Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính: Chương 5 - Lương Minh Huấn

Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính - Chương 5: Hệ thống vào ra bao gồm các nội dung: Giới thiệu chung, vào ra bằng chương trình, vào ra điều khiển bằng ngắt, truy nhập bộ nhớ trực tiếp (DMA), kênh vào ra và bộ xử lý vào ra. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG VÀO RA GV: LƯƠNG MINH HUẤN NỘI DUNG Giới thiệu chung Vào chương trình Vào điều khiển ngắt Truy nhập nhớ trực tiếp (DMA) Kênh vào xử lý vào I GIỚI THIỆU CHUNG Chức hệ thống vào-ra: Trao đổi thông tin máy t với giới bên Các thao tác bản:  Vào liệu (Input)  Ra liệu (Output) Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các mô-đun vào-ra I GIỚI THIỆU CHUNG I GIỚI THIỆU CHUNG ặc điểm vào-ra Tồn đa dạng thiết bị ngoại vi khác về:  Nguyên tắc hoạt động  Tốc độ  Khuôn dạng liệu Tất thiết bị ngoại vi chậm CPU RAM  Cần có mơ-đun vào-ra để nối ghép thiết bị ngoại vi với nhớ I GIỚI THIỆU CHUNG ác thiết bị ngoại vi Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên má ính Phân loại:  Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Bàn phím, Màn hình, Má in,  Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm thiết bị theo dõi kiểm tra  Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) I GIỚI THIỆU CHUNG Cấu trúc chung thiết bị ngoại vi I GIỚI THIỆU CHUNG ác thành phần thiết bị ngoại vi Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi liệu bên ngồi b rong máy tính Bộ đệm liệu: đệm liệu truyền mô-đun vào-ra hiết bị ngoại vi Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động thiết bị ngoại đáp ứng theo yêu cầu từ mô-đun vào-ra I GIỚI THIỆU CHUNG ô-đun vào-ra Chức mô-đun vào-ra:  Điều khiển định thời  Trao đổi thông tin với CPU  Trao đổi thông tin với thiết bị ngoại vi  Đệm bên máy tính với thiết bị ngoại vi  Phát lỗi thiết bị ngoại vi III VÀO RA BẰNG NGẮT CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến module vào-ra đ iên Nếu module vào-ra khơng gây ngắt gửi tín hiệu đến module xác định module gây ngắt Thứ tự mdule vào-ra kết nối chuỗi xác định thứ tự ưu iên III VÀO RA BẰNG NGẮT ộ điều khiển ngắt PIC – Programmable Interrupt Controller PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt có qui định mức ưu tiên PIC chọn u cầu ngắt khơng bị cấm có mức ưu tiên cao n gửi tới CPU III VÀO RA BẰNG NGẮT ặc điểm vào-ra điều khiển ngắt Có kết hợp phần cứng phần mềm  Phần cứng: gây ngắt CPU  Phần mềm: trao đổi liệu CPU trực tiếp điều khiển vào-ra CPU đợi mơ-đun vào-ra, hiệu sử dụng C ốt IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) Vào-ra chương trình ngắt CPU trực tiếp điều khiển:  Chiếm thời gian CPU  Tốc độ truyền bị hạn chế phải chuyển qua CPU Để khắc phục dùng DMA (Direct Memory Access)  Thêm module phần cứng bus → DMAC (Controller)  DMAC điều khiển trao đổi liệu module vào-ra với nh IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) Sơ đồ cấu trúc DMAC IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) ác thành phần DMAC Thanh ghi liệu: chứa liệu trao đổi Thanh ghi địa chỉ: chứa địa ngăn nhớ liệu Bộ đếm liệu: chứa số từ liệu cần trao đổi Logic điều khiển: điều khiển hoạt động DMAC IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) oạt động DMA CPU “nói” cho DMAC  Vào hay Ra liệu  Địa thiết bị vào-ra (cổng vào-ra tương ứng)  Địa đầu mảng nhớ chứa liệu → nạp vào ghi địa  Số từ liệu cần truyền → nạp vào đếm liệu CPU làm việc khác IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) DMAC điều khiển trao đổi liệu Sau truyền từ liệu thì:  nội dung ghi địa tăng  nội dung đếm liệu giảm Khi đếm liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu ngắt CPU để báo k húc DMA IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) ác kiểu thực DMA DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): DMAC sử dụng bus để truyền xong khối liệu DMA lấy chu kỳ (Cycle Stealing DMA): DMAC cưỡng C reo tạm thời chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực truy từ liệu DMA suốt (Transparent DMA): DMAC nhận biết kỳ CPU không sử dụng bus chiếm bus để trao đổi t liệu IV TRUY NHẬP BỘ NHỚ TRỰC TIẾP (DMA) ặc điểm DMA CPU khơng tham gia q trình trao đổi liệu DMAC điều khiển trao đổi liệu nhớ với modu vào-ra (hồn tồn phần cứng) → tốc độ nhanh Phù hợp với u cầu trao đổi mảng liệu có kích thước lớ V KÊNH VÀO RA Việc điều khiển vào-ra thực xử lý vào-ra chuyên dụng Bộ xử lý vào-ra hoạt động theo chương trình riêng Chương trình xử lý vào-ra nằm nhớ chín nằm nhớ riêng Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý V KÊNH VÀO RA ối ghép thiết bị ngoại vi Nối ghép song song Nối ghép nối tiếp V KÊNH VÀO RA ối ghép song song Truyền nhiều bit song song Tốc độ nhanh Cần nhiều đường truyền liệu V KÊNH VÀO RA ối ghép nối tiếp Truyền bit Cần có chuyển đổi từ liệu song song sang nối tiếp hoặc/v ngược lại Tốc độ chậm Cần đường truyền liệu V KÊNH VÀO RA ác cổng vào-ra thông dụng PC Các cổng PS/2: nối ghép bàn phím chuột Cổng nối ghép hình Cổng LPT (Line Printer): nối ghép với máy in, cổng song so (Parallel Port) – 25 chân Cổng COM (Communication): nối ghép với MODEM, cổng iếp (Serial Port) - 25 chân Cổng USB (Universal Serial Bus): Cổng nối tiếp đa năng, cho phép nối ghép tối đa 127 thiết bị, nhờ USB Hub ... vi II VÀO RA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ác lệnh vào-ra Với vào-ra riêng biệt: sử dụng lệnh vào-ra chuyên dụng (IN OUT) Với vào-ra theo đồ nhớ: sử dụng lệnh trao đổi liệ với nhớ II VÀO RA BẰNG CHƯƠNG... với Module vào II VÀO RA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH Lưu đồ thực chương trình II VÀO RA BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ặc điểm Vào-ra ý muốn người lập trình CPU trực tiếp điều khiển vào-ra CPU đợi module vào-ra, tiêu... tiếp vào-ra chươ rình, cần phải lập trình vào-ra  Sử dụng lệnh vào chương trình để trao đổi liệu với cổ vào  Khi CPU thực chương trình gặp lệnh vào CPU điều k trao đổi liệu với cổng vào II VÀO