Bài giảng kiến trúc máy tính chương 6 phan trung kiên

Tại sao cần Modul vào/ra? Không thể nối trực tiếp các thiết bị ngoại với bus hệ thống, vì: • Tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau  Chức năng của Modul vào/ra:... Các thành phần cơ bản của

Kiến trúc máy tính

Chương 6

HỆ THỐNG VÀO/RA

Nội dung chương 6

vào/ra

 Nối ghép thiết bị ngoại vi.

Tổng quan về Hệ thống vào/ra

Cache

Bus chính BXL

Bộ nhớ

chính

Mạch ĐK vào/ra

Mạch ĐK vào/ra

Mạch ĐK vào/ra

Đồ họa Các ngắt

Tại sao cần Modul vào/ra?

 Không thể nối trực tiếp các thiết bị ngoại với bus hệ thống, vì:

• Tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau

 Chức năng của Modul vào/ra:

Các thiết bị ngoại vi

 Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa

bên trong và bên ngoài máy tính

 Phân loại:

• TBNV giao tiếp người-máy: màn hình, bàn phím, máy in,

• TBNV giao tiếp máy-máy: các thiết bị

theo dõi và kiểm tra

• TBNV truyền thông: modem, card giao

Một số TBNV thông dụng

Sơ đồ khối của TBNV

Tín hiệu ĐK

từ Modul vào/ra

Tín hiệu TT

đến Modul vào/ra

Dữ liệu đến

và từ Modul vào/ra

Logic ĐK Bộ đệm

Bộ chuyển

đổi tín hiệu

Các thành phần cơ bản của TBNV

chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện

thành dạng năng lượng khác và ngược lại

hoạt động của TBNV đáp ứng theo yêu

cầu từ Modul vào/ra

trao đổi dữ liệu giữa Modul vào/ra và

TBNV

Modul vào/ra

 Chức năng:

• Điều khiển và định thời gian

• Trao đổi thông tin với BXL

• Trao đổi thông tin với TBNV

• Bộ đệm dữ liệu

• Phát hiện lỗi

Sơ đồ khối của Modul vào/ra

Các đường

dữ liệu

Nối ghép với TBNV

Các đường

địa chỉ

Các đường

Thanh ghi dữ liệu

Thanh ghi ĐK/trạng thái

Logic vào/ra

Logic giao diện với TBNV

Logic giao diện với TBNV

Dữ liệu

Điều khiển Trạng thái

Dữ liệu

Điều khiển Trạng thái Nối ghép với

bus hệ thống

Thành phần cơ bản của Modul vào/ra

quá trình trao đổi

mỗi cổng có một địa chỉ xác định

giữ thông tin điều khiển, trạng thái cho các cổng vào/ra

Các PP địa chỉ hóa cổng vào/ra

 Vào/ra tách biệt (isolated IO)

mapped IO)

FFFFH

64 KB 0000H

FFFFH

Vào/ra theo bản đồ bộ nhớ

 Đặc điểm:

• Không gian địa chỉ cổng vào/ra nằm

trong không gian địa chỉ bộ nhớ

FFFFFH

Các phương pháp điều khiển vào/ra

 Vào/ra bằng chương trình (Programmed IO)

 Vào/ra bằng ngắt (Interrupt Driven IO)

 Vào/ra bằng DMA (Direct Memory Access)

Vào/ra bằng chương trình

 Nguyên tắc chung:

• Sử dụng lệnh vào/ra trong chương trình

để trao đổi dữ liệu với cổng vào/ra

• Khi BXL thực hiện chương trình, gặp lệnh vào/ra thì BXL điều khiển trao đổi

dữ liệu với thiết bị ngoại vi

Hoạt động vào/ra bằng chương trình

 BXL yêu cầu thao tác vào/ra

 Modul vào/ra thực hiện thao tác

 Modul vào/ra thiết lập các bit trạng

thái

 BXL kiểm tra các bit trạng thái:

• Nếu chưa sẵn sàng thì quay lại kiểm tra

• Nếu đã sẵn sàng thì tiến hành trao đổi

Lưu đồ hoạt động

Đọc trạng thái của TBNV

TBNV sẵn sàng?

Trao đổi DL

Sai Đúng

• Điều khiển: yêu cầu Modul làm việc gì

 VD: điều khiển quay đĩa

• Kiểm tra: kiểm tra trạng thái

Đặc điểm

 BXL trực tiếp điều khiển vào/ra

• Nhận biết thông tin trạng thái từ TBNV

• Phát tín hiệu điều khiển Read/Write

• Trao đổi dữ liệu

 BXL chờ đến khi Modul vào/ra hoàn thành thao tác

 Tốn thời gian của BXL

Phân loại ngắt

do mạch phần cứng bên ngoài gửi đến

• Ngắt cứng NMI (None Maskable Interrupt): có

yêu cầu ngắt thì bắt buộc phải ngắt

• Ngắt cứng MI (Maskable Interrupt): có yêu cầu ngắt thì có hai khả năng xẩy ra:

Phân loại ngắt

do lệnh gọi ngắt nằm trong chương trình

sinh ra

ngắt sinh ra do lỗi xuất hiện trong quá

Nguyên tắc hoạt động

 BXL không mất thời gian chờ đợi

 BXL không phải kiểm tra trạng thái sẵn sàng của TBNV

 Modul vào/ra ngắt BXL khi nó ở trạng thái sẵn sàng

Hoạt động

Mạch điều khiển

BXL thực hiện xong lệnh hiện tại

BXL phát tín hiệu chấp nhận ngắt

BXL cất nội dung Thanh ghi

BXL cất các thông tin còn lại của trạng thái xử lý

Thực hiện ngắt

Khôi phục thông tin trạng

Đặc điểm

phần mềm

• Phần cứng: yêu cầu ngắt BXL

• Phần mềm: trao đổi dữ liệu

 BXL trực tiếp điều khiển vào/ra

 BXL không phải đợi Modul vào/ra

 hiệu quả BXL sử dụng tốt hơn

Các PP xác định modul ngắt

 Nhiều đường yêu cầu ngắt

(Different line for each module)

(Software poll)

 Kiểm tra vòng bằng phần cứng

(Daisy Chain or Hardware poll)

 Chiếm bus (Bus Master)

PP1: Nhiều đường yêu cầu ngắt

cho mỗi modul vào/ra

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra BXL

INTR 0 INTR 1 INTR 2 INTR 3

PP2: Kiểm tra vòng bằng phần mềm

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra BXL

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra BXL

Cờ yêu

PP4: Chiếm bus

 Modul vào/ra cần chiếm bus trước khi

nó phát tín hiệu yêu cầu ngắt

• PCI

• SCSI

Xử lý với nhiều ngắt

 Các ngắt bị cấm

thực hiện một ngắt

 Định nghĩa ưu tiên ngắt:

ngắt bởi ngắt có ưu tiên cao hơn

Ngắt tuần tự

Ngắt lồng nhau

Nhiều ngắt xảy ra đồng thời

 Nếu có nhiều yêu cầu ngắt cùng một

lúc gửi đến BXL thì BXL giải quyết

thế nào?

khiển ngắt lập trình được (PIC

-Pr ogrammable I nterrupt Co ntroller)

 PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra

Modul vào ra

INTR 1 INTR 2 INTR 3

BXL

Bus DL

INTR

INTA

Ví dụ: PIC 8259A

Sơ đồ cấu trúc của DMAC

Quá trình hoạt động

dùng các đường bus

Các kiểu thực hiện DMA

DMA): DMAC sử dụng bus để truyền cả khối

dữ liệu.

DMAC ép buộc BXL treo tạm thời từng chu kỳ

để thực hiện truyền một byte dữ liệu.

Cấu hình DMA: kiểu 1

 Bus đơn, bộ điều khiển DMA riêng rẽ

 Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus 2 lần:

Cấu hình DMA: kiểu 2

 Mỗi lần truyền, chỉ sử dụng bus 1 lần

Cấu hình DMA: kiểu 3

 Bus vào/ra tách rời, hỗ trợ tất cả các thiết

bị cho phép DMA

 Mỗi lần truyền chỉ dùng bus 1 lần:

Nối ghép thiết bị ngoại vi

 Các kiểu nối ghép vào/ra:

• Nối ghép song song

• Nối ghép nối tiếp

 Các cấu hình nối ghép:

• Điểm tới điểm

• Điểm tới đa điểm

Nối ghép song song

 Truyền nhiều bit song song

 Tốc độ nhanh

Modul vào/ra song song

Đến bus hệ thống

Đến thiết bị ngoại vi

Nối ghép nối tiếp

 Truyền lần lượt từng bit

 Cần có bộ chuyển đổi song song thành nối tiếp và ngược lại

Modul vào/ra nối tiếp

Đến bus hệ thôn g

Đến thiết bị ngoạ

i vi

Các cấu hình nối ghép

 Điểm tới điểm (point-to-point):

TBNV

• Ví dụ: cổng chuột, bàn phím,

 Điểm tới đa điểm (point-to-multipoint):

với nhiều TBNV

• Ví dụ:

Các cổng vào-ra thông dụng trên PC

 Cổng COM (Communication): nối ghép với

modem, chuột, là cổng nối tiếp (Serial Port)

– 9 chân hoặc 25 chân

 Cổng USB (Universal Serial Bus): Cổng nối

Kiến trúc máy tính

HẾT CHƯƠNG 6