Cấu trúc máy tính bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

Cấu trúc máy tính bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

TR NGă I H C PH MăV Nă NG KHOA K THU T ậ CÔNG NGH BÀI GI NG C U TRÚC MÁY TÍNH VÀ GIAO DI N B c h c:ăCaoăđ ng Gi ng viên: Nguy n Ph măHoƠngăD ng B môn:ă i n ậ i n t Khoa: K thu t ậ Công ngh Qu ng Ngãi, tháng 12/2015 TR NGă I H C PH MăV Nă NG KHOA K THU T ậ CÔNG NGH BÀI GI NG C U TRÚC MÁY TÍNH VÀ GIAO DI N B c h c:ăCaoăđ ng (S ti t: 30) Gi ng viên: Nguy n Ph măHoƠngăD ng B môn:ă i n ậ i n t Khoa: K thu t ậ Công ngh Qu ng Ngãi, tháng 12/2015 M CL C L IăNịIă U DANH SÁCH CÁC T Ch VI T T T ngă1ă.ăGI I THI U H TH NG S 1.1 Các h đ m .3 1.1.1 H th p phân (decimal) .3 1.1.2 H nh phân (binary) 1.1.3 H th p l c phân (hexadecimal) 1.2 Các phép toán 1.2.1 Các phép toán logic 1.2.2 Các phép toán s h c 1.3 Bi u di n s 11 1.4 Bi u di n ký t .14 Ch ngă2ă.ăGI I THI U CÁC H MÁY TÍNH 17 2.1 Các th h máy tính 17 2.1.1 Th h zero 17 2.1.2 Th h đ u tiên (1945 – 1953) 18 2.1.3 Th h th hai (1954 – 1965) 19 2.1.4 Th h th ba (1965 – 1980) 20 2.1.5 Th h th t (1980 đ n nay) 20 2.2 Ch c n ng máy tính .21 2.3 C u trúc t ch c máy tính 22 2.4 Phân lo i 23 2.4.1 Phân lo i theo c u trúc t p l nh 23 2.4.2 Phân lo i theo kh n ng x lý c a máy tính 25 2.5 Máy tính Von Neumann 26 Ch ngă3ă.ăC U TRÚC T NG QUÁT 28 3.1 Thùng máy – ngu n .28 3.2 Mainboard 30 3.3 CPU 33 3.4 RAM .36 3.5 BIOS VÀ CMOS RAM 39 3.6 Interfaces 40 3.7 Chipset 43 3.8 đ a c ng 44 3.9 đ a quang 48 3.10 Màn hình 49 Ch ngă4ă.ăC U TRÚC BÊN TRONG MÁY TÍNH 50 4.1 Vi x lý 50 4.1.1 Ki n trúc 50 4.1.2 C u trúc pipeline .51 4.1.3 K thu t superscalar 54 4.1.4 Thanh ghi 54 4.1.5 T p l nh 56 4.2 B nh 58 4.2.1 Phân lo i b nh 59 4.2.2 C u trúc c b n .62 4.3 H th ng k t n i (bus) 63 4.3.1 Phân lo i 63 4.3.2 Ch c n ng .65 4.4 H th ng cache .68 4.4.1 Gi i thi u .68 4.4.2 Ch c n ng .69 4.4.3 Cache nhi u t ng .70 4.4.4 Phân lo i 71 Ch ngă5ă.ăH TH NG XU T NH P 73 5.1 H th ng ng t 74 5.2 Truy c p tr c ti p b nh .77 5.3 Thi t b bên 80 5.4 Các ngo i vi 82 TÀI LI U THAM KH O 84 L IăNịIă U Bài gi ng “C u trúc máy tính giao di n” đ c biên so n dùng làm tài li u h c t p cho sinh viên b c cao đ ng qui ngành công ngh k thu t i n – i n t tr ng i h c Ph m V n ng Bài gi ng bao g m ch ng, cung c p cho sinh viên nh ng ki n th c c b n v trình phát tri n c a máy vi tính, c u trúc c b n c a m t máy vi tính hi n đ i, chu n thông s k thu t c a thành ph n t o nên m t chi c máy tính, m t s k thu t x lý nh m c i thi n t c đ x lý c a máy tính theo th i gian, m t s chi ti t c a h th ng máy tính nh : b x lý trung tâm, b nh , cache, … Bài gi ng c ng góp ph n giúp sinh viên c p nh t nh ng công ngh m i thông qua ví d th c t N i dung chi ti t c a gi ng nh sau: - Ch ng 1: Gi i thi u h th ng s - Ch ng 2: Gi i thi u h máy tính - Ch ng 3: C u trúc t ng quát - Ch ng 4: C u trúc bên máy tính - Ch ng 5: H th ng xu t nh p Trong trình biên so n không th tránh kh i nh ng thi u sót, r t mong nh n đ c s góp ý c a b n đ c đ gi ng đ góp xin g i v đ a ch : B môn Tr ng i h c Ph m V n i n – ng Tác gi xin chân thành c m n! c hoàn thi n h n M i ý ki n đóng i n t , Khoa K thu t – Công ngh , DANH SÁCH CÁC T T vi t t t CPU MSB LSB ASCII VLSI PC CISC RISC RAM T đ yăđ Central Processing Unit Most Significant Bit Least Significant Bit American Standard Code Information Interchange Very Large Scale Integration Personal Computer Complex Instruction Computing Reduced Instruction Computing VI T T T ụăngh a n v x lý trung tâm Bit có tr ng s l n nh t Bit có tr ng s th p nh t for Chu n mã trao đ i thông tin Hoa K Tích h p c l n Máy tính cá nhân Set Máy tính có t p l nh ph c t p Set Random Access Memory HDD SSD ALU Static Random Access Memory Dynamic Random Access Memory Synchronous Dynamic Random Access Memory Double Data Rate Real-Only Memory Basic Input/Output System Complementary Metal-OxideSemiconductor Hard Disk Drive Solid-State Drive Arithmetic Logic Unit DMA Direct Memory Access SRAM DRAM SDRAM DDR ROM BIOS CMOS DMAC Direct Memory Access Controller Máy tính có t p l nh đ n gi n B nh truy c p d li u ng u nhiên B nh RAM t nh B nh RAM đ ng B nh DRAM đ ng b G p đôi t c đ d li u B nh ch đ c H th ng xu t nh p c b n B nh RAM l u tr thông tin c u hình máy tính đ a c ng c truy n th ng đ a c ng th r n n v tính toán s h c Giao th c truy c p tr c ti p b nh B u n truy c p tr c ti p b nh Ch ngă1 GI I THI U H TH NG S M t h th ng máy tính bao g m r t nhi u thành ph n, b x lý trung tâm (hay g i CPU) b não c a c h th ng CPU s ti p nh n x lý m i thông tin h th ng Thông tin hay đ m t h th ng máy tính đ c bi u di n d c g i d li u i d ng s nh phân H s nh phân g i h c s hai ch bao g m hai ch s Trong máy tính nói riêng m ch n t s nói chung, giá tr đ c mã hóa d i d ng tín hi u n v i giá tr n áp ho c dòng n t ng ng khác Vi c tính toán, x lý d li u nh phân máy tính c ng đ c th c hi n t ng t nh toán h c 1.1 Các h đ m 1.1.1 H th p phân (decimal) H th p phân h c s r t quen thu c đ i v i chúng ta, h c s đ c s d ng cu c s ng hàng ngày đ bi u di n giá tr s , đ h c s m i hay h m i H th p phân s d ng 10 ch s đ bi u di n h th ng s M là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, S d tr cm is c g i ng s âm đ i ch s c bi u di n b ng d u “+” “-“ phân bi t v i h c s khác, ta th ng thêm ch „D‟ vào phía cu i đ ch r ng m t s h th p phân, ta c ng có th b „D‟ mà v n ng m hi u s thu c h th p phân 1.1.2 H nh phân (binary) C ng nh h th p phân, nh phân c ng m t h th ng s giá tr s đ th c bi u di n ch b ng hai ch s phân bi t v i h c s khác, ta ng thêm ch „B‟ vào phía cu i s nh phân Ví d : 10B, 11B, 100B, 1100B, 10100110B… M i giá tr h nh phân t ng đ ng ng v i m t giá tr h th p phân c l i Vi c chuy n đ i qua l i gi a giá tr h th p phân h nh phân c th c hi n nh sau + Chuy n m t s t h nh phân sang h th p phân Vi c chuy n đ i t s nh phân sang s th p phân đ c th c hi n b ng cách tính t ng tích gi a h s c a s nh phân v i tr ng s 2i t ng ng Gi s ta có s nh phân nh sau: bn bn-1…b1b0B, bi (i = 0, n ) h s c a s nh phân, có th nh n m t hai giá tr ho c Khi 2i s tr ng s t ng ng c a h s bi S nh phân đ c chuy n đ i sang h th p phân b ng công th c sau: bn*2n + bn-1*2n-1 + … + b1*21 + b0*20 Ví d : ta có s nh phân: 1011B S th p phân t 1 1 b3 b2 b1 b0 ng ng s là: b3*23 + b2*22 + b1*21 + b0*20 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 11 Nh v y, s 1011B s t ng ng v i s 11 h th p phân Ví d : s nh phân: 110011B 1*25 + 1*24 + 0*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 32 + 16 + + + +1 = 51 Nh v y, s 110011B t ng ng v i s 51 h th p phân + Chuy n m t s t h th p phân sang h nh phân Vi c chuy n đ i m t s t h th p phân sang h nh phân đ c th c hi n b ng cách l y s c n đ i chia cho ghi nh ph n d , ti p theo l y th phép chia tr th ng c a c chia cho ghi nh ph n d Làm nh v y cho t i đ ng b ng o ng c th t dãy s d ta s đ c c ch s c a h nh phân c n tìm Ví d : hình 1.1 mô t cách đ i s 50 sang h nh phân S d (s g ch d i) đ c s p x p theo chi u m i tên, nh 110010B v y 50 = Hình 1.1.ă i m t s th p phân sang h nh phân H nh phân h c s đ c s d ng máy tính nói riêng m ch n t s nói chung Các giá tr đ c hi u m c n áp (ho c dòng n) khác m ch (m t s ví d nh đ c p th gi i máy tính, s đ ph n trên) Trong c g i bit M t nhóm bit s t o thành nibble, nhóm bit s t o thành m t byte, nhóm 16 bit s t o thành m t word Bit đ u tiên bên trái chu i bit đ chu i bit đ c g i bit MSB, bit cu i bên ph i c g i bit LSB Ví d : + Bit: 0B, 1B + Nibble: 1011B, 1110B, 1000B, … + Byte: 01011110B, 11110000B, 11000001B, … + Word: 1000010111100001B, 1111000010101100B, … MSB 1 1 LSB T ví d ta có th th y, m t nibble có th bi u di n đ 15, m t byte có th bi u di n đ s l n nh t 65535 c s l n nh t 255, m t word có th bi u di n bi u di n nh ng s l n h n ta ph i dùng nh ng chu i bit dài h n, u r t b t ti n cho ng kh c ph c nh c s l n nh t c m ng i vi c ghi chép, tính toán gi y i ta th ng s d ng h th p l c phân 1.1.3 H th p l c phân (hexadecimal) H th p l c phân hay g i h c s 16, c ng m t h th ng s giá tr s đ c bi u di n b ng ch s t đ n ch t A đ n F, t ta th ng ng v i giá tr th p phân t đ n 15 phân bi t v i h c s khác, ng thêm ch „H‟ vào phía cu i s th p l c phân Ví d : 19H, AB5H, 2F0CH, E104DH, … Nh đ c p trên, h th p l c phân đ i nh m kh c ph c nh c m c a s h nh phân, vi c s d ng m t chu i s nh phân dài đ bi u di n m t giá tr l n th vi c bi u di n m t k t qu nh phân g n l i, ng i ta ng chuy n k t qu thành s th p l c phân b ng cách nhóm bit s nh phân thành m t s th p l c phân Ví d : chuy n s 110001111000001011101011B thành s th p l c phân 1100 C 0111 1000 0010 1110 E 1011 B Ta s nhóm t ng bit s nh phân l i đ t o thành m t s th p l c phân: 1100B có giá tr 12 t 1000B có giá tr t giá tr 14 t ng ng v i „C‟, 0111B có giá tr t ng ng v i 8, 0010B có giá tr t ng ng v i „E”, 1011B có giá tr 11 t ng ng v i 7, ng ng v i 2, 1110B có ng ng v i „B‟ h th p l c phân Do đó, s nh phân cho s có giá tr t ng ng C782EB h th p l c phân i v i s nh phân có s bit không chia h t cho 4, ta thêm bit vào phía li n tr c bit MSB đ đ c s bit chia h t cho r i nhóm l i theo cách Ví d : chuy n s 11101011011111B thành s th p l c phân Do s bit c a s nh phân 14 không chia h t ta ph i thêm bit vào phía li n tr c bit MSB đ t o thành s 0011101011011111B, sau nhóm l i nh sau: 0011 1010 A 1101 D Nh v y, s nh phân 11101011011111B t 1111 F ng ng v i s 3ADFH Vi c chuy n t s th p l c phân thành s nh phân đ ng c l i, t c m t ch s th p l c phân đ c phân tích thành bit nh phân Ví d : chuy n s A3C5H thành s nh phân A C 1010 0011 1100 0101 c th c hi n theo cách Khi tham chi u không đ b nh đ c tìm th y cache (cache miss), chu k truy c p c kh i đ ng Ph ng pháp c ng đ ng th i d ng chu k truy c p b nh tham chi u đ c tìm th y cache (cache hit) 4.4.3 Cache nhi u t ng Khi k thu t s d ng b nh cache đ c gi i thi u, h th ng ch có nh t m t b nh cache, k t n i v i vi x lý thông qua bus h th ng bên ngoài, g i cache Khi k thu t ch t o phát tri n, m t đ tích h p t ng, cache đ c tích h p vào bên vi x lý, đ c g i on-chip cache So v i cache ngoài, th i gian truy c p on-chip cache gi m đáng k , đ ng d li u đ c rút ng n, góp ph n c i thi n t c đ c a h th ng Trong th i gian truy c p on-chip tr ng thái rãnh s đ cache, bus h th ng c s d ng cho m c đích khác ó hai u m c a b nh on-chip cache Do gi i h n v di n tích m t chip, cache l i đ c ch t o t cell SRAM chi m di n tích l n, nên b nh on-chip cache lúc đ u có dung l ng r t nh , nh vi x lý Intel 80486 ch có m t b nh on-chip cache có dung l Theo th i gian, ch ng 8KB ng trình ngày dài ph c t p dung l b nh on-chip cache l i nh , nhi u tham chi u không đ ng c tìm th y b nh cache làm t ng t l cache miss Vi x lý ph i g i tham chi u t b nh có t c đ ch m, thông qua bus h th ng Do đó, t l cache miss t ng s làm nh h khác đ ng đ n t c đ c a h th ng kh c ph c tình tr ng này, m t b nh cache c k t n i v i vi x lý thông qua m t bus riêng, g i back-side bus phân bi t b nh cache, b nh on-chip cache tr (cache c p 1), b nh cache thêm vào đ th ng có dung l c đ c g i L1 cache c g i L2 cache (cache c p 2) L2 cache ng l n h n so v i L1 cache c ng có ch c n ng l u tr l nh d li u M t tham chi u không đ c tìm th y L1 cache s ti p t c đ c tìm L2 cache V i k thu t thi t k ch t o ngày tiên ti n, L2 cache c ng đ c tích h p vào bên vi x lý Vi c b sung L2 cache làm t ng t l cache hit, c i thi n đáng k t c đ c a h th ng Các b vi x lý hi n đ i ngày đ cache) có dung l c tích h p thêm b nh c p (L3 ng lên đ n hàng MB, làm cho t c đ c a toàn h th ng máy tính 70 ngày đ c nâng cao Hình 4.14 mô hình c a cache nhi u t ng Theo c p t ng d n, b nh cache có t c đ gi m d n nh ng dung l cache có t c đ cao nh t dung l dung l ng t ng d n, ngh a L1 ng nh nh t, L3 cache có t c đ th p nh t ng cao nh t Hình 4.14 C u trúc cache t ng B ng 4.1 mô t s phát tri n c a b nh cache theo dòng vi x lý c a Intel B ng 4.1 S phát tri n c a b nh cache theo dòng vi x lý c a Intel Vi x lý Intel 386 486 Mô t B sung b nh cache Tích h p b nh cache vào bên vi x lý B sung thêm b nh cache ngoài, g i L2 cache Pentium Tách riêng b nh cache dùng cho l nh d li u Pentium II Tích h p b nh L2 cache vào bên vi x lý Pentium III B sung thêm b nh cache ngoài, g i L3 cache Pentium Tích h p b nh L3 cache vào bên vi x lý 4.4.4 Phân lo i Bên vi x lý th ng có hai lo i cache, là: cache dùng đ l u tr l nh c a vi x lý cache dùng đ l u tr d li u lúc ho t đ ng Th i m ban đ u k thu t s d ng b nh cache v a m i xu t hi n, ch có nh t m t b nh cache dùng đ l u tr c l nh d li u V sau, cache L1 đ c tách thành hai ph n đ ch a l nh d li u riêng bi t K thu t s d ng chung b nh cache cho l nh d li u có m t s u m sau: 71  Dung l ng b nh cache l n, t l truy c p cache thành công s cao h n so v i k thu t s d ng cache riêng  n gi n h n so v i k thu t s d ng cache riêng ch c n t ng h p thi t k m t b nh cache nh t Tuy nhiên, cache chung không thích h p k thu t superscalar xu t hi n Nh đ c p đó, s x y tr ph n trên, k thu t th c thi nhi u l nh song song, ng h p tranh ch p b nh cache đ truy c p l nh d li u làm h n ch t c đ th c thi c a vi x lý Gi s m t l nh truy xu t truy xu t d li u cache, n u ta s d ng b nh cache chung, l nh sau ch đ c g i l nh truy xu t d li u hoàn thành t i m t th i m b nh cache ch có th đáp ng vi c truy c p cho m t l nh Xác su t x y tr ng h p cao, không phát huy h t u m c a k thu t superscalar có th k t h p u m c a cache chung riêng, ng i ta tách b nh cache L1 thành hai ph n riêng bi t dành đ ch a l nh d li u, b nh cache c p cao h n (hi n c p 3) v n cache dùng chung CÂU H I ÔN T PăCH NGă4 Gi i thích nguyên lý ho t đ ng c a c u trúc pipeline t ng? Trình bày nh ng y u t có th nh h ng đ n ho t đ ng c a c u trúc pipeline gi i pháp kh c ph c K thu t superscalar gì? Thanh ghi vi x lý gì? M t vi x lý th ng có m y lo i ghi, trình bày đ c m c a t ng lo i T p l nh c a vi x lý gì? Mô t tr ng có th có c a m t l nh t p l nh Phân bi t lo i b nh : RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM Trình bày ch c n ng c a h th ng k t n i (bus) Vì ta th ng ph i thi t k nhi u bus m t h th ng? Trình bày ch c n ng c a b nh truy c p nhanh cache đ c m c a t ng cache vi x lý T i ph i phân chia cache L1 thành cache l nh d li u? 72 Ch ngă5 H TH NG XU T NH P Xu t nh p trình chuy n d li u gi a thành ph n c a máy tính (bao g m thi t b ngo i vi b nh ) d i s u n c a vi x lý trung tâm Các thi t b ngo i vi, g i I/O (input/output) g m có ba lo i: thi t b nh p d li u (input) (nh bàn phím, chu t, micro, …), thi t b xu t d li u (output) (nh hình, loa, máy in, …) thi t b v a nh p, v a xu t (nh b nh USB, hình c m ng, …) M i thi t b ngo i vi đ m t kh i u n I/O n i dung đ đ a c ng, c u n b ng c ng n g n, ta g i kh i u n I/O ngo i vi, phân bi t v i thi t b ngo i vi thi t b k t n i vào kh i u n I/O M i ngo i có hai giao di n nh hình 5.1  Giao di n giao ti p bus: dùng đ giao ti p v i b x lý trung tâm b nh Giao di n bao g m nhóm tín hi u theo tiêu chu n chung c a bus nh : đ a ch , d li u, u n, v y th ng nh cho t t c ngo i vi  Giao di n giao ti p v i thi t b ngo i vi: bao g m tín hi u k t n i v i thi t b ngo i vi, v y giao di n khác cho ngo i vi khác Hình 5.1 Giao di n c a ngo i vi Có ba ph ng pháp c b n đ chuy n d li u gi a thành ph n c a máy tính:  H i vòng: hay g i xu t nh p d li u đ trình  Xu t nh p d li u b ng ng t  Truy c p b nh tr c ti p (còn g i DMA) 73 c u n b ng ch ng Trong đó, ph ng pháp đ u tiên đ c s d ng không phát huy h t kh n ng c a b x lý trung tâm đáp ng ch m Ph n ti p theo ta s tìm hi u v ph ng pháp l i: ng t truy c p b nh tr c ti p 5.1 H th ng ng t Tr c tìm hi u v ng t, ta c n tìm hi u v ho t đ ng c b n c a ph pháp xu t nh p d li u h i vòng ây ph y u d a s u n c a ch ng ng pháp đ n gi n nh t, ho t đ ng ch ng trình ph n m m Trong đó, ta s l p trình cho vi x lý dò h i t ng ngo i vi có yêu c u truy n d li u hay không Quá trình s đ c l p l p l i su t th i gian ho t đ ng c a h th ng Do đó, công vi c c a vi x lý ch liên t c dò tr ng thái ngo i vi u n vi c truy n d li u Ngoài ra, vi c dò h i di n tu n t nên m t ngo i vi mu n truy n d li u ph i ch đ n đ h nh c vi x lý dò h i Vi c t o đ tr d li u gây nh ng đ n ho t đ ng c a ngo i vi, đ c bi t ngo i vi t c đ cao c m ch y u c a ph ng pháp h i vòng đ pháp ng t xu t hi n kh c ph c đ N u nh ph c hai nh cđ c p ph n Ph c m ng pháp ng t, ngo i vi s ch đ ng g i yêu c u truy xu t d li u đ n vi x lý Các yêu c u đ ng xu t hi n b t đ ng b đ ngõ ng t c a ngo i vi Bên phía vi x lý, t ng ng c ng có ngõ vào ng t đ c yêu c u, vi x lý s l p t c ng trình th c thi chuy n đ n th c thi ch cho yêu c u ng t Quá trình đ c mô t nh hình 5.2 Hình 5.2 Ho tăđ ng ng t c a vi x lý 74 c g i c truy n đ n vi x lý thông qua ti p nh n yêu c u t ngõ ng t Khi nh n đ d ng ch ng ng pháp h i vòng, ngo i vi không th ch đ ng truy n d li u t i th i m mong mu n v i ph yêu c u ng t, th ây hai ng trình ph c v Tùy thu c vào thi t k c a t ng ngo i vi, yêu c u ng t th hi n d ng đ c th i hai hình th c, là: ng t c nh ng t m c  Ng t c nh: yêu c u ng t đ c th hi n d i hình th c c nh lên ho c c nh c th hi n d i hình th c m c cao ho c m c xu ng c a ngõ ng t  Ng t m c: yêu c u ng t đ th p c a ngõ ng t i v i thi t b ngo i vi, m t vài thao tác có th làm cho ngo i vi gây yêu c u ng t nh : thao tác nh n phím, nh n chu t, ch m vào hình c m ng, … Khi xu t hi n yêu c u ng t t ngo i vi, h u h t ph n c ng vi x lý s th c hi n l n l t m t s thao tác sau:  Ti p t c hoàn thành l nh th c thi  G i l i m t tín hi u xác nh n đ thông báo cho ngo i vi bi t nh n đ c tín hi u s đáp ng cho yêu c u ng t, ngo i vi có th t t yêu c u ng t  L u l i m t s thông tin quan tr ng tr v ng t đ có th ti p t c th c hi n ch trình ng t Các thông tin th ti p theo ch c chuy n đ n ch ng trình ph c ng trình sau hoàn thành ch ng ng bao g m: tr ng thái vi x lý, đ a ch c a l nh ng trình t i th i m x y ng t  Chuy n đ n ch ng trình ph c v ng t (còn g i ch  Sau hoàn thành ch ng trình ph c v ng t, ph n c ng vi x lý s ph c h i l i tr ng thái c a vi x lý tr l nh ti p theo ch ng trình ng t) c x y ng t r nhánh đ n đ th c hi n ng trình Vi c l u l i tr ng thái c a vi x lý c n thi t ng t s ki n b t đ ng b đ i v i ch ng trình c a vi x lý, có th x y t i b t k th i m trình ho t đ ng c a h th ng Ch ng trình ph c v ng t đ c l p trình đ th c hi n thao tác thích h p có s ki n ng t b t đ ng b x y Thông th ch ng, ngo i vi khác s có ng trình ph c v ng t khác Vi c xác đ nh ch ng trình ng t ph c v cho ngo i vi có yêu c u ng t r t quan tr ng Sau m t s k thu t đ th c hi n công vi c 75  Dò ch ng trình ng t b ng ph n m m: m t s thi t k , vi x lý s chuy n đ n th c hi n l nh ch ng t Sau đó, ch ng trình m t đ a ch c đ nh có yêu c u ng trình ph n m m ph i có nhi m v dò xem ngo i vi có yêu c u ng t b ng cách đ c ghi tr ng thái c a ngo i vi Sau xác đ nh đ c ngo i vi có yêu c u ng t, vi x lý s chuy n đ n th c thi ch ng trình ng t thích h p cho ngo i vi  Ph ng pháp dò ch ng trình ng t b ng ph n m m có m t nh c m, là: ph i t n th i gian dò tìm ch ng trình ng t, làm ch m trình x lý ng t kh c ph c nh i ta s d ng m t ph chain (còn đ c m này, ng ng pháp khác, daisy c g i dò ng t b ng ph n c ng) Khi nh n đ s g i l i m t tín hi u xác nh n ng t Tín hi u đ c yêu c u ng t, vi x lý cđ al nl t qua t ng ngo i vi cho đ n g p ngo i vi có yêu c u ng t Sau đó, ngo i vi đ a m t word lên bus d li u Word đ bao g m c đ a ch c a ch đ n ch ng trình ng t t c g i vector ng t, ch a nhi u thông tin, ng trình ng t Vi x lý đ c vector ng t, chuy n ng ng b t đ u t đ a ch ch a vector ng t H th ng máy tính có r t nhi u ngo i vi, m i ngo i vi đ u có th t o yêu c u ng t đ truy n d li u Trong tr lúc, thông th ng h p có nhi u yêu c u ng t xu t hi n m t ng yêu c u ng t có tính c p thi t h n s đ c đáp ng tr c Vi c phân x đ xác đ nh th t đáp ng ng t đ c th c hi n b ng b u n ng t Tùy theo đ c m c a t ng h th ng, m c đ u tiên ng t c a ngo i vi có th khác nhau, nh ng nhìn chung ngo i vi sau th ng có u tiên ng t cao h n so v i ngo i vi l i, là: b x lý đ h a, u n b nh , u n PCIe, ethernet Vi c quy đ nh m c đ ng u tiên ng t c a ngo i vi th i thi t k h th ng quy t đ nh B u n ng t đ ng c l p trình đ phân x ng t theo nh ng quy đ nh L y ví d v i vi x lý 8086 c a Intel, ngõ vào yêu c u ng t có hai chân INTR NMI Chân INTR th ng đ c k t n i v i ngõ INT c a b u n ng t 8259A Ngoài ch c n ng phân x ng t, 8259A đ s l c s d ng đ m r ng ng ngõ vào yêu c u ng t, đáp ng cho h th ng có nhi u ngo i vi Các yêu c u ng t vào chân INTR (thông qua 8259A) ng t có th che đ 76 c, ngh a có th đ c ho c không đ yêu c u không che đ NMI th ng đ c đáp ng Các yêu c u ng t vào chân NMI c, ngh a yêu c u đ c đáp ng Do đó, chân c s d ng cho yêu c u ng t quan tr ng liên quan đ n l i ph n c ng nh : l i pin, l i b nh , … 5.2 Truy c p tr c ti p b nh K thu t truy n d li u s d ng ng t có kh n ng đáp ng nhanh nh ng vi c truy n d li u v n ph i đ c th c hi n thông qua vi x lý Ngh a là, ch ng trình ng t, vi x lý ph i đ c d li u t ngo i vi mu n truy n d li u (còn g i ngu n) ghi d li u xu ng ngo i vi c n nh n d li u (còn g i đích) nh hình 5.3 Vi c g n nh nh h truy n có dung l ng đ n t c đ chung c a h th ng n u d li u c n ng nh Tuy nhiên, c n truy n kh i d li u có dung l ng l n, v i ngu n ho c đích b nh ho c thi t b l u tr , k thu t ng t không thích h p vi x lý ph i truy n nh n l ng l n d li u v i vi c có th truy c p đ n b nh ho c thi t b l u tr có t c đ th p s tiêu t n r t nhi u th i gian c a vi x lý, nh h ng đ n t c đ chung c a c h th ng Hình 5.3 Truy n d li u thông qua vi x lý gi i quy t nh ng h n ch c a k thu t ng t, ng i ta thi t k thêm m t ph n c ng đ h tr vi c truy n d li u không c n thông qua vi x lý K thu t đ c g i truy c p tr c ti p b nh (còn g i DMA) Ph n c ng đ thêm g i b u n DMA (còn g i DMAC) DMAC đ c thi t k c k t n i tr c ti p v i bus h th ng Ch c n ng c a b u n DMA chuy n d li u gi a ngo i vi, thi t b l u tr b nh h th ng nh mô t hình 5.4 B DMAC thay th vai trò c a vi x lý k thu t s d ng ng t Do đó, DMAC có quy n chi m bus c n truy n d li u Vi x lý bu c ph i nh ng quy n ki m soát bus cho DMAC cho đ n trình truy n d li u hoàn t t B u n DMA ho t đ ng d a m t s thông tin c b n sau:  a ch ngu n: đ a ch b t đ u c a ngo i vi, thi t b l u tr ho c b nh ch a d li u c n ph i truy n 77  a ch đích: đ a ch b t đ u c a ngo i vi, thi t b l u tr ho c b nh dùng đ l u d li u đ c truy n đ n  Cách th c đ c/ghi d li u ngu n/đích: d li u đ c truy xu t theo đ a ch t ng d n, gi m d n ho c không đ i  S l ng d li u: dung l ng d li u (th ng tính theo byte) c n đ c truy n Hình 5.4 Truy n d li u thông qua DMAC D li u truy n theo k thu t DMA th đ ng kh i g m nhi u byte d li u c l u tr đ a ch k ti p ho c không đ i (đ i v i b nh FIFO) Nh hình 5.5, ta có th xác đ nh kh i d li u g m (n+ 1) byte, đ a ch đ u a, đ a ch t ng d n ho c gi m d n Do đó, DMAC c n ph i có thông tin nh đ truy n m t kh i d li u Hình 5.5 Minh h a m tăcáchăxácăđ nh kh i d li u k thu t DMA Các thông tin đ c l p trình cho DMAC thông qua vi x lý Sau có l nh DMAC s th c hi n truy n d li u tr c ti p mà không c n ph i thông qua vi x lý Trong th i gian truy n d li u qua DMAC, vi x lý có th th c hi n công vi c khác Khi hoàn thành, b u n DMA s g i m t tín hi u ng t đ thông báo tr l i quy n ki m soát bus h th ng cho vi x lý Nh v y, vi x lý ch có ch c n ng ki m soát lúc b t đ u lúc k t thúc vi c truy n d li u 78 Hi n nay, nhu c u trao đ i d li u h th ng r t l n, đ c bi t gi a thành ph n nh : b nh USB, đ a c ng, m ng máy tính, … Do đó, ngo i vi nh : u n USB, SATA, Ethernet, … c ng đ c trang b b u n DMA riêng Sau đây, ta l y ví d b u n DMA t ng thích v i dòng vi x lý Intel h 8086, có tên 8237A Hình 5.6 mô t s đ k t n i 8237A v i vi x lý Gi s đ a c ng (disk) mu n nh n d li u t b nh (memory) thông qua DMA Quá trình đ ng b (b t tay) đ truy n d li u s đ  Ngo i vi (trong tr c th c hi n nh sau: ng h p b u n đ a) s g i m t yêu c u s d ng DMA đ n 8237A b ng cách đ a tín hi u DREQ lên m c cao  Chip 8237A s kéo tín hi u HRQ (k t n i v i chân HOLD c a vi x lý) lên m c cao, báo hi u cho vi x lý bi t c n s d ng bus đ truy n d li u  Vi x lý s hoàn thành chu k bus hi n t i kéo chân HLDA lên m c cao đ báo cho 8237A bi t có th s d ng bus đ truy n d li u Trong lúc 8237A th c hi n vi c truy n d li u, chân HOLD ph i đ c gi m c cao  Chip 8237A s tích c c tín hi u DACK đ báo hi u cho ngo i vi có th th c hi n vi c truy n d li u  Chip 8237A b t đ u truy n d li u b ng cách đ t đ a ch c a byte đ u tiên lên bus đ a ch tích c c chân MEMR đ đ c d li u t b nh đ t lên bus d li u Sau đó, 8237A s tích c c chân IOW đ ghi d li u t bus d li u xu ng ngo i vi Chip 8237A, sau đó, s gi m b đ m d li u, t ng (ho c gi m tùy theo cách l p trình) tr đ a ch l p l i trình nh cho đ n b đ m d li u v 0, hoàn thành trình truy n d li u  Chip 8237A đ a chân HRQ xu ng m c th p, thông báo cho vi x lý l y l i quy n u n bus, đ ng th i g i cho vi x lý m t tín hi u ng t báo hi u vi c truy n d li u hoàn t t 79 Hình 5.6 K t n i 8237A v i vi x lý M i k thu t truy xu t d li u đ u có nh ng u m riêng tùy thu c vào u ki n ho t đ ng c th c a h th ng Do đó, ng i ta th ng s d ng k t h p k thu t truy xu t d li u l p trình ho t đ ng cho vi x lý 5.3 Thi t b bên Thi t b bên thành ph n giúp máy tính giao ti p v i môi tr bên Nh đ c p ph n đ u c a ch ng, thi t b đ ng cg i thi t b ngo i vi, giao ti p v i máy tính thông qua b u n I/O, đ c g i ngo i vi c a h th ng máy tính Các thi t b bên có th đ c chia thành ba nhóm l n:  Các thi t b nh p d li u  Các thi t b xu t d li u  Các thi t b l u tr Các thi t b ngo i vi ph bi n quen thu c nh t đ i v i ng chu t, bàn phím, hình máy tính i có l là: đ a c ng Chu t bàn phím máy tính thi t b nh p d li u, th ng k t n i v i máy tính thông qua c ng PS/2 Ngày nay, h u h t c ng PS/2 đ c thay th b ng c ng USB D li u truy n qua bàn phím ký t , th c mã hóa d i d ng chu i ho c bit Hi n nay, phiên b n bit, t đ c s d ng ph bi n Các ký t bao g m hai lo i: ký t in đ 80 ng đ ng ng v i 128 ký t c ký t u n Ký t in đ c ký t ch , s thông th khác có th hi n th hình ho c có th in đ ng m t s ký t đ c bi t c gi y (thông qua máy in) Các ký t u n có ch c n ng u n vi c hi n th ký t hình Ví d nh ký t xu ng dòng (khi ta nh n Enter), có ch c n ng u n tr chuy n sang dòng m i Các phím đ c b trí theo ma tr n, vi c xác đ nh chu i bit bi u di n cho m t ký t ta nh n phím đ đ c g i quét phím Quá trình c m t chip u n quét phím chuyên d ng th c hi n Chu i bit đ c truy n n i ti p đ n máy tính thông qua c ng PS/2 D li u truy n qua chu t máy tính th ng thông tin v t a đ c a chu t theo hai tr c X Y thông tin v tr ng thái nút nh n Các thông tin đ c truy n t chu t bàn phím th ng đ c ti p nh n hi n th hình Do đó, hình máy tính thi t b xu t d li u Ngày nay, hình CRT truy n th ng g n nh đ c thay th b ng hình LCD nh g n h n r t nhi u Ngày nay, v i hình, máy in c ng m t thi t b xu t d li u ph bi n h th ng máy tính Trên th tr ng hi n có nhi u lo i máy in, n i dung môn h c ch đ c p đ n hai lo i máy in ph bi n đ c trang b v n phòng h gia đình, máy in phun máy in laser  B ph n quan tr ng nh t c a máy in laser m t ng kim lo i hình tr , r ng, đ c ph m t l p v t li u đ c bi t, có kh n ng thay đ i n tích ánh sáng laser chi u vào, g i tr ng (drum) Nguyên lý chung c a máy in laser s d ng m t h th ng quang h c lái tia laser kh c hình nh c n in lên m t tr ng Sau đó, tr ng đ c l n qua gi y đ in nh ng hình nh lên gi y M c máy in laser có d ng b t, đ đ c s y nóng ch y đ bám vào gi y Do đó, máy in laser có th in c nhi u lo i gi y mà v n đ m b o đ c ch t l ng  Các máy in phun s d ng m t đ u phun dùng đ phun m c tr c ti p lên gi y M c máy in phun có d ng l ng nên có hai khuy t m nh sau: b n in th lem hình nh th ng b ng phai màu theo th i gian Do đó, ta ph i s d ng lo i gi y cho máy in phun, lo i gi y th 81 ng có đ c m chung không d b th m n c m c ch t l kh c ph c khuy t m th hai, ng i ta th ng s d ng lo i ng cao có pha ch v i ch t ch ng bay màu Hi n nay, máy in phun th nh màu c a máy in phun th ng đ c s d ng đ in màu Ch t l ng hình ng cao h n, giá thành c a máy in phun c ng r h n so v i máy in laser, nhiên chi phí đ in m t trang gi y b ng máy in phun đ t h n nhi u l n so v i máy in laser Do đó, tùy vào m c đích s d ng mà ta nên trang b lo i máy in cho phù h p đ a c ng truy n th ng thi t b l u tr d li u d hi u t tính đ d ng tr i d ng t tính Các tín c chuy n đ i thành bit d li u b ng m t b chuy n đ i chuyên c truy n đ n máy tính Chu n giao ti p truy n th ng gi a đ a c ng máy tính IDE, th c hi n vi c truy n d li u song song Tuy nhiên, chu n b h n ch v t c đ truy n d li u, nên hi n nay, chu n SATA truy n d li u n i ti p, có t c đ cao nh g n h n đ c s d ng ph bi n h n 5.4 Các ngo i vi Nh đ c p ph n đ u c a ch ng, ngo i vi c a vi x lý kh i u n I/O Ngo i vi có m t s ch c n ng nh sau  i u n đ nh  Giao ti p v i vi x lý  Giao ti p v i thi t b bên  m d li u  Phát hi n l i Trong trình ho t đ ng, vi x lý ph i giao ti p v i r t nhi u thi t b bên Các ngu n tài nguyên c a h th ng nh b nh hay bus h th ng đ c chia s đ có th ho t đ ng v i nhi u ngo i vi Vì v y, ngo i vi yêu c u ph i có ch c n ng u n đ nh đ có th u n thi t b bên ho t đ ng đ ng b ho t đ ng đ ng b h th ng T hình 5.1, ta có th th y, ngo i vi có hai giao di n  Giao ti p bus: dùng đ giao ti p, trao đ i d li u v i vi x lý thành ph n khác h th ng thông qua bus Các tín hi u giao di n ph i 82 t ng thích v i bus, đó, th ng gi ng cho ngo i vi k t n i đ n m t bus  Giao ti p v i thi t b bên ngoài: dùng đ k t n i trao đ i d li u v i thi t b bên Các tín hi u giao di n hoàn toàn khác gi a ngo i vi thi t b bên có chu n giao ti p khác T c đ truy xu t d li u c a ngo i vi b nh không gi ng nhau, ch c n ng đ m d li u c n thi t đ đ m b o vi c truy n d li u gi a thành ph n h th ng di n m t cách đ ng b H u h t ngo i vi có ch c n ng phát hi n l i trình truy n d li u.Khi phát hi n l i d li u nh n đ cho vi x lý đ có h c, ngo i vi th ng thông báo l i ng x lý cho phù h p S d ng parity bit m t ví d đ n gi n v vi c dùng thêm m t bit đ phát hi n l i giao th c truy n d li u n i ti p CÂU H I ÔN T PăCH Mô t ho t đ ng c a vi x lý nh n đ l u l i tr ng thái ghi tr NGă5 c yêu c u ng t t ngo i vi Vì ph i c th c hi n ch ng trình ng t? K thu t DMA gì? Trình bày u m c a vi c truy xu t d li u b ng k thu t DMA so v i k thu t ng t Trình bày trình x y h th ng có m t yêu c u truy xu t d li u b ng k thu t DMA Thi t b ngo i vi đ c k t n i v i máy tính thông qua thành ph n h th ng Mô t đ c m c a thành ph n 83 TÀI LI U THAM KH O [1] T ng V n On, Giáo trình C u trúc máy tính, Nhà xu t b n Lao đ ng – Xã h i, 2007 [2] Paul A.Carter, PC Assembly Language, 2006 [3] William Stallings, Computer Organization and Architecture (Ninth Edition), Prentice Hall, 2012 [4] Linda Null, Julia Lobur, The Essentials of Computer Organization and Architecture, Jones and Bartlett Publishers, 2003 84 ... cung c p cho sinh viên nh ng ki n th c c b n v trình phát tri n c a máy vi tính, c u trúc c b n c a m t máy vi tính hi n đ i, chu n thông s k thu t c a thành ph n t o nên m t chi c máy tính, m... máy tính có t c đ r t cao, x lý m t kh i l ng l n công vi c, ph c v cho nhi u máy nh khác 2.2 Ch ng máy tính M t cách t ng quát, m t máy tính có b n ch c n ng c b n sau: + Chuy n d li u: máy tính. .. a máy tính Theo cách phân lo i này, máy tính đ c chia thành lo i d a kh n ng x lý m t s y u t khác nh : kích th c v t lý, hi u su t, l nh v c ng d ng a Siêu máy tính Siêu máy tính m t máy tính