Bài giảng Kiến trúc máy tính (ThS. Nguyễn Hằng Phương) Chương 7

1 + Chương Đầu vào/Đầu + Tổng quan hệ thống Vào/ra  Chức hệ thống vào-ra: Trao đổi thơng tin máy tính với giới bên ngồi   Thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các mô-đun I/O Tại không kết nối thiết bị ngoại vi trực tiếp với hệ thống bus?   Có nhiều thiết bị ngoại vi khác  Truyền lượng liệu khác  Tốc độ truyền liệu khác  Ở định dạng khác Tốc độ truyền thiết bị ngoại vi chậm tốc độ CPU RAM  Cần mô-đun I/O  Không dây kết nối để nối thiết bị vào bus hệ thống  Còn chứa logic để thực truyền thông thiết bị ngoại vi bus + Mơ hình tổng qt I/O Module + NỘI DUNG 7.1 Các thiết bị ngoại vi Bàn phím / Màn hình & Ổ đĩa 7.2 Mơ-đun I/O Chức & Cấu trúc I/O 7.3 Các kỹ thuật I/O a I/O chương trình b I/O điều khiển gián đoạn c Truy cập nhớ trực tiếp 7.4 Bộ xử lý Kênh I/O + Thiết bị ngoại vi Thiết bị vào    Thiết bị ngoại vi  Một thiết bị bên kết nối tới mô đun I/O  Cung cấp phương tiện trao đổi liệu mơi trường bên ngồi máy tính Nối tới máy tính liên kết đến mô-đun I/O  Liên kết sử dụng để trao đổi thông tin điều khiển, trạng thái liệu mô đun I/O thiết bị ngoại vi  Bàn phím Thiết bị vào quang – Đầu đọc thẻ – Đầu đọc mã vạch – Đầu đọc số hoá – Đầu đọc điểm quang • Các thiết bị vào từ tính – Đầu đọc băng từ, đĩa từ • Thiết bị vào hình – Màn hình chạm – Chuột Thiết bị     Máy đục lỗ thẻ Màn hình Máy in Âm + Thiết bị ngoại vi Phân thành loại:  Giao tiếp người-máy: Người đọc – – Thích hợp cho người dùng máy tính Màn hình, bàn phím, máy in  Giao – – tiếp máy-máy: Máy đọc Thích hợp cho giao tiếp với thiết bị Hệ thống đĩa băng từ, cảm biến truyền động  Truyền – – thơng Thích hợp để liên lạc với thiết bị từ xa Modem, Card mạng (NIC) + Sơ đồ khối thiết bị ngoại vi  Giao diện mơ đun I/O gồm tín hiệu điều khiển, liệu trạng thái  Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi liệu bên bên máy tính  „Bộ đệm liệu: đệm liệu truyền mô-đun I/O thiết bị ngoại vi  „Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ mô-đun I/O + Công cụ tương tác người - máy phổ biến Bàn phím/Màn hình Bảng chữ tham khảo quốc tế (IRA)  Màn hình hiển thị liệu cung cấp máy tính Mã bàn phím Đơn vị trao đổi ký tự    Người dùng cung cấp đầu vào thông qua bàn phím Gắn với kỹ tự mã Mã nhị phân 7-bit  biểu diễn 128 ký tự  Khi người dùng bấm phím, tín hiệu điện tạo biến đổi bàn phím dịch sang mẫu bit mã IRA tương ứng  Mẫu bit truyền đến mơđun I/O máy tính  Trên đầu ra, ký tự mã IRA truyền đến thiết bị ngoại vi từ mô-đun I/O  Bộ biến đổi giải mã gửi tín hiệu điện cần thiết 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  Các ký tự điều khiển khác liên quan đến thủ tục truyền tin Module I/O Chức Module I/O:  Điều khiển định thời  Phối hợp luồng lưu lượng truy cập tài nguyên bên thiết bị ngoại vi  Trao đổi thông tin với xử lý  Gồm giải mã lệnh, liệu, báo cáo trạng thái, nhận dạng địa  Trao đổi thông tin với thiết bị  Gồm lệnh, thông tin trạng thái liệu  Đệm liệu  Thực hoạt động đệm cần thiết để cân tốc độ thiết bị nhớ  Phát lỗi  Phát báo cáo lỗi truyền 10 Các bước I/O  CPU hỏi module I/O để kiểm tra trạng thái thiết bị I/O gắn vào  Môđun I/O trả trạng thái thiết bị  Nếu thiết bị sẵn sàng, CPU yêu cầu truyền liệu cách gửi lệnh tới mô đun I / O  Môđun I/O nhận liệu từ thiết bị  I/O module truyền liệu đến CPU + Các kiểu thực DMA  DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): Bộ điều khiển DMA sử dụng bus để truyền xong khối liệu  „DMA chiếm chu kỳ (Cycle Stealing DMA): Bộ điều khiển DMA cưỡng CPU treo tạm thời chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực truyền từ liệu „ DMA suốt (Transparent DMA): Bộ điều khiển DMA nhận biết chu kỳ CPU không sử dụng bus thìchiếm bus để trao đổi từ liệu 40 DMA chiếm chu kỳ truyền      41 Bộ điều khiển DMA chiếm bus chu kỳ Truyền từ liệu Không phải gián đoạn (CPU không chuyển ngữ cảnh) CPU bị treo trước truy cập bus (tức trước truy xuất toán hạng, liệu ghi liệu) Làm chậm CPU không nhiều CPU tự thực truyền + 42 Cấu hình DMA (1)  Bus đơn, điều khiển DMA tách rời  Mỗi lần truyền sử dụng bus lần  I/O - DMA sau DMA - nhớ  CPU bị treo hai lần + 43 Cấu hình DMA (2) Bus đơn, điều khiển DMA tích hợp  Bộ điều khiển hỗ trợ > thiết bị  Mỗi lần truyền sử dụng bus lần  DMA - nhớ  CPU bị treo lần  + 44 Cấu hình DMA (3) Bus I/O riêng  Bus hỗ trợ tất thiết bị có DMA  Mỗi lần truyền sử dụng bus lần  DMA - nhớ  CPU bị treo lần  Bộ điều khiển DMA Intel 8237A  Giao tiếp với họ 80x86 DRAM  Khi module DMA cần bus gửi tín hiệu HOLD tới vi xử lý  CPU phản hồi HLDA - Mơ-đun DMA sử dụng bus  Ví dụ: truyền liệu từ nhớ tới đĩa Thiết bị yêu cầu DMA cách nâng DREQ (yêu cầu DMA) DMA đặt HRQ (yêu cầu giữ) lên cao CPU kết thúc chu kỳ bus đặt HDLA lên cao HOLD trì suốt thời gian DMA DMA kích hoạt DACK (DMA ack), bảo thiết bị bắt đầu truyền DMA bắt đầu truyền cách đặt byte địa lên bus địa kích hoạt MEMR; sau kích hoạt IOW để ghi vào ngoại vi DMA giảm đếm tăng trỏ địa Lặp lại đếm DMA hủy HRQ, trả bus trở lại CPU 45 8237 DMA Cách sử dụng Bus Hệ thống 46 + 47 Sự phát triển chức vào/ra CPU trực tiếp điều khiển thiết bị ngoại vi Thêm điều khiển mô-đun I/O CPU sử dụng I/O chương trình, khơng có gián đoạn Tương tự bước 2, có sử dụng gián đoạn CPU tốn thời gian đợi hoạt động I/O thực hiện, tăng hiệu Mơ đun I/O truy cập trực tiếp nhớ qua DMA, di chuyển khối liệu đến/từ nhớ mà không liên quan đến CPU, ngoại trừ bắt đầu kết thúc truyền Mô đun I/O nâng cấp lên thành xử lý theo quyền riêng nó, với tập hợp lệnh dành riêng cho I/O Mô đun I/O có nhớ cục riêng (giống máy tính có quyền riêng)  kiểm soát tập hợp lớn thiết bị I/O, giảm tối thiểu tham gia CPU + 48 Kênh I/O Bộ xử lý I/O mở rộng khái niệm DMA  có khả thực thi lệnh vào ra, kênh I/O kiểm sốt hồn tồn hoạt động vào  khơng cần kiểm sốt CPU  Việc điều khiển vào-ra thực xử lý vào-ra chuyên dụng kênh I/O  Chương trình xử lý vào-ra lưu nhớ  CPU lệnh cho kênh I/O thực chương trình nhớ  Kênh I/O thực thi lệnh điều khiển việc truyền liệu  loại:    Kênh lựa chọn (selector channel) Kênh ghép (multiplexor channel) + Kiến trúc kênh I/O Giao diện ngoại vi a Các kiểu Giao diện +   Vào – song song Vào – nối tiếp b Các cấu hình kết nối   Điểm – điểm Điểm – đa điểm 50 I/O song song „ Tốc độ nhanh Nhiều đường kết nối mô-đun I/O - thiết bị ngoại vi Truyền nhiều bit đồng thời, giống tất bit từ truyền đồng thời bus liệu Sử dụng cho thiết bị ngoại vi tốc độ cao băng đĩa I/O nối tiếp Tốc độ chậm Dùng đường để truyền liệu Truyền bit Sử dụng cho máy in thiết bị đầu cuối Tổng kết + 53 Input/Output Chương  Thiết bị ngoại vi     Chức mô-đun Cấu trúc module I/O I/O chương trình    Bàn phím / hình Ổ đĩa Truy cập nhớ trực tiếp  Tổng quan I/O chương trình Lệnh I/O I/O điều khiển gián đoạn    Xử lý gián đoạn Các vấn đề thiết kế Bộ điều khiển gián đoạn Intel 82C59A Nhược điểm I/O chương trình I/O điều khiển gián đoạn Mơ đun I/O       Các kênh I/O xử lý    Chức DMA Bộ điều khiển Intel 8237A DMA Sự phát triển chức I/O Đặc điểm kênh I/O Giao diện   Các loại giao diện Cấu hình điểm-điểm đa điểm + 54 Câu hỏi chương Kể tên ba nhóm thiết bị ngoại vi IRA gì? Các chức mơ-đun I / O gì? Trình bày ba kỹ thuật để thực I / O Sự khác I / O ánh xạ nhớ I / O nhớ tách biệt gì? Khi gián đoạn thiết bị xảy ra, xử lý xác định thiết bị ban hành gián đoạn ? Khi mô-đun DMA chiếm điều khiển bus, kiểm sốt bus, xử lý làm gì? ... DUNG 7. 1 Các thiết bị ngoại vi Bàn phím / Màn hình & Ổ đĩa 7. 2 Mơ-đun I/O Chức & Cấu trúc I/O 7. 3 Các kỹ thuật I/O a I/O chương trình b I/O điều khiển gián đoạn c Truy cập nhớ trực tiếp 7. 4 Bộ... loại:  Giao tiếp người -máy: Người đọc – – Thích hợp cho người dùng máy tính Màn hình, bàn phím, máy in  Giao – – tiếp máy- máy: Máy đọc Thích hợp cho giao tiếp với thiết bị Hệ thống đĩa băng từ,... vào từ tính – Đầu đọc băng từ, đĩa từ • Thiết bị vào hình – Màn hình chạm – Chuột Thiết bị     Máy đục lỗ thẻ Màn hình Máy in Âm + Thiết bị ngoại vi Phân thành loại:  Giao tiếp người -máy: