Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ (Chương 7) Hệ thống vào ra

Bài giảng: kiến trúc máy tính hợp ngữ Chương 7: Hệ thống vào Hệ thống vào (IO)  Tổng quan hệ thống vào-ra  Các phương pháp điều khiển vào-ra  Nối ghép với thiết bị ngoại vi  Các cổng vào-ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Tổng quan hệ thống vào-ra  Giới thiệu chung  Các thiết bị ngoại vi  Module nối ghép vào-ra  Các phương pháp địa hóa cổng vào-ra Lê Văn Hiệp Giới thiệu chung  Chức năng: trao đổi thơng tin máy tính hệ thống bên  Các thao tác bản:  Vào liệu (Input)  Ra liệu (Output)  Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các module nối ghép vào-ra Lê Văn Hiệp Các thiết bị ngoại vi  Chức năng: Chuyển đổi thơng tin từ dạng vật lý dạng liệu phù hợp với máy tính ngược lại  Phân loại:  Các thiết bị thu nhận liệu: bàn phím, chuột, máy quét ảnh,  Các thiết bị hiển thị liệu: hình, máy in,  Các thiết bị lưu trữ: ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang CD, DVD,  Các thiết bị truyền thông: modem, card mạng, Lê Văn Hiệp Cấu trúc chung TBNV Lê Văn Hiệp Các thành phần TBNV  Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi liệu bên ngồi bên máy tính  Bộ đệm liệu: đệm liệu truyền module vào-ra thiết bị ngoại vi  Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ module vào-ra Lê Văn Hiệp Module vào-ra  Đặc điểm vào-ra:  Các thiết bị ngoại vi đa dạng, khác về:  Nguyên tắc hoạt động  Tốc độ  Khuôn dạng liệu  Tất thiết bị ngoại vi chậm CPU RAM → Cần có module vào-ra để nối ghép thiết bị ngoại vi với CPU nhớ Lê Văn Hiệp Chức module vào-ra  Chức năng:  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 Lê Văn Hiệp Cấu trúc chung module vào-ra 10 Lê Văn Hiệp Hoạt động DMAC 37  CPU gửi cho DMAC thông tin:  Chiều trao đổi liệu: vào hay liệu  Địa thiết bị vào-ra (cổng vào-ra tương ứng)  Địa đầu mảng nhớ liệu → nạp vào ghi địa  Số từ liệu cần truyền → nạp vào đếm liệu  CPU làm việc khác  DMAC điều khiển trao đổi liệu  Sau truyền từ liệu:  Nội dung ghi địa tăng  Nội dung đếm liệu giảm  Khi đếm liệu = 0, DMAC gửi yêu cầu ngắt đến CPU để báo hiệu kết thúc DMA Lê Văn Hiệp Các kiểu DMA 38  DMA truyền theo khối (Block Transfer DMA): CPU trao quyền sử dụng bus cho DMAC khoảng thời gian đủ lớn để DMAC thực trao đổi xong khối liệu  DMA xen kẽ chu kỳ máy với CPU (Cycle Stealing DMA): DMAC CPU thay sử dụng bus chu kỳ máy  DMA suốt (Transparent DMA): Trong q trình hoạt động, khơng phải chu kỳ CPU sử dụng bus hệ thống, DMAC phát xem chu kỳ CPU không dùng bus để chiếm dụng bus chu kỳ điều khiển trao đổi từ liệu → không làm ảnh hưởng đến CPU Lê Văn Hiệp Các cấu hình thiết kế DMA 39  Cấu hình 1:  Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus lần:  Giữa DMAC với module vào-ra  Giữa DMAC với nhớ Lê Văn Hiệp Các cấu hình thiết kế DMA (tiếp) 40  Cấu hình  DMAC điều khiển một vài module vào-ra  Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus lần:  Giữa DMAC với nhớ Lê Văn Hiệp Các cấu hình thiết kế DMA (tiếp) 41  Cấu hình 3:  Bus vào-ra tách rời hỗ trợ tất thiết bị cho phép DMA  Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus lần:  Giữa DMAC với nhớ Lê Văn Hiệp Đặc điểm DMA 42  CPU khơng tham gia vào q trình trao đổi liệu  DMAC điều khiển trao đổi liệu nhớ với module vào-ra hồn tồn phần cứng → tốc độ nhanh  Thích hợp với yêu cầu trao đổi liệu kích thước lớn Lê Văn Hiệp Bộ xử lý vào-ra 43  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  Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý Lê Văn Hiệp Hệ thống vào 44  Tổng quan hệ thống vào-ra  Các phương pháp điều khiển vào-ra  Nối ghép với thiết bị ngoại vi  Các cổng vào-ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Nối ghép với thiết bị ngoại vi 45  Các kiểu nối ghép  Các cấu hình nối ghép Lê Văn Hiệp Các kiểu nối ghép 46  Nối ghép song song:  Truyền nhiều bit song song  Tốc độ nhanh  Cần nhiều đường truyền Lê Văn Hiệp Các kiểu nối ghép (tiếp) 47  Nối ghép nối tiếp:  Truyền bit  Cần có truyển đổi qua lại liệu song song nối tiếp  Tốc độ chậm  Cần đường dây → truyền xa Lê Văn Hiệp Các cấu hình nối ghép 48  Cấu hình điểm tới điểm (Point to Point): thơng qua cổng vào-ra cho phép nối ghép với thiết bị ngoại vi  Nối ghép bàn phím  Nối ghép chuột  Nối ghép ổ đĩa mềm   Cấu hình điểm tới đa điểm (Point to Multipoint): thông qua cổng vào-ra cho phép nối ghép với nhiều thiết bị ngoại vi  Chuẩn nối ghép SCSI: cho phép nối ghép tới 15 thiết bị  Cổng USB: nối ghép tới 127 thiết bị  Cổng IEEE 1394: nối ghép tới 63 thiết bị Lê Văn Hiệp Hệ thống vào 49  Tổng quan hệ thống vào-ra  Các phương pháp điều khiển vào-ra  Nối ghép với thiết bị ngoại vi  Các cổng vào-ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Các cổng vào-ra thông dụng PC 50  Các cổng PS/2: nối ghép bàn phím chuột  Các cổng nối ghép hình  Cổng LPT (Line Printer): thường nối ghép với máy in, cổng song song (Parallel Port)  Cổng COM (Communication): thường nối ghép với MODEM, cổng nối tiếp (Serial Port)  Cổng USB (Universal Serial Bus): cổng nối tiếp đa  … Lê Văn Hiệp Các cổng vào-ra thông dụng (tiếp) 51 Lê Văn Hiệp ...7 Hệ thống vào (IO)  Tổng quan hệ thống vào- ra  Các phương pháp điều khiển vào- ra  Nối ghép với thiết bị ngoại vi  Các cổng vào- ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Tổng quan hệ thống vào- ra ... cổng vào- ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Các phương pháp điều khiển vào- ra 17  Vào- ra chương trình  Vào- ra điều khiển ngắt  Truy cập trực tiếp nhớ - DMA  Bộ xử lý vào- ra Lê Văn Hiệp Vào- ra chương... Lê Văn Hiệp Hệ thống vào 49  Tổng quan hệ thống vào- ra  Các phương pháp điều khiển vào- ra  Nối ghép với thiết bị ngoại vi  Các cổng vào- ra thông dụng PC Lê Văn Hiệp Các cổng vào- ra thông dụng