Mục tiêu môn học Sau kết thúc môn học này, sinh viên • Phân biệt chuẩn ghép nối ngoại vi thông dụng COM, LPT, USB, IEEE1394… • Trình bày cấu tạo nguyên tắc hoạt động số thiết bị ngoại vi bản: chuột, bàn phím, hình, modem… • Lập trình ghép nối với thiết bị ngoại vi thông qua cổng COM, LPT cổng USB Môn học: Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối (tài liệu lưu hành nội bộ) GV: Phạm Văn Thuận Bộ mơn Kỹ thuật Máy tính Khoa CNTT- ĐH BKHN email: thuanpv@it-hut.edu.vn Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Nội dung môn học Tài liệu tham khảo chính: Bùi Quốc Anh - Bài giảng Thiết bị ngoại vi kỹ thuật ghép nối Ngô Diên Tập - Kỹ thuật ghép nối máy tính Scott Mueller - Upgrading and Repairing PCs, 17 edition Địa download tài liệu ftp://dce.hut.edu.vn/thuanpv Chương Mở đầu Chương Kỹ thuật ghép nối Chương Các thiết bị ngoại vi: Cấu tạo & hoạt động Chương Lập trình ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Chương 1-Mở đầu 1.1 Kiến trúc hệ vi xử lý/máy tính 1.2 Hoạt động hệ thống máy tính 1.1 Kiến trúc hệ vi xử lý/máy tính •Gồm phần: Hệ trung tâm (CS) Giao tiếp (Interface) Ngoại vi (Peripheral, Wide world) Bus Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 1.1 Kiến trúc hệ vi xử lý/máy tính Hệ vi xử lý: mang nghĩa tổng quát, hệ thống bao gồm thành phần trên, có khả tương tác xử lý công việc Hệ nhúng: hệ vi xử lý thiết kế có chức chuyên dụng Vd:Các hệ thống Lò vi sóng, Máy giặt,… Máy tính cá nhân: trường hợp cụ thể hệ vi xử lý * Hệ trung tâm (CS) Hệ trung tâm (Central Sub System) gồm: Bộ nhớ (Main Memory)! Khối xử lý trung tâm! (CPU-center processing unit) Các đơn vị điều khiển (Controllers)! Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Các điều khiển (Controllers) Controllers: Là vi mạch có chức điều khiển nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống, bao gồm: (vd?) • Bộ điều khiển ưu tiên ngắt: PIC – Priority Interrupt Controller, Intel 8259A • Bộ điều khiển truy nhập trực tiếp nhớ DMAC – Direct memory Access Controller, Intel 8237A Các điều khiển (Controllers) Bộ định thời (Timer): mạch tạo khoảng thời gian PIT- Programmable Interval Timer, Intel 8254 Mạch quản lý nhớ: MMU- Memory Management Unit, sau thường built on chip với CPU Bus controller/Arbitor Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 10 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Bus Khái niệm chung bus: Thiết bị ngoại vi Các thiết bị đầu vào ?: • Bus: tập hợp đường kết nối để truyền thông tin thành phần hệ vi xử lý Thông tin đường kết nối nhằm phục vụ cho mục đích • Độ rộng bus: số đường dây truyền thơng tin đồng thời bus Có loại bus: • Bus địa (address bus) • Bus liệu (data bus) • Bus điều khiển (control bus) • Chuột, bàn phím, touch screen • Modem, NIC • Joy Stick, camera,… Các thiết bị đầu ?: • Màn hình: CRT, LCD, Plasma • Máy in: in laser, in kim, in phun • Máy chiếu,Modem, loa,… 11 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 12 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Giao tiếp (interface): Làm nhiệm vụ kết nối Hệ trung tâm (CS) với Thiết bị ngoại vi Lý cần có interface ?: Các thiết bị lưu trữ ?: • • • • Giao tiếp (interface) Đĩa mềm Đĩa cứng Đĩa quang: CD, DVD Bộ nhớ flash * • Sự khác CS với thiết bị ngoại vi: mức tín hiệu, tốc độ, chế độ làm việc đồng hay không,… Để thực giao tiếp, cần có: • Mạch điện tử thích ứng Chương trình điều khiển (device driver) • Mạch điện tử: Cổng vào-ra, Controller, chuyển đổi AD-DA 13 14 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Ví dụ 1.2 Hoạt động hệ thống máy tính Hoạt động hệ thống: Vd: Máy IBM-PC * • • • • Khởi tạo hệ thống Thực truy cập nhớ trực tiếp DMA (nếu có) Thực trương trình phục vụ ngắt (nếu có) Thực chương trình: nhận lệnh, giải mã, thực thi lệnh 15 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 16 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Hoạt động hệ thống Khởi tạo hệ thống: xảy ?: Khởi tạo PC= địa lệnh thực thi DMA? y n Ngắt? Khởi tạo hệ thống Machine On Halt y y n DMA? • Hệ thống bật lần đầu :Cold boot/cold start • Hệ thống bị khởi động lại nguồn điện cung cấp tắt-bật đột ngột: hard reboot/cold reboot/frozen reboot/ hard reset n y MaskOn n y vd: bấm nút reset PC = Intr Vector Nhận lệnh • Hệ thống khởi động lại với kiểm soát phần mềm, nguồn điện cung cấp trì:Warm reboot/ soft reboot / soft reset Giải mã lệnh Thực thi lệnh vd: bấm Ctr + Alt + Dell chọn restart Lu ®å tỉng qu¸t cđa hệ VXL 17 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 18 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Khởi tạo hệ thống POST Q trình khởi tạo hệ thống • POST (Power On Seft Test): kiểm tra thành phần quan trọng xử lý, nhớ, card hình, điều khiển đĩa…nhận dạng khởi động thiết bị kết nối với máy tính • SETUP (Nếu người dùng muốn): cấu hình thơng số liên quan đến bo mạch chủ, chipset, ngày tháng, mật khẩu, thiết lập thứ tự ưu tiên BOOT… -> Lưu vào CMOS RAM • Nạp hệ điều hành: chạy chương trình Bootstrap loader (lưu ROM BIOS) • Hệ điều hành nạp driver từ ổ cứng vào nhớ RAM 19 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 20 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối POST Khởi tạo hệ thống ROM BIOS: chip chứa tập hợp chương trình triệu gọi khởi tạo hệ thống • • • • POST program Setup Bootstrap loader BIOS 21 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 22 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối BIOS BIOS: chứa chương trình cho phép hệ điều hành giao tiếp, điều khiển thiết bị nối ghép với hệ thống BIOS Chương trình thơng thường: khơng phải tất đoạn mã BIOS nạp từ ổ đĩa, có đoạn mã nạp từ chip nhớ ROM mainboard card mở rộng BIOS Chương trình BIOS máy tính PC gồm nguồn sau • Motherboard ROM • Adapter card ROM (ví dụ: card hình) • Load từ ổ đĩa vào nhớ RAM (Device driver) 23 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 24 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối BIOS Chương 2-Kỹ thuật ghép nối 2.1 Các phương pháp truyền tin 2.2 Giao thức ghép nối 2.3 Các phương pháp trao đổi thông tin Sơ đồ phân cấp máy tính PC 25 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 26 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Các phương pháp truyền tin Truyền song song (Parallel) & truyền nối tiếp (Serial) Truyền đồng (Synchronous) & không đồng (Asynchronous) 2.1 Các phương pháp truyền tin Truyền song song Cho phép truyền số liệu đồng thời bit từ liệu nhịp truyền Ưu điểm: Truyền đồng thời nhiều bit liệu Nhược điểm: Khoảng cách truyền ngắn VD: cổng song song (LPT), bus vào (PCI, ISA) 27 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 28 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 2.1 Các phương pháp truyền tin Truyền nối tiếp Trao đổi thông tin theo phương thức truyền nối tiếp truyền liên tiếp bit đường truyền VD: PS2, COM, USB… Truyền tin nối tiếp Lý sử dụng truyền thơng tin nối tiếp: • Bus liệu hệ VXL thiết kế để trao đổi liệu song song với mạch vào-ra Tuy nhiên nhiều trường hợp, người ta phải thực trao đổi thông tin nối tiếp có tốc độ chậm • Khoảng cách hai đơn vị cần trao đổi liệu tương đối lớn -> giảm giá thành 29 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 30 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Truyền tin nối tiếp Truyền tin nối tiếp Hệ thống trao đổi thông tin nối tiếp gồm có dạng: • Đơn cơng (Simplex Connection): số liệu truyền theo hướng • Bán song cơng (Half-Duplex): số liệu truyền theo hướng, thời điểm truyền theo hướng • Song cơng (Full-Duplex): số liệu truyền đồng thời theo hướng 31 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 32 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Truyền tin nối tiếp Phương thức hoạt động: • Ở đầu phát, liệu dạng song song chuyển thành liệu dạng nối tiếp Tín hiệu nối tiếp sau truyền liên tiếp bit đường dây Truyền tin nối tiếp Truyền liệu nối tiếp đồng Các thiết bị sử dụng chung nguồn xung clock phát thiết bị từ nguồn Mỗi bit truyền thời điểm xung clock chuyển mức (sườn lên sườn xuống xung) • Ở đầu thu, tín hiệu nối tiếp biến đổi ngược lại để chuyển sang dạng song song thích hợp cho việc xử lý Bộ nhận sử dụng chuyển mức xung để xác định thời điểm đọc bit Nó đọc bit sườn lên hay sườn xuống xung theo mức logic cao thấp 33 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 34 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Truyền tin nối tiếp 2.2 Giao thức ghép nối 2.2.1 Giao thức ghép nối (Interfacing Protocol) 2.2.2 Chuẩn RS232 2.2.3 Chuẩn LPT 2.2.4 Chuẩn USB 2.2.5 Chuẩn IEEE1394 Truyền liệu nối tiếp khơng đồng Một gói liệu truyền bao gồm bit start để đồng hóa nguồn clock, nhiều bit stop để báo kết thúc truyền byte Ngồi khung truyền cịn có bit parity even,odd,mark hay space 35 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 36 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 2.2.1 Giao thức ghép nối Giao thức ghép nối quy định Giao thức ghép nối Tín hiệu (signals) • • • • Tín hiệu (signals) Khn dạng liệu (Data format) Tốc độ (Rate) Cơ chế phát sửa lỗi (Error Detection & Error correction) • Lệnh truyền & phản hồi (Command set & response) • Kịch (scenario) • Khái niệm tín hiệu: tương tự,rời rạc, lượng tử hóa, số • Mơ hình ghép nối Analog 37 38 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối Khái niệm phân loại Khái niệm phân loại Phân loại: Tín hiệu biểu vật lý thông tin Về mặt tốn, tín hiệu hàm nhiều biến độc lập Các biến độc lập là: thời gian, áp suất, độ cao, nhiệt độ… Biến độc lập thường gặp thời gian Một ví dụ tín hiệu có biến độc lập thời gian: tín hiệu điện tim Xét trường hợp tín hiệu hàm biến thời gian Tín hiệu tương tự: biên độ (hàm), thời gian (biến) liên tục Ví dụ: x(t) Tín hiệu rời rạc: biên độ liên tục, thời gian rời rạc Ví dụ: x(n) 39 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối 40 Thiết bị ngoại vi Kỹ thuật ghép nối