Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) - Chương 6: Hệ thống vào/ra cung cấp cho học viên những kiến thức về tổng quan về hệ thống vào/ra, các phương pháp điều khiển vào/ra, nối ghép thiết bị ngoại vi, các cổng vào/ra thông dụng trên PC,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Chương HỆ THỐNG VÀO/RA Nội dung Tổng quan hệ thống vào/ra Các phương pháp điều khiển vào/ra Nối ghép thiết bị ngoại vi Các cổng vào/ra thông dụng PC 6.1 Tổng quan hệ thống vào/ra Giới thiệu chung Chức hệ thống vào/ra: Trao đổi thông tin máy tính với giới bên ngồi Các thao tác bản: Vào liệu (Input) Ra liệu (Output) Các phương tiện làm nhiệm vụ vào/ra thông tin gọi chung thiết bị ngoại vi Đặc điểm thiết bị ngoại vi Tồn đa dạng thiết bị ngoại vi khác về: 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 Cấu trúc hệ thống vào/ra Cổng vào/ra Thiết bị ngoại vi Cổng vào/ra Thiết bị ngoại vi Module vào/ra Nối ghép với CPU nhớ Module Cổng vào/ra vào/ra Bus hệ thống Thiết bị ngoại vi a Các thiết bị ngoại vi Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính Phân loại: Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: Bàn phím, hình, máy in, Gồm thiết bị theo dõi kiểm tra Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) Cấu trúc chung thiết bị ngoại vi Dữ liệu từ/đến module vào/ra b Module vào/ra Chức module vào/ra: 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 Cấu trúc chung module vào/ra Địa hóa cổng vào/ra a Cổng vào/ra có không gian địa chỉ tách biệt Không gian địa vào/ra tách biệt với không gian địa nhớ Vào/ra riêng biệt: Không gian địa nhớ: 2N địa Không gian địa vào/ra: 2N1 địa Có tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập không gian địa Cần lệnh vào/ra chuyên dụng IN/OUT Chỉ thực hệ thống có quản lý khơng gian địa vào/ra riêng biệt 10 Vào/ra điều khiển ngắt Nguyên tắc chung: CPU phát lệnh I/O cho module vào/ra, sau làm việc khác Khi module vào/ra sẵn sàng phát tín hiệu ngắt CPU CPU thực chương trình vào/ tương ứng để trao đổi liệu 18 Hoạt động vào liệu: nhìn từ modul vào/ra Module vào/ra nhận tín hiệu điều khiển đọc (Read) từ CPU Module vào/ra nhận liệu từ thiết bị ngoại vi Khi có liệu, module vào/ra phát tín hiệu ngắt CPU Module vào/ra đợi CPU yêu cầu liệu, sẽ đặt liệu lên bus liệu sẵn sàng cho thao tác 19 Hoạt động vào liệu: nhìn từ CPU CPU phát tín hiệu điều khiển đọc, sau CPU làm việc khác Cuối chu trình lệnh, CPU kiểm tra tín hiệu ngắt Nếu có ngắt từ I/O: CPU cất giữ trạng thái chương trình thực Thực chương trình vào/ra tương ứng 20 Đặc điểm vào/ra điều khiển ngắt CPU trực tiếp điều khiển vào/ra CPU đợi modul vào/ra hiệu sử dụng CPU tốt 21 DMA (Direct Memory Access) Vào/ra chương trình ngắt CPU trực tiếp điều khiển: Chiếm thời gian CPU Tốc độ truyền bị hạn chế phải thơng qua CPU Để khắc phục dùng DMA Thêm module phần cứng bus DMAC (Controller) DMAC điều khiển trao đổi liệu module vào/ra với nhớ 22 Sơ đồ cấu trúc DMAC 23 Hoạt động DMA CPU thông báo cho DMAC: CPU làm việc khác DMAC điều khiển trao đổi liệu Sau truyền từ liệu thì: Vào hay Ra liệu Địa thiết bị vào/ra (địa cổng vào/ra tương ứng) Địa đầu mảng nhớ chứa liệu nạp vào ghi địa Số từ liệu cần truyền nạp vào đếm liệu nội dung ghi địa tăng nội dung đếm liệu giảm Khi đếm liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu cho CPU để báo kết thúc DMA 24 Đặc điểm DMA CPU khơng tham gia q trình trao đổi liệu DMAC điều khiển trao đổi liệu nhớ với module vào/ra (hồn tồn phần cứng) tốc độ nhanh Phù hợp với yêu cầu trao đổi mảng liệu có kích thước lớn 25 6.3 Nối ghép thiết bị ngoại vi Các kiểu nối ghép vào/ra Nối ghép song song Nối ghép nối tiếp 26 Nối ghép song song Module vào/ra song song Truyền nhiều bit song song Tốc độ nhanh Cần nhiều đường truyền liệu 27 Nối ghép nối tiếp Module vào/ra nối tiếp Truyền từng bit Cần có chuyển đổi từ liệu song song sang nối tiếp ngược lại Tốc độ chậm Cần đường truyền liệu 28 Các cấu hình nối ghép Điểm tới điểm (Point to Point) Thông qua cổng vào/ra nối ghép với thiết bị ngoại vi Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) Thông qua cổng vào/ra cho phép nối ghép với nhiều thiết bị ngoại vi Ví dụ: SCSI (Small Computer System Interface): 15 thiết bị USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị 29 6.4 Các cổng vào/ra thông dụng PC Các cổng PS/2: nối ghép bàn phím chuột Cổng nối ghép hình Cổng LPT (Line Printer): nối ghép với máy in, cổng song song (Parallel Port) – 25 chân Cổng COM (Communication): nối ghép với MODEM, cổng nối tiếp (Serial Port) - 25 chân Cổng USB (Universal Serial Bus): Cổng nối tiếp đa năng, cho phép nối ghép tối đa 127 thiết bị, nhờ USB Hub 30 Hết chương 31 32 ... Tổng quan hệ thống vào/ra Các phương pháp điều khiển vào/ra Nối ghép thiết bị ngoại vi Các cổng vào/ra thông dụng PC 6.1 Tổng quan hệ thống vào/ra Giới thiệu chung Chức hệ thống vào/ra: Trao... vào/ra để nối ghép thiết bị ngoại vi với CPU nhớ Cấu trúc hệ thống vào/ra Cổng vào/ra Thiết bị ngoại vi Cổng vào/ra Thiết bị ngoại vi Module vào/ra Nối ghép với CPU nhớ Module Cổng vào/ra vào/ra... Bus hệ thống Thiết bị ngoại vi a Các thiết bị ngoại vi Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính Phân loại: Thiết bị ngoại vi giao tiếp người -máy: Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy- máy: