Bài giảng kiến trúc máy tính (computer architecture) chương 8 nguyễn kim khánh

NKK-HUST c om Kiến trúc máy tính cu u du o ng th an co ng Chương HỆ THỐNG VÀO-RA Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 432 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Nội dung học phần cu u du o ng th an co ng c om Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Số học máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ máy tính Chương Hệ thống vào-ra Chương Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 433 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c om Nội dung chương cu u du o ng th an co ng 8.1 Tổng quan hệ thống vào-ra 8.2 Các phương pháp điều khiển vào-ra 8.3 Nối ghép thiết bị vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 434 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bus hệ thống ng Chức năng: Trao đổi thơng tin máy tính với bên ngồi Các thao tác bản: Thiết bị vào-ra th Vào liệu (Input) Ra liệu (Output) du o n Các thành phần chính: n n Các thiết bị vào-ra Các mơ-đun vào-ra u n Mô-đun vào-ra ng n cu n Thiết bị vào-ra an co n c om 8.1 Tổng quan hệ thống vào-ra 2017 Mơ-đun vào-ra Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com Thiết bị vào-ra 435 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Đặc điểm hệ thống vào-ra n ng co n Nguyên tắc hoạt động Tốc độ Khuôn dạng liệu an n c om Tồn đa dạng thiết bị vào-ra khác về: th n Tất thiết bị vào-ra chậm CPU RAM Cần có mơ-đun vào-ra để nối ghép thiết bị với CPU nhớ cu u du o ng n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 436 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Thiết bị vào-ra n an u n th n Thiết bị vào (Input Devices) Thiết bị (Output Devices) Thiết bị lưu trữ (Storage Devices) Thiết bị truyền thông (Communication Devices) ng n du o n co ng n Còn gọi thiết bị ngoại vi (Peripherals) Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính Phân loại: c om n Giao tiếp: cu n n n Người - máy Máy - máy 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 437 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Dữ liệu từ/đến mô-đun vào-ra c om Cấu trúc chung thiết bị vào-ra Bộ chuyển đổi tín hiệu an co ng Bộ đệm liệu Dữ liệu đến/từ bên ngồi ng th Tín hiệu điều khiển du o Khối logic điều khiển cu u Tín hiệu trạng thái 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 438 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Chức năng: n ng co cu u n an n th n Điều khiển định thời Trao đổi thơng tin với CPU nhớ Trao đổi thông tin với thiết bị vào-ra Đệm bên máy tính với thiết bị vào-ra Phát lỗi thiết bị vào-ra ng n du o n c om Mơ-đun vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 439 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Cấu trúc mô-đun vào-ra c om Bus liệu ng Cổng vào an Bộ đệm liệu co Các đường liệu ng th Tín hiệu trạng thái Khối logic điều khiển liệu Cổng vào Tín hiệu điều khiển cu u du o Các đường địa Tín hiệu điều khiển Các đường điều khiển 2017 Tín hiệu trạng thái Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 440 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Địa hóa cổng vào-ra (IO addressing) c om Hầu hết xử lý có khơng gian địa chung cho ngăn nhớ cổng vào-ra ng n n n co Không gian địa nhớ Không gian địa vào-ra Ví dụ: Intel x86 u n du o ng Một số xử lý có hai khơng gian địa tách biệt: cu n th n Các xử lý 680x0 Motorola Các xử lý theo kiến trúc RISC: MIPS, ARM, an n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 441 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c om Sơ đồ cấu trúc DMAC Bộ đếm liệu ng Các đường liệu co Thanh ghi liệu an Thanh ghi địa ng Yêu cầu bus th Các đường địa du o Chuyển nhượng bus u Ngắt Điều khiển đọc Điều khiển ghi Logic điều khiển Yêu cầu DMA Ghi Chấp nhận DMA cu Đọc 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 466 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST th cu u n du o ng n an co n 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 ng n c om Các thành phần DMAC 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 467 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Hoạt động DMA n n 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 n th ng du o n n n n u n CPU làm việc khác DMAC điều khiển trao đổi liệu Sau truyền từ liệu thì: nội dung ghi địa tăng nội dung đếm liệu giảm cu n an co n c om CPU “nói” cho DMAC ng n Khi đếm liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu ngắt CPU để báo kết thúc DMA 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 468 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Các kiểu thực DMA c om 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 CPU treo tạm thời chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực truyền từ liệu DMA suốt (Transparent DMA): DMAC nhận biết chu kỳ CPU không sử dụng bus chiếm bus để trao đổi từ liệu u cu n du o ng th an n co ng n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 469 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST I/O Module co DMAC I/O Module System Bus Memory n Giữa mô-đun vào-ra với DMAC Giữa DMAC với nhớ u n du o ng Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus hai lần cu n th an CPU ng c om Cấu hình DMA (1) 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 470 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Cấu hình DMA (2) DMAC DMAC Memory ng CPU c om System Bus co I/O Module I/O Module ng th an I/O Module du o cu n DMAC điều khiển vài mô-đun vào-ra Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus lần u n n Giữa DMAC với nhớ 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 471 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Cấu hình DMA (3) DMAC ng CPU c om System Bus IO Bus co an I/O Module I/O Module du o ng th I/O Module Memory n u Bus vào-ra tách rời hỗ trợ tất thiết bị cho phép DMA Mỗi lần trao đổi liệu, DMAC sử dụng bus lần cu n n Giữa DMAC với nhớ 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 472 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST CPU khơng tham gia q trình trao đổi liệu DMAC điều khiển trao đổi liệu nhớ với mơ-đun vào-ra (hồn tồn phần cứng)à tốc độ nhanh Phù hợp với yêu cầu trao đổi mảng liệu có kích thước lớn cu u n du o ng th an n co ng n c om Đặc điểm DMA 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 473 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ xử lý vào-ra c om ng ng cu u du o n th an n 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 nằm nhớ riêng co n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 474 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c om 8.3 Nối ghép thiết bị vào-ra cu u du o ng th an co ng Các kiểu nối ghép vào-ra n Nối ghép song song n Nối ghép nối tiếp 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 475 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c om Nối ghép song song ng Mô-đun vào-ra song song Đến thiết bị vào-ra n n Truyền nhiều bit song song Tốc độ nhanh Cần nhiều đường truyền liệu cu n u du o ng th an co Đến bus hệ thống 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 476 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Đến thiết bị vào-ra n n u n Truyền bit Cần có chuyển đổi từ liệu song song sang nối tiếp hoặc/và ngược lại Tốc độ chậm Cần đường truyền liệu cu n du o ng th an co Mô-đun vào-ra nối tiếp ng Đến bus hệ thống c om Nối ghép nối tiếp 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 477 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Các cấu hình nối ghép Điểm tới điểm (Point to Point) Thông qua cổng vào-ra nối ghép với thiết bị ng n c om n Thông qua cổng vào-ra cho phép nối ghép với nhiều thiết bị Ví dụ: n n USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị Thunderbolt u n cu n du o ng n an co Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) th n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 478 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Thunderbolt 7.7 / THE EXTERNAL INTERFACE: THUNDERBOLT AND INFINIBAND c om COMPUTER 251 Memory Graphics Subsystem co ng Processor Platform controller hub (PCH) an DisplayPort DisplayPort TC Thunderbolt controller du o ng th PCIe x4 Thunderbolt connector cu u Thunderbolt 20 Gbps (max) Daisy chain TC TC Figure 7.17 Example Computer Configuration with Thunderbolt 2017 Kiến trúc máy tính THUNDERBOLT PROTOCOL ARCHITECTURE Figure 7.18 illustrates the CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thunderbolt protocol architecture The cable and connector layer provides 479 co ng c om NKK-HUST cu u du o ng th an Hết chương 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 480 https://fb.com/tailieudientucntt ... Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Số học máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ máy tính Chương Hệ thống vào-ra Chương Các kiến. .. (Peripherals) Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính Phân loại: c om n Giao tiếp: cu n n n Người - máy Máy - máy 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 437 https://fb.com/tailieudientucntt... kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 433 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c om Nội dung chương cu u du o ng th an co ng 8. 1 Tổng quan hệ thống vào-ra 8. 2 Các