Giáo trình nguyên lý hệ điều hành phần 2 hồ đắc phương

Chương 8 QUÀN LÝ THIÉT BỊHĐH kiểm soát hoạt động các thiết bị vào/ra gắn với máy tính bằng cách phát lệnh điếu khiển thiết bị; phát hiện, xử lý ngắt và quản lý lỗi.. HĐH cung cấp giao di

Chương 8 QUÀN LÝ THIÉT BỊ

HĐH kiểm soát hoạt động các thiết bị vào/ra gắn với máy tính bằng cách phát lệnh điếu khiển thiết bị; phát hiện, xử lý ngắt và quản lý lỗi HĐH cung cấp giao diện đơn giản giúp người sử dụng và lập trinh viên sử dụng thiết bị dễ dàng Để dễ ghép nối các thiết bị mới, giao diện giữa hệ thống với các thiết bị nên giống nhau Tốc độ vào/ra nhỏ hơn tốc độ tính toàn (CPU) hàng triệu lần và tỷ lệ này khõng có xu hướng giàm Do vậy, các hệ thống máy tinh hiện đại có gắng thục hiện xen kẽ thao tác vào/ra với thao tác tinh toán để tàng hiệu suất tổng thể của hệ thống Chương này trình bày cách thức HĐH quản lý thiết bị vào/ra: cách thức HĐH quản

lý thiết bị, các phương pháp quản lý cơ bản, cách sử dụng bộ đệm để tăng hiệu suất vào/ra và cấu trúc tổng quát của trình điều khiển thiét bị.

8 1 N G U Y Ê N L Ý H O Ạ T Đ Ộ N G

K ỹ s ư đ iệ n tử co i th iế t bị v à o /ra là tổ h ợ p v i m ạ c h , d â y d ẫ n , n g u ồ n đ iệ n ,

m o to r L ập trìn h v iê n "g ia o tiế p " v ớ i th iế t bị th ô n g q u a g ia o d iệ n p h ầ n m ề m

v à đ â y là k h ía c ạ n h m à c h ú n g ta q u a n tâm

8 1 1 P h â n lo ạ i t h i ế t b ị v à o /r a

T h iế t bị v à o /ra có th ể đ ư ợ c c h ia th à n h h ai loại là th iế t bị h ư ớ n g k h ố i v à

th iế t bị h ư ớ n g k ý tự T h iế t bị h ư ớ n g k h ố i lư u trữ th ô n g tin tro n g c á c k h ố i có

k íc h th ư ớ c cố đ ịn h (v í d ụ ổ đ ĩa từ ), th ư ờ n g n ằ m tro n g k h o ả n g từ 5 1 2 tớ i

3 2 7 6 8 b y te T ín h c h ấ t c ủ a th iế t bị h ư ớ n g k h ố i là có th ể đ ọ c h o ặ c g h i các

k h ố i đ ộ c lập v ớ i n h a u N ế u tiế p tụ c p h â n lo ại "m ịn " h ơ n , có th ể p h â n th iế t bị

h ư ớ n g k h ố i ra h a i k iể u là k iể u c ó th ể đ á n h đ ịa c h i v à k iể u k h ô n g th ể đ á n h

đ ịa ch i Ố đ ĩa là th iế t bị có th ể đ á n h đ ịa c h ỉ c h o từ n g k h ố i, vì trụ c q u a y có

k h ả n ă n g d ịc h tớ i bấl kỳ vị trí nào M ộ t k iể u th iế t bị v à o /ra k h á c là h ư ớ n g ký

tự (th iế t bị tạo ra h o ặ c n h ậ n d ã y từ n g k ý tự ) K h ô n g th ể đ á n h đ ịa chi v à

k h ô n g có q u á trin h d ịc h c h u y ể n tro n g k iể u th iế t bị n ày M á y in, c a rd m ạ n g ,

c o n c h u ộ t (đ ể trỏ ) v à h ầ u h ế t c á c th iế t bị k h ô n g h o ạ t đ ộ n g g iố n g ổ đ ĩa đ ề u

có th ể x e m n h ư th iể t bị h ư ớ n g k ý tự P h â n lo ại n à y c h ư a th ự c sự đ ầy đ ủ , vì

m ộ t số th iế t bị k h ô n g n ằ m tro n g loại n ào C h ẳ n g h ạ n , đ ồ n g h ồ h a y m à n h ìn h

T h iế t b ị v à o /ra g ồ m h ai p h ầ n c ơ b ả n là p h ầ n c ơ k h í v à p h ầ n đ iệ n tử ,

đ ư ợ c th iế t k ế đ ộ c lập v ớ i n h a u P h ầ n đ iệ n tử đ ư ợ c g ọ i là d e v ic e c o n tro lle r (b ộ đ iề u k h iể n ) h o ặ c a d a p te r (b ộ đ iề u h ợ p ) T rê n m á y tín h c á n h â n (P C ), b ộ

đ iề u k h iể n th ư ờ n g là b ản m ạ c h in có th ể c ắ m v ào k h e c ắ m m ờ rộ n g P h ầ n c ơ

G ia o d iệ n g iữ a b ộ đ iề u k h iể n v à th iế t bị là g ia o d iệ n ở m ứ c th ấ p , ở m ứ c

ca o c ó th ể co i ổ đ ĩa đ ư ợ c c h ia th à n h n h iề u tra c k , tra c k có 2 5 6 s e c to r v à

s e c to r c h ứ a 5 1 2 b y te T u y n h iê n , ờ m ứ c v ật lý th ấ p n h ấ t (b ê n tro n g ổ đ ĩa ) là

d ò n g c á c b it, b ắ t đ ầ u v ớ i m ộ t tiê u đ ề p re a m b le (c h u ồ i b it đ á n h d ấ u s ự b ắt

đ ầ u ), sa u đ ó là 4 0 9 6 b it ứ n g v ớ i m ộ t se c to r v à c u ố i c ù n g là c á c b it k iể m tra

(c h e c k su m ), c á c bit n à y c ò n đư ợ c g ọ i là m ã s ử a lỗi (Error C o rectin g C o d e -

E C C ) P h ầ n tiê u đề p re a m b le đ ư ợ c ghi tro n g q u á trìn h đ ịn h d ạ n g đ ĩa , c h ứ a

số h iệ u se c to r v à c y lin d e r, k íc h th ư ớ c se c to r v à các th ô n g tin p h ụ c vụ c h o

m ụ c đ íc h đ ồ n g bộ C ô n g v iệc c ù a bộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa là c h u y ể n d ò n g b it

sa n g k h ố i b y te v à sử a n h ữ n g lỗi có thể Đ ầ u tiê n các b it lần lư ợ t đ ư ợ c g h é p lại th à n h m ộ t k h ố i b y te v à lư u tạ m tro n g b ộ n h ớ đ ệ m c ủ a bộ đ iề u k h iể n S a u

đ ó , b ộ đ iề u k h iể n th ự c h iệ n k iể m tra g iá trị cá c b it sừ a lồi v à n ếu x á c đ ịn h

k h ô n g có lỗi th ì k h ố i b y te đ ư ợ c c h u y ể n v à o b ộ n h ớ tro n g B ộ đ iề u k h iể n

m à n h ìn h c ũ n g là m ộ t d ạ n g th iế t bị h o ạ t đ ộ n g th e o c h u ồ i b it liên tiếp B ộ

đ iề u k h iể n đ ọ c b y te (là m ã ký tự c ầ n h iể n th ị) từ b ộ n h ớ v à sa u đó tạ o ra tín

h iệ u đ iề u c h ỉn h d ò n g C R T in ra m à n h ìn h B ộ đ iề u k h iể n c ũ n g tạ o ra tín

h iệ u đ ể y ê u c ầ u d ò n g C R T q u é t lại th e o c h iề u d ọ c sa u k h i đ ã q u é t h ế t m ộ t

d ò n g , v à q u é t lại đ iể m đ ầ u tiê n c ù a m à n h ìn h sa u k hi q u é t x o n g to à n bộ m à n

h ìn h N ế u k h ô n g có b ộ đ iề u k h iể n , H Đ H p h ải tự th ự c h iệ n v iệ c q u é t m à n

h ìn h N h ư n g b â y g iờ , H Đ H chi c ầ n k h ở i tạ o bộ đ iề u k h iể n v ớ i m ộ t v ài th a m

số (số lư ợ n g k ý tự h a y số đ iể m ả n h trê n m ộ t d ò n g v à số lư ợ n g d ò n g trê n

m à n h ìn h ) S au k hi k h ở i đ ộ n g , b ộ đ iề u k h iể n trự c tiế p k iể m s o á t th iế t bị

Hình 8.2 Bộ phận quản lý thiết bị của HĐH

T ro n g H Đ H , b ộ p h ậ n q u ả n lý th iế t bị đ iề u k h iể n th iế t bị v à c u n g c ấ p

c h o tiế n trìn h s ử d ụ n g m ứ c trừ u tư ợ n g th iế t bị th ấ p n h ấ t C ó n h iề u p h ư ơ n g

p h á p trừ u tưọm g h ó a k h á c n h a u P h ư ơ n g p h á p đ ơ n g iả n n h ấ t là v à o /ra trự c tiế p (tiế n trìn h trự c tiế p c h u y ể n d ữ liệ u tớ i các th a n h g h i tro n g bộ đ iề u k h iể n

th iế t b ị) N ế u có th ê m c ơ c h ế th ă m d ò (p o llin g ), p h ầ n m ề m đ iề u k h iể n th iế t

bị sẽ k iể m tra th a n h g h i trạ n g th á i tro n g bộ đ iề u k h iể n đ ể x á c đ ịn h y ê u c ầ u

n à o đ ó đ ã h o à n th à n h c h ư a T u y n h iê n , n ế u h ệ th ố n g s ử d ụ n g n g ắ t, tiế n trìn h

ứ n g d ụ n g k h ô n g p h ả i tự m in h k iể m Ira x e m th iế t bị đ ã th ự c h iệ n x o n g c ô n g

v iệ c c h ư a P h ư ơ n g p h á p th ứ h ai là v à o /ra q u a á n h x ạ b ộ n h ớ B ộ n h ớ củ a

ih iế t bị d ư ợ c á n h x ạ v à o m ộ t p h ầ n k h ô n g g ia n b ộ n h ớ hệ th ố n g C ơ c h ế cu ố i

c ù n g là s ử d ụ n g c ơ c h ế tru y c ậ p b ộ n h ớ trự c tiế p (D M A - D ire c t M e m o ry

A c c e s s ), tứ c là có th iế t bị c h ịu trá c h n h iệ m sa o c h é p d ữ liệ u từ b ộ n h ớ đ ến

th a n h g h i tr o n g b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị m à k h ô n g c ầ n C P U đ iề u k h iể n

8 2 1 T ổ c h ứ c h ệ t h ố n g v à o /r a

T ro n g H Đ H h iệ n đ ạ i, có h ai p h ư ơ n g p h á p cài đ ặ t b ộ p h ậ n q u ả n lý th iế t bị; h o ặ c th ô n g q u a s ự tư ơ n g tá c g iữ a trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị (d e v ic e d riv e r)

v ớ i b ộ q u ả n lý n g ắ t (c ơ c h ế v à o /ra có n g ắ t), h o ặ c h o à n to à n b ằ n g trìn h đ iề u

k h iể n th iế t bị n ế u k h ô n g sử d ụ n g n g ẳ t (c ơ c h ế v à o /ra th ă m d ò ) H ìn h 8.3

m in h h ọ a c á c th à n h p h ầ n tro n g c ả hai c ơ c h ế n ày N ế u m u ố n s ử d ụ n g th iế t

bị, tiế n tr ìn h ím g d ụ n g g ử i lệ n h c ầ n th ự c h iệ n (c ù n g v ớ i d ữ liệ u n ế u c ó ) tớ i trin h đ iề u k h iể n th iế t bị

T rìn h đ iề u k h iể n th ự c h iệ n h ai v iệ c sau:

th ù , n ê n tr in h đ iề u k h iể n p h ải c ó k h ả n ă n g đ ư a ra lệ n h c h o từ n g th iế t bị v à rõ

rà n g c á c lệ n h n à y p h ụ th u ộ c v à o b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị

8 2 2 V à o / r a t r ự c t iế p q u a th ă m d ò

T r o n g c ơ c h ế v à o /ra trự c tiế p , C P U c h ịu trá c h n h iệ m c h u y ể n d ữ liệ u

g iũ a b ộ n h ớ c h ín h v à th a n h g h i tro n g b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị T rìn h đ iề u

k h iể n đ ọ c c ờ b u s y -d o n e trê n th iế t b ị, h o ặ c s ử d ụ n g n g ắ t đ ể " th ă m d ò " 'th iế t

bị h o à n th à n h n h iệ m v ụ c h ư a T a trìn h b à y h ai th a o tá c c ơ b ản n h ấ t c ủ a C P U

là k h ở i đ ộ n g th iế t b ị v à th ă m d ò th a n h g h i trạ n g th ái

H ình 8.3a m in h h ọ a các bư ớ c c h u y ể n d ữ liệu từ th iết bị v ào b ộ n h ớ trong;

5 T rìn h đ iề u k h iể n sa o c h é p g iá trị (c á c ) th a n h g h i d ừ liệ u tro n g b ộ

đ iề u k h iể n v à o k h ô n g g ia n n h ớ c ủ a tiế n trìn h

T h a o tá c g h i d ữ liệ u đ ư ợ c th ự c h iệ n tư ơ n g tự T ro n g c ơ c h ế v à o /ra trự c tiế p q u a th ă m d ò , y ê u c ầ u v à o /ra đ ư ợ c th ự c h iệ n th ô n g q u a tưorng tá c v ớ i trìn h đ iề u k h iể n , đ iề u n à y "c h e d ấ u " to à n b ộ h o ạ t đ ộ n g c ủ a p h ầ n c ứ n g c ù a

b ộ đ iề u k h iể n N h ư ợ c đ iể m c ủ a c á c h tiế p c ậ n n à y là h iệ u s u ấ t s ử d ụ n g C P U

th ấ p d o C P U p h ả i th ư ờ n g x u y ê n k iể m tra tấ t c ả c á c th iế t bị x e m đ ã h o à n

Coãmud 11 Statis l l Data 1 1 CDBaiu 4 || Stitos 1 DiU 1

Bộ Điền kbỉéa Thiết bj BôĐỉèi kkiểaThỉcl bf

th ié t bị g ử i tín h iệ u tớ i c h ip đ iề u k h iể n n g ẳ t g ắ n trê n b o m ạ c h c h ủ P h ụ

th u ộ c v à o tín h iệ u đ ế n từ d â y d ẫ n n à o , b ộ đ iề u k h iể n n g ắ t x á c đ ịn h đ ư ợ c

th iế t bị g â y ra n g ắt

Hình 8.4 Cơ chế hoạt động của ngắt

N ế u tại th ờ i đ iể m n à o đ ó có đ ú n g m ộ t n g ắ t x u ấ t h iệ n , b ộ đ iề u k h iể n sẽ

x ử lý n g ắ t n g a y lập tứ c N h ư n g k h i x u ấ t h iệ n n h iề u n g ắ t, th ì h ệ th ố n g ư u tiê n

x ử lý n g ắ t có đ ộ ư u tiê n c a o trư ớ c B ộ đ iề u k h iể n n g ắ t g á n số th ứ tự c h o m ồ i

đ ư ờ n g đ ịa chi x á c đ ịn h th iế t bị v à tạ o ra tín h iệ u n g ắ t tư ơ n g ứ n g gử i tớ i

C P U T ín h iệ u n g ắ t k h iế n C P U tạ m d ừ n g c ô n g v iệ c đ a n g th ự c h iệ n để

c h u y ể n s a n g x ử lý n g ắt, số h iệ u đ ư ờ n g đ ịa c h i đ ư ợ c s ử d ụ n g là m ch i số tra

c ứ u tro n g b ả n g v e c to r n g ắ t đ ể x á c đ ịn h đ ịa c h ỉ đ ầ u tiê n c ủ a đ o ạ n chư cm g trìn h x ử lý n g ất B ả n g v e c to r n g ắ t có th ể đ ư ợ c g h i c ứ n g tro n g m á y , h o ặ c có

th ể n ằ m tro n g b ộ n h ớ , v à hệ th ố n g sử d ụ n g th a n h g h i đ ặ c b iệ t tro n g C P U trỏ

1 ỉệ th ố n g p h ải g h i lại m ộ t số th ô n g tin trư ớ c k h i k h ở i đ ộ n g th ủ tụ c x ử lý

n g ắ t N h ừ n g th ô n g tin n à o đ ư ợ c g h i v à ghi v à o đ â u p h ụ th u ộ c v à o k iế n trú c

C P U ít n h ấ t p h ả i g h i lại th a n h g h i P C đ ể sa u k h i x ử lý x o n g n g ắ t c ò n q u a y lại c h ư ơ n g trìn h cũ N h ư n g c ũ n g có m ộ t số k iế n trú c p h ứ c tạ p y ê u c ầ u p h ả i ghi lại tấ t c ả c á c th a n h ghi

N ế u lư u v à o th a n h g h i, th ì các n g ắ t liê n tiế p n h a u có th ể g h i đ è lên

th a n h g h i v à d o đ ó d ừ liệ u có th ể bị m ất D o v ậ y , p h ầ n lớ n C P U g h i th ô n g tin v à o n g ă n x ếp ở đ ây có th ể lư u v à o n g ă n x ế p c ủ a H Đ H h o ặ c n g ă n x ếp

c ù a tiế n trin h n g ư ờ i d ù n g M ộ t v ấ n đ ề k h á c là, C P U h iệ n đ ại đ ề u th e o c ẩ u trú c đ u ờ n g ố n g (p ip e lin e ), h o ặ c c ấ u trú c siê u v ô h ư ớ n g (s u p e rs c a la r) T ro n g các h ệ th ố n g m á y tín h tru ớ c k ia , sa u k h i k ế t th ú c m ộ t c h i th ị, c h ư ơ n g trìn h

h o ặ c p h ầ n c ứ n g k iể m tr a x e m c ó x u ấ t h iệ n n g ắ t h a y k h ô n g N ế u c ó , g iá trị

lú c n h iề u c h i th ị G iả s ử n g ắ t x u ấ t h iệ n tro n g k h i đ ư ờ n g ố n g đ a n g đ ầ y , c á c

ch ỉ th ị đ a n g ở tro n g c á c tr ạ n g th á i th ự c h iệ n k h á c n h a u K hi n g ắ t x u ấ t h iệ n ,

g iá trị P C k h ô n g p h ả n á n h c h ín h x á c n h ữ n g c h ỉ th ị n à o đ ã b ắ t đ ầ u th i h à n h

v à c h ỉ th ị n à o c h ư a th i h à n h P C c h ỉ là đ ịa c h i c ủ a c h ỉ th ị kế tiế p sẽ đ ư ợ c lấy

v à đ ư a v à o đ ư ờ n g ổ n g , c h ứ k h ô n g p h ả i đ ịa c h ỉ c ủ a c h ỉ th ị đ ư ợ c x ử lý tro n g

C P U D o v ậ y , p h ả i đ ịn h n g h ĩa rõ rà n g ra n h g iớ i g iữ a ch ì th ị đ ã v à ch i thị

c h ư a th ự c th i T u y n h iê n , p h ầ n c ứ n g k h ô n g th ể x á c đ ịn h đ ư ợ c ra n h g iớ i n ày

D o đ ó , k h i th ự c h iệ n x o n g n g ắ t c h i v ớ i đ ịa c h ỉ tr o n g th a n h g h i P C , H Đ H

k h ô n g th ể là m đ ầ y lạ i đ ư ờ n g ố n g n h ư cũ cần x á c đ ịn h ch ỉ th ị c u ố i c ù n g

đ ư ợ c th ự c th i, tu y n h iê n c h ứ c n ă n g n à y th ư ờ n g rấ t p h ứ c tạ p , v ì c ầ n p h â n tíc h trạ n g th á i m á y tín h T rê n k iế n trú c s iê u v ô h ư ớ n g v ấ n đ ề c ò n p h ứ c tạ p h ơ n ,

đ ư ò n g ố n g ) K h i đ ó , m ạ c h lo g ic c ủ a b ộ đ iề u k h iể n n g ắ t b ê n tro n g C P U c ự c

kỳ p h ứ c tạ p B ộ đ iề u k h iể n n g ắ t p h ả i đ ả m b ả o k h i x u ấ t h iệ n n g ắ t, th ì m ọ i c h ỉ

V ớ i n g ắ t, trìn h đ iề u k h iể n k h ô n g p h ả i th ă m d ò x e m th iế t bị đ ã h o à n

th à n h n h iệ m v ụ h a y c h ư a K h i k ế t th ú c c ô n g v iệ c , b ộ đ iề u k h iể n b á o lại c h o trìn h đ iề u k h iể n th iế t b ị B ộ q u ả n lý th iế t b ị tro n g c ơ c h ế v à o /ra s ử d ụ n g n g ắ t

^ 2 T rìn h đ iề u k h iể n k iể m tr a th a n h g h i tr ạ n g th á i x e m th iế t b ị c ó rồ i h a y

k h ô n g N ế u th iế t bị b ậ n , tr ìn h đ iề u k h iể n đ ợ i

3 T rìn h đ iề u k h iể n g h i lệ n h k h ở i tạ o v à o th a n h ghi lệ n h c ủ a b ộ đ iề u

k h iể n

4 K h i h o à n th à n h c ô n g v iệ c , trìn h đ iề u k h iể n g h i v ào b ả n g trạ n g th á i

th iế t bị các th ô n g tin liê n q u a n đ ến th a o tác B à n g n à y c h ứ a th ô n g tin

v ề tấ t c ả c á c th iế t bị tro n g h ệ th ố n g , m ỗ i h à n g ứ n g v ớ i m ộ t th iế t bị cụ

th ể T rìn h đ iề u k h iể n g h i lại m ộ t số th ô n g tin về th iế t bị m ìn h q u ả n

lý C á c th ô n g tin n à y có th ể là đ ịa ch ỉ trả v ề sa u k h i th a o tá c th ự c

h iệ n x o n g v à c ó th ể là m ộ t số th a m sổ đ ặ c b iệ t k h á c K ế tiế p , trìn h

đ iề u k h iể n k ể t th ú c v à c h u y ể n q u y ề n đ iề u k h iể n c h o b ộ đ iề u p h ố i

5 K h i k ế t th ú c c ô n g v iệ c đ ư ợ c g ia o , th iế t bị tạ o ra n g ắ t g ử i đ ế n C P U v à trìn h x ử lý n g ắ t tư ơ n g ứ n g đ ư ợ c th ự c th i

T h a o tá c g h i d ữ liệ u d iễ n ra tư ơ n g tự V ớ i tiế n trìn h ứ n g d ụ n g , th a o tác

n à y tư ơ n g tự lờ i g ọ i h ệ th ố n g T u y n h iê n , th ờ i g ia n g h i GÓ th ể lớ n hom rất

n h iề u , đ ặc b iệ t tro n g h ệ th ố n g th ă m d ò T h ờ i g ia n n à y p h ụ th u ộ c v à o th ờ i

g ia n tín h to á n , tố c đ ộ th ự c h iệ n v à o /ra v à k h p ả n g th ờ i g ia n th ă m d ò th iế t bị

Đ ố i v ớ i h ệ th ố n g th ă m d ò , c ầ n tín h th ê m k h o ả n g th ờ i g ia n từ k h i th iế t bị

th ự c s ự h o à n th à n h x o n g c ô n g v iệ c c h o tớ i k h i tiế n trìn h ứ n g d ụ n g p h á t h iệ n

ra s ự k iệ n n à y đ ể tiế p tụ c th ự c th i c ô n g v iệ c c ủ a m ìn h D o d ó , b ằ n g c á c h

tư ơ n g tác với th iế t bị th ô n g q u a g ia o d iệ n p h ầ n m ề m , H Đ H c h o p h é p tiế n trìn h th ự c h iệ n tín h to á n trê n C P U tro n g k h i tiế n trìn h k h á c s ử d ụ n g th iế t bị

M ồ i tiế n trìn h v ẫn đ ư ợ c đ ả m b ả o th ự c thi m ộ t c á c h tu ầ n tự , c h o d ù có g iá n

đ o ạ n C á c th a o tác v à o /ra có tín h c h ấ t tu ầ n tự , n g h ĩa là khi lập trìn h v iê n sử

d ụ n g lệ n h read tro n g chưorng trin h th ì lệ n h read p h ải th ự c h iệ n x o n g trư ớ c

k h i th ự c th i c á c lệ n h sa u V í d ụ , k h i tiế n trìn h th ự c h iệ n đ o ạ n chư cm g trìn h

m in h h ọ a trê n H ìn h 8 5 , to là th ờ i đ iể m sa u k h i tiế n trìn h sử d ụ n g lờ i g ọ i hệ

ih ố n g đ ể đ ọ c từ th iế t b ị, n h ư n g lờ i g ọ i n à y c h ư a th ự c h iệ n x o n g N ế u h àm f

v ớ i th a m số X đ ư ợ c tín h tru ớ c k h i th a o tá c đ ọ c th ự c h iệ n , th ì tiế n trìn h sẽ sử

d ụ n g g iá trị X cũ Đ ể tr á n h tìn h trạ n g n à y , sa u k h i g ọ i read, tiế n trìn h p h ả i bị

p h o n g tỏ a c h o đ ế n k h i read h o à n th à n h

T ừ n g tiế n trìn h riê n g lẻ k h ô n g n h ậ n đ ư ợ c íc h lợi c ủ a v iệ c x e n k ẽ th a o

tá c tín h to á n v ớ i th a o tá c v à o /ra , n h ư n g h iệ u su ấ t h ệ th ố n g tổ n g th ể tă n g

đ á n g kổ, vì C P U đ ư ợ c tậ n d ụ n g tối đ a (k h i tiế n trin h đ a n g th ự c th i p h ả i đ ợ i

v à o /ra v à bị p h o n g tỏ a , tiế n trìn h k h á c s ử d ụ n g C P U )

8 2 4 V à o /r a q u a á n h x ạ b ộ n h ớ

Đ ể tư ơ n g tá c v ớ i th iế t bị p h ả i c ó ch i th ị th a o tá c trê n th a n h g h i c ù a bộ

đ iề u k h iể n tro n g tậ p ch ỉ thị n g ô n n g ữ m á y , đ ể H Đ H có th ể ra lệ n h c h o th iế t

bị (g h i lệ n h tưom g ứ n g lê n th a n h g h i lệ n h ) v à x á c đ ịn h trạ n g th ái th iế t bị (đ ọ c th a n h g h i trạ n g th á i)

Hình 8.6 Giao tiếp giữa CPU và bộ điều khiển

C ó h ai c á c h đ ể C P U tra o đ ổ i d ữ liệ u v ớ i b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị T h ứ

n h ấ t, m ỗ i th a n h g h i c ủ a b ộ đ iề u k h iể n đ ư ợ c g á n đ ịn h d a n h là số n g u y ê n , gọi

là số h iệ u c ổ n g v à o /ra (I/O p o rt n u m b e r) C P U s ử d ụ n g ch i th ị IN REG,

C á c m á y tín h th ờ i k ỳ đ ầ u đ ề u là m v iệ c th e o c á c h n ày T ro n g H ìn h 8.6 a,

k h ô n g g ia n đ ịa c h i b ộ n h ớ đ ộ c lậ p v ớ i k h ô n g g ia n v à o /ra c ủ a b ộ đ iề u k h iể n

C h i th ị IN RO, 4 ( c h u y ể n n ộ i d u n g c ù a c ổ n g I/O c ó số h iệ u 4 v à o th a n h ghi

RO) khác với chỉ thị MOV RO, 4 (đưa nội dung ô nhớ thứ 4 trong bộ nhớ

c h ín h v à o RO) G iá trị 4 tro n g h a i c h ỉ th ị trê n ứ n g v ớ i h ai k h ô n g g ia n đ ịa ch ỉ

nhớ trong hay bộ nhớ vào/ra) lên bus địa chi và phát lệnh READ trên bus

đ iề u k h iể n C ó th ể s ử d ụ n g th ê m m ộ t tín h iệ u k h á c đ ể x á c đ ịn h từ c ầ n đ ọ c

n ằ m tr o n g b ộ n h ớ v à o /ra h a y b ộ n h ớ tro n g N ế u s ử d ụ n g c h u n g k h ô n g g ia n

b ộ n h ớ ( n h ư H ìn h 8.6 b ), c ả b ộ n h ớ tro n g lẫ n tấ t c à th iế t bị v à o /ra đ ề u p h ải

so s á n h đ ịa c h ỉ trê n b u s đ ịa c h i v ớ i k h o ả n g đ ịa c h ỉ c ủ a m ìn h N ế u đ ịa ch ỉ

y ê u c ầ u n ằ m tro n g p h ạ m v i q u ả n lý , b ộ p h ậ n tư ơ n g ứ n g sẽ trả lờ i y ê u cầu

H a i p h ư ơ n g p h á p trê n c ó ư u , n h ư ợ c đ iể m riê n g , ư u đ iể m v à o /ra q u a

á n h x ạ b ộ n h ớ là đ o n g iả n c ô n g v iệ c c ủ a n g ư ờ i lậ p trìn h T h ứ n h ấ t, tro n g h ệ

th ố n g p h ả i s ử d ụ n g c h ỉ th ị v à o /ra đ ặ c b iệ t đ ể đ ọ c /g h i th a n h g h i trê n b ộ đ iề u

k h iể n th iế t b ị, lậ p trìn h v iê n p h ả i s ử d ụ n g m ã A s s e m b ly vì tro n g n g ô n n g ữ

C /C + + k h ô n g c ó lệ n h ứ n g v ớ i c h i th ị IN/OUT N g ư ợ c lại, v ớ i v à o /ra q u a á n h

x ạ b ộ n h ớ , th a n h g h i trê n b ộ đ iề u k h iể n g iố n g b ấ t k ỳ ô n h ớ n à o tro n g b ộ n h ớ

v à c ó th ể đ á n h đ ịa c h i n h ư m ọ i b iế n k h á c D o đ ó , tro n g h ệ th ố n g v à o /ra q u a

á n h x ạ b ộ n h ớ , c ó th ể v iế t tr ìn h đ iề u k h iể n th iế t b ị b ằ n g n g ô n n g ữ c T h ứ

h a i, v ớ i v à o /ra q u a á n h x ạ b ộ n h ớ , k h ô n g c ầ n s ừ d ụ n g c ơ c h ế b ả o v ệ đ ặ c b iệ t

n à o đ ể h ạ n c h ế tiế n tr ìn h n g ư ờ i d ù n g th ự c h iệ n v à o /ra H Đ H ch ỉ c ầ n n g ă n

k h ô n g đ ặ t k h ô n g g ia n đ ịa c h ỉ c h ứ a th a n h g h i c ủ a b ộ đ iề u k h iể n v à o k h ô n g

g ia n b ộ n h ớ tiế n trìn h n g ư ờ i d ù n g N ế u th a n h g h i đ iề u k h iể n c ủ a c á c th iế t bị

k h á c n h a u n ằ m trê n c á c tra n g n h ớ k h á c n h a u , th ì H Đ H c ó th ể h ạ n c h ế tiế n

tr ìn h n g ư ờ i d ù n g c h ỉ đ ư ợ c s ử d ụ n g m ộ t số th iế t b ị n h ấ t đ ịn h T rìn h đ iề u

k h iể n c á c th iế t b ị n ằ m tro n g c á c k h ô n g g ia n đ ịa c h i k h á c n h a u , đ iề u n ày

k h ô n g ch ỉ là m g iả m k íc h th ư ớ c k e rn e l m à c ò n trá n h x u n g đ ộ t g iữ a c á c b ộ

đ iề u k h iể n T h ứ b a , v ớ i v à o /ra q u a á n h x ạ b ộ n h ớ , m ọ i c h ỉ th ị n ế u th a m

c h iế u đ ư ợ c tớ i b ộ n h ớ c ũ n g sẽ th a m c h iế u đ ư ợ c th a n h g h i đ iề u k h iể n V í d ụ ,

n ế u c h ỉ thị TEST k iể m tra từ n h ớ c ó b ằ n g 0 h a y k h ô n g , th ì c ũ n g c ó th ể k iể m tra đ ư ợ c th a n h g h i đ iề u k h iể n c ó n h ậ n g iá trị 0 h a y k h ô n g Đ o ạ n m ã tro n g

n g ô n n g ữ A s s e m b ly k iể u n h ư sau :

LOOP:

//kiểm tra nếu port_4 bằng 0 //nếu bằng 0, nhảy tớ i READY //nếu không, tiếp tục kiểm tra READY:

N ế u k h ô n g d ù n g c ơ c h ế á n h x ạ b ộ n h ớ , m u ố n th ự c h iệ n đ iề u n à y th ì đ ầ u tiê n p h ải sa o c h é p g iá trị th a n h g h i đ iề u k h iể n v à o th a n h g h i n à o đ ó tro n g

C P U , rồi s a u đ ó m ớ i k iể m tra Q u á trìn h n à y c ầ n 2 c h ứ k h ô n g p h ả i 1 c h i th ị

n h ư c ơ c h ế á n h x ạ bộ n h ớ

Đ ọ c/g h i bộ n h ớ tro n g qua B us có tổ c đ ộ cao

TEST BEQ BRANCH

P0RT_4 READY LOOP

c a c h e b ộ n h ớ X é t đ o ạ n m ã A s s e m b ly ở trê n , lầ n th a m c h iế u đ ầ u tiê n tớ i

P0RT_4 sẽ khiến nội dung P0RT_4 được lưu tạm trên cache T ro n g các iần

th a m c h iế u kế tiế p , g iá trị tro n g c a c h e sẽ đ ư ợ c lấy ra so sá n h , c h ứ k h ô n g

p h ải g iá trị th ụ c tro n g P0RT_4 K h i th iế t bị sẵ n sà n g , p h ầ n m ề m k h ô n g có

c á c h n à o đ ể p h á t h iệ n , v à v ò n g lặ p LOOP sẽ lặ p v ô h ạn Đ ẻ trá n h tìn h trạ n g

n ày , trư ớ c tiê n p h ầ n c ứ n g p h ải c ó k h ả n ă n g k h ô n g c h o c a c h e m ộ t tra n g n h ớ

c ụ th ể C h ứ c n ă n g n ày là m k iế n trú c p h ầ n c ứ n g lẫ n H Đ H trở n ê n p h ứ c tạ p Thứ h ai, n ế u chỉ c ó m ộ t k h ô n g g ia n đ ịa ch i, m o d u le b ộ n h ớ v à th iế t bị

v à o /ra c ầ n k iể m tra x e m th a m c h iế u b ộ n h ớ c ó tru y x u ấ t v à o k h u v ự c n h ớ

c ủ a m ìn h h ay k h ô n g Đ iề u n ày d ễ d à n g th ự c h iệ n n ế u m á y tín h c h i có m ộ t

b u s n h ư H ìn h 8 7 a T u y n h iê n , c á c m á y tín h h iệ n đ ạ i có b u s c h u y ê n d ụ n g tố c

đ ộ c a o n ổ i g iữ a C P U v à b ộ n h ớ (H ìn h 8 7 b ) đ ể tă n g h iệ u su ấ t s ử d ụ n g b ộ

n h ớ K hi đ ó , tro n g h ệ th ố n g á n h x ạ b ộ n h ớ có b u s b ộ n h ớ c h u y ê n d ụ n g , th iế t

bị v à o /ra có th ể "k h ô n g th ấ y " đ ịa ch i b ộ n h ớ k h i đ ịa ch i n à y đ ư ợ c đ ặ t trê n

b u s c h u y ê n d ụ n g M ộ t g iả i p h á p là, đ ầ u tiê n C P U g ử i đ ịa c h i th a m c h iế u tớ i

b ộ n h ớ tro n g trư ớ c N ế u k h ô n g c ó , C P U m ớ i g ử i ra c á c b u s k h ác P h ầ n c ứ n g tro n g k iể u th iế t k ế n à y h ế t sứ c p h ứ c tạ p G iả i p h á p th ứ h ai là đ ặ t th iế t bị

sn o o p trê n b u s b ộ n h ớ đ ể th iế t bị n ày c h u y ể n tấ t c ả c á c đ ịa chi tro n g k h ô n g

g ia n v à o /ra tớ i th iế t bị tưcm g ứ n g N h ư ợ c đ iể m c ủ a p h ư ơ n g p h á p n à y là th iế t

bị k h i g h i d ữ liệ u v à th ự c h iệ n đ iề u n g ư ợ c lại k h i đ ọ c d ữ liệu T ro n g c ơ ch ế

v à o /ra có s ử d ụ n g n g ắ t, trin h x ử lý n g ắ t ứ n g v ớ i th iế t b ị c h ịu trá c h n h iệ m

sa o c h é p d ữ liệu Đ ể c h u y ể n m ộ t k h ố i d ữ liệ u từ b ộ n h ớ c h ín h đ ế n th a n h ghi

c ủ a b ộ đ iề u k h iể n , h ệ th ố n g s ử d ụ n g đ o ạ n m ã tư ơ n g tự sau :

LOAD R2, = LENGTH_OF_BLOCK II R2 là thanh ghi chi số

Loop: LOAD R1, [data_area, R2] / / Tải block[i]

ST0RER1, 0xFFFF0124 II Đặt dữ liệu vào thanh

ghi dữ liệu của Ctrl

T ro n g c ả h ai trư ờ n g h ọ p , C P U đ ều p h ả i th a m g ia v ậ n c h u y ể n d ữ liệu

T u y n h iê n , vớ i c ơ ch ế tru y c ậ p trự c tiế p b ộ n h ớ , b ộ đ iề u k h iể n D M A có k h ả

n ă n g đ ọ c /g h i th ô n g tin trự c tiế p v ào b ộ n h ớ m à k h ô n g c ầ n s ự c a n th iệ p c ủ a

C P U D M A có th ể đ ư ợ c s ử d ụ n g tro n g cả c ơ c h ế p h ầ n m ề m th ă m d ò lẫn c ơ

c h ế n g ắ t B ộ đ iề u k h iể n D M A có p h ầ n lo g ic c h o p h é p c h u y ể n d ữ liệ u g iữ a

b ộ n h ớ c h ín h v à b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị Đ iề u n à y h o à n to à n đ ư ợ c th ự c h iệ n '

b ằ n g p h ầ n c ứ n g c ủ a b ộ đ iề u k h iể n D M A c h ứ k h ô n g c ầ n s ự c a n th iệ p từ

C P U (T u y n h iê n , C P U v à D M A có th ể tra n h c h ấ p q u y ề n s ừ d ụ n g b u s d ừ liộ u ) D M A làm tă n g đ á n g kể h iệ u su ấ t v à o /ra V ớ i D M A , b ộ đ iề u k h iể n

th iế t bị có th ể k h ô n g c ầ n th a n h ghi d ữ liệ u , v ì b ộ đ iề u k h iể n D M A có th ể

c h u y ể n d ừ liệ u trự c tiế p g iữ a th iế t bị v à b ộ n h ớ c h ín h T u y n h iê n , b ộ đ iề u

k h iể n D M A p h ả i c h ứ a th a n h ghi đ ịa chỉ đ ể trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị có thể

x á c lập đ ịa ch ỉ b ộ n h ớ tro n g n ơ i n h ậ n d ừ liệu

B ộ đ iề u k h iể n D M A có th ể đ ư ợ c tíc h h ợ p v ớ i b ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa v à các

b ộ đ iề u k h iể n k h á c P h ầ n lớ n h ệ th ố n g m á y tín h h iệ n đ ại s ử d ụ n g b ộ đ iề u

k h iể n D M A n ằ m trê n b o m ạ c h c h ù đ iề u h ợ p v iệ c tra o đ ổ i d ữ liệ u c h o n h iề u

th iế t bị (có th ể th ự c h iệ n đ ồ n g th ờ i) B ộ đ iề u k h iể n D M A có th ể tru y c ậ p tớ i

b u s h ệ th ố n g đ ộ c lập v ớ i C P U n h ư m in h h ọ a trê n H ìn h 8 7 c B ộ đ iề u k h iể n

D M A c ó c á c th a n h ghi c h o p h é p C P U tru y c ậ p tớ i th a n h g h i đ ịa ch ỉ b ộ n h ớ ,

th a n h g h i đ ế m v à th a n h g h i đ iề u k h iể n T h a n h g h i đ iề u k h iể n x á c đ ịn h sử

d ụ n g c ổ n g v à o /ra n à o , h ư ớ n g tru y ề n (đ ọ c h a y g h i), đ ơ n vị tru y ề n (b y te h ay

w o rd ) v à k h ố i lư ợ n g tru y ề n tro n g m ộ t lần

X é t th a o tá c đ ọ c ổ đ ĩa k h i k h ô n g s ử d ụ n g D M A , đ ầ u tiê n b ộ đ iề u k h iể n

đ ọ c m ộ t k h ố i (m ộ t h o ặ c n h iề u se c to r) từ ổ đ ĩa c ứ n g v ào b ộ n h ớ c ủ a b ộ đ iề u

k h iể n T iế p th e o , b ộ đ iề u k h iể n tín h c h e c k s u m đ ể x á c đ ịn h k h ố i v ừ a đ ọ c cỏ lồi h a y k h ô n g S a u đ ó , b ộ đ iề u k h iể n tạ o ra m ộ t n g ắt C u ố i c ù n g , H Đ H có

th ể đ ọ c k h ố i d ữ liệ u từ b ộ đ ệ m tro n g b ộ đ iề u k h iể n b ằ n g c á c h s ử d ụ n g m ộ t

v ò n g lặp lần lư ợ t c h u y ể n từ n g b y te tro n g th a n h g h i d ữ liệu c ủ a b ộ đ iề u

k h iể n v à o b ộ n h ớ tro n g

N ế u s ử d ụ n g D M A n h ư m in h h ọ a trê n H ìn h 8 7 c , th ì đ ầ u tiê n C P U th iế t

lậ p c á c th a n h ghi đ ể b ộ đ iề u k h iể n D M A b iế t c h u y ể n d ữ liệ u gi v à đ ế n đ âu (b ư ớ c 1) Đ ồ n g th ờ i, C P U c ũ n g p h á t lệ n h c h o b ộ đ iề u ỉd iien đ ĩa đ ọ c d ữ liệu

từ ổ đ ĩa v ào b ộ n h ớ n ằ m b ê n tro n g b ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa K hi d ữ liệ u n ằm tro n g b ộ n h ớ c ủ a b ộ đ iề u k h iể n đ ĩa , D M A có th ể đ ư ợ c k h ở i đ ộ n g B ư ớ c 2,

bộ đ iề u k h iể n D M A k h ở i tạo v iệ c c h u y ể n d ừ liệ u b à n g c á c h p h á t ra y ê u c ầ u

đ ọ c tớ i b ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa B ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa k h ô n g x ác đ ịn h đ ư ợ c y êu

c ầ u n ày là từ C P U h ay từ b ộ đ iề u k h iể n D M A D o đ ịa ch ỉ b ộ n h ớ đ ư ợ c ghi trê n đ ư ờ n g b u s đ ịa ch i, n ê n b ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa lấy b y te k ế tiế p tro n g b ộ n h ớ

c ủ a m ìn h ghi v ào ô n h ớ th íc h h ợ p Q u á trìn h g h i b ộ n h ớ tro n g d iễ n ra tro n g

c h u k ỳ b u s k ế tiế p (b ư ớ c 3) K h i ghi x o n g , b ộ đ iề u k h iể n ổ đ ĩa g ử i tín h iệ u

b iê n n h ậ n tớ i b ộ đ iề u k h iể n D M A (b ư ớ c 4 ) B ộ đ iề u k h iể n D M A tă n g đ ịa chi b ộ n h ớ v à g iả m th a n h g h i đ ế m b y te N e u th a n h g h i đ ế m v ẫ n lớ n h ơ n 0,

8 2 6 B ộ đ ệ m ( B u f f e r )

T ro n g k ỹ th u ậ t b ộ đ ệ m d ữ liệ u , k h i th iế t b ị ở trạ n g th á i rồ i, b ộ q u ả n lý

th iế t b ị th ự c h iệ n đ ọ c /g h i d ữ liệ u trư ớ c k h i tiế n trìn h y ê u c ầ u th ự c h iệ n Đ ệ m

v à o là v iệ c đ ọ c d ữ liệ u v ào b ộ n h ớ tro n g , đ ệ m ra là v iệ c g h i d ữ liệ u ra th iế t

b ị, c ả h ai th a o tá c n à y có th ể th ự c h iệ n so n g so n g v ớ i tiế n trìn h v à trư ớ c k h i tiế n trìn h đ ư a ra y êu c ầ u th ự c sự B ộ đ ệ m c h o p h é p tiế n trìn h s ử d ụ n g x e n kẽ

C P U v à th iế t b ị m ộ t c á c h tư ờ n g m in h (m in h h ọ a trê n H ìn h 8 8a)

C h ú ý đ ế n đ ặc đ iể m tiế n trìn h : T iế n trìn h h ư ớ n g v à o /ra c ó n h iề u th a o

tác vào/ra (ví dụ, tiến trình sao chép dữ liệu giữa hai thiết bị) và tiến trình

h ư ớ n g tín h to á n có n h iề u th a o tá c tín h to á n trê n C P U (tiế n tr ìn h tìm số

n ày tố n n h iề u th ờ i g ia n , đ ặc b iệ t là trê n n h ữ n g đ ư ờ n g tru y ề n có tố c đ ộ th ấ p (c h ẳ n g h ạ n đ ư ờ n g đ iệ n th o ạ i) C á c h th ứ h ai là c h o p h é p tiế n trìn h n g ư ờ i

d ù n g th ự c th i n g a y lậ p tứ c T rin h đ iề u k h iể n th ự c h iệ n v iệ c x u ấ t tro n g khi tiế n trin h n g ư ờ i d ù n g tiế p tục th ự c h iệ n c ô n g v iệ c tín h to á n c ủ a m ìn h , v ấ n

CPU

Không gion Ngi/Ó< dùng

Khỏng gian HĐH

2 3 1

n h ậ n đ ư ợ c sa u lệ n h read K h i c ó lờ i g ọ i read k ế tiế p , trìn h đ iề u k h iể n

c h u y ể n lệ n h tư ơ n g ứ n g c h o b ộ đ iề u k h iể n , v à đ ế n lư ợ t m in h b ộ đ iề u k h iể n ra

lệ n h th iế t bị đ ặ t b y te k ế tiế p v à o th a n h g h i d ữ liệ u c ủ a b ộ đ iề u k h iể n (H ìn h 8 9 a) B ộ đ ệ m n ằ m b ê n tro n g b ộ đ iề u k h iể n g iú p tiế n trìn h g iả m đ á n g

k ể th ờ i g ia n đ ợ i k ý tự , v ì b ộ đ iề u k h iể n đ ã lư u tạ m d ữ liệ u trư ớ c T ro n g lỉìn h -8 9 b , k ý tự k ế tiế p đ ư ợ c đ ặ t v à o th a n h g h i d ừ liệu B c ủ a b ộ đ iề u k h iể n trư ớ c k h i tiế n trìn h y ê u c ầ u đ ọ c K ế tiế p , th iế t bị đ ọ c d ữ liệ u v à c h u y ể n b y te tiế p th e o v à o th a n h g h i A (k ể c ả k h i tiế n trìn h c h ư a có y ê u c ầ u đ ọ c ) S a u đó,

tiế n trìn h y ê u c ầ u k ý tự đ ã đ ư ợ c đ ặ t từ trư ớ c v à o th a n h ghi B L ú c n à y , th iế t

bị sẽ đ ọ c k ý tự k ế tiế p v à o th a n h g h i A T h iế t bị sẽ đ ọ c k ý tự (i + 1) s o n g

s o n g v ớ i v iệ c tiế n trìn h s ử d ụ n g k ý tự i S ự p h ố i h ọ p n ày tr ở n ê n " h o à n h ả o "

n ế u tố c đ ộ đ ọ c c ủ a b ộ đ iề u k h iể n b ằ n g tố c đ ộ tiế n trìn h "tiêu th ụ " k ý tự

C ó th ể đ ặ t th ê m b ộ đ ệ m g iữ a b ộ đ iề u k h iể n v à trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị (H ìn h 8 9 b ), k h i đ ó c ó h a i b ộ đ ệ m tro n g h ệ th ố n g B ộ đ ệ m th ứ n h ấ t lư u tạ m

d ữ liệ u c h o tầ n g c a o h ơ n lấ y , tr o n g k h i b ộ đ ệ m k ia lư u d ữ liệ u lấy từ tầ n g

c h u y ế n d ừ liệ u v ào , h o ặc g h i n g a y d ữ liệ u k h i b ộ đ iề u k h iể n b ắ t đ ầ u g h i d ữ liệ u ra th iế t bị T iế n Irìn h h ư ớ n g tín h to á n c ó x u h ư ớ n g n g ư ợ c lại: b ộ đ ệ m

v à o th ư ờ n g đ ầ y tro n g k h i b ộ đ ệ m ra th ư ờ n g rồ n g T iế n trìn h đ ơ n g iả n

th ư ờ n g là h ư ớ n g v à o /ra , c ò n tiế n trìn h p h ứ c tạ p th ư ò n g c ó n h iề u p h a , c ó p h a

h ư ớ n g v à o /ra v à có p h a h ư ớ n g tín h to á n C á c p h a x e n k ẽ n h a u tậ n d ụ n g tối

d a u n d iổ m c ù a b ộ đ ệ m , vì tro n g th ờ i g ia n tiế n tr ìn h th ự c h iệ n tín h to á n , b ộ

đ iề u k h iể n n h a n h c h ó n g đ ổ d ữ liệ u v à o (h o ặ c ra ) b ộ đ ệ m K h i b ộ đ ệ m đ ầ y (h o ặ c trố n g ), tiế n trin h c h u y ể n s a n g p h a h ư ớ n g tín h to á n T u y n h iê n , b ộ đ ệ m

c ũ n g làm su y g iả m h iệ u su ấ t k h i d ữ liệ u bị tr u n g c h u y ể n q u a n h iề u b ộ đ ệ m

X ét ví d ụ m ạ n g m á y tín h h o ạ t đ ộ n g trê n H ìn h S lO b Đ ầ u tiê n , tiế n trìn h

n g ư ờ i d ù n g th ự c h iệ n lời g ọ i h ệ th ố n g đ ể g ử i th ô n g đ iệ p q u a m ạ n g H Đ H

sa o c h é p g ó i d ừ liệu tớ i b ộ đ ệ m tro n g H Đ H đ ể tiế n trìn h n g ư ờ i d ù n g tiế p tụ c

th ự c th i (b ư ớ c 1) K hi th ự c th i, trìn h đ iề u k h iể n c h u y ể n g ó i d ữ liệ u tở i b ộ

đ iề u k h iể n đ ể x u ấ t (b ư ớ c 2 ) T rìn h đ iề u k h iể n k h ô n g g ừ i trự c tiế p d ữ liệ u trê n đ ư ờ n g Iru y ề n , vì p h ả i đ ả m b ả o tố c đ ộ g ử i c ổ đ ịn h T rin h đ iề u k h iể n

k h ô n g th ể đ ả m b ả o có th ể lấy d ừ liệ u từ b ộ n h ớ tr o n g v ớ i tố c đ ộ n h ấ t đ ịn h

d o k ê n h D M A v à c á c th iế t bị v à o /ra k h á c c ó th ể tra n h c h ấ p b u s d ù n g c h u n g

C hi c ầ n gử i lỗi m ộ t b y te , c ó th ể là m h ỏ n g to à n b ộ g ó i d ữ liệ u Đ ặ t g ó i d ừ liệu tro n g b ộ đ ệ m c ù a bộ đ iề u k h iể n sẽ trá n h đ ư ợ c v ấ n đ ề n à y S a u k h i đ ư ợ c

c h u y ể n v ào b ộ đ ệ m b ên tro n g b ộ đ iề u k h iể n , g ó i d ữ liệ u sẽ đ ư ợ c tru y ề n ra

m ạ n g (b ư ớ c 3 ) S a u k h i b it c u ố i c ù n g đ ế n đ íc h , to à n b ộ g ó i d ữ liệ u đ ư ợ c đ ặt

v ào b ộ đ ệ m c ù a b ộ đ iề u k h iể n n ơ i n h ậ n T iế p đ ế n , g ó i d ữ liệ u đ ư ợ c c h u y ể n tiế p v à o bộ đ ệ m tro n g k e m e l (b ư ớ c 4 ) C u ố i c ù n g , g ó i d ữ liệ u đ ư ợ c s a o c h é p

tớ i b ộ đ ệ m tiế n trìn h n g ư ờ i d ù n g T h ô n g th ư ờ n g , tiế n trìn h n h ậ n sẽ g ử i lại

m ộ t b iê n n h ậ n C h i k h i n h ậ n đ ư ợ c b iê n n h ậ n , p h ía g ử i m ớ i đ ư ợ c g ử i tiế p g ó i

d ữ liệ u m ớ i R õ rà n g , c à n g n h iề u b ộ đ ệ m , tố c đ ộ tru y ề n dữ liệ u c à n g c h ậ m

Tiển ưỉnh N g iw i dùng

(5 'p

c 5 3

ỉ

CliKvển dử H1 ìe B ỹ n

(a)

Bộ điểu khíẻn Mọng

8 3 T R ÌN H Đ IÈ U K H IẾ N T H IÉ T B Ị

T iế n trin h ứ n g d ụ n g g ọ i trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị k h i m u ố n th ự c h iệ n

v à o /ra T rìn h đ iề u k h iể n "d ịch " y êu c ầ u n à y th à n h lệ n h m à b ộ đ iề u k h iể n có

th ể "h iểu " đ ư ợ c S a u d ó , h o ặc trìn h đ iề u k h iể n sẽ th ă m d ò x em b ộ đ iề u

k h iể n đ ã h o à n th à n h c ô n g v iệ c h ay c h ư a , h o ặ c sẽ g h i lại c á c th ô n g tin v à o

b ả n g th iế t bị tro n g trư ờ n g h ọ p sứ d ụ n g n g ắ t N g o à i v iệ c p h ả i đ ư a ra c á c lệ n h

đ ặ c th ù c h o từ n g b ộ đ iề u k h iể n th iế t bị, trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị cò n p h ải:

1 C u n g c ấ p A P I đ ể ứ n g d ụ n g th ự c h iệ n v à o /ra trê n th iế t bị G ia o d iệ n

A P l g iữ a các trìn h đ iề u k h iể n n ên g iố n g n h au

2 Đ ảm b ả o p h ố i h ợ p h o ạ t đ ộ n g c ù a tiế n trìn h ứ n g d ụ n g và b ộ đ iề u

k h iể n th iế t bị

3 T ố i ư u h iệ u su ấ t tổ n g th ể c ủ a hệ th ố n g v ớ i p h ư ơ n g p h á p đ iề u k h iể n

th íc h h ợ p

8 3 1 G ia o d iệ n c ủ a t r ì n h đ iề u k h iể n

M ỗ i H Đ H x â y d ự n g riê n g c h o m ìn h m ộ t k iế n trú c h ệ th ố n g v à o /ra vớ i

h ai g ia o d iệ n c ơ b ản là A P I (g ia o d iệ n c h o n g ư ờ i lập trin h ) v à g iao d iệ n vớ i

n h â n H Đ H

API - Giao diện lập trình ứng dụng

A P l là g ia o d iệ n n g ư ờ i lập trìn h sử d ụ n g đ ể th ự c h iệ n v à o /ra trê n th iế t

bị N h iệ m v ụ c h ín h c ủ a th iế t bị là tru y ề n th ô n g h o ặ c lư u trữ C ác th iế t bị

"v à o " thưòrng "tạo " ra th ô n g tin đ ư a v ào h ệ th ố n g T h ô n g tin có th ể k h ô n g có

k h u ô n d ạ n g (đ ế n từ m ạ n g m á y tín h ), h o ặ c c ó k h u ô n d ạ n g x á c đ ịn h (đ ế n từ ổ

đ ĩa ) T iế n trìn h sẽ "g h i" th ô n g tin lên th iế t bị "ra", có th ể là th iế t bị tru y ề n

th ô n g , h o ặc th iế t bị lư u trữ để sa u n ày s ử d ụ n g lại T rìn h đ iề u k h iể n ch ịu trá c h n h iệ m k iể m so á t trạ n g th á i th iế t bị (b ậ n h a y rồ i) h a y tiế n trìn h n ào

đ a n g sử d ụ n g th iế t bị B ê n c ạ n h th ô n g tin lư u tro n g b ả n g trạ n g th ái th iế t bị,

p h ả i lư u trữ c á c th ô n g tin v ề đ ặc tín h c ủ a từ n g lo ạ i th iế t bị P h ần lớ n g ia o

d iệ n c ủ a trìn h đ iề u k h iể n c ó lời g ọ i open v à close v ớ i m ụ c đ íc h đ ể k h ở i tạ o (x in c ấ p p h á t th iế t b ị, tạ o c á c b ả n g tư ơ n g ứ n g ) v à k ế t th ú c q u á trìn h s ử d ụ n g

th iế t bị (đ á n h d ấ u th iế t bị ở trạ n g th á i rỗi)

T rìn h đ iề u k h iể n c u n g c ấ p c á c h à m đ ể ứ n g d ụ n g sử d ụ n g k h i m u ố n tra o

đ ổ i d ữ liệ u v ớ i th iế t b ị M ặ c d ù cố g ắ n g đ ể tạ o ra m ộ t g ia o d iệ n (là h ệ th ố n g

c á c h à m ) th ố n g n h ấ t (v ề c á c h g ọ i, tru y ề n th a m sổ ) c h o tấ t c ả các loại th iế t

b ị, n h ư n g m ụ c tiê u n ày k h ó đ ạ l đ ư ợ c vì các k iể u th iế t bị có b ản c h ấ t k h ác

n h a u , n ên c á c h s ử d ụ n g c ũ n g k h ác n h au

^ Giao diện với nhân HĐH

rrin li đ iề u k h iể n th ự c thi các chỉ thị đ ặ c q u y ề n k h i ra lệ n h c h o b ộ đ iề u

k h iể n th iế t b ị, n g h ĩa là trìn h đ iề u k h iể n đ ư ợ c th ự c thi n h ư m ộ t b ộ p h ậ n c ù a

H D H , c h ứ k h ô n g p h ải b ộ p h ậ n c ủ a c h ư ơ n g trìn h ứ n g d ụ n g T rìn h đ iề u k h iể n

c ò n có k h ả n ă n g đ ọ c /g h i th ô n g tin trê n k h ô n g g ia n đ ịa chỉ c ủ a n h iề u tiế n

Hình 8.11 Giao diện giữa HĐH và trình điều khiẻn thiết bị

C á c H Đ H h iệ n đ ại đ ơ n g iả n h ó a v iệ c cài đ ặ t th iế t bị b à n g c á c h c h o p h é p

c à i đ ặ t trìn h đ iề u k h iể n m à k h ô n g c ầ n b iê n d ịc h lại H Đ H (h ệ th ố n g sẽ đ ư ợ c

c ấ u h ìn h lại th ô n g q u a n h ữ n g c h i th ị đ ặc b iệ t) K hi th iế t k ế, m ã H Đ H

k ế t b u ộ c đ ộ n g v ớ i các c h ứ c n ă n g c ủ a trìn h đ iề u k h iể n V í d ụ tro n g h H ìn h 8.1 la , b ả n g g iá n tiế p (IT R ) c ủ a th iế t bị j "trỏ " tớ i c á c m o d u le c à i đ ặ t c á c

h à m open, read c ù a trìn h đ iề u k h iể n T rìn h đ iề u k h iể n đ ư ợ c c h u ẩ n h ó a để

c ó g ia o d iệ n A P I g iố n g n h au V ì trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị đ ư ợ c tíc h h ọ p v ào

n h â n sa u k h i n h â n đ ã đ ư ợ c b iê n d ịc h , d o đ ó n h â n p h ả i c u n g c ấ p g ia o d iệ n

c h o trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị đ ể x in c ấ p p h á t v ù n g n h ớ là m b ộ đ ệ m đ ể c ậ p

n h ậ t c á c b ả n g tro n g n h ân H Đ H s ử d ụ n g b ả n g th a m c h iế u g iá n tiế p (In d e ric t

R c fe re n c e T a b le - IR T ) đ ể tru y c ậ p tớ i c á c p h ầ n k h á c n h a u tro n g trìn h đ iề u

k h iể n d ự a trê n đ ịn h d a n h th iế t bị v à tê n h à m c ầ n s ử d ụ n g N h â n c u n g c ấ p

g ia o d iệ n A P I - là m ộ t p h ầ n g ia o d iệ n c ù a H Đ H K hi tiế n trìn h g ọ i lời gọi

hệ thống, nhân sẽ chuyển lời gọi này tới trình điều khiển nhờ bảng gián tiếp

K hi cài đ ặ t trìn h đ iề u k h iể n , th ô n g tin v ề IR T đ ư ợ c đ ư a ch o H Đ H s ử d ụ n g tro n g q u á trìn h th ự c th i

8 3 2 T ư ơ n g t á c g iữ a C P U v à t h i ế t b ị

C P U v à th iế t b ị là c á c th ự c th ể tá c h rờ i, có k h ả n ă n g h o ạ t đ ộ n g đ ộ c lập

v ớ i n h au B ộ p h ậ n q u ả n lý th iế t bị p h ả i c u n g c ấ p c á c h th ứ c đ ể tiế n trìn h th ự c

th i trê n C P U có th ể đ ồ n g b ộ h o ạ t đ ộ n g v ớ i th iế t bị m à tiế n trìn h sử d ụ n g

H ìn h 8.1 I b m in h h ọ a b a b ộ p h ậ n có liê n q u a n tro n g th a o tá c v à o /ra v à c á c h

th ứ c p h ố i h ợ p h o ạ t đ ộ n g g iữ a c h ú n g T ro n g h ìn h v ẽ , th a o tác c ủ a p h ầ n c ứ n g

b ộ đ iề u k h iể n , trìn h đ iề u k h iể n th iế t bị v à p h ầ n m ề m ứ n g d ụ n g đ ư ợ c m in h

h ọ a b ằ n g n g ô n n g ữ c V ì b ộ đ iề u k h iể n là p h ầ n c ứ n g lu ô n h o ạ t đ ộ n g n ên

đ ư ợ c đ ặ t tro n g v ò n g lặp v ô h ạ n for Đ ầ u tiê n , th iế t bị "đợ i v iệ c " - tứ c là đ ợ i

lệ n h đ ư ợ c đ ặ t v à o th a n h g h i lệ n h c ủ a b ộ đ iề u k h iể n (đ ợ i bộ đ iề u k h iể n th iế t

lậ p c ờ busy) S a u k h i n h ậ n lệ n h , b ộ đ iề u k h iể n th ự c h iệ n lệ n h v à sẽ b á o h iệ u

k h i th ự c h iệ n x o n g lệ n h (b à n g c á c h th iế t lậ p c ờ done tro n g th a n h g h i trạ n g

th á i) T rìn h đ iề u k h iể n th iế t bị (m ộ t p h ầ n c ủ a H Đ H ) đ ư ợ c n g ư ờ i d ù n g gọi

k h i c ầ n th iế t, v ề m ặ t k h ái n iệ m , có th ể x e m m ỗ i c h ứ c n ă n g c ù a trìn h đ iề u

k h iể n n h u m ộ t th ủ tụ c , th ủ tụ c n à y đ ư ợ c tiế n trìn h ứ n g d ụ n g g ọ i K h i c h ứ c

n ă n g n à o đ ó đ ư ợ c g ọ i, trìn h đ iề u k h iể n th ự c h iệ n m ộ t "lời g ọ i p h ầ n c ứ n g "

tớ i b ộ đ iề u k h iể n b à n g c á c h th iế t lậ p g iá trị c á c th a n h ghi tro n g b ộ đ iề u

k h iể n T ro n g h ệ th ố n g th ă m d ò , trìn h đ iề u k h iể n sẽ th ă m d ò x e m th iế t bị đ ã

th ự c h iệ n x o n g c ô n g v iệ c h a y c h ư a T ro n g trư ờ n g h ợ p s ử d ụ n g n g ắ t, trìn h x ử

lý n g ắ t c h o th iế t bị đ ư ợ c g ọ i T ro n g c ả h ai trư ờ n g h ợ p , tiế n trìn h ứ n g d ụ n g

y ê u c ầ u v à o /ra sẽ đ ư ợ c trả lại q u y ề n s ử d ụ n g C P U g iố n g n h ư tr ả v ề sa u khi

g ọ i th ủ tụ c tro n g m ô i trư ờ n g lập trìn h tru y ề n th ố n g

C Â U H Ỏ I Ô N T Ậ P

1 Trình bày các phương pháp quản lý thiết bj

2 Trình bày ưu điểm của vào/ra qua ánh xạ bộ nhớ

3 Trình bày ưu điểm của DMA

ChiHơng 9 QUÀN LÝ B ộ NHỚ

Để nàng cao hiệu suất bằng cách chia sẻ CPU giữa nhiều tiến trình, hệ thống phải tải nhiều tiến trinh vào trong bộ nhớ, nghĩa là bộ nhớ được sử dụng trong chế độ chia sẻ Chương này trinh bày, so sánh các phương phàp quản lỷ bộ nhớ khác nhau, từ những thuật toàn quản lý bộ nhớ cực

kỳ đơn giản trong những thế hệ máy tính đầu tiên đến các thuật toàn phân trang kết hợp phàn đoạn phức tạp.

9 1 C Á C L O Ạ I Đ ỊA C H Ỉ

9 1 1 K ế t b u ộ c đ ịa c h ỉ

Đ ố i v ớ i n g ư ờ i lập trìn h , c h ư ơ n g trìn h v iế t ra có k h u ô n d ạ n g tư ơ n g tự lỉìn h 9 la T rìn h b iê n d ịc h c ấ p p h á t k h ô n g g ia n c h o b iế n gVar tro n g m o d u le

đ ố i tirợ n g - là m o d u le có k h ả n ă n g tái đ ịn h v ị T u y n h iê n , rấ t có th ể h à m

put_record lại n ằ m tro n g m o d u le đ ố i tư ợ n g k h á c , d o đ ó trin h b iê n d ịc h c h ư a

k ết b u ộ c h à m n à y v ớ i đ ịa c h ỉ c ụ th ể n ào cà T rìn h b iê n d ịc h tạ o ra đ o ạ n m ã

tư ơ n g tự n h ư H ìn h 9 1 b gVal n ằ m ở ô 0 0 3 6 v à trin h b iê n d ịc h sẽ g h i lại á n h

x ạ n à y v à o b ả n g B iể u tư ợ n g (b ả n g n ày n ả m ở vị trí 0 6 0 0 tro n g m o d u le ) C h i thị ờ đ ịa ch i 0 2 2 0 c h u y ể n g iá trị 7 v à o th a n h g h i R l , ch i th ị k ế tiế p ở đ ịa ch i

0 2 2 4 c h u y ể n g iá trị R I v à o ô 0 0 3 6 , k ế t h ợ p lại là lệ n h g á n gV ar = 7 T rìn h

biên dịch thực hiện lời gọi bàng cách đặt giá trị gVar vào ngăn xếp (chi thị

c ó đ ịa c h i 0 2 2 8 ), sa u đ ó gọi put_record (ch i th ị ở đ ịa ch ỉ 0 2 3 2 ) C h ú ý,

put_record n ằ m ở m o d u le đ ố i tư ợ n g k h ác V ì c h ư a có đ ủ th ô n g tin n ê n trin h

b iê n d ịc h k h ô n g th ể x á c đ ịn h đ ư ợ c vị trí put_record (c ô n g v iệ c n à y sẽ đ ể lại

c h o trìn h liên k ế t) T rìn h b iê n d ịc h ghi th ô n g tin v ề th a m c h iế u n à y tạ i b ả n g

th a m c h iế u n g o à i (b ả n g n ằ m ở đ ịa ch ỉ 0 4 0 0 ) T rìn h liê n k ế t k ế t h ợ p các

m o d u le tái đ ịn h vị đ ể sin h m ã tu y ệ t đ ố i n h ư m in h h ọ a tro n g H ìn h 9 1 c

T rìn h liên k ết c h ỉn h lại c á c đ ịa ch i Đ o ạ n m ã tro n g H ìn h 9 , l b d ư ợ c c h u y ể n

sa n g H ìn h 9 1 c ở vị trí 1008 N h ư v ậ y , đ ịa ch i tư ơ n g đ ố i 0 Iro n g H ìn h 9 1 b

c h u y ể n th à n h đ ịa ch ỉ 1008 tro n g H in h 9 1 c C h ú ý, đ ịa chi tro n g m o d u le

tu y ệ t đ ổ i v ẫ n b ắt đ ầ u từ 0 T ại th ờ i d iể m tả i, m o d u le tu y ệ t đ ố i đ ư ợ c tải v à o

b ộ n h ớ đ ể tạ o n ên h ìn h ả n h tiế n trìn h tro n g b ộ n h ớ (H ìn h 9 1 d )

Ita tic int g V a r (a)

7000 (flrs t location in th« úaXB aegm ent)

7136 ISpace fo r gVar vanstXe]

MK>0 (Oth«r p ro c e a i‘t p ro g rs m t)

D atj Segment Rei«tỉve Generated

A d đ re s * varl8b<e spsce

Code Segment Relattve Generated

1232 M li

1399 (E n d o tp ro c flỉ (O ffw r m odũies}

2JJ4 errtry put_re cord

K 7 0 (o p tio n tl ty m tx tl taWe)

?999 (Isst locstion in th e coớe le g m e n l)

(c)

[Space fo r gVar vsHAble]

( la tl k>cation in the data se gm e n t)

Code Segment Nei«tive Generated

A đ d re t* Code

0000

Oeta Segment Rel«tive Generated

A d d re ts v«risb<e tp a ce ( b )

0220 0224 0228 0232

0404

0600

oUỉ

0600 0799

e niry

l09d

•to re pu«h call

proc_a -7, RI

RI, 0036 0036

•p u t.re c o rđ ’

0036 0Ỏ49 [Space fo r gVsr van«ble|

(l««t lo c itio n in th e data segm ent)

LxtemAl re fe ren ce U bte t> o l_fe co rd' 0232 External ò etin itio n tab<«

1>roc,«' 0008 (ty m b o i tab<«) { la tt location »n ttte code •e g m e n l}

Hinh 9.1 Quá trinh biên dịch

T h ư ờ n g c h ư ơ n g trìn h k h ả th i (k ế t q u ả c ủ a trìn h liê n k ế t) đ ư ợ c lư u trữ

d ư ớ i d ạ n g fíle nhị p h â n , c h ẳ n g h ạ n c á c file .C O M h ay .E X E tro n g H Đ H

M S -D O S C h ư ơ n g trìn h sẽ đ ư ợ c tải v à o b ộ n h ớ v à h ệ th ố n g tạ o lậ p tiế n trìn h tư ơ n g ứ n g đ ể th ự c th i P h ụ th u ộ c v à o p h ư ơ n g p h á p q u ả n lý b ộ n h ớ , tiế n trìn h có th ể h o á n c h u y ể n g iữ a ổ đ ĩa v à b ộ n h ớ tro n g su ố t q u á trìn h th ự c

th i T iế n trìn h ngưòri d ù n g c ó th ể đ ư ợ c tả i v à o vị trí b ấ t k ỳ tro n g b ộ n h ớ V ì

th ế , m ặ c d ù k h ô n g g ia n đ ịa ch i b ắ t đ ầ u từ 0 , n h ư n g đ ịa ch i c ủ a c h ỉ th ị đ ầ u tiê n tro n g tiế n trìn h k h ô n g n h ấ t th iế t p h ải là 0 T h ư ờ n g c h ư ơ n g trìn h n g u ồ n

p h ả i q u a n h iề u b ư ớ c trư ớ c k h i th ự c th i (H ìn h 9 2 a ) Đ ịa chi tạ i m ồ i b ư ớ c

đ ư ợ c b iể u d iễ n th e o n h iề u c á c h k h á c n h a u Đ ịa ch i tro n g c h ư ơ n g trìn h

n g u ồ n m a n g tín h b iể u tư ợ n g (gVar) C hư om g trìn h d ịc h sẽ "k ết b u ộ c " đ ịa ch ỉ

b iế u tưcm g n ày v ớ i đ ịa chi k h ả đ ịn h vị (c h ẳ n g h ạ n , c á c h vị trí b ắt đ ầ u c ủ a

m o d u le 0 0 3 6 b y le ) Đ ế n lư ợ t trìn h liên k ết h a y b ộ tải sẽ k ết b u ộ c đ ịa ch ỉ k h ả

Hình 9.2 Kết buộc địa chĩ trong quả trình ánh xạ bộ nhớ

Q u á trìn h k ế t b u ộ c ch ỉ th ị v à d ừ liệ u v ớ i đ ịa ch i c ụ th ể tro n g b ộ n h ớ có

th ế th ự c h iệ n tại b ấ t k ỳ th ờ i đ iể m n ào sa u đ ây :

• T h ờ i điểm b iê n d ịc h : N ế u tại th ờ i đ iể m b iê n d ịc h b iế t đ ư ợ c tiế n trìn h sẽ n ằ m ở đ â u tro n g b ộ n h ớ , trìn h b iê n d ịc h có th ể sin h m ã v ớ i

d ịa ch i tu y ệ t đ ố i V í d ụ , n ếu b iế t trư ớ c vị trí b ấ t đ ầ u c ủ a tiế n trìn h

n g ư ờ i d ù n g là R , thi m ã d o trìn h b iê n d ịc h sin h ra b ất đ ầ u từ vị trí R

N ế u sa u đ ó , vị trí k h ở i đ ầ u th a y đ ổ i thì p h ả i b iê n d ịc h lại c h ư ơ n g trin h C h ư ơ n g trìn h d ạ n g .C O M c ù a M S -D O S có m ã là đ ịa ch i tu y ệ t

đ ố i d ư ợ c s in h tại th ờ i đ iể m b iê n d ịc h

• T h ò i đ iể m tả i: N ế u lại th ờ i đ iể m b iê n d ịc h k h ô n g b iế t trư ớ c vị trí tro n g b ộ n h ớ c ủ a tiế n trìn h , thì trìn h b iê n d ịc h sin h m ă k h ả đ ịn h vị

Trong trường hợp này, sự kết buộc địa chi bị trì hoãn đến thời điểm

lả i N ế u đ ịa c h i k h ở i đ ầ u th a y đ ổ i, th ì ch ỉ c ầ n n ạ p lại m ã k h ả đ ịn h vị

đ ể sin h ra đ ịa ch ỉ tu y ệ t đ ố i m à k h ô n g c ầ n b iê n d ịc h lại chuoTig trìn h

• T h ò i đ iể m t h ự c th i: N ế u tro n g q u á trìn h th ự c th i, tiế n trìn h có th ể di

c h u y ể n từ v ù n g n h ớ n à y sa n g v ù n g n h ớ k h á c , th ì s ự k ết b u ộ c đ ịa chi

p h ải trì h o ã n đ ế n th ờ i đ iể m th ự c th i Đ ể th ự c h iệ n đ iề u n à y , c ầ n có

n h ữ n g p h ầ n c ứ n g đ ặ c b iệ t đ ư ợ c trìn h b à y tro n g m ụ c 9.2

lỗ i) v ớ i đ ặ c đ iể m ít đ ư ợ c sử d ụ n g , d o đ ó b ộ n h ớ đ ư ợ c tiế t k iệ m d o k h ô n g

p h ả i tải to à n b ộ c h ư ơ n g trìn h v ào T ải đ ộ n g k h ô n g đ ò i h ỏ i H Đ H h ỗ trợ

N g ư ờ i lậ p trìn h th iế t k ế c h ư ơ n g trìn h đ ể tậ n d ụ n g ư ii đ iể m c ủ a c h iế n

lư ợ c n ày

9 1 3 L iê n k ế t đ ộ n g

P h ầ n lớ n H Đ H h ỗ tr ợ liê n k ế t tĩn h ( th u v iệ n n g ô n n g ữ lậ p trìn h g iố n g

m o d u le đ ổ i tư ợ n g v à đ ư ợ c b ộ tải k ết h ợ p th à n h h ìn h ả n h n h ị p h â n c ủ a

c h ư ơ n g trìn h ) K h á i n iệ m liê n k ế t đ ộ n g tư ơ n g tự k h á i n iệ m tả i đ ộ n g , tro n g

đ ó q u á trìn h liê n k ế t bị trì h o ã n lại Đ ặc tín h n à y đ ư ợ c s ử d ụ n g v ớ i th ư v iệ n

diện đã nằm trong bộ nhớ chưa, nếu chưa thì tải thủ tục vào Sau đó, thủ tục

th ậ t sẽ th a y th ế "đ ại d iệ n " T ro n g n h ữ n g lầ n th ự c th i k ế đ ó , th ủ tụ c đ ư ợ c

th ự c th i n g a y N g o à i ra, ch ỉ c ầ n m ộ t b ả n sa o c ủ a th ủ tụ c c h o tấ t c ả c á c tiế n trìn h d ù n g c h u n g

K h i c ó n h iề u p h iê n b ả n , chưom g trin h lự a c h ọ n s ử d ụ n g p h iê n b ả n th ư

v iệ n m ớ i n h ấ t N ế u k h ô n g c ó c ơ ch ế liê n k ế t đ ộ n g , th ì p h ả i liê n k ế t lại

c h ư ơ n g trìn h k h i c ó th ê m th ư v iệ n m ớ i Đ ể trá n h trư ờ n g h ợ p c h ư ơ n g iTình

n g ẫ u n h iê n s ừ d ụ n g p h iê n b ả n th ư v iệ n m ớ i k h ô n g tư ơ n g th íc h v ớ i p h iê n b ả n

c ũ , h ệ th ố n g sẽ tíc h h ợ p th ô n g tin v ề p h iê n b ả n tro n g c ả c h ư ơ n g tr ia h lẫ n th ư

v iệ n C ó th ể c ó n h iề u p h iê n b ả n c ủ a c ù n g m ộ t th ư v iệ n đ ư ợ c tả i v à o b ộ n h ớ

v à c h ư ơ n g trìn h sẽ q u y ế t đ ịn h sử d ụ n g p h iê n b ả n th ư v iệ n n ào D o đ ó , chi

n h ữ n g c h ư ơ n g trìn h đ ư ợ c b iê n d ịc h v ớ i p h iê n b ả n th ư v iệ n m ớ i bị ả n h

T ải p h ủ là c ô n g n g h ệ c h o p h é p tiế n trìn h lớ n h ơ n lư ợ n g b ộ n h ớ cấp

p h á t Ý tư ở n g c ủ a k ỹ th u ậ t n à y là tại m ộ t th ờ i đ iể m c h ỉ lu u tro n g b ộ n h ớ

n h ữ n g chỉ th ị v à d ữ liệu th ự c s ự c ầ n th iế t K h i k h ô n g c ầ n th iế t, ch ỉ th ị v à d ữ liệ u sẽ đ ư ợ c đ ư a ra n g o à i đ ể lấy c h ỗ c h o ch i th ị v à d ữ liệ u c ầ n th iế t V í d ụ ,

m ộ t trin h b iê n d ịc h g ồ m n h iề u p h a k h á c n h a u n h ư : tiề n x ử lý, x â y d ự n g cây

c ú p h á p , b iê n d ịc h sơ b ộ , tố i iru h ó a , tạ o m ã m á y C á c p h a d iễ n ra tu ầ n tự và

Đ ịa ch i C P U tạ o ra là đ ịa ch ỉ lo g ic , đ ịa ch ỉ C P U c h u y ể n c h o b ộ p h ậ n

q u ả n lý b ộ n h ớ (đ ịa chi sẽ đ ư ợ c tả i v à o th a n h g h i đ ịa ch i b ộ n h ớ M A R ) là

đ ịa ch i v ậ t lý N e u k ế t b u ộ c tại th ờ i đ iể m tả i v à th ờ i đ iể m d ịc h , đ ịa c h i v ậ t lý

v à đ ịa ch ỉ lo g ic là m ộ t C ò n k ế t b u ộ c tạ i thòã đ iể m th ự c th i th ì h ai đ ịa chỉ

n à y k h á c n h a u v à đ ịa ch i lo g ic c ò n đ ư ợ c g ọ i là đ ịa ch i ảo T o à n b ộ đ ịa ch i

lo g ic d o c h ư ơ n g trìn h sin h ra tạ o th à n h k h ô n g g ia n đ ịa ch i lo g ic , c ò n tậ p tấ t

c ả c á c đ ịa c h i v ậ t lý ứ n g v ớ i n h ữ n g đ ịa c h ỉ lo g ic n à y tạ o n ê n k h ô n g g ia n đ ịa

c h ỉ v ậ t lý

Đ ơ n vị q u ả n lý b ộ n h ớ (M M Ư ) là th iế t bị p h ầ n c ứ n g th ự c h iệ n á n h x ạ

đ ịa c h i ả o sa n g đ ịa chi v ậ t lý H ìn h 9 3 a m in h h ọ a q u á trìn h á n h x ạ th ô n g

q u a th a n h g h i lái đ ịn h vị Đ ịa c h i v ậ t lý là tổ n g đ ịa ch i tư ơ n g đ ố i d o tiế n

trìn h sin h ra vớ i g iá trị luxi tro n g th a n h g h i tái đ ịn h vị V í d ụ , n ế u th a n h ghi tái đ ịn h vị có g iá trị 4 0 0 0 , đ ịa ch i n g ư ờ i d ù n g m u ố n là 25 th ì M M U sin h ra

đ ịa ch i 4 0 2 5 M S -D O S c h ạ y trê n d ò n g C P U In tel 8 0 X 8 6 sử d ụ n g b ố n th a n h

gh i tái đ ịn h vị k h i tải v à th ự c thi tiế n trìn h C h ư ơ n g trin h n g ư ờ i d ù n g k h ô n g

"n h ìn " th ấ y đ ịa chỉ v ậ t lý m à chi sin h ra đ ịa ch ỉ lo g ic P h ầ n c ứ n g c h u y ể n đ ịa chi lo g ic sa n g đ ịa ch i v ậ t lý v à chỉ x ác đ ịn h đ ịa ch i ô n h ớ đ ư ợ c th a m c h iế u

ch o đ ến khi th a m c h iế u đ ư ợ c tạ o ra L ú c n à y có h ai loại đ ịa c h ỉ là đ ịa ch i

lo g ic (từ 0 đ ế n m a x ) v à đ ịa ch i v ậ t lý (từ R + 0 đ ế n R + m a x v ớ i R là g iá trị th a n h ghi tái đ ịn h v ị) Q u á trìn h án h x ạ n à y là trọ n g tâ m v iệ c q u àn lý

bộ n h ớ

CPU

Dịa chi tương đòi

Thanh ghi tái định vị

Thanh ghi giới hạn < '

H ìo b ảob của Pị

n ằ m tro n g b ộ n h ớ L ư ợ n g từ th ờ i g ia n p h ả i đ ủ đ ể tiế n trìn h th ự c h iệ n đ ư ợ c

lư ợ n g c ô n g v iệ c có íc h g iữ a h ai lần h o á n c h u y ể n M ộ t số H Đ H s ừ d ụ n g đ ộ

ư u tiê n tro n g v iệ c h o á n c h u y ể n : tiế n trìn h có m ứ c ư u tiê n c a o c ó th ể c h iế m

q u y ề n s ử d ụ n g C P U c ủ a tiế n trìn h có đ ộ ư u tiê n th ấ p , b ộ p h ậ n h o á n c h u y ể n

đ ư a tiế n trìn h có đ ộ ư u tiê n th ấ p ra n g o à i K h i tiế n trìn h có m ứ c u n tiê n cao

k ết th ú c , tiế n trìn h m ứ c ư u tiê n th ấ p đ ư ợ c đ ư a trở lại b ộ n h ớ đ ể tiế p tụ c th ự c

h iệ n N ế u k ết b u ộ c tại th ờ i đ iể m b iê n d ịc h h o ặ c th ờ i đ iể m tả i, tiế n trìn h p h ải

q u a y v ề đ ú n g v ù n g n h ớ cũ N ế u k ế t b u ộ c bị trì h o ã n đ ế n th ờ i đ iề m th ự c thi,

H D H c ó th ề h o á n c h u y ể n tiế n trìn h tớ i vị trí k h ác B ộ đ iề u p h ố i k iể m tra tiế n trìn h đ ư ợ c c h ọ n th ự c th i n ằ m tro n g bộ n h ớ h a y c h ư a N ế u c h ư a v à k h ô n g

c ò n v ù n g n h ớ trố n g th ì b ộ đ iề u p h ố i sẽ h o á n c h u y ể n tiế n trìn h h iệ n đ a n g

n à n i tro n g b ộ n h ớ ra ổ đ ĩa đ ể lấy c h ồ c h o tiế n trìn h m ớ i K h i đ ó , th ờ i g ia n

c h u y ể n n g ừ c ả n h tro n g h ệ th ố n g k h á lớ n G iả s ử tiế n trìn h n g ư ờ i d ù n g có

k íc h th ư ớ c 1 0 0 K B v à tố c đ ộ tru y ề n d ữ liệ u c ủ a ổ đ ĩa c ứ n g là IM G B /s T h ờ i gian h o á n c h u y ể n tiến trin h g iữ a b ộ n h ớ và ổ đ ĩa là 100/1000 = 1/lO s = lOOms

th ờ i g ia n h o á n c h u y ể n V ì th ế , tiế n trìn h v ớ i y ê u c ầ u b ộ n h ớ đ ộ n g s ử d ụ n g

cá c lờ i g ọ i h ệ th ố n g k h i y ê u c ầ u h a y g iả i p h ó n g b ộ n h ớ N ế u tiế n trìn h P |

đ ợ i v à o /ra v à b ộ đ ệ m v à o /ra n ằ m tro n g b ộ n h ớ n g ư ờ i d ù n g , th ì P | k h ô n g

đ ư ợ c p h é p h o á n c h u y ể n G ià s ử th a o tác v à o /ra p h ả i đ ợ i vì th iế t bị b ận K hi

s ử d ụ n g th a n h g h i tái đ ịn h vị v à th a n h g h i g iớ i h ạ n (lim it re g is te r) n h ư m in h

h ọ a tro n g H ìn h 9 3 a T h a n h g h i tái đ ịn h v ị c h ứ a g iá trị đ ịa ch i v ậ t lý n h ỏ

n h ấ t, c ò n th a n h g h i g iớ i h ạ n c h ứ a đ ịa ch i lo g ic lớ n n h ấ t C ô n g v iệ c á n h x ạ

đ ã đ ư ợ c trìn h b à y tro n g m ụ c 9 2 V iệ c b ả o v ệ đ ư ợ c th ự c h iệ n b ằ n g c á c h

k iể m tra x e m đ ịa ch i lo g ic có b é h ơ n th a n h g h i g iớ i h ạ n k h ô n g K h i c h ọ n tiế n trìn h A th ự c th i, tro n g q u á trìn h c h u y ể n n g ữ c ả n h , b ộ đ iề u p h ố i th iế t lập

th a n h g h i tá i đ ịn h vị v à th a n h g h i g iớ i h ạ n tư ơ n g ứ n g v ớ i tiế n trìn h A V ì

m ọ i đ ịa c h i d o C P U tạ o ra sẽ đ ư ợ c k iể m tra , n ê n c à b ộ n h ớ H Đ H lẫn c h ư ơ n g trìn h v à d ữ liệ u n g ư ờ i d ù n g đ ề u đ ư ợ c b ảo v ệ

9 4 2 C ấ p p h á t n h iề u v ù n g n h ớ liê n t ụ c

Đ ể c h ứ a đ ư ợ c n h iề u tiế n trìn h , h ệ th ố n g c ó th ể c h ia b ộ n h ớ ra n h iề u

p h â n v ù n g c ó k íc h th ư ớ c c ố đ ịn h , m ỗ i p h â n v ù n g c h ứ a d u y n h ấ t m ộ t tiế n trìn h K hi p h â n v ù n g rỗ i, tiế n trìn h n à o đ ó tr o n g h à n g đ ợ i n h ậ p sẽ đ ư ợ c tải

v à o N ế u tiế n trìn h k ế t th ú c , p h â n v ù n g tư ơ n g ứ n g s ẽ đ ư ợ c g iả i p h ó n g đ ể c ấ p

p h á t c h o tiế n trìn h k h á c Phưom g p h á p c ò n đ ư ợ c g ọ i là M F T n à y lần đ ầ u tiê n

đ ư ợ c c à i đ ặ t trê n H Đ H IB M O S /3 6 0 , sử d ụ n g c h ủ y ế u tr ê n m ô i trưòfng x ử lý

th e o lô T u y n h iê n , n h iề u ý tư ờ n g g iớ i th iệ u ờ đ â y c ũ n g c ó th ể á p d ụ n g tro n g

m ô i trư ờ n g c h ia sẻ thòri g ia n - m ô i trư ờ n g á p d ụ n g p h ư ơ n g p h á p q u ả n lý b ộ

lư ợ n g n h ớ v ừ a đ ủ th e o y ê u c ầ u , đ ồ n g th ờ i lư u g iữ p h ầ n b ộ n h ớ k h ả d ụ n g

c ò n lại đ ể đ á p ứ n g n h ữ n g y ê u c ầ u b ộ n h ớ tr o n g tư ơ n g lai

Hình 9.4 Ví dụ cấp phát bộ nhớ

G iả s ử tạ i th ờ i đ iể m (a) hệ th ố n g c ó 6 4 M B b ộ n h ớ , H Đ H c h iế m 8M B

đ ầu tiên , 5 6 M B d à n h c h o tiế n trình n g ư ờ i d ù n g n h ư m in h h ọ a tro n g H in h 9.4

T ạ i th ờ i đ iể m (b ) x u ấ t h iệ n tiế n Irìn h P1 có k íc h th ư ớ c 2 0 M B , P1 đ ư ợ c đ ư a

C ó th ể c ó n h iề u k h o ả n g trố n g v ớ i k íc h c ỡ k h á c n h a u n ằ m rải rá c tro n g

to á n F irs t-fit v à B e s t-fit c h ạ y n h a n h v à tậ n d ụ n g b ộ n h ớ tố t h ơ n so v ớ i

W o rs t-fit K h ô n g th u ậ t to á n n à o tro n g h a i th u ậ t to á n F irs t-fit v à B e st-fit th ự c

s ự v ư ợ t trộ i h ơ n v ề k h ả n ă n g tậ n d ụ n g b ộ n h ớ , tu y n h iê n , th u ậ t to á n F irs t-fit

n h ìn c h u n g c h ạ y n h a n h h ơ n B e st-fit

9 4 3 P h â n m ả n h n g o à i v à p h â n m ả n h t r o n g

K hi n h iề u tiế n tr ìn h đ ư ợ c tải v à o , rồ i s a u đ ó g iả i p h ó n g b ộ n h ớ , k h ô n g

g ia n b ộ n h ớ tr ổ n g bị p h â n th à n h n h iề u m ả n h n h ò Phân mành ngoài là h iệ n

tư ợ n g k h i tổ n g lư ợ n g b ộ n h ớ trổ n g đ ủ lớ n đ ể đ á p ứ n g m ộ t y ê u c ầ u n ào d ó ,

n h ư n g c á c k h o ả n g tr ố n g k h ô n g liê n tụ c m à rả i rá c trê n to à n b ộ n h ớ X é t

m in h h ọ a trê n H ìn h 9 4 , g iả s ử s a u th ờ i đ iể m e, c ó tiế n trìn h k íc h th ư ớ c

1 6 M B đ ế n , h ệ th ố n g c ó 2 k h o ả n g trố n g 1 4 M B v à 4 M B v ớ i tổ n g d u n g lư ợ n g

1 8 M B , n h ư n g lại k h ô n g th ể c ấ p p h á t c h o tiế n tr ìn h 16M B T ro n g trư ờ n g

h ợ p x ấ u n h ấ t, g iữ a m ọ i c ặ p tiế n trìn h lu ô n x u ấ t h iệ n m ộ t k h ố i trố n g có k íc h

th ư ớ c q u á b é N ế u h ợ p n h ấ t đ ư ợ c tấ t c ả c á c k h o ả n g trố n g n à y th à n h m ộ t

k h ố i n h ớ tr ố n g lớ n , h ệ th ố n g c ó th ể c ấ p p h á t c h o n h iề u tiế n trìn h M ứ c đ ộ

p h â n m ả n h n g o à i c ò n p h ụ th u ộ c v à o tổ n g d u n g lư ợ n g b ộ n h ớ v à k íc h th ư ớ c tru n g b ìn h c ủ a c á c tiế n trìn h V í d ụ , từ n h ữ n g p h â n tíc h th ố n g k ê v ề th u ậ t

to á n firs t-fit c h o th ấ y , c ứ tro n g N k h ố i n h ớ đ ư ợ c c ấ p p h á t thì N /2 k h ố i n h ớ

n h iề u so vớ i c h ín h g iá trị k h o ả n g tr ố n g 2 b y te đ e m lại Đ â y c h ín h là h iệ n

tư ợ n g phân mánh trong.

G iải p h á p k h ẳ c p h ụ c h iệ n tư ợ n g p h â n m ả n h n g o à i là th u g ọ n (c o m p a c lio n ); d ồ n các k h o ả n g tr ố n g rải rá c th à n h m ộ t k h o ả n g lớ n K ỹ th u ậ t

c ầ n th iế t rồi tải tiế n trìn h v à o M ộ t g iả i p h á p đ ổ i v ớ i k ỹ th u ậ t th u g ọ n là đ ư a

n h ừ n g tiế n trin h c ầ n di c h u y ể n ra n g o à i, s a u đ ó tả i lại v à o vị trí k h á c tro n g

n h iề u v ấ n đ ề c ủ a c á c p h ư ơ n g p h á p q u ả n lý b ộ n h ớ trư ớ c đ â y , c h ẳ n g h ạ n

p h â n m ả n h n g o à i trê n c ả b ộ n h ớ lẫn ổ c ứ n g n g o à i H iệ n tưọTíg p h â n m à n h trê n ổ đ ĩa c ò n n g h iê m trọ n g h ơ n vì k h ó áp d ụ n g k ỹ th u ậ t th u g ọ n

9 5 1 P h ư ơ n g p h á p c ơ b ả n

B ộ n h ớ v ậ t lý đ ư ợ c c h ia th à n h c á c k h u n g tra n g c ó k íc h th ư ớ c cổ đ ịn h

B ộ n h ớ lo g ic c ũ n g đ ư ợ c c h ia th à n h các tra n g (p a g e ) K ích th ư ớ c tra n g v à

k h u n g tra n g b à n g n h a u T rư ớ c khi th ự c th i, c á c tra n g c ù a tiế n trìn h n ằ m trê n

ổ đ ĩa sẽ đ ư ợ c tả i v à o b ấ t k ỳ k h u n g tra n g c h ư a s ử d ụ n g n ào c ủ a b ộ n h ớ Ô

c ứ n g c ũ n g đ ư ợ c c h ia th à n h các k h ố i có k íc h th ư ớ c b à n g k íc h th ư ớ c k h u n g tran g H ìn h 9.5 m in h h ọ a p h ầ n c ứ n g h ồ trợ p h â n tra n g Đ ịa ch i C P U tạ o ra

đư ợ c ch ia ứ iành hai ph ần là đ ịa chi tran g (p) v à đ ịa chỉ tư ơ n g đối tro n g ừ a n g (d )

Đ ịa chi tra n g đ ư ợ c s ử d ụ n g làm ch ỉ m ụ c đ ế n b ả n g tra n g (p a g e ta b le ) B ả n g tra n g lư u trữ đ ịa ch ỉ c ơ s ở c ủ a m ỗ i tra n g tr o n g b ộ n h ớ v ậ t lý Đ ịa ch i c ơ s ở

cộ n g v ớ i đ ịa chi tưom g đ ố i tro n g ư a n g tạ o ra đ ịa c h i v ật lý (đ ịa chi tu y ệ t đ ố i)

Kích thước trang được kiến trúc phần cứng quy định, thường là lũy thừa

c ủ a 2, b iế n th iê n từ 5 1 2 b y te đ ế n 1 6 M B N ế u k íc h th ư ớ c k h ô n g g ia n đ ịa ch ì

lo g ic là 2 "’, k íc h th ư ớ c tra n g là 2 " đ ơ n vị ( b y te h o ặ c w o rd ), th ì (m - n) b it

c a o c ủ a đ ịa c h i lo g ic x á c đ ịn h số h iệ u tra n g v à n b it th ấ p x á c đ ịn h đ ịa ch i

tư ơ n g đ ố i tro n g tra n g (H ìn h 9 5 b ) V í d ụ , x é t b ộ n h ớ ờ H ìn h 9 6 b G iả sử tra n g c ó k íc h th ư ớ c 4 b y te v à k h ô n g g ia n b ộ n h ớ v ậ t lý 32 b y te ( 8 tra n g )

Đ ịa ch ỉ lo g ic 0 ứ n g v ớ i tra n g 0, đ ịa c h i tư ơ n g đ ố i 0 T ro n g b ả n g tra n g , tra n g

0 ở k h u n g 5 N h ư v ậ y , đ ịa ch i lo g ic 0 ứ n g v ớ i đ ịa ch i v ậ t lý 2 0 (5 X 4 + 0)

Đ ịa ch i lo g ic 3 (tra n g 0 , đ ịa ch ỉ tư ơ n g đ ố i 3 ) ứ n g v ớ i đ ịa ch i v ậ t lý 23 ( 5 x 4 + 3)

P«0t2

piQ»3

Số hiệu khung

Hình 9.6

P h â n tra n g là trư ờ n g h ợ p tá i đ ịn h vị đ ộ n g (p h ầ n c ứ n g b iế n đ ổ i (h a y á n h

x ạ) đ ịa ch i lo g ic v ớ i đ ịa c h i v ậ t lý) P h â n tra n g tổ n g q u á t h ó a k ỹ th u ậ t trìn h

b à y tro n g m ụ c 9 4 b ằ n g c á c h s ử d ụ n g b à n g c h ứ a n h iề u th a n h g h i tái đ ịn h vị,

m ồ i th a n h g h i ứ n g vớ i m ộ t k h u n g tra n g V ớ i p h â n tra n g , h iệ n tư ợ n g p h â n

m ả n h n g o à i k h ô n g x u ấ t h iệ n (b ấ t c ứ k h u n g tra n g tự d o n à o c ũ n g c ó th ể đ ư ợ c

c ấ p p h á t c h o tiế n trìn h ) T u y n h iê n , v ẫ n có h iệ n tư ợ n g p h â n m ả n h tro n g V ì

k h u n g tra n g là đ ơ n vị c ấ p p h á t c ơ sờ , n ê n n ế u n h u c ầ u b ộ n h ớ c ủ a m ộ t tiế n trìn h k h ô n g là b ộ i số c ủ a k íc h th ư ớ c tra n g , k h u n g tra n g c u ố i c ù n g c ó th ể

k h ô n g đ ư ợ c s ử d ụ n g h ế t V í d ụ , n ế u k íc h th ư ớ c tra n g là 1024 b y te th ì tiế n trin h 2 0 4 9 b y te sẽ c ầ n 2 tra n g c ộ n g v ớ i 1 b y te H ệ th ố n g v ẫ n p h ải c ấ p p h á t 3

k h u n g tra n g c h o tiế n trìn h , d ẫ n lở i sự p h â n m ả n h tro n g trê n k h u n g tra n g cu ố i

c ù n g N ế u k íc h th ư ớ c tiế n trìn h đ ộ c lập v ớ i k íc h th ư ớ c tra n g , m ứ c đ ộ p h â n

m à n h tro n g tru n g b ìn h c ủ a m ộ t tiế n trìn h là m ộ t n ử a tra n g Đ iề u n à y d ẫ n đ ế n

đ ề x u ấ t g iả m k íc h th ư ớ c tra n g T u y n h iê n , c ó th ể g iả m ch i p h í p h ụ trộ i để

q u à n lý b ả n g tra n g b à n g c á c h tă n g k íc h th ư ớ c tra n g C ũ n g n h ư v ậy , c á c th a o

tá c v à o /ra trê n ổ đ ĩa sẽ h iệ u q u ả h ơ n n ế u k h ố i lư ợ n g d ừ liệ u tra o đ ổ i lớ n

K h i c h u ẩ n bị th ự c th i, H Đ H k iể m tra k íc h th ư ớ c tiế n trìn h (sổ lư ợ n g tra n g n h ớ ) M ỗ i tra n g n h ớ c ầ n m ộ t k h u n g tra n g n ê n tiế n trin h n tra n g c ầ n n

k h u n g tra n g L ấ n lư ợ t các tr a n g c ủ a tiế n trìn h đ ư ợ c n ạ p v ào k h u n g n à o đ ó tro n g số c á c k h u n g đ ư ợ c c ấ p p h á t, v à số h iệ u k liu n g đ ư ợ c đ ặ t v à o h à n g

tư ơ n g ứ n g tro n g b ả n g tra n g c ủ a tiế n trìn h (H ìn h 9 7 a )

đ ư ợ c c ấ p p h á t, k h u n g tra n g n à o c ò n tự d o (c h ư a c ấ p p h á t), C á c th ô n g tin

n à y đ ư ợ c lư u g iữ tro n g c ấ u trú c d ữ liệ u g ọ i là b ả n g k h u n g T ro n g b ả n g

k h u n g , m ỗ i h à n g ứ n g v ớ i m ộ t k h u n g tra n g v ậ t lý v à x á c đ ịn h tìn h trạ n g đ ã

c ấ p p h á t h a y tự d o c ủ a k h u n g tra n g v à tro n g trư ờ n g h ợ p đ ã c ấ p p h á t th ì

k h u n g đ ư ợ c c ấ p p h á t c h o tra n g n à o c ủ a tiế n trìn h n ào H Đ H p h ả i g h i n h ớ

bàng trang cùa tiến trình (giống như ghi nhớ nội dung các thanh ghi cơ sở)

B ộ đ iề u p h ố i s ử d ụ n g b ả n g tra n g đ ể k h ở i tạ o lại p h ầ n c ứ n g th ự c h iệ n á n h x ạ

n g a y trư ớ c k h i tiế n trìn h b ắ t đ ầ u th ự c th i C h ín h vì th ế , p h â n tra n g là m tă n g

th ờ i g ia n c h u y ể n n g ữ c ả n h g iữ a c á c tiế n trìn h

9 5 2 C ấ u t r ú c b ả n g t r â n g

N g ữ c ả n h h o ạ t đ ộ n g c ủ a tiế n tìn h : C o n trỏ đ ế n b ả n g tra n g r iê n g c ủ a tiế n trìn h c ũ n g n h ư g iá trị c á c th a n h g h i tro n g q u á trìn h th ự c th i đ ư ợ c H Đ H lư u tro n g k h ố i đ iề u k h iể n tiế n trìn h K h i c h ọ n tiế n trìn h th ự c th i, b ộ đ iề u p h ố i

p h ả i k h ô i p h ụ c lại n g ữ c ả n h c ủ a tiế n trìn h

n ế u b ả n g tra n g n h ỏ v ừ a p h ải (2 5 6 h à n g ) N ế u b ả n g tra n g rấ t lớ n th ì k h ô n g

thể s ử dụng thanh ghi chuyên dụng nữa, m à phải đặt bảng trang trong bộ

n h ớ c h ín h , v à th a n h g h i b ả n g tra n g c ơ sở (P R B R ) trỏ đ ế n b ả n g tra n g c ủ a tiế n trìn h T h a y đ ổ i b ả n g tra n g ch ỉ c ầ n th a y đ ổ i m ộ t th a n h g h i, v ề c ă n b ản

g iả m đ ư ợ c th ờ i g ia n c h u y ể n n g ữ cản h

H iệ u su ấ t g iả i p h á p n à y k h ô n g c a o , vì m ỗ i lầ n đ ọ c /g h i p h ả i tru y x u ấ t bộ

n h ớ h ai lần B ư ớ c th ứ n h ấ t, p h ả i tru y c ậ p tớ i b ả n g tra n g đ ể x á c đ ịn h số h iệ u

k h u n g tr a n g (b ả n g tra n g đ ư ợ c x á c đ ịn h q u a th a n h g h i P T B R ) B ư ớ c th ứ h ai,

số h iệ u k h u n g đ ư ợ c c ộ n g v ớ i đ ịa ch ỉ tưom g đ ố i đ ể tạ o ra đ ịa ch i v ậ t lý th ự c

sự D o đ ó , tố c đ ộ tru y x u ấ t b ộ n h ớ bị g iả m đi h a i lần

các th a n h g h i N ế u trù n g v ớ i m ộ t k h ó a n à o đ ó , trư ờ n g g iá trị tư ơ n g ứ n g là

k ế t q u ả c ầ n tìm T ố c đ ộ tìm k iế m trê n T L B rấ t n h a n h , tu y n h iê n ch i p h í cà i

đ ặ t p h ầ n c ứ n g k h á đ ắ t T h ô n g th ư ờ n g , T B L c ó từ 8 đ ế n 2 0 4 1 0 th a n h ghi

T L B ch i c h ứ a m ộ t số h à n g tro n g b ả n g tra n g V ớ i m ộ t đ ịa ch i lo g ic , H Đ H sử

d ụ n g số h iệ u tra n g tro n g đ ịa c h i là m k h ó a tìm k iế m trê n T L B N ế u tim th ấ y ,

H Đ H x á c đ ịn h n g a y đ ư ợ c số h iệ u k h u n g tra n g tư ơ n g ứ n g N ế u k h ô n g tìm

th ấ y th i p h ả i tiế p tụ c tim k iế m trê n b ả n g tra n g n ằ m tro n g b ộ n h ớ S a u khi

x á c đ ịn h đ ư ợ c số h iệ u k h u n g th ì c ó th ể tru y x u ấ t tớ i b ộ n h ớ C ó th ể b ổ su n g

số h iệ u tra n g v à số h iệ u k h u n g v à o T L B đ ể c á c th a m c h iế u s a u đ ư ợ c x á c

đ ịn h n h a n h h ơ n (H ìn h 9 7 b ) N ế u T B L đ ầ y , H Đ H p h ả i lự a c h ọ n m ộ t số h à n g

đ ể th a y th ế K h i c h u y ể n n g ữ c ả n h p h ải x ó a to à n b ộ T B L đ ể đ ả m b à o tiế n trìn h đ ư ợ c th ự c th i k ế tiế p k h ô n g s ử d ụ n g th ô n g tin c ủ a tiế n trìn h cũ

T ỷ lệ trú n g (h it ra tio ) là tỷ lệ tìm th ấ y số h iệ u tra n g tro n g T L B , 8 0 %

n g h ĩa là tìm th ấ y số h iệ u tra n g m o n g m u ố n tro n g 8 0 % số lầ n tìm k iế m N ế u tìm k iế m trê n T L B m ấ t 2 0 n s v à m ấ t lOOns tru y x u ấ t b ộ n h ớ , th ì tru y x u ấ t b ộ

n h ớ k h i c ó T L B m ấ t 1 2 0 n s tro n g trư ờ n g h ọ p tìm th ấ y số h iệ u tra n g trê n

T L B N ế u k h ô n g tìm th ấ y số h iệ u tra n g (v ẫ n m ấ t 2 0 n s tìm k iế m ), th ì trư ớ c

h ế t p h ả i tru y x u ấ t tớ i b à n g tra n g ừ o n g b ộ n h ớ đ ể tìm số h iệ u k h u n g (lO O ns),

sa u đ ó m ớ i tru y x u ấ t b y te m o n g m u ố n ở b ộ n h ớ (lO O ns), tổ n g c ộ n g m ấ t

2 2 0 n s Đ ể x á c đ ịn h th ờ i g ia n tru y x u ấ t b ộ n h ớ h iệ u d ụ n g ( e ffe c tiv e m e m o ry -

a c c e s s tim e ), p h ả i x é t đ ế n trọ n g số x á c s u ấ t x u ấ t h iệ n c ủ a từ n g trư ờ n g h ợ p

T h ờ i g ia n tru y x u ấ t h iệ u d ụ n g là 0 ,8 X 120 + 0 ,2 0 X 2 2 0 = 1 4 0 n s N h ư v ậ y ,

th ờ i g ian tru y x u ất b ộ n h ớ c h ậ m m ấ t 4 0 n s (tìr lOOns đ ế n 140ns) V ớ i tỳ lệ trú n g

là 9 8 % , th ì thòã g ia n tru y c ậ p h iệ u d ụ n g là 0 ,9 8 X 120 + 0 ,0 2 X 2 2 0 - 1 2 2 n s

T ỷ lệ trú n g k h á c a o n à y c ũ n g c h ỉ g iú p g iả m tố c đ ộ tru y x u ấ t b ộ n h ớ 2 2 %

H iể n n h iê n , tỷ lệ trú n g c ó liê n q u a n đ ế n số lư ợ n g c á c th a n h g h i liê n k ế t K h i

th ố n g k iể m tra b it b ả o v ệ đ ể n g ă n c ả n th a o tá c g h i trê n tra n g c ó th u ộ c tín h

c ó g iá trị " k h ô n g h ợ p lệ" (i) tro n g trư ò n g h ợ p n g ư ợ c lại V í d ụ , tro n g hệ

th ố n g v ớ i k h ô n g g ia n đ ịa chi 14 b it (0 ^ 1 6 3 8 3 ), có th ể có m ộ t c h ư ơ n g trin h ch ỉ s ừ d ụ n g c á c đ ịa chi từ 0 ^ 10468 V ớ i tra n g k íc h th ư ớ c 2 K B , ta có tìn h h u ố n g m in h h ọ a tro n g H ìn h 9 8 a C á c đ ịa ch ỉ ờ c á c tra n g 0, 1, 2, 3, 4 v à

5 đ ư ợ c á n h x ạ b ìn h th ư ờ n g q u a b à n g tra n g T u y n h iê n , tru y c ậ p tớ i đ ịa ch i ở tra n g 6 h o ặ c 7 sẽ b ị lồi d o th a m c h iế u tra n g k h ô n g h ợ p lệ D o k íc h th ư ớ c

c h ư ơ n g trìn h là 1 0 4 6 8 , th a m c h iế u v ư ợ t q u á g iá trị n à y v ề m ặ t lo g ic là

k h ô n g h ợ p lệ T u y n h iê n , th a m c h iế u đ ế n tra n g 5 v ẫ n đ ư ợ c x e m là h ợ p lệ, d o

đ ó tru y x u ấ t đ ế n đ ịa ch ỉ 10469 —► 1 2 2 8 7 là h ợ p lệ (ch i đ ịa ch ỉ từ 122 8 8 đ ế n

163 8 3 m ớ i k h ô n g h ợ p lệ) Đ â y c h ín h là h iệ n tư ợ n g p h â n m ả n h tro n g c ủ a

*

•

m ề é

fS9

•

•

•00 CAc trang cùa ain o lra n g Bingừong

Bộ n hừ trong

Hình 9.8 Ví dụ bảng trang

H iế m k h i tiế n trìn h s ử d ụ n g to à n b ộ m à ch i s ử d ụ n g m ộ t p h ầ n c ủ a

k h ô n g g ia n đ ịa ch i K h i đ ó , n ế u m ỗ i tra n g tr o n g d ài đ ịa c h i c h iế m m ộ t d ò n g

tư ơ n g ứ n g tro n g b ả n g tra n g sẽ g ây n ê n tìn h trạ n g lã n g p h í M ộ t số h ệ th ố n g

c ó th ê m th a n h g h i đ ộ d ài b ả n g tra n g (P T L R ) đ ể ch i k íc h th ư ớ c b ả n g tran g

G iá trị n à y đ ư ợ c k iể m tra tro n g m ỗ i lần tru y x u ấ t b ộ n h ớ đ ể đ ả m b ả o tru y

x u ấ t n ằ m tro n g d ả i đ ịa c h ỉ h ợ p lệ

9 5 3 P h â n t r a n g đ a m ứ c

P h ầ n lớ n h ệ th ố n g m á y tín h h iệ n đ ạ i h ỗ trợ k h ô n g g ia n đ ịa c h ỉ lớ n (2^^ đ ế n 2 ^ ) , k h i đ ó k íc h th ư ớ c b ả n g tra n g trở n ê n rấ t lớ n C h ẳ n g h ạ n , n ế u

k h ô n g g ia n đ ịa c h i lo g ic 32 b it, k íc h th ư ớ c tra n g là 4 K B (2 '^ b y te ) th ì b ả n g

tra n g có th ể có tới m ộ t triệ u h à n g (2^^/2'^) M ỗ i h à n g g ồ m 4 b y te , n ê n m ồ i tiế n trìn h có th ể c ầ n tớ i 4 M B b ộ n h ớ làm b ả n g tra n g T ấ t n h iê n , k h ô n g th ể

c ấ p p h á t b ả n g tra n g tro n g m ộ t k h u v ự c b ộ n h ớ liê n tụ c m à n ên c h ia b ả n g tra n g th à n h n h iề u b ả n g n h ỏ

p h â n tra n g c h o c h ín h b ả n g tra n g X é t h ệ th ố n g 32 b it đ ịa ch ỉ ở trê n v à tra n g

c ó k íc h th ư ớ c 4 K B Đ ịa ch ỉ lo g ic đ ư ợ c c h ia th à n h h ai p h ầ n là số h iệ u tra n g

2 0 b it v à đ ịa c h ỉ tưcm g đ ố i tro n g tra n g 12 bit D o p h ầ n tra n g b ả n g tra n g n ê n

số h iệ u tra n g c ũ n g đ ư ợ c c h ia th à n h h ai p h ầ n là P1 (1 0 b it) là ch ỉ m ụ c đ ế n

b ả n g tra n g n g o ài v à P2 (10 bit) là độ d ịc h c h u y ể n tro n g tra n g củ a b ả n g tra n g

n g o à i

P hư cm g p h á p c h u y ể n đ ổ i đ ịa ch i c h o k iế n trú c n à y đ ư ợ c m in h h ọ a trê n

H ìn h 9 9 K iế n trú c V A X h ỗ trợ p h â n tra n g 2 m ứ c V A X có b u s đ ịa ch ỉ 32

b it v à k íc h th ư ớ c tra n g 5 1 2 b y te K h ô n g g ia n đ ịa ch ỉ lo g ic c ủ a tiế n trìn h

đ ư ợ c c h ia th à n h b ố n đ o ạ n b à n g n h a u , m ỗ i đ o ạ n g ồ m 2^° b y te M ồ i đ o ạ n ứ n g

v ớ i m ộ t p h ầ n k h ô n g g ia n đ ịa c h ỉ lo g ic k h á c n h a u c ủ a tiế n trìn h ( 2 bit c a o

đ ầ u tiê n c ủ a đ ịa ch i lo g ic x ác đ ịn h đ o ạ n , 2 1 b it tiế p th e o là sổ h iệ u tra n g

lo g ic n ằ m tro n g đ o ạ n , 9 b it c u ố i c ù n g là đ ịa c h i tưom g đ ố i tro n g tra n g m o n g

m u ố n ) B ằ n g c á c h p h â n c h ia b ả n g tra n g n h ư v ậy , H Đ H có th ể b ỏ n h ữ n g

đ o ạ n k h ô n g s ử d ụ n g c h o đ ế n k h i tiế n trìn h c ầ n đ ế n c h ú n g G iả s ử h ệ th ố n g

v ớ i k h ô n g g ia n đ ịa ch ỉ 6 4 b it, k íc h th ư ớ c tra n g 4 K B , n h ư v ậ y b ả n g tra n g sẽ

c ó 2^^ d ò n g N ế u s ử d ụ n g p h ư ơ n g p h á p p h â n tra n g h a i m ứ c , thì m ỗ i b ả n g tra n g n ê n n ằ m tro n g đ ú n g m ộ t tra n g , tứ c là m ộ t tra n g sẽ có 2 '° h à n g , m ỗ i

h à n g 4 b y te B ả n g tra n g n g o à i sẽ g ồ m 2 “*^ h à n g , tứ c là 2‘*‘* b y te = 1 6 G B R õ

rà n g , k h ô n g th ể c ấ p p h á t b ả n g tra n g n g o à i trê n m ộ t k h u v ự c n h ớ liê n tụ c lớ n

n h ư v ậy N h ư v ậ y , p h ả i c h ia b ả n g tra n g n g o à i ra th à n h n h iề u b ả n g n h ỏ G iải

p h á p n à y đ ô i k h i đ ư ợ c á p d ụ n g trê n m ộ t v ài b ộ vi x ử lý 32 b it đ ể tă n g tín h lin h h o ạ t v à h iệ u q uả C ó m ộ t số hệ th ố n g á p d ụ n g n h iề u m ứ c , c h ẳ n g h ạn

k iế n trú c S P A R C (v ớ i đ ịa ch ỉ 32 b it) h ỗ trợ p h ư ơ n g p h á p p h â n tra n g 3 m ứ c ,

k iế n trú c M o to ro la 6 8 0 3 0 32 b it h ỗ trợ p h ư ơ n g p h á p p h â n tra n g 4 m ứ c

P h â n tra n g đ a m ứ c làm su y g iả m h iệ u s u ấ t h ệ th ố n g G ià sừ b ả n g tra n g

ở m ồ i m ứ c đ ều n ằm tro n g b ộ n h ớ , c h u y ể n đ ịa ch i lo g ic sa n g đ ịa ch i v ật lý có

th ể c ầ n b ố n lần tru y x u ấ t b ộ n h ớ r h ờ i g ia n tru y x u ấ t b ộ n h ớ tă n g g ấ p n ă m

lầ n T u y n h iê n , n ếu có c a c h e h ỗ trợ th ì h iệ u su ấ t có th ể đ ư ợ c đ ả m bảo G iả

Hình 9.10 Bảng trang nghịch đảo và chia sẻ bảng trang

H Đ H sử d ụ n g b ả n g tra n g đ ể á n h x ạ đ ịa ch i lo g ic sa n g đ ịa ch i v ậ t lý c h o

m ồ i th a m c h iế u b ộ n h ớ B ả n g tra n g đ ư ợ c sắ p x ế p th e o đ ịa ch ì ảo , H Đ H có

k h ả n ă n g x á c đ ịn h n g ay lập tứ c b ất k ỳ h à n g n ào T u y n h iê n , k íc h th ư ớ c b ả n g tra n g c ó th ể rấ t lớ n , c h iế m n h iề u b ộ n h ớ v ậ t lý B à n g tra n g n g h ịc h đ ả o có

th ể k h ắ c p h ụ c p h ầ n n ào v ấn đ ề n ày M ỗ i h à n g trê n b ả n g tra n g n g h ịc h đ ảo

ứ n g v ớ i m ộ t k h u n g tra n g c ù a b ộ n h ớ v ậ t lý v à c h ứ a đ ịa ch ì ào c ủ a tra n g n h ớ

n ằ m tro n g k h u n g tra n g đ ó c ù n g v ớ i th ô n g tin v ề tiế n trìn h sở h ữ u tran g H ệ

th ố n g c h i có d u y n h ất m ộ t b ả n g tra n g , v à m ỗ i k h u n g tra n g tro n g b ộ n h ớ v ậ t