Mạch giao diện máy tính (tài liệu cung cấp các kiến thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để ghép nối máy vi tính với thiết bị ngoại vi và các hệ thống chuyên biệt theo yêu cầu)

ThS Lấ MINH C MạCH GIAO DIệN MáY TíNH TRNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2021 ThS LÊ MINH ĐỨC BÀI GIẢNG MẠCH GIAO DIỆN MÁY TÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2021 LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ kỹ thuật số đóng vai trị then chốt cách mạng khoa học kỹ thuật công nghệ Ngày nay, cơng nghệ số có mặt hầu hết thiết bị từ thiết bị dân dụng đến thiết bị công nghiệp, đặc biệt lĩnh vực điều khiển tự động, điện tử, thông tin liên lạc kỹ thuật số thay dần kỹ thuật tương tự Vấn đề ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi tổng hợp xây dựng hệ thống phần cứng cần sử dụng kiến thức kỹ thuật điện tử, điện tử số, kỹ thuật vi xử lý, kiến trúc máy tính kỹ lập trình qua mạng máy tính Mạch giao diện máy tính mơn học chun ngành ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử, cung cấp kiến thức liên quan đến phương pháp để ghép nối máy vi tính với thiết bị ngoại vi hệ thống chuyên biệt theo yêu cầu Nội dung giảng Mạch giao diện máy tính có chương, biên soạn cho hệ Đại học qui ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử nhằm giúp sinh viên có kiến thức ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi, kỹ thuật biến đổi tín hiệu, kỹ thuật truyền số liệu song song, nối tiếp đặc biệt phương thức truyền số liệu qua cổng giao tiếp vạn USB phổ biến hệ thống thông tin số dây truyền sản xuất tự động Bài giảng Mạch giao diện máy tính tài liệu học tập thức cho sinh viên ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử tài liệu tham khảo cho đối tượng khác quan tâm tới kỹ thuật truyền số liệu ghép nối thiết bị ngoại vi Nội dung giảng bao gồm: - Kỹ thuật chuyển đổi tín hiệu tương tự - số, số - tương tự trình bày chương 1, 2; - Giao thức ghép nối qua rãnh cắm mở rộng trình bày chương 3, 4; - Kỹ thuật truyền liệu song song, nối tiếp, USB mô ghép nối thiết bị chuột bàn phím trình bày chương 5, Bài giảng biên soạn phù hợp với chương trình mơn học Mạch giao diện máy tính Trường Đại học Lâm nghiệp phê duyệt Mặc dù cố gắng trình biên soạn chỉnh sửa nội dung, song lần biên soạn nên chắn khơng thể tránh sai sót, mong nhận góp ý đồng nghiệp sinh viên để giảng hoàn thiện lần tái sau Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ mơn Kỹ thuật điện & Tự động hóa, Khoa Cơ điện & Cơng trình, Trường Đại học Lâm nghiệp Tác giả i ii MỤC LỤC Lời nói đầu i Mục lục iii Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH 1.1 Cấu trúc chung hệ thống 1.2 Yêu cầu trao đổi tin máy vi tính mơi trường bên ngồi 1.2.1 u cầu trao đổi tin với người điều hành 1.2.2 Yêu cầu trao đổi tin với thiết bị hệ đo lường - điều khiển 1.2.3 Yêu cầu trao đổi tin mạng máy tính 1.3 Dạng loại tin trao đổi máy vi tính thiết bị ngồi (TBN) 1.3.1 Dạng tin (số) 1.3.2 Các loại tin 1.4 Vai trò nhiệm vụ khối ghép nối (KGN) 1.4.1 Vai trò 1.4.2 Nhiệm vụ 1.5 Cấu trúc chung hệ ghép nối máy tính 1.5.1 Mơ hình chung khối ghép nối 1.5.2 Cấu tạo nhiệm vụ khối 1.6 Phần mềm phục vụ điều khiển máy tính khối ghép nối 18 1.6.1 Lập trình hợp ngữ (assembly) 19 1.6.2 Lập trình Pascal 20 1.6.3 Lập trình C/C++ 20 Câu hỏi tập chương 21 Tài liệu tham khảo chương 23 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU 24 2.1 Khái niệm tín hiệu analog hệ đo lường điều khiển số 24 2.2 Chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự DAC 25 2.2.1 Các tham số DAC 26 2.2.2 Các phương pháp biến đổi số - tương tự 30 2.2.3 Một số vi mạch DAC thông dụng 39 2.3 Chuyển đổi tín hiệu tương tự - số ADC 46 2.3.1 Các tham số ADC 46 2.3.2 Các bước chuyển đổi AD 47 iii 2.3.3 Các phương pháp AD .48 2.3.4 Một số vi mạch ADC thông dụng .57 Câu hỏi tập chương 64 Tài liệu tham khảo chương 66 Chương THỦ TỤC TRAO ĐỔI DỮ LIỆU CỦA MÁY TÍNH .67 3.1 Các chế độ trao đổi liệu máy tính .67 3.1.1 Chế độ trao đổi tin máy tính với thiết bị 68 3.1.2 Thủ tục trao đổi tin chế độ chương trình .68 3.2 Trao đổi tin ngắt vi xử lý 70 3.2.1 Các loại ngắt máy vi tính PC 71 3.2.2 Xử lý ngắt cứng IBM - PC 75 3.2.3 Lập trình xử lý ngắt cứng 79 3.3 Trao đổi tin trực tiếp nhớ 82 3.3.1 Cơ chế họat động .82 3.3.2 Họat động DMAC 83 3.3.3 Chip điều khiển truy nhập nhớ trực tiếp DMAC 8237 84 Câu hỏi tập chương 90 Chương GHÉP NỐI QUA RÃNH CẮM MỞ RỘNG 93 4.1 Đặt vấn đề .93 4.2 Bus PC 94 4.3 Bus ISA 16 bit 95 4.4 Bus PCI 98 4.5 Bus AGP (Accelerated Graphics Port) 104 Tài liệu tham khảo chương 108 Chương GHÉP NỐI TRAO ĐỔI TIN SONG SONG 109 5.1 Khối ghép nối song song đơn giản .109 5.1.1 Cổng vào đơn giản 109 5.1.2 Cổng đơn giản 109 5.2 Các vi mạch đệm, chốt (74LS245, 74LS373) 110 5.2.1 Vi mạch đệm 74LS245 110 5.2.2 Vi mạch chốt 74LS373 111 5.3 Vi mạch PPI 8255A 112 5.3.1 Giới thiệu chung .112 iv 5.3.2 Các lệnh ghi/đọc cổng ghi điều khiển 113 5.3.3 Các từ điều khiển 114 5.3.4 Ghép nối 8255A với máy tính thiết bị 119 5.4 Ghép nối song song qua cổng máy in 122 5.4.1 Giới thiệu chung 122 5.4.2 Cấu trúc cổng máy in 124 5.4.3 Các ghi cổng máy in 125 5.4.4 EPP - Enhanced Parallel Port 128 5.4.5 Điều khiển qua cổng song song 133 5.4.6 Đưa liệu vào máy vi tính qua cổng song song 146 Câu hỏi tập chương 149 Tài liệu tham khảo chương 151 Chương GHÉP NỐI TRAO ĐỔI TIN NỐI TIẾP 152 6.1 Đặt vấn đề 152 6.2 Yêu cầu thủ tục trao đổi tin nối tiếp 152 6.2.1 Yêu cầu 152 6.2.2 Trao đổi tin đồng (Synchronous) 153 6.2.3 Trao đổi tin không đồng - Asynchronous 154 6.3 Truyền thông nối tiếp sử dụng giao diện RS-232 155 6.3.1 Quá trình truyền byte liệu 155 6.3.2 Cổng nối tiếp RS-232 156 6.4 Giao tiếp USB máy PC 176 6.4.1 Giới thiệu chung 176 6.4.2 Mô tả hệ thống USB 176 6.4.3 Giao diện vật lý 178 6.4.4 Sự điểm danh 183 6.4.5 Các kiểu truyền USB 184 6.4.6 Giao thức USB 185 6.4.7 Khn dạng gói tin 188 Câu hỏi tập chương 191 Tài liệu tham khảo chương 193 v Chương GIAO TIẾP VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI CƠ BẢN .194 7.1 Giao tiếp với bàn phím chuột 194 7.1.1 Bàn phím 194 7.1.2 Chuột 200 7.2 Giao tiếp PC Game .202 7.3 Monitor card giao diện đồ họa 203 7.3.1 Nguyên lý ảnh monitor 203 7.3.2 Card giao tiếp đồ họa 205 Tài liệu tham khảo chương 215 Đáp án câu hỏi tập 216 vi Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT GHÉP NỐI MÁY TÍNH Mục tiêu: Hiểu cấu trúc tổng quan hệ vi xử lý; vị trí, chức cấu trúc chung khối ghép nối hệ thống máy tính đo lường điều khiển Xác định yêu cầu, thành phần lập trình điều khiển cho khối ghép nối Tóm tắt chương: + Cấu trúc chung hệ thống; + Yêu cầu trao đổi tin máy vi tính mơi trường bên ngồi; + Dạng loại tin trao đổi máy vi tính thiết bị ngồi (TBN); + Vai trị nhiệm vụ khối ghép nối (KGN); + Cấu trúc chung hệ ghép nối máy tính; + Chương trình phục vụ trao đổi tin cho khối ghép nối 1.1 Cấu trúc chung hệ thống Máy vi tính hay hệ vi xử lý có cấu trúc chung Von Newman đề xuất gồm khối xử lý trung tâm (CPU), nhớ (Memory) cổng vào/ra (I/O), Hình 1.1 Ngồi ra, máy tính cịn cần phải trao đổi liệu với mơi trường bên ngồi, ví dụ giao tiếp với người sử dụng qua bàn phím, hình, trao đổi liệu với thiết bị ngoại vi thơng dụng, thiết bị ngồi hệ đo - điều khiển máy tính khác mạng Do đó, khối ghép nối (KGN) thiết bị ngoại vi xây dựng, gồm: + KGN thiết bị vào chuẩn bàn phím, chuột… + KGN thiết bị chuẩn hình, máy in… + KGN nhớ chuẩn ổ cứng, ổ CD… + KGN với máy tính khác mạng nhiều máy tính; + KGN với hệ vi điều khiển, vi xử lý; + KGN với hệ đo - điều khiển Trong đó: VXL: Vi xử lý; Đoạn chương trình sau cho phép trỏ mềm với màu số sáng nhấp nháy: MOV AX, 0AH ; chọn hàm MOV BX, 00H ; trỏ chuột mềm MOV CX, 00H ; xóa ký tự hình MOV DX, 8B02H ;BLNK=1b,BAK = 000b, INT = 1b, CHRx = 00000010b INT 33H ; gọi ngắt 7.2 Giao tiếp PC Game Cấu trúc chức board ghép nối trị chơi (PC game) Hình 7.8 Bằng lệnh IN OUT truy xuất qua địa 201h Hình 7.8 Cấu trúc chức board ghép nối trị chơi Hình 7.9 Cấu tạo đầu nối 15 chân joystick A B Bảng 7.4 Chức chân JOYTICK A, B Chân đầu nối 15 chân Sử dụng cho Phím Joystick A (BA1) Biến trở X Joystick A Biến trở Y Joystick A 202 Chân đầu nối 15 chân Sử dụng cho Phím Joystick A (BA2) 10 Phím Joystick A (BB1) 11 Biến trở X Joystick B 13 Biến trở Y Joystick B 14 Phím Joystick A (BB2) 1, 8, 9, 15 Vcc (+5 V) 4, 5, 12 GND (0 V) Board mạch nối với bus hệ thống PC qua bits thấp bus liệu, 10 bits thấp bus địa đường điều khiển IOR IOW Một đầu nối 15 chân nối với board mạch cho phép nối cực đại hai thiết bị cho PC game gọi joystick Mỗi joystick có biến trở có giá trị biến đổi từ đến 100 kΩ đặt vng góc với đại diện cho vị trí x y joystick Thêm chúng có phím bấm, thường cơng tắc thường hở phù hợp với mức logic cao dây mạch Có thể xác định trạng thái nhấn nhả phím cách dễ dàng lệnh IN tới địa 201h Nibble cao thị trạng thái phím Vì board khơng dùng đường IRQ khơng có khả phát ngắt, board họat động chế độ hỏi vòng (polling) Byte trạng thái board game sau: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BB2 BB1 BA2 BA1 BY BX AY AX + BB2, BB1, BA2, BA1: Trạng thái phím B2, B1, A2, A1; = nhả; = nhấn; + BY, BX, AY, AX: Trạng thái mạch đa hài tùy thuộc vào biến trở tương ứng 7.3 Monitor card giao diện đồ họa 7.3.1 Nguyên lý ảnh monitor Phương pháp ảnh hình monitor máy tính giống máy thu hình thơng thường Hình 7.10 minh họa việc ảnh hình kiểu ống phóng tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) 203 Hình 7.10 Cấu tạo ống hình CRT Các điện tử phát xạ từ cathode ống hội tụ thành chùm tia, sau tăng tốc làm lệch hướng chuyển động phận lái tia Tia đập vào hình có phủ chất huỳnh quang để tạo thành điểm sáng gọi điểm ảnh Do tượng lưu ảnh võng mạc mắt người nên tia điện tử quét nhanh theo chiều ngang từ trái sang phải tạo nên vệt sáng ngang gọi dòng quét Đến cuối dịng, qt ngược trở bên trái để quét tiếp dòng thứ bên dưới… Q trình qt dịng dịch dần từ xuống cho suốt chiều dọc hình gọi quét dọc Độ chói (sáng tối) định cường độ chùm tia đập vào hình huỳnh quang điểm màu tự nhiên nhờ trộn lẫn màu: đỏ, xanh dương, xanh theo tỉ lệ Ba màu nhờ tia điện tử bắn vào điểm hình kề cận nhau, điểm phủ chất huỳnh quang phát màu tương ứng chùm tia điện tử phát súng điện tử cathode xếp đặt bên CRT cách cẩn thận Có kiểu quét tia điện tử: + Quét xen kẽ (interlaced): Các dòng lẻ quét trước hết hình theo chiều dọc, gọi mành lẻ; sau dịng chẵn tạo nên mành chẵn quét sau Phương pháp có ưu điểm thu hẹp dải tần số làm việc thiết bị có nhược điểm hình ảnh bị nhấp nháy; + Qt khơng xen kẽ (non-interlaced): Các dịng qt thực Ưu điểm hình ảnh điều chỉnh xác ổn định thiết kế mạch điện khó phải giải vấn đề tăng dải tần làm việc 204 Hiện nay, có monitor dùng hình tinh thể lỏng LCD ống chứa khí họat động theo nguyên lý tương tự khơng có tia điện tử quét nên thay điểm ảnh riêng biệt phần tử phát sáng định địa cách Do vậy, monitor hình ảnh phát dịng Q trình qt ngược khơng cịn đơn giản việc thay đổi địa phần tử đầu dòng 7.3.2 Card giao tiếp đồ họa Để hình ảnh, ký tự, hay hình vẽ hình, PC phải thơng qua mạch ghép nối hình (graphics adapter) Board mạch thường cắm khe cắm mở rộng PC Sơ đồ khối Hình 7.11: Hình 7.11 Sơ đồ khối mạch ghép nối hình * Các khối + Bus Interface: Ghép nối bus + Video Ram: Ram Video + Signal generator: Máy phát tín hiệu + Character code: Mã ký tự + Attribute information: Thơng tin thuộc tính + Character rom: Rom ký tự + Attribute decoder: Bộ giải mã thuộc tính + Shift register: Thanh ghi dịch + Character generator: Máy phát ký tự + Synchronization information: Thông tin đồng 205 Phần trung tâm chip điều khiển ống hình CRTC (cathode ray tube controller) CPU thâm nhập RAM Video qua mạch ghép nối bus để ghi thơng tin xác định ký tự hay hình vẽ cần hiển thị CRTC liên tục phát địa để Ram video đọc ký tự truyền chúng tới máy phát ký tự (character generator) Trong chế độ văn (text chế độ), ký tự xác định mã ASCII, có thơng tin thuộc tính ký tự, thí dụ ký tự theo cách nhấp nháy hay đảo màu đen trắng… ROM ký tự (character rom) lưu trữ hình mẫu điểm ảnh ký tự tương ứng để máy phát ký tự biến đổi mã ký tự thành chuỗi bit điểm ảnh (pixel bit) chuyển chúng tới ghi dịch (shift register) Máy phát tín hiệu sử dụng bít điểm ảnh với thơng tin thuộc tính từ Ram video tín hiệu đồng từ CRTC để phát tín hiệu cần thiết cho monitor Trong chế độ đồ họa (graphics chế độ), thông tin RAM video sử dụng trực tiếp cho việc phát ký tự Lúc thơng tin thuộc tính khơng cần Chỉ từ giá trị bit ghi dịch, máy phát tín hiệu phát tín hiệu độ sáng màu cho monitor a) Máy phát ký tự chế độ văn đồ họa Mỗi ký tự biểu diễn từ byte RAM video Byte thấp chứa mã ký tự, byte cao chứa thuộc tính Cấu trúc từ nhớ video sau: 15 14 13 12 11 BLNK BAK2 BAK1 BAK0 INT 10 FOR2 FOR1 FOR0 CHR7 CHR6 CHR5 CHR4 CHR3 CHR2 CHR1 CHR0 + BLNK: Nhấp nháy; = bật, = tắt; + BAK2 … BAK0: Màu nền; (từ bảng màu tại); + INT: Cường độ sáng ; = cao, = bình thường; + FOR2 … FOR0: Màu trước (từ bảng màu tại); + CHR7…CHR0: Mã ký tự Trong chế độ văn bản, 6845 liên tục xuất địa cho RAM video qua MA0-MA13 Ký tự góc tận phía bên trái hình có địa thấp 206 mà 6845 cung cấp sau quét dọc ngược Logic ghép nối định địa cho RAM video việc lấy mã ký tự với thuộc tính Mã ký tự dùng cho máy phát ký tự số thứ ROM ký tự Lúc này, 6845 định địa hàng quét ma trận ký tự, địa hàng Các bit ma trận điểm ảnh truyền đồng với tần số video từ ghi dịch tới máy phát tín hiệu Nếu máy phát tín hiệu nhận giá trị từ ghi dịch, phát tín hiệu video tương ứng với màu ký tự Nếu nhận cấp tín hiệu tương ứng với màu Vậy dòng quét thứ phù hợp với ma trận điểm ảnh ký tự hàng ký tự thứ Khi tia điện tử đạt tới cuối dịng qt, 6845 kích hoạt lối HS để tạo trình quét ngược đồng ngang Tia điện tử quay trở bắt đầu quét dòng tiếp Sau dòng quét, 6845 tăng giá trị RA0RA4 lên Địa dịng hình thành giá trị offset bên ma trận điểm ảnh cho ký tự Dựa dòng quét vậy, dòng điểm ảnh ký tự hàng ký tự Điều có nghĩa với ma trận 9x14 điểm ảnh cho ký tự, hàng ký tự thứ sau 14 dòng quét Khi địa RA0-RA4 trở giá trị 0, 6845 cấp địa MA0-MA13 hàng ký tự thứ hai Ở cuối dòng quét cuối cùng, 6845 reset địa MA0-MA13 RA0- RA4 cho phép lối VS phát tín hiệu quét ngược tín hiệu đồng dọc Mỗi ký tự có chiều cao cực đại ứng với 32 dịng có đường địa RA0RA4, nhớ video trường hợp tới 16 K từ có địa MA0MA13 14 bit Trong chế độ đồ họa, chúng kết hợp với để tạo thành địa 19 bit, lúc 6845 định địa cho nhớ video lên tới 512 K từ Trong trường hợp này, byte RAM video không dịch thành mã ký tự thuộc tính mà trực tiếp xác định cường độ sáng màu điểm ảnh Đa số RAM video chia thành vài băng định địa RA0 - RA4 Các đường MA0 - MA13 định địa offset bên băng Số liệu RAM video lúc trực tiếp truyền tới ghi dịch máy phát tín hiệu ROM ký tự máy phát ký tự không làm việc b) Tổ chức RAM video RAM video tổ chức khác tùy theo chế độ họat động mạch ghép nối Thí dụ, với RAM video 128 KB, địa hóa tồn bộ nhớ hình qua CPU nhớ Nhưng kích thước RAM video lớn làm đè lên vùng ROM mở rộng điạ C0000h Do đó, card EGA VGA với 128 KB nhớ tăng cường thêm chuyển mạch mềm (soft207 switch) cho phép thâm nhập cửa sổ 128 KB khác vào RAM video lớn nhiều Các chuyển mạch quy định riêng nhà sản xuất board mạch * Tổ chức chế độ văn RAM video coi dãy từ tuyến tính, từ gán cho ký tự góc tận bên trái hình gọi hàng cột Từ thứ hàng 1, cột … Số từ tùy thuộc vào độ phân giải kiểu ký tự Thí dụ: Độ phân giải chuẩn 25 hàng, 80 ký tự đòi hỏi 2000 từ nhớ byte Như vậy, tổng cộng cần KB nhớ RAM video Trong với card có độ phân giải cao SVGA 60 hàng, 132 ký tự cần đến 15840 byte Do RAM video thường chia thành vài trang Kích thước trang tùy thuộc vào chế độ hình số trang cực đại, phụ thuộc vào kích thước RAM video 6845 chương trình hóa cho địa khởi phát MA0 - MA13 sau quét ngược dọc khác 00h Nếu địa khởi phát bắt đầu trang quản lý RAM video theo vài trang tách biệt nhau, CPU thay đổi nội dung trang mà trang khơng hình khơng thay đổi Do đó, cần phân biệt trang nhớ kích họat (đang hiện) trang xử lý Đoạn chương trình ghi ký tự ‘A’ có cường độ sáng cao vào góc bên trái với màu số màu số Trang thứ bắt đầu địa B0000h MOV AX, 0B000h; nạp ghi ax với địa đoạn Ram video MOV ES, AX; truyền địa đoạn vào ES MOV AH, 0F8h; nạp byte thuộc tính 1111 1000 vào AH MOV AL, 41h; nạp mã ký tự ‘A’ vào AL MOV ES:[00H],AX; ghi byte thuộc tính mã ký tự vào RAM video * Tổ chức chế độ đồ họa Tổ chức chế độ phức tạp Ví dụ: Với mạch Hercules, RAM video chia thành băng trang Băng thứ nhất: đảm bảo điểm ảnh cho dòng 0, 4, 8, …, 344; băng thứ hai cho dòng 1, 5, 9, …, 345; băng thứ cho dòng 2, 6, 10, …., 346; băng thứ cho dòng 3, 7, 11, …, 347 64 KB chia thành trang 32 KB Độ phân giải chế độ đồ họa 720 x 348 điểm ảnh, điểm ảnh biểu diễn bit Do vậy, dòng cần 90 byte (720 điểm ảnh/8 điểm ảnh byte) Địa byte chứa điểm ảnh thuộc đường i cột j trang k là: B0000h+8000h*k+2000h* (i mod 4)+ 90*int (i/4)+int (j/8) 208 B0000h đoạn video, 8000h kích thước trang, 2000h* (i mod 4) offset băng chứa byte đó, 90*int (i/4) offset dịng i băng int (j/8) offset cột j băng Trong mạch CGA nhớ video chia thành băng cịn với EGA VGA phức tạp c) Truy xuất hình qua DOS BIOS * Truy xuất qua DOS Các hàm int 21h ký tự hình không can thiệp vào màu: - Hàm 02h: Ra hình; - Hàm 06h: Ra ký tự; - Hàm 09h: Ra chuỗi; - Hàm 40h: Ghi file/thiết bị Từ DOS 4.0 trở dùng lệnh chế độ để điều chỉnh số cột văn từ 40 đến 80 hay số dòng từ 25 đến 50 Các lệnh copy, type print command.com cho phép text hình DOS gộp chung bàn phím monitor thành thiết bị mang tên CON (console) Ghi CON truyền số liệu tới monitor, đọc CON nhận ký tự từ bàn phím Ví dụ: Để nội dung file output.txt lên hình monitor có cách sau: - copy output.txt con; - type output.txt > con; - print output.txt /D:con * Truy xuất qua BIOS Bios thâm nhập monitor int 10h với nhiều chức DOS, đặt chế độ hình, quản lý tự động trang, phân biệt điểm hình nhờ tọa độ… * Những thường trình đồ họa BIOS main board có sẵn hàm dùng cho thâm nhập MDA CGA BIOS riêng EGA VGA có hàm mở rộng tương ứng giữ nguyên định dạng gọi 209 Một hàm quan trọng int 10h hàm 00h dùng để đặt chế độ hình Để thay đổi chế độ hình cần phải làm nhiều bước chương trình phức tạp để nạp ghi chip 6845 Trong đó, hàm 00h làm cho ta tất cơng việc Ví dụ: Tạo kiểu với độ phân giải 640*200 CGA Mov ah, 00h ; hàm 00h Mov al, 06h ; chế độ Int 10h ; gọi ngắt Các board EGA/VGA có riêng BIOS chúng Trong q trình khởi động PC, chặn int 10h lại chạy chương trình BIOS riêng board mạch Thường trình cũ (của BIOS board mach chính) thay địa tới int 42h Tất lệnh gọi int 10h BIOS EGA/VGA thay địa tới int 42h board mạch EGA/VGA chạy kiểu tương thích với MDA hay CGA Có kiểu hoạt động từ đến BIOS EGA/VGA dùng vùng 40:84h tới 40:88h để lưu số liệu BIOS thơng số EGA/VGA Nó có hàm với hàm phụ sau: - Hàm 10h: Truy xuất ghi màu bảng màu; - Hàm 11h: Cài đặt bảng định nghĩa ký tự mới; - Hàm 12h: Đặt cấu hình hệ video; - Hàm 1Bh: Thông tin trạng thái chức BIOS video (chỉ có VGA); - Hàm 1Ch: Trạng thái save/restore video (chỉ có VGA) Sau chức hàm thí dụ sử dụng chúng: - Hàm 10h, hàm phụ 03h - xóa/đặt thuộc tính: Ví dụ: Xóa thuộc tính nhấp nháy: Mov ah, 10h ; dùng hàm 10h Mov al, 03h ; dùng hàm phụ 03h Mov bl, 00h ; xóa thuộc tính nhấp nháy Int 10h ; gọi ngắt - Hàm 11h - ghép nối với máy phát ký tự: Ví dụ: Nạp bảng định nghĩa ký tự 8*14 khơng cần chương trình CRTC: 210 Mov ah, 11h ; dùng hàm 11h Mov al, 01h ; nạp bảng ký tự từ Rom Bios vào Ram máy phát ký tự Mov bl, 03h ; gán số cho bảng Int 10h ; gọi ngắt - Hàm 12h, hàm phụ 20h - chọn thường trình in hình: Dùng hàm phụ thay thường trình chuẩn cho INT 05h thường trình dùng cho độ phân giải EGA/VGA Ví dụ: Cho phép thường trình in hình: Mov ah, 12h ; dùng hàm 12h Mov bl, 20h ; dùng hàm phụ 20h Ấn PRINT SHIFT+PRINT để gọi thường trình in lắp đặt d) Truy xuất trực tiếp nhớ video Để vẽ điểm hình, BIOS phải làm nhiều thủ tục muốn vẽ tồn cửa sổ hình hay lưu trữ phải truy xuất trực tiếp RAM video Với board đơn sắc MDA kiểu văn số 7, KB RAM tổ chức mảng (array) gốm 2000 từ nhớ kề (mỗi từ mã thuộc tính: ký tự) tạo nên 25 dịng, 80 cột RAM video bắt đẩu đọan B0000h, ký tự góc bên trái từ thứ RAM video Như vậy, dịng có 160 byte (A0h) Địa từ nhớ ứng với ký tự dòng i, cột j (i = - 24, j = - 79) tính theo cơng thức sau: Address (i,j) = B0000h +A0h*i +02h*j Với board EGA, kiểu văn từ đến mã ký tự lưu trữ lớp nhớ với thuộc tính lớp RAM video Mạch logic chuyển địa board thực kết hợp định cho tổ chức cấu trúc RAM video cách tính địa tương đồng với cách CPU Trong chế độ đồ họa từ 13 đến 16, RAM video địa đoạn A000h Các điểm ảnh xếp kề cận nhớ điểm ảnh đòi hỏi bit, bit phân lớp nhớ Như địa bit điểm ảnh không gồm đoạn video offset mà thêm vào số lớp nhớ 211 Hình 7.12 Các lớp nhỏ RAM Video Để điểm ảnh với 16 màu, khơng phải tính địa bit mà phải thâm nhập lớp nhớ Muốn vậy, phải dùng ghi mặt nạ đồ (map mask register) Thanh ghi định địa qua cổng số 3C4h với địa 02h ghi qua cổng số liệu 3C5h Cấu trúc ghi mặt nạ đồ sau: Res Res Res Res LY3 LY2 LY1 LY0 LY3 - LY0: Thâm nhập ghi tới lớp từ 3; = cho phép; = khơng cho phép Res: Dự trữ Ví dụ: Đặt bit byte địa A000:0000h cho lớp 0, 1, Mov AX, 0A000h ; nạp đọan video vào AX Mov ES, AX ; truyền đọan video vào ES Mov BX, 0000h ; nạp offset 0000h vào BX Out 3C4h, 02h ; số ghi mặt nạ đồ Out 3C5h, 0Bh; ghi 0000 1011b vào ghi mặt nạ đồ (cho phép lớp 0, 1, 3) Mov 3C5h, 0Bh ; đặt bit lớp 0, Để lưu trữ nội dung hình cần phải đọc giá trị bit lớp dùng ghi chọn đồ đọc (read map select register) Nó định địa với số 04h qua cổng số 3CEh, ghi qua cổng số liệu 3CFh Cấu trúc ghi này: Res Res Res Res Res Res LY1 LY0 212 LY1 - LY0: Cho phép thâm nhập đọc với: 00 = lớp 0; 01 = lớp 1; 10 = lớp 2; 11 = lớp 3; Res: Dự trữ Ví dụ: Đọc byte địa A000:0000h cho lớp 2: Mov AX, A000h ; nạp đọan video vào AX Mov ES, AX ; truyền đọan video vào ES Mov BX, 0000h ; nạp offset vào BX Out 3Ceh, 04h ; số ghi chọn đồ đọc Out 3CFh, 02h ; ghi 0000 0010b vào ghi chọn đồ đọc (cho phép lớp 2) Mov AL, [ES:BX] ; nạp byte lớp vào AL Chú ý bit lớp đại diện cho điểm ảnh nên kiểu 16 EGA có độ phân giải cao dòng cần 80byte (640 điểm ảnh/8 điểm ảnh byte); trang hình gồm 32 KB Địa byte điểm ảnh dòng i, cột j trang k (i = - 349, j = - 639, k = - 1) là: Address (i,j,k) = A0000h + 8000h*k + 50h*j + int (i/8) Với board VGA, chế độ văn từ đến chế độ đồ họa từ đến 13 đến 16 CGA EGA MDA chạy Trong chế độ văn bản, mã ký tự lưu trữ lớp nhớ với thuộc tính lớp RAM video VGA Q trình chuyển hóa địa giống EGA khác chỗ đảm bảo chế độ văn với độ phân giải 720x400, ma trận điểm ảnh 9x16 Trong chế độ đồ họa ÷ 13 ÷ 19, tổ chức, cấu trúc cách tính địa tương tự CGA EGA VGA tăng cường kiểu hình từ 17 đến 19 Kiểu 17 tương thích với board đồ họa máy PS/2, kiểu 30 MCGA (multi colour graphics array) Các điểm ảnh gồm bit (2 màu) định vị lớp 213 Thí dụ: Trong VGA kiểu 17 với 80 byte dòng (640 điểm ảnh/8 điểm ảnh byte) Mỗi trang hình gồm 40 KB Địa byte dòng i, cột j (i = - 479), j = - 639) sau: Address (i,j) = A0000h+50h*j+int (i/8) Kiểu 18, bit điểm ảnh phân lớp nhớ EGA Trong kiểu VGA phân giải cao với 16 màu khác nhau, 80 byte dòng (640 điểm ảnh/ điểm ảnh byte), trang hình gồm 40 KB (A0000h byte); địa byte dòng i, cột j (i = - 479; j = - 639) bằng: Address (i,j) = A0000h + 50h*j + int (i/8) Kiểu 19 với 256 màu cho điểm ảnh RAM video lại tổ chức đơn giản dãy tuyến tính, byte tương ứng với điểm ảnh Giá trị byte phân định màu điểm ảnh Kiểu đòi hỏi 320 byte (140h) dòng (320 điểm ảnh/1 điểm ảnh byte) Một trang hình gồm 64 KB (10000h) có 64000 byte sử dụng Địa điểm ảnh dòng i, cột j (i = - 199, j = - 319) là: Address (i,j) = A0000h + 140h*j + i e) Bus cục chip xử lý đồ họa Để tăng tốc độ đồ họa có giải pháp: - Dùng bus cục 32 bit để tránh tượng nghẽn cổ chai (bottleneck) bus ISA có 16 bit tốc độ hạn chế (8.33 Mhz); điều cho phép lượng thông tin nhiều trao đổi CPU board mạch đơn vị thời gian; - Dùng chip xử lý đồ họa với BIOS riêng board mạch điều khiển monitor Chip làm hầu hết công việc trừ lệnh thơng số mơ tả nội dung phần hình cần cấp từ CPU Thí dụ cần vẽ hình chữ nhật với màu đó, board cần vài thơng số ban đầu từ CPU tọa độ góc giá tri màu đủ Cách giải có lợi PC chạy chế độ đa nhiệm 214 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG Vũ Chấn Hưng (2003) Giáo trình kiến trúc máy vi tính Nxb Giao thông vận tải Phạm Đức Long (2009) Giáo trình Ghép nối với máy vi tính Nxb Đại học Thái Nguyên Ngô Diên Tập (2001) Đo lường điều khiển máy tính Nxb Khoa học kỹ thuật 215 ĐÁP ÁN CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1: CH1.1-C CH1.2-A CH1.3-D CH1.4-B CH1.5-C CH1.6-C CH1.7-A CH1.8-D CH1.9-B CH1.10-C CHƯƠNG 2: CH2.1-C CH2.2-D CH2.3-C CH2.4-D CH2.5-C CH2.6-D CH2.7-B CH2.8-C CH2.9-D CH2.10-A CHƯƠNG 3: CH3.1-B CH3.2-C CH3.3-B CH3.4-D CH3.5-B CH3.6-A CH3.7-B CH3.8-D CH3.9-B CH2.40-A CHƯƠNG 4: CH4.1- CH4.2- CH4.3- CH4.4- CH4.5- CH4.6- CH4.7- CH4.8- CH4.9- CH4.10- CHƯƠNG 5: CH5.1-B CH5.2-A CH5.3-C CH5.4-D CH4.5-D CH5.6-A CH5.7-A CH5.8-C CH5.9-B CH5.10-A CHƯƠNG 6: CH6.1-C CH6.2-C CH6.3-A CH6.4-D CH6.5-B CH6.6-B CH6.7-A CH6.8-D CH6.9-B CH6.10-B 216 ... Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử, cung cấp kiến thức liên quan đến phương pháp để ghép nối máy vi tính với thiết bị ngoại vi hệ thống chuyên biệt theo yêu cầu Nội dung giảng Mạch giao diện máy tính. .. vào/ra máy tính: a) Lấy liệu máy xử lý xong b) Gồm hai thành phần: thiết bị ngoại vi Modul nối ghép c) Đưa liệu vào để xử lý d) Dùng để trao đổi thông tin máy tính với thiết bị ngoại vi CH1.5... cho hệ Đại học qui ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ điện tử nhằm giúp sinh vi? ?n có kiến thức ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi, kỹ thuật biến đổi tín hiệu, kỹ thuật truyền số liệu song song, nối