phi hc xong cỏc hc phn sau mi c ng ký hc phn ny: Kin H iu hnh, Cu trỳc d liu, cỏc Ngụn ng lp trỡnh cp cao, Mch v tớn hiu, K thut s Mc tiờu ca hc phn: Gii thiu cho sinh viờn cú khỏi nim tng quan v kin trỳc mỏy tớnh, cỏc k thut c bn v phn cng, cỏc k thut iu khin v ghộp ni Ni dung ch yu - Phn I: Kin trỳc mỏy tớnh - gii thiu v cỏc phng phỏp biu din thụng tin mỏy tớnh, kin trỳc chung ca mỏy tớnh in t v cỏc thnh phn bờn cng nh chc nng v cu trỳc ca cỏc thnh phn ny - Phn II: Cỏc thit b ngoi vi - gii thiu chung v h thng vo ra, cỏc thit b ngoi vi, chc nng v cu trỳc ca chỳng cng nh quỏ trỡnh ghộp ni cỏc thit b ny vi mỏy tớnh in t Ni dung chi tit ca hc phn: PHN PHI S TIT TấN CHNG MC TS LT BT TH KT Chng I : Gii thiu chung 6 Lch s phỏt trin Phõn loi 1.5 H m 0.5 Cỏc loi mó n v thụng tin 0,5 Biu din s nguyờn mỏy Mng v ngn xp 0,5 Chng II : B x lý trung tõm 14 1 T chc ca b x lớ trung tõm Tp cỏc ghi n v s hc v Logic 1,5 n v iu khin Cu trỳc kt ni 0,5 Tp lờnh Assembly v cỏc Mode a ch -4 - TấN CHNG MC Chng III: H thng nh I Tng quan H thng nh Phõn cp h thng nh II B nh bỏn dn T chc ca b nh bỏn dn Cỏc loi b nh bỏn dn II B nh Cache Khỏi nim Cỏc phng phỏp ỏnh x d liu IV K thut gii mó a ch Khỏi nim K thut gii mó a ch V K thut qun lớ b nh Cỏc kớ thut qun lớ b nh Qun lớ b nh o Chng IV: H thng vo I Tng quan Cỏc Thit b ngoi vi Cỏc Mụ un vo II Ghộp ni vo Ghộp ni ni tip Ghộp ni song song III Cỏc phng phỏp vo Vo bng phng phỏp thm dũ Vo bng Ngt Vo bng phng phỏp truy nhp trc tip b nh Chng V: Thit b nhp d liu Khỏi nim Bn phớm Chut Cỏc thit b nhp liu tiờn tin ChngVI : Thit b xut d liu Gii thiu chung Mn hỡnh Mỏy in Chng VII : Thit b lu tr Cỏc khỏi nim a t PHN PHI S TIT TS LT BT TH KT 13 12 2 3 5 11 0,5 0,5 0,5 3,5 -5 - TấN CHNG MC a quang Cỏc thit b lu tr khỏc Chng VIII : Thit b ghộp ni v truyn thụng Gii thiu chung B chuyn i ADC DAC Cỏc chun ghộp ni v truyn thụng Thit b iu khin ghộp ni truyn thụng PHN PHI S TIT TS LT BT TH KT 0,5 1,5 12 1 2 Nhim v ca sinh viờn : Tham d cỏc bui thuyt trỡnh ca giỏo viờn, t hc, t lm bi giỏo viờn giao, tham d cỏc bui thc hnh, cỏc bi kim tra nh k v cui k, hon thnh bi ln theo yờu cu Ti liu hc : - William Stalling - Computer Organization and Architecture, 1997 - Mc Graw - Computer Architecture, 1997 - Vn Th Minh - K thut vi x lý - NXB giỏo dc 1997 - Nguyn Kim Khỏnh - Giỏo trỡnh kin trỳc mỏy tớnh - HBK H ni - Nguyn ỡnh Vit - Giỏo trỡnh kin trỳc mỏy tớnh - HQG H ni - Trn Thỏi Bỏ - iu khin v ghộp ni thit b ngoi vi - NXB thng kờ 2000 - Trn Quang Vinh - Cu trỳc mỏy tớnh - NXB giỏo dc 1997 - Vừ Vn Thnh - Mỏy vi tớnh s c chn oỏn v cỏch gii quyt - NXB thng kờ 1996 - William Stalling- Computer Architecture Advanced, 1997 Hỡnh thc v tiờu chun ỏnh giỏ sinh viờn: - ỏnh giỏ da trờn tỡnh hỡnh tham d bui hc trờn lp, cỏc bui thc hnh, im kim tra thng xuyờn v im kt thỳc hc phn - Hỡnh thc thi cui k : thi vit Thang im: Thang im ch A, B, C, D, F im ỏnh giỏ hc phn Z = 0.3X + 0.7Y Bi ging ny l ti liu chớnh thc v thng nht ca B mụn K thut mỏy tớnh, Khoa Cụng ngh Thụng tin v c dựng ging dy cho sinh viờn Ngy phờ duyt: 15 / / 2010 Trng B mụn: ThS Ngụ Quc Vinh -6 - Chng I: GII THIU CHUNG 1.1 Lch s phỏt trin v phõn loi 1.1.1 Lch s phỏt trin Nhiu th h trụi qua ngi ó thc hin cỏc phộp toỏn vi cỏc s ch yu bng tay hay bng cỏc cụng c tớnh thụ s (bng tớnh, thc tớnh ) Nm 1943,John Mauchley v cỏc hc trũ ca ụng ó ch to chic mỏy tớnh in t u tiờn M - chic mỏy tớnh c t tờn l ENIAC (Electronic Numerial Itergrator And Calculator) Nú gm 18.000 ốn in t, 1500 r le, nng 30 tn, tiờu th cụng sut in 140KW.Chic mỏy ny mc ớch phc v quõn i chin tranh th gii ln th nhng n nm 1946 nú mi hon thnh Cho n ngy mỏy tớnh ó cú nhng s phỏt trin vt bc, ng dng hu ht cỏc hot ng ca xó hi vi rt nhiu chng loi th h tu theo cụng vic Tuy nhiờn k t ú n cú th phõn mỏy tớnh thnh cỏc th h sau: Th h 1: (1950-1959): ã V k thut: linh kin dựng ốn in t, tin cy thp, tn hao nng lng Tc tớnh toỏn t vi nghỡn n vi trm nghỡn phộp tớnh/giõy ã V phn mm:ch yu dựng ngụn ng mỏy lp trỡnh ã V ng dng: mc ớch nghiờn cu khoa hc k thuõt Th h 2: (1959-1964): ã V k thut:linh kin bỏn dn ch yu l transistor B nh cú dung lng khỏ ln ã V phn mm: ó bt u s dng mt s ngụn ng lp trỡnh bc cao:Fortran,Algol, Cobol, ã V ng dng: tham gia gii cỏc bi toỏn kinh t xó hi Th h (1964-1974) ã V k thut: linh kin ch yu s dng cỏc mch tớch hp (IC),cỏc thit b ngoi vi c ci tin, a t c s dng rng rói.Tc tớnh toỏn t vi triu phộp toỏn trờn giõy;dung lng b nh t vi MB (Megabytes) ã V phn mm: Xut hin nhiu h iu hnh khỏc nhau.X lớ song song Phn mm a dng, cht lng cao, cho phộp khai thỏc mỏy tớnh theo nhiu ch khỏc ã V ng dng: tham gia nhiu lnh vc ca xó hi Th h th (1974-199?): ã V k thut: X dng mch tớch hp c ln (Very large scale integration) VLSI, thit k cỏc cu trỳc a x lớ Tc t ti hng chc triu phộp tớnh /giõy õy chỳng ta ch yu núi v cu trỳc mỏy vi tớnh tng thớch IBM nờn lch s ca chic mỏy PC gn lin vi s phỏt trin ca IBM-PC.chic mỏy tớnh cỏ nhõn ó phỏt trin cựng vi s phỏt trin ca cỏc b vi x lý Mỏy IBM_PC coi nh c u t mt cụng trỡnh ca phũng thớ nghim ti Atlanta ca IBM o T nm 1979-1980 IBM hon thnh chic mỏy Datamaster Mỏy ny dựng vi x lý 16 bit ca Intel o Nm 1980 k hoch sn xut mỏy PC bt u c thc hin Chic mỏy IBM_PC u tiờn dựng mt b vi x lý bits ca Intel, b VXL 8085 o Nm 1981-1982 IBM sn xut mỏy tớnh PC s dng b vi x lý 8086,8088 o Nm 1984 mỏy tớnh x dng chớp 80286 -7 - o Nm 1987 mỏy tớnh x dng b VXL 32bits 80386 o Nm 1990 b VXL 80486 i vi nhiu tớnh nng hn o Nm 1993 B VXL Pentium i m mt th h vi tớnh cỏ nhõn mi vi 64 bits d liu, 32 bit a ch o 1995-1999 cỏc th h VXL mi nh MMX,Pentium II,III vi kh nng biu din khụng gian chiu, nhn dng ting núi o T nm 2000 cựng vi Merced mt th h VXL 64 bit vi cu trỳc hon ton mi i ó to mt th h mỏy vi tớnh mi ã V ng dng : Mỏy tớnh ó c ỏp dng hu ht cỏc lnh vc ca xó hi Th h th 5: Theo ỏn ca ngi Nht chic mỏy tớnh in t th h th cú cu trỳc hon ton mi, bao gm c bn.Mt cỏc c bn l mỏy tớnh in t cú cu trỳc nh hin v liờn h trc tip vi ngi s dng thụng qua giao tip trớ thc gm con: b x lý giao tip, c s tri thc v lp trỡnh 1.1.2 Phõn loi mỏy tớnh Mỏy tớnh (computer) l mt khỏi nim tng i rng, tu theo cu trỳc, chc nng, hỡnh dỏng m cú th phõn nhiu loi khỏc V cn bn mỏy tớnh c phõn lm cỏc loi chớnh sau: 1.1.2.1 Phõn loi theo kh nng ã Mỏy tớnh ln (mainframe computer) ã Mỏy tớnh (mini computer) ã mỏy vi tớnh (Microcomputer) Mỏy tớnh ln (mainframe computer): L nhng mỏy tớnh c ln, cú kh nng h tr cho hng trm n hng ngn ngi s dng Cú kh nng gii nhng bi toỏn ln tc tớnh toỏn nhanh.Chỳng c thit k c bit vi chiu di bus d liu rng 64 bit hoc hn Kớch thc b nh lm vic rt ln Giỏ thnh cao ch c chuyờn dựng cho cỏc ng dng quõn s, ngõn hng, khớ tng Thng c s dng ch cỏc cụng vic sp xp theo lụ ln (Large-Batch-Job) hoc x lý cỏc giao dch (Transaction Processing), vớ d ngõn hng Mỏy tớnh (mini computer): L mt dng thu nh ca mỏy tớnh ln Chiu rng d liu vo khong 32 bit n 64 bit Do giỏ thnh thp hn mỏy tớnh ln,tớnh nng mnh nờn mỏy tớnh rt c a dựng nghiờn cu khoa hc Mỏy vi tớnh (MicroComputer): Nhng mỏy dựng b vi x lý (h Intel, Motorola) lm ct lừi, vi iu khin (microcontroler) v mỏy tớnh mt vi mch (one-chip microcomputer) u thuc h mỏy vi tớnh c im chung v cụng ngh ca h ny mc t hp ln VLSI (very large scale integration) v dựng cụng ngh CMOS (complementary metal oxide silicon) ch to cỏc mch logic Tc phỏt trin cỏc vi x lý 32 bit v 64 bit hin i lm khong cỏch gia mỏy tớnh ln v mỏy vi tớnh ngy cng thu hp Trm lm vic (workstation): Cng l mt loi mỏy vi tớnh, c im khỏc bit so vi mỏy tớnh cỏ nhõn PC l cú kh nng c nhiu ngi cựng x dng cựng mt lỳc Mỏy tớnh cỏ nhõn PC (Personal Computer): Ch c mt ngi s dng Giỏ thnh ca chỳng r cu hỡnh n gin, c chun hoỏ, v c sn xut hng lot vi s lng ln.Cựng vi s phỏt trin ca -8 - khoa hc cụng ngh m mỏy tớnh cỏ nhõn ngy ó cú th lm c nhng cụng vic m trc ch l c quyn ca mỏy tớnh ln 1.1.2.2 Phõn loi theo nguyờn lý ã Mỏy tớnh c khớ ã Mỏy tớnh tng t ã Mỏy tớnh s 1.1.2.3 Phõn loi theo kin trỳc Kin trỳc tun t (kin trỳc VonNewman c in) M em ory R e g is te r ALU CU I/O Mỏy tớnh gm CPU, Memory, I/O ỹ CPU gm: ỹ ghi (regiser) ỹ ALU (Arithmetic Logical Unit) ỹ CU (Control Unit) c im : ỹ Thc hin ln lt tng lnh mt ỹ Tc chm Cũn c gi l kin trỳc SISD(Single Instruction Stream-Single Data Stream) Kin trỳc song song + SIMD (Single Instruction Stream-Multiple Data Stream) T ín h iệ u đ iều k h iể n CU ALU lện h DL ALU DL m e m o ry c im: o Cú mt n v iu khin, n phn t x lý o n v iu khin: iu khin ng thi tt c cỏc phn t ti cựng mt thi im cỏc phn t x lý thc hin cựng mt thao tỏc trờn cỏc d liu khỏc -9 - phớa mỏy tớnh, m tt c cỏc sn phm u tng thớch vi Quy nh ny cng ỏp dng thng nht cho cỏc thit b ghộp ni vi cng RS-232 Hỡnh trờn ch cỏch sp xp chõn ca u ni 25 chõn v chõn dựng cho RS-232C, cũn vic nh ngha chc nng ca cỏc chõn c lit kờ bng k tip Tiờu chun RS-232C quy nh rừ vic s dng u ni thng nht tt c cỏc sn phm u tng thớch vi Vỡ vy th t v chc nng ca cỏc chõn ó c quy nh rt c th v phi tuõn th mt cỏch nghiờm ngt d dng nhn th t cỏc chõn, bờn cnh cỏc chõn u cú in rừ s th t trờn phn nha ca phớch cm cng nh cm Nhn xột ny cn c lu ý kim tra cỏp ni hoc t hn mt cp mi Cỏc chõn v chc nng trờn u ni 25 chõn v chõn 25 Tờn Vit Chc nng chõn chõn tt Chỳ ý: =>: Li vo Tớnh hot ng ging vi CTS nhng c kớch hot bi DTE nú sn sng nhn d liu SG Tt c cỏc tớn hiu c so sỏnh vi t tớn hiu (GND) DCD => DTR Phỏt hin tớn hiu mang d liu Tớnh hot ng ging vi ng dn RTS nhng c kớch hot bi DCE mun truyn d liu Ch cho thy l DCE ang nhn tớn hiu rung chuụng 8.4 Mch iu khin truyn s liu 8.4.1 Gii thiu chung thc hin cỏc phng phỏp truyn mt cỏch c th, cỏc nh ch to ó cung cp mt lot cỏc IC chuyờn dựng, cỏc IC ny chớnh l phn cng thuc lp vt lớ mt h thng thụng tin, chỳng hot ng theo nguyờn tc ca k thut s v vỡ vy ch truyn ng b hay bt ng b ph thuc vo vic s dung ng h chung hay riờng truyn tớn hiu s i xa - 82 - Cỏc IC u l cỏc vi mch cú th lp trỡnh u tiờn lp trỡnh ch hot ng mong mun bng cỏch ghi mt byte cú ngha vo ghi ch mode register Sau ú ghi tip byte iu khin vo ghi lnh command register vi mch theo ú m hot ng Vỡ cỏc giao tip truyn ni tip c dựng khỏ rng rói cỏc thit b in t hin i, cỏc vi mch ngoi vi LSI c bit ó c phỏt trin cho phộp thc hin cỏc loi giao tip ny Tờn tng quỏt ca hu ht cỏc IC ny l: ỹ UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) ỹ USRT (Universal Synchronous Receiver Transmitter): mch ny ng b thiờn hng ký t ỹ USART cú th hot ng theo UART hay USART tu chn ỹ BOPs (Bit-Oriented Protocol Circuits) mch ny ng b thiờn hng bit ỹ UCCs (Universal Communication Control circuits) cú th lp trỡnh cho c loi trờn C UART v USART u cú kh nng thc hin nhu cu chuyn i song song sang ni tip truyn s liu i xa v chuyn i ni tip sang song song tip nhn s liu i vi s liu truyn bt ng b, chỳng cng cú kh nng úng khung cho ký t mt cỏch t ng vi START bit, PARITY bit v cỏc STOP bit thớch hp Cỏc ngt v a ch cng c bn Cng a ch c bn IRQ COM1 3F8h IRQ4 COM2 2F8h IRQ3 COM3 3F8h (IRQ4) COM4 2F8h (IRQ3) a ch c s v ngt ca cỏc cng ni tip Cỏc cng ni tip t th nht n th t u c phõn bit qua cỏc v trớ a ch vựng vo/ ca mỏy tớnh v cỏc s ngt tng ng (IRQ) a ch u tiờn ca UART, c th l ca ghi m truyn/ nhn, c tớnh l a ch c s Thụng thng, a ch c s v IRQ c quy nh nh cỏc u ni (Jumper) trờn Card vo/ hoc trờn bn mch chớnh 8.4.2 Mch iu khin truyn thụng d b nng UART (VXL 8250A) Vi mch 8250A l mt UART c dựng rng rói cỏc mỏy IBM PC ti v phi ghộp ni tip cú u ni cng thụng tin ni tip theo chun RS 232C S : m d liu m phỏt //đnt A0 A1 A2 RD WR CS2 CS1 CS0 MS Logic iu khin ghi c iu khin thu phỏt & modem RS232 m thu ntđ// IRQ - 83 - Cỏc ghi cú th chia lm loi: Thanh ghi iu khin (Control Register): dựng nhn v thc hin cỏc lnh t CPU Thanh ghi trng thỏi (Status Register): dựng thụng bỏo cho CPU bit v trng thỏi ca UART hay UART ang lm gỡ Thanh ghi m (Buffer Register): dựng gi ký t lỳc truyn hoc x lý Cỏc ghi ny cng gi cỏc ký t nh phõn c truyn v nhn Vic truy nhp lờn cỏc ghi c thc hin thụng qua a ch v iu khin Mi ghi c gỏn mt a ch tớnh theo cỏch so sỏnh tng i (Offset) vi a ch c s ca cng ni tip Cỏc a ch ca hai cng ni tip u tiờn hu ht cỏc mỏy tớnh ó c tiờu chun hoỏ vit phn mm ghộp ni qua cng ni tip ta cn lu ý l: ton b hot ng ca giao din ni tip u c iu khin qua cỏc ghi ca UART, ú ghi m truyn/ nhn d liu thng c tớnh l hai ghi Do ch cú a ch nờn cn n s chuyn mch bờn thụng qua bit DLAB (Division Latch Access Bit, bit ca ghi iu khin ng truyn) Cỏc a ch ca tng ghi u c tớnh theo khong cỏch n a ch c s, khong cỏch ny thng c gi l Offset Tu theo cỏc ghi, Offset nhn giỏ tr c th khong t n A0 Thanh ghi a ch B m c/ghi RBH 3F8 (2F8) Cho phộp ngt - IER 3F9 (2F9) Nhn dng ngt (ch c) IIR 3FA (2FA) iu khin ng truyn LCR 3FB (2FB) iu khin modem MCR 3FC (2FC) Trn thỏi ng truyn LSR 3FD (2FD) Trng thỏi modem MSR 3FE (2FE) Khụng dựng Cht s chia (LSB) 3F8 (2F8) Cht s chia (MSB) 3F9 (2F9) Cỏc ghi trờn vi mch 8250 Vi mch UART 8250 cú tt c 10 ghi, sau õy ta s ln lt tỡm hiu cỏc ghi ny: Cỏc ghi lu tr Nh thy rừ t tờn gi, cỏc ghi ny thc cht l cỏc b m c chuyờn dựng gi mt ký t, ký t ny hoc l ó c nhn nhng cha c c, hoc l c gi ti cng ni tip nhng cũn cha c truyn i Khi mụ t quỏ trỡnh truyn d liu qua cng ni tip, ghi gi (Holding Register) thng c gi l b m nhn hoc b m truyn Vic trang b cỏc b m nhn v truyn cng l mt c im ca vi mch 8250 c im ny cho phộp mt ký t th hai c gi ti cng ni tip trc ký t th nht ó c truyn hoc c c xong xuụi bi b x lý Trong thi gian ch ký t th nht c truyn hoc c c, ký t th hai c gi b m Sau õy ta s thy rừ hn l: trng thỏi ca b m truyn v b m nhn c quy nh bi ghi trng thỏi ng truyn, c th hn l bit ca ghi iu khin DLAB 0 X X X X X X 1 A2 0 0 1 1 0 A1 0 1 0 1 0 - 84 - ng truyn LCR (Line Control Register) Khi bit ny c t bng '0' thỡ thao tỏc c t a ch c s s c t b m nhn RX v thao tỏc vit s vit vo b m truyn TX Vit vo b m TX/ RX c vo b m TX/ RX 3F8h B m TX B m RX TD 3F8h RD c v ghi vo t b m TX/ RX Thanh ghi iu khin ng truyn Mt ghi khỏc vi mch 8250 c gi l ghi iu khin ng truyn LCR (Line Control Register) Thanh ghi ny lu tr cỏc tham s c ngi lp trỡnh thit lp v xỏc nh khuụn mu khung truyn ca cuc trao i thụng tin Cỏc thụng tin v: s cỏc bit d liu, s lng bit dng v kiu chn l c s dng khung truyn u c ct gi trờn ghi ny D liu cú th c vit vo ghi ny v c c sau y Chc nng cỏc bit ca ghi LCR ã Cỏc bit v Giỏ tr c ct gi hai bit nhi phõn ny ch rừ s cỏc bit d liu tng ký t c truyn S cỏc bit trờn mt ký t cú th nm khong t n bit, cho phộp xỏc nh di ca t (Word) Li gii thớch cho bit v trờn hỡnh v 12 lm sỏng t thờm vai trũ ca cỏc bit ny ã Bit ch rừ s cỏc bit dng mi khung truyn Nu nh bit cú mt giỏ tr logic bng thỡ s bit dng s c vi mch 8250 to Nu ký t c truyn cú sỏu, by hoc tỏm bit d liu v bit c t vo mt logic thỡ hai bit dng s c to v "ớnh kốm" vo tng t c truyn Nu nh nm bit d liu c chn lm h thng mó dựng cho mt ký t thỡ cn n 1,5 bit dng chốn vo t d liu Yu cu ny cn thit thớch ng vi cỏc thit b ó c trờn ú s dng nm bit d liu ã Bit c quy nh l bit cho phộp chn l, ngha l cú s dng bit chn l hay khụng Nu bit ny cú giỏ tr logic thỡ bit chn l s c to v chốn vo tng xõu ký t Do tớnh chn l ó c cho phộp nờn bt k ký t no nhn c cng u b kim tra v tớnh chn l ã Bit Kiu chn l ó c chn, l hoc chn, c xỏc nh bng cỏch t bit Khi ct gi mt trng thỏi logic v trớ ny cú ngha l t tớnh chn l l l v ngc li, ct gi mt trng thỏi logic bit cú ngha l t tớnh chn l l chn Nu nh bit 3, tc l bit cho phộp chn l, b cm bng cỏch t mt giỏ tr logic vo v trớ ny thỡ bt k l giỏ tr bit nh th no c t v trớ bit cng khụng cú tỏc dng ã Bit (Bit stick parity) Nu nh bit v bit c t giỏ tr logic thỡ b truyn xut mt ký t, b nhn ti ch (local) s phỏt hin nh mt giỏ tr logic ã Bit c quy nh l bit BREAK (dng) Khi bit ny c t mt giỏ tr logic thỡ nú bt buc SOUT (Serial out hay TxD) chuyn sang mc logic trng (mc LOW) cho n mt giỏ tr logic c - 85 - ã ct gi vo bit Nh cú bit ny m mỏy tớnh cú th bỏo hiu cho thit b u cui bit l ó c ni nh mt phn ca h thng truyn thụng Bit Phi c t mt giỏ tr logic truy nhp cỏc cht s chia (divisor latches) Cỏc cht ny l nhng ghi ct gi s chia i vi tớn hiu gi nhp (ng h), s ny quy nh tc baud ca h thng truyn thụng ni tip Mi ln tc baud c t li thỡ bit ny (bit 7) li c t v giỏ tr logic Cỏc bit trờn ghi iu khin ng truyn (LCR) Thanh ghi tc Boud Tc baud mun cú S chia c dựng to ra: 16 x ng h Thp phõn Hex Sai s theo phn trm (sai khỏc gia mong mun v thc t) 50 2304 900 75 1536 600 110 1047 417 0,026 134,5 857 359 0,058 150 768 300 - 300 384 180 - 600 192 0C0 - 1200 96 060 - 1800 64 040 - 2000 58 03A 0,69 2400 48 030 - 3600 32 020 - 4800 24 018 - 7200 16 010 - 86 - 9600 12 00C - Bng tc baud ng vi xung nhp 1,8432 MHz Tc baud c t bng cỏch np mt s chia chim 16 bit, ú bit thp hn ca s chia c t trờn a ch b m TX/ RX v bit phớa trờn t a ch k tip sau b m TX/ RX S tng gp ụi s cỏc ghi l cn thit vỡ bit hoc ghi LCR (thng vit tt l DLAB) c li v giỏ tr logic hai a ch ny gn lin vi b m nhn v b m truyn Khi bit DLAB c t vo mt giỏ tr logic thỡ hai a ch ny gn lin vi hai cht s chia Cỏc cht s chia bao gm 16 bit hay hai byte, c sp xp thnh cỏc bit cú giỏ tr thp LSB (Least Significant byte) v bit cú giỏ tr cao hn MSB (Most Significant bit), c s dng vic t tc baud ca h thng truyn thụng Bi vỡ cỏc cht s chia cú rng l hai byte, giỏ tr 060 Hex cn c chia ct gi trờn hai ghi LSB v MSB Vi giỏ tr tc baud bng 1200 thớ d ny, 60 Hex c ct gi LSB (bit cú giỏ tr thp) v giỏ tr c ct MSB (bit cú giỏ tr cao hn) Mt s tc baud v cỏc giỏ tr s chia tng ng di c hai dng thp phõn v thp lc phõn (Hex) Giỏ tr ny ca s chia c np vo b m TX/ RX bit DLAB c mt giỏ tr logic t vo Thanh ghi trng thỏi ng truyn Thanh ghi trng thỏi ng truyn (LSR: Line Status Register) ghi bit, cha thụng tin v quỏ trỡnh d liu qua cng ni tip cn cung cp cho b vi x lý ã ã ã ã ã Bit 0, c dựng thụng bỏo cho bit d liu ó nhn c (DR: Data Received) Khi bit cú giỏ tr logic cú ngha l d liu ó c nhn v sn sng b x lý c Bit 1: Mt giỏ tr logic bit ny cú ngha l ký t nhn trc ú ó b mt vỡ nú khụng c c trc mt ký t mi c nhn nờn ký t mi ó ghi ố lờn ký t trc Bit 2: Mt giỏ tr logic bit li chn l cú ngha l ký t ó c nhõn cú tớnh chn l sai Khi ghi trng thỏi ng truyn (LSR) c c thỡ bit ny li c t v giỏ tr logic Bit 3: õy l bit li khung truyn Nu ký t ó nhn khụng cú mt bit dng hp l, ngha l cú li khung truyn, thỡ bit ghi LSR c t vo mt giỏ tr logic Bit 4: c quy nh l bit giỏn on ngt (break interrupt bit) Bit ny c t ng t vo mt giỏ tr logic - 87 - ã ã ã d liu nhn c ó c gi mt mc trng trờn ton b chiu di ca mt t d liu Bit 5: c quy nh l bit bỏo hiu trng thỏi rng ca b m truyn (THRE: Transmit Holding Register Empty) Bit ny bỏo hiu l cng ni tip sn sng tip nhn ký t khỏc c truyn ti Bit 6: Bit ny l mt bit ch c Khi bit ny cú giỏ tr logic thỡ b m truyn ang cũn trng Bit 7: khụng c s dng v luụn c t giỏ tr logic Khi vit phn mm truy nhp ghi lờn ghi trng thỏi ng truyn ta cn lu ý ti mt s chc nng ca ghi ny Thanh ghi trng thỏi ng truyn (LSR: Line Status Resgister) xỏc nh trng thỏi ca b m truyn v b m nhn Thanh ghi ny ch dựng c ra, ni dung tt c cỏc bit c t ng t bng phn cng Mt iu ri ro cú th xy truyn d liu mt ký t mi cú th c vit vo b m truyn trc ký t trc y ó c gi Khi ú ký t mi ny s vit ố lờn ni dung ca ký t ang c truyn trỏnh tỡnh trng ri ro ny S5 c giao nhim v thụng bỏo kt qu kim tra xỏc nh liu cũn mt ký t b nh Nu cú thỡ nú c t thnh '1', cũn nu nh bit ny cú giỏ tr bng thỡ cú ngha l b m truyn ang trng thỏi trng rng truyn mt ký t: ã Kim tra bit cho n c t;(Test Bit until set;) ã Truyn ký t; (Send character;) nhn ký t: ã Kim tra bit cho n c t; (Test Bit until set;) ã c ký t; (Read character;) Kim tra ghi LSR truyn v nhõn cỏc ký t Thanh ghi cho phộp ngt Vi mch 8250 cú mt nhiu kh nng ngt Cú hai ghi c s dng iu khin v xỏc nh cỏc ngun ngt Thanh ghi u tiờn hai ghi ú l ghi cho phộp ngt IER (Interrupt Enable Register) cũn ghi th hai l ghi nhn dng ngt IIR (Interrupt Identification Register) - 88 - Nu nh kh nng ngt ca vi mch ó cho phộp v mt ngt xut hin thỡ bit xut ngt t 8250 chim ly mc logic Tớn hiu ny c ni vi bus ngt cng ca mỏy tớnh Logic trờn bus ny bỏo hiu cho b x lý bit l cn phi chỳ ý ti cng ni tip Hỡnh 15 minh ho s phõn b ca cỏc bit trờn ghi IER ã Bit 0: Mi ln nhn mt ký t thỡ mt ngt li c to Bit ny c t li (Reset) sau ký t ó c b x lý c ã Bit 1: Nu bit ny c t mt giỏ tr logic thỡ b m truyn (thanh ghi gi truyn) trng v mt ngt xut hin ã Bit 2: cho phộp cú s thay i trng thỏi ng truyn b nhn theo cỏch gõy mt ngt ã Bit 3: cho phộp cú s thay i trng thỏi modem ngt b x lý - Bit 4- 7: Cỏc bit ny luụn c t giỏ tr logic Thanh ghi cho phộp ngt Thanh ghi nhn dng ngt Thanh ghi nhn dng ngt Nu nh mt ngt xut hin thỡ phn mm chng trỡnh phi thc hin c chc nng kim tra ghi xỏc nh xem s kin no ang gõy ngt Thanh ghi nhn dng ngt IIR cha ng mó, nhn dng iu kin (ngt) no ang yờu cu chỳ ý Mt im cn chỳ ý l: gia cỏc ngt cng cú mc u tiờn khỏc nhau, núi khỏc i l cú mt vi ngt t l "quan trng" hn so vi cỏc ngt khỏc V nguyờn tc, ngt no quan trng hn s c u tiờn x lý trc - 89 - Thanh ghi nhn dng ngt Bit Bit Bit Mc u tiờn 0 - Cỏc ngt v t li chc nng Kiu Ngun ngt iu khin ngt t li ngt Khụng Khụng dng dng 1 Cao nht Trng Li trn hoc li chn l c ghi trng thỏi thỏi hoc li khung truyn ng truyn ng hoc break interrupt nhn 0 Th hai Cú d Cú d liu ó nhn c ghi m b liu ó nhn nhn Th ba B m B m truyn trng c ghi IR (nu l truyn ngun ngt) hoc ghi trng vo b m truyn 0 Th t Trng Xoỏ gi hoc d liu c ghi trng thỏi thỏi sn sng hoc bỏo modem modem chuụng hoc phỏt hin tớn hiu ng nhn Cỏc mc u tiờn ca tng ngt Bng trờn lit kờ cỏc mc u tiờn ca tng ngt Ct t li ngt lit kờ tỏc ng no l cn n t li ngt ó c cht 8.4.3 Mch iu khin truyn thụng ng b - d b nng USART (VXL 8251A) Vi mch 8251A l mt USART c dựng rng rói cỏc mỏy IBM PC ti v phi ghộp ni tip cú u ni cng thụng tin ni tip theo chun RS 232C S : - 90 - m m d liu phỏt TxD //đnt Reset Clk C/D Logic iu khin ghi c iu khin phỏt RS232 RD WR iu khin thu CS DSR DTR CTR RTS iu khin modem m thu RxD ntđ// Cỏc ghi cú th chia lm loi: ã Thanh ghi iu khin (Control Register): dựng nhn v thc hin cỏc lnh t CPU ã Thanh ghi trng thỏi (Status Register): dựng thụng bỏo cho CPU bit v trng thỏi ca UART hay UART ang lm gỡ ã Thanh ghi m (Buffer Register): dựng gi ký t lỳc truyn hoc nhn Thanh ghi t ch D7 D6 D5 D4 D3 D2 S2 S1 EP PEN L2 L1 ã Bit 0,1 c dựng ng b v h s nhõn tc 00 ng b 01 nhõn 10 nhõn 16 11 nhõn 64 ã Bit 2,3: S bit mó kớ t 00 01 10 11 ã Bit 4: cho phộp dựng Parity hay khụng ã Bit 5: Parity bit ã Bit 6,7: S bit STOP D1 B2 D0 B1 - 91 - 00 khụng hp l 01 10 11/2 11 Thanh ghi t lnh D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EH IR RTS ER SBRK RxE DTR TxEN ã Bit 0: Cho phộp phỏt tớn hiu ã Bit 1: DTE sn sng ã Bit 2: Cho phộp thu ã Bit 3: Gi kớ t giỏn on (kớ t vi tt c cỏc bit la 0) ã Bit 4: Xoỏ c li ã Bit 5: Yờu cu truyn ã Bit 6: Reset ni b ã Bit 7: Tỡm kim kớ t ng b Thanh ghi trng thỏi D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DSR SYNDET FE OE PE TxEMPTY RxRDY TxRDY ã Bit 0: Bờn phỏt sn sng ã Bit 1: Bờn thu sn sng ã Bit 2: m phỏt rng ã Bit 3: Li Parity ã Bit 4: Li thu ố ã Bit 5: Li Frame ã Bit 6: Kớ t ng b ã Bit 7: Modem sn sng CU HI V BI TP 8.1 Trỡnh by hiu bit ca anh, ch v b bin i ADC, DAC 8.2 Trỡnh by hiu bit ca anh, ch v Modem 8.3 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi iu khin ng truyn mch iu khin truyn thụng d b nng UART 8255A 8.4 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi trng thỏi ng truyn mch iu khin truyn thụng d b nng UART 8255A 8.5 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi cho phộp ngt mch iu khin truyn thụng d b nng UART 8255A 8.6 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi nhn dng ngt mch iu khin truyn thụng d b nng UART 8255A 8.7 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi t ch mch iu khin truyn thụng ng b, d b nng USART 8251A 8.8 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi t lnh mch iu khin truyn thụng ng b, d b nng USART 8251A 8.9 Trỡnh by ý ngha cỏc bit ca ghi t trng thỏi mch iu khin truyn thụng ng b, d b nng USART 8251A 8.10 Xõy dng chng trỡnh c v thit lp cỏc thụng s cho cỏc ghi ca cng COM - 92 - 8.11 Xõy dng chng trỡnh truyn d liu qua cng COM gia hai mỏy tớnh - 93 - THI THAM KHO 1: (Thi gian lm bi 75 phỳt) Trỡnh by s cu trỳc, chc nng nhim v ca b x lý trung tõm (Nờu rừ chc nng ca tng n v) Cho nm lnh i1, i2, i3, i4, i5 mi lnh cn bn giai on FI, DI, EI, WB Mi giai on cn T0 n v thi gian Tớnh thi gian thc hin nm lnh trờn cho cỏc trng hp a Pipeline b Superpipelined c Superscalar Trỡnh by phng phỏp vo bng chng trỡnh? So sỏnh phng phỏp vo bng chng trỡnh v phng phỏp vo bng DMA Thit k b nh có dung l-ợng 64 Kbytes hoạt động khoảng địa F0000h FFFFFh ( Sử dụng mạch giải mã LS138 EPROM 2Kb ) 2: (Thi gian lm bi 75 phỳt) i s 42,00125 (trong h thp phõn) sang s dng IEEE 754 Trỡnh by ý ngha tỏc dng ca b nh o ? K thut phõn trang qun lý b nh? Cho on vi lnh sau: T1: MBR(PC) T2: MARSave-Address PCRoutine-Address Anh (ch) hóy gii thớch tng vi lnh on vi lnh trờn v nú tng ng vi chu k no quỏ trỡnh x lý lnh? Thit k b nh dung lng 32 KBytes hot ng khong a ch F4000há FBFFFh (s dng mch gii mó LS138 v EPROM 4k*8) 3: (Thi gian lm bi 90 phỳt) i s thc 5,0315 (trong h thp phõn) sang dng IEEE 754 2.Trỡnh by kin trỳc chung ca mỏy tớnh theo nguyờn lý VonNewman? Nờu chc nng tng n v? Phõn loi mỏy tớnh theo kin trỳc? Cho mt lnh mỏy: SUB R,X Lnh ny ly ni dung ca ghi R tr i ni dung ca ụ nh X Hóy ch cỏc vi lnh m B iu khin (Control Unit) phi thc hin Cho h thng mỏy tớnh vi khụng gian a ch b nh chớnh l GBytes, dung lng b nh Cache l 512 KBytes, kớch thc ng l 64 byte, tỡm dng a ch truy nhp Cache cho trng hp: a nh x a ch trc tip b nh x a ch liờn kt hon ton c nh x a ch liờn kt hp ng Thit k b nh dung lng 32 KBytes hot ng khong a ch F8000há FFFFFh (S dng mch gii mó LS138 v EPROM 1k*8) 4: (Thi gian lm bi 90 phỳt) i s 428DA9FCh (theo chun IEEE 754) sang s thc h thp phõn - 94 - Trỡnh by vai trũ, nhim v, phõn loi ghộp ni? V s cu trỳc chung ca mt ghộp ni? Gi s cú mt lnh mỏy nh sau: ISZ x Lnh ny tng ni dung ụ nh lờn Nu kt qu l thỡ lnh tip theo b b qua Hóy xỏc nh dóy cỏc vi lnh m b iu khin (Control Unit) phi thc hin x lý lnh trờn Vi mch iu khin vo bng chng trỡnh 8255A ca mt mỏy tớnh IBM/PC cú a ch c s l 60h Hóy xỏc nh: ã a ch cỏc cng PA, PB, PC, ghi t iu khin CWR? ã Giỏ tr ghi t iu khin CW 8255A hot ng ch vo c s vi PA, PCh l cng vo, v vi PB, PCl l cng ra? Thit k b nh dung lng 64 KBytes hot ng khong a ch F0000háFFFFFh (s dng mch gii mó LS138 v EPROM 4k*8) 5: (Thi gian lm bi 90 phỳt) i s thc 4,625 (trong h thp phõn) sang dng IEEE 754 So sỏnh hai phng phỏp vo theo ngt v vo truy nhp b nh trc tip DMA Cho mt lnh ngụn ng cp cao: Y=(A+B)*(C+D/E) S dng cỏc lnh mỏy hai a ch mó húa lnh cp cao trờn Mi lnh mỏy cn nm giai on FI: ti lnh, DI: gii mó lnh, FO: ti toỏn hng, EI: x lý lnh, WB: ghi li kt qu Tớnh thi gian thc hin cỏc lnh mỏy trờn, vi gi thit mi giai on cn T0 n v thi gian Cho h thng mỏy tớnh vi khụng gian a ch b nh chớnh l G bytes, dng lng b nh Cache l 256 KBytes, kớch thc ng l 64 byte, tỡm dng a ch truy nhp Cache cho trng hp: a nh x a ch trc tip b nh x a ch liờn kt hon ton c nh x a ch liờn kt hp ng Thit k b nh dung lng 32KBytes hot ng khong a ch F0000háF7FFFh (s dng mch gii mó LS138v EPROM 2k*8) GI í LM BI: 1: Cõu 1: - Nhng giai on thc hin lnh ca CPU - S cu trỳc tng quỏt ca CPU - Chc nng nhim v ca tng thnh phn CU, ALU, Register Cõu 2: Da vo cỏc giai on thc hin lnh, cỏc cụng ngh x lý CPU Cõu - Nờu phng phỏp vo bng chng trỡnh - So sỏnh k thut, u nhc im ca phng phỏp vo bng chng trỡnh, vo bng ngt Cõu 4: Tham kho vớ d v thit k b nh 2: Cõu 1: Tham kho vớ d i s - 95 - Cõu 2: Nờu ý ngha tỏc dng ca b nh o, Trỡnh by k thut phõn trang Cõu 3: Cõu 4: Tham kho vớ d v thit k b nh 3: Cõu 1: Tham kho vớ d i s Cõu 2: - Trỡnh by s cu trỳc chung, gii thớch chc nng ca tng n v CU, ALU - Phõn loi kin trỳc mỏy tớnh: tun t, song song Cõu - Da vo cỏc vi lnh cu CPU gii thớch v xỏc nh vi lnh cn thc hin Cõu 4: Tham kho vớ d v xỏc nh t iu khin ca CPU Cõu 5: Tham kho vớ d v thit k b nh + 5: Tham kho - 96 -