Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 7: Thiết bị ngoại vi cung cấp cho người học các kiến thức: Các thiết bị ngoại vi, module vào/ra, các kỹ thuật I/O, các bộ xử lý và kênh vào/ra. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
+ Chương Thiết bị ngoại vi + Chương Thiết bị ngoại vi 7.1 Các thiết bị ngoại vi 7.2 Module vào/ra 7.3 Các kỹ thuật I/O a I/O chương trình b Điều khiển ngắt vào/ra c Truy xuất nhớ trực tiếp 7.4 Các xử lý kênh vào/ra + 7.1 Thiết bị ngoại vi Một ba thành phần hệ thống máy tính: CPU, nhớ thiết bị ngoại vi (thơng qua module I/O) Giúp trao đổi liệu với bên ngồi Kết nối với máy tính qua module vào/ra (module I/O) Truyền thông tin điều khiển, liệu địa CPU thiết bị ngoại vi Có ba loại Con người đọc được: thiết bị ngoại vi dành cho người dùng máy tính hình, máy in, Máy đọc được: thiết bị gắn vào máy tính thực số chức giao tiếp (lấy thông tin, ): ổ cứng, cảm biến, băng từ, Truyền thông: sử dụng truyền thông tin xa: modem, card mạng, + Mơ hình tổng qt I/O Module + a Sơ đồ khối thiết bị ngoại vi a Sơ đồ khối thiết bị (tiếp) + Giao diện (interface) với module I/O: Tín hiệu điều khiển - Control signal: xác định chức mà thiết bị thực Ví dụ: gửi liệu đến module I/O (INPUT READ), nhận liệu từ module I/O (OUTPUT WRITE), thông tin trạng thái, hoặc thực số chức điều khiển đặc biệt đến thiết bị (ví dụ, đặt head đĩa cứng lên vị trí đó) Dữ liệu – Data: tập bit gửi nhận từ module I/O Tín hiệu trạng thái - Status signal: trạng thái thiết bị Ví dụ: READY/NOT-READY cho biết thiết bị sẵn sàng cho việc truyền liệu Logic điều khiển – Control logic: nhận tín hiệu điều khiển từ module I/O, điều khiển hoạt động thiết bị Bộ chuyển đổi - Transducer: chuyển đổi liệu (đang dạng t/h điện) sang dạng khác (vd: điểm ảnh hình, ) ngược lại Ngồi ra, đệm (buffer) để lưu trữ tạm liệu chuyển giao module I/O mơi trường bên ngồi; kích thước đệm thường từ đến 16 bit + b Bàn phím/Màn hình Bảng chữ tham khảo quốc tế (IRA) Ký tự Gắn với ký tự mã Mỗi ký tự biểu diễn mã nhị phân 7-bit : biểu diễn 128 ký tự Công cụ tương tác máy tính/ người dùng phổ biến Người dùng cung cấp đầu vào thơng qua bàn phím Màn hình hiển thị liệu cung cấp máy tính Đơn vị chuyển đổi ký tự Mã bàn phím Khi người dùng bấm phím, tín hiệu điện tử tạo biến đổi bàn phím dịch sang mẫu bit mã IRA tương ứng Mẫu bit truyền đến mơ-đun I/O máy tính Trên đầu ra, ký tự mã IRA truyền đến thiết bị ngoại vi từ module I/O Bộ biến đổi giải mã gửi tín hiệu điện tử yêu cầu đến thiết bị đầu để hiển thị ký tự định thực chức điều khiển yêu cầu Hai loại ký tự: In Các ký tự chữ cái, số ký tự đặc biệt in giấy hiển thị hình Điều khiển Điều khiển việc in/hiển thị ký tự VD: carriage return Các ký tự điều khiển khác liên quan đến thủ tục truyền tin 7.2 Module I/O a Chức Các chức module I/O gồm: Điều khiển định thời: phối hợp luồng lưu lượng truy cập thành phần thiết bị bên (main memory, bus) thiết bị ngoại vi Trao đổi thông tin với VXL: gồm giải mã lệnh, liệu, báo cáo trạng thái (trạng thái thiết bị I/O có sẵn sàng hay khơng), nhận dạng địa (địa cổng mà TBNV nối vào) Trao đổi thông tin với TBNV: gồm lệnh, thông tin trạng thái liệu Đệm liệu: thực hoạt động đệm cần thiết để cân tốc độ TBNV nhớ Phát lỗi: phát báo cáo lỗi truyền b Cấu trúc Module I/O + b Cấu trúc Module I/O (tiếp) Các module I/O thay đổi khác theo phức tạp số lượng thiết bị ngồi mà điều khiển Cấu trúc chung nhất: - - - - - Dữ liệu truyền đến từ module đệm qua nhiều ghi liệu (data register) Thanh ghi trạng thái/ điều khiển (status/control register): lưu trữ thông tin trạng thái thiết bị thông tin điều khiển VXL Khối logic điều khiển - I/O logic: tương tác với VXL qua tập đường điều khiển (control line) VXL sử dụng đường điều khiển để lệnh cho module I/O Module I/O sử dụng số đường điều khiển để gửi tín hiệu phân xử bus tín hiệu trạng thái Module có khả nhận diện sinh địa với thiết bị nối đến (địa cổng) Mỗi module I/O có (nếu nối với TBNV) tập địa (nếu module nối với nhiều TBNV) Cổng nối ghép vào/ra (External Device Interface Logic): giao tiếp với thiết bị ngoại vi + + + Chức DMA + DMA bao gồm module bổ sung hệ thống bus Module DMA có khả thực việc điều khiển việc truyền/nhận liệu thay cho VXL Module DMA sử dụng bus VXL khơng cần đến buộc VXL phải tạm ngừng hoạt động để chiếm bus Kỹ thuật thứ hai phổ biến Quá trình đọc/ghi liệu sử dụng DMA Khi cần đọc/ghi liệu, VXL gửi đến module DMA thông tin sau: Yêu cầu đọc/ghi: đường điều khiển Địa TBNV: đường liệu Vị trí nhớ bắt đầu để lưu trữ liệu: đường liệu lưu trữ ghi địa Số lượng word đọc/ghi: đường liệu, lưu trữ ghi data count VXL thực công việc khác, DMA thực việc truyền BN TBNV Sau hồn thành, DMA gửi tín hiệu ngắt cho VXL VXL tham gia vào thời điểm bắt đầu kết thúc việc truyền tin + Sơ đồ module DMA điển hình + Chu kỳ DMA Khi có u cầu bus từ DMA, VXL phải tạm thời treo để nhường bus cho DMA Do ngắt nên VXL tạm dừng chu kỳ bus DMA làm cho VXL bị chậm hơn, nhiên, truyền lượng lớn liệu DMA hiệu nhiều so với kỹ thuật lại DMA + c Cấu hình DMA Cấu hình DMA: tất module chia sẻ chung bus hệ thống Module DMA điều khiển việc truyền liệu I/O memory hai chu kỳ bus Cấu hình có chi phí thấp rõ ràng khơng hiệu + DMA giao tiếp với I/O không qua bus hệ thống: giảm chu kỳ bus DMA chiếm bus hệ thống cần trao đổi liệu với nhớ + d Bộ điều khiển DMA Intel 8237 8237 DMA Cách sử dụng Bus Hệ thống + d Bộ điều khiển DMA Fly-By Bảng 7.2 Thanh ghi Intel 8237A E/D = enable/disable TC = terminal count + VXL kênh I/O a Sự phát triển chức I/O qua thời kỳ CPU trực tiếp điều khiển thiết bị ngoại vi Thêm vào Một điều khiển module I/O CPU sử dụng I/O lập trình, khơng có ngắt Cấu hình tương tự bước 2, có sử dụng ngắt CPU tốn nhiều thời gian chờ đợi hoạt động I/O thực hiện, tăng hiệu Module I/O truy cập trực tiếp tới nhớ qua DMA Nó di chuyển khối liệu đến/từ nhớ mà không liên quan đến CPU, ngoại trừ bắt đầu kết thúc trình truyền Module I/O tăng cường để trở thành xử lý theo quyền riêng nó, với tập hợp lệnh dành riêng cho I/O Module I/O có nhớ cục riêng thực tế máy tính theo quyền riêng Với kiến trúc này, kiểm sốt tập hợp lớn thiết bị I/O với tham gia tối thiểu CPU I/O channel + Kiến trúc I/O channel + Review Questions Liệt kê ba loại thiết bị ngoại vi (thiết bị ngồi) IRA - International Reference Alphabet gì? Các chức module I/O gì? Trình bày ba kỹ thuật để thực I/O Sự khác I/O ánh xạ nhớ I/O riêng biệt gì? Khi ngắt gửi đến VXL, xử lý xác định thiết bị yêu cầu ngắt nào? Trong module DMA chiếm quyền điều khiển bus VXL làm gì? ... cáo lỗi truyền b Cấu trúc Module I/O + b Cấu trúc Module I/O (tiếp) Các module I/O thay đổi khác theo phức tạp số lượng thiết bị mà điều khiển Cấu trúc chung nhất: - - - - - Dữ liệu truyền đến...+ Chương Thiết bị ngoại vi 7. 1 Các thiết bị ngoại vi 7. 2 Module vào/ra 7. 3 Các kỹ thuật I/O a I/O chương trình b Điều khiển ngắt vào/ra c Truy xuất nhớ trực tiếp 7. 4 Các xử lý kênh vào/ra + 7. 1... biểu diễn mã nhị phân 7- bit : biểu diễn 128 ký tự Công cụ tương tác máy tính/ người dùng phổ biến Người dùng cung cấp đầu vào thơng qua bàn phím Màn hình hiển thị liệu cung cấp máy tính Đơn vị chuyển