KIEN TRUC MAY TINH CHUONG 6

“ Không thể nối trực tiếp các thiết bị ngoại với bus hệ thống, vì: ° BXL không thể điều khiển được tất cả TBNV ° Tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau ° Khuôn dạng dữ liệu khác nhau... Cóc

Kiến troéc méy tinh

Chuong 6

HE THONG VAO/RA

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H

CP |

Nội dung bỏi giỏng

“ Chương 1: Giới thiệu chung

= Chương 2: Biểu diễn DL & số học máy tính

= Chương 3: Bộ xử lý

= Chương 4: Kiến trúc tập lệnh

“ Chương 5: Hệ thống nhớ

" Chương 6: Hệ thống vàoira

Nội dung chương ó

= Tong quan về hệ thống vào/ra

= Các phương pháp địa chỉ hóa cổng vào/ra

= Các phương pháp điều khiển vào/ra

“ Nối ghép thiết bị ngoại vi

Tổng quoœn về Hệ thống vòo/ro

= Chức năng của hệ thống vào/ra: trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới bên ngoài

= Cac thao tac co ban:

* Vao dt liéu (Input)

Tổng quoœn về Hệ thống vòo/ro

Tai sao cGn Modul vao/ra?

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

° BXL không thể điều khiển được tất cả TBNV

° Tốc độ trao đổi dữ liệu khác nhau

° Khuôn dạng dữ liệu khác nhau

Cac thiét bi ngoai vi

= Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong

và bên ngoài máy tính

So dé khéi cua TBNV

Tín hiệu ĐK

từ Modul vao/ra

Tín hiệu TT

A»

Dữ liệu đến

và từ Modul vao/ra

Cóc thònh phổn cơ bỏn của TBNV

“ Bộ chuyển đổi tín hiệu (transducer): chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện thành dạng

năng lượng khác và ngược lại

“Logic điều khiển (control logic): điều khiển

hoạt động của TBNV đáp ứng theo yêu cầu từ

Modul vao/ra

= Bo dém (buffer): chua dữ liệu tạm thời khi trao đổi dữ liệu giữa Modul vào/ra và TBNV

10

Modul vao/ra

=" Chuc nang:

* Diéu khién va dinh thời gian

* Trao déi thông tin với BXL

- Trao đổi thông tin với TBNV

° Bộ đệm đứ liệu

- Phát hiện lỗi

I]

Sơ đồ khối củo Modul vdo/ra

Nối ghép với bus hệ thống

—À—¬

Logic giao dién với TBNV

Dứ liệu Trạng thái

Điều khiển

Dứ liệu Trạng thái

Điều khiển

12

Thanh phGn co ban cua Modul vao/ra

= Thanh ghi dữ liệu: đệm dữ liệu trong quá trình

Cúc PP địa chỉ hóa cổng vòo/ro

= Vao/ra cach biét (isolated |O)

“ Vào/ra theo bản đồ bộ nhớ

(memory mapped |O)

14

Vao/ra cach biét

Vao/ra theo ban đồ bộ nhớ

= Dac diém:

° Không gian địa chỉ cổng vào/ra nằm trong không

gian địa chỉ bộ nhớ

“ Cách truy nhập:

° Dùng chung tín hiệu như truy nhập bộ nhớ

°- Dùng chung lệnh trao đổi dữ liệu với bộ nhớ

L7

Cac phương phớp điều khiển vòo/ro

“ Vào/ra băng chương trình (Programmed |O)

= Vao/ra bang ngat (Interrupt Driven IO)

= Vao/ra bang DMA (Direct Memory Access)

19

Vao/ra bang chuong trình

= Nguyén tac chung:

- Sử dụng lệnh vàoíra 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 khiến trao đổi dữ liệu với thiết bị

ngoại vị

20

Hoợt động vòo/ra bằng chương trình

= BXL yéu cầu thao tác vào/ra

“ Modul vào/ra thực hiện thao tác

= Modul vao/ra thiét lap cac bit trang thai

= BXL kiém tra cac bit trang thai:

* Néu chua san sang thi quay lại kiểm tra

°_ Nếu đ: sẵn sàng thì tiến hành trao đổi dữ liệu với

modul vào ra

21

TBNV san sang ? Sal

Cac lénh vao/ra

= BXL phat ra dia chi

° Xác định Modul vao/ra (va thiét bi néu mot Modul chứa nhiều hơn 1 thiết bi)

“ BAL phát ra lệnh:

°_ Điều khiển: yêu cầu Modul làm việc gì

> VD: điều khiển quay dia

- Kiểm tra: kiểm tra trạng thái

> VD: nguồn? lỗi?

* Doc/ghi

> Modul truyền DL qua bộ đệm từitới thiết bị 3

Đặc điểm

= BXL truc 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

24

Phan loai ngat

= Ngat cttng (Hard Interrupt): yeu cau ngắt do

mach phần cứng bên ngoài gửi đến

° Ngắt cứng NMI (None Maskable Interrupt): có yêu cầu ngắt thì bắt buộc phải ngắt

> Ví dụ: Có sự cố nguồn; lỗi bộ nhớ

° Ngắt cứng MI (Maskable Interrupt): có yêu cau ngắt thì có hai khả năng xây ra:

> Được ngắt nếu ngắt đó ở trạng thái cho phép

> Không được ngắt nếu ngắt đó ở trạng thái bị cấm

Ngắt cứng MI dùng để trao đổi dữ liệu với TBNV

25

Phan loai ngat

= Ngat mém (Soft Interrupt): Yeu cau ngat do

lenh gol ngat nam trong chương trình sinh ra

= Ngat ngoai lệ (Exception Interrupt): là các ngắt

sinh ra do lỗi xuất hiện trong quá trình thực

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

sang

27

thiết bị phát ra ngắt

xong lệnh hiện tại lại của trạng thái xử lý

va Bo dém CT vao Stack tin trang thai

BXL nap vao Bo dém CT gia Khôi phục Thanh ghi

\ tri dia chỉ mới lấy từ ngắt vào cờ và Bộ đếm CT j

Đặc điểm

“ Có sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm

° Phan cứng: yêu cầu ngắt BXL

° Phân mềm: trao đổi dữ liệu

= BXL truc tiếp điều khiển vào/ra

= DXL không phải đợi Modul vào/ra — hiệu qua

BXL sứ dụng tốt hơn

29

Các PP xóc định modul ngói

“ Nhiều đường yêu cầu ngắt

(Different line for each module)

= Kiém tra vong bang phan mềm

(Software poll)

= Kiém tra vòng bằng phần cứng

(Daisy Chain or Hardware poll)

= Chiém bus (Bus Master)

30

PP1: Nhiéu duéng yéu cau ngat

vao ra vao ra vao ra vao ra

“ BXL phải có các đường yêu cầu ngắt khác nhau

cho môi modul vàoíra

PP2: Kiểm tra vòng bằng phan mềm

Vào ra Vào ra Vào ra Vào ra

= BXL sử dụng vectơ để xác định CTC điều khiển ngắt

PP4: Chiém bus

“ Modul vào/ra cần chiếm bus trước khi nó phát

tín hiệu yêu cầu ngắt

= Vi du:

° PCI

° SCSI

34

-_ Các ngắt được thực hiện tuần tự

“ Định nghĩa ưu tiên ngắt:

°_ Ngắt có mức ưu tiên thấp hơn thì có thể bị ngắt bởi ngắt

có ưu tiên cao hơn

° Khi ngắt có mức ưu tiên cao hơn được xử lý xong thi

BXL quay về ngät trước đó

35

ẩn tu

Interrupt Handler X User Program

Interrupt Handler Y

Nhiều ngút xỏy ra đồng thời

“ Nếu có nhiều yêu cầu ngắt cùng một lúc gửi

đến BXL thì BXL giải quyết thế nào?

“ Nhờ sự can thiệp của Mạch điều khiển ngắt lập

trình được (PIC - Programmable Interrupt Controller)

38

> vao ra vao ra vao ra vao ra

= PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt

= PIC chọn ngắt có ưu tiên cao nhất (không bị

Vi du: PIC 8259A

Vao/ra bang DMA

= Vao ra bang chuong trinh va vao ra bang ngắt

So dé cau trac cua DMAC

Cóc thanh phan cua DMAC

= Thanh ghi dữ liệu: chứa dữ liệu cần trao đổi

= Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ ngăn nhớ dữ

liệu

= Bộ đếm dữ liệu: chứa số từ dữ liệu cần trao đối

“ Logic điều khiển: điều khiển hoạt động của

DMAC

43

Quó trinh hoại động

"B1: TBNV gửi tín hiệu DREQ (Dma REQuest) tới DMAC

= B2: DMAC gửi tín hiệu HRQ (Hold ReQuest) để xin dùng

các đường bus

“ B3: BXL sẽ thực hiện xong chu kỳ bus hiện tại và trả lời đồng ý băng việc gửi tín hiệu HLDA (HoLD Acknowledge) tới DMAC

= B4: DMAC gửi tín hiệu DACK (Dma ACKnowledge) tới TBNV báo chuẩn bị truyền đứữ liệu

“ B5: DMAC thực hiện điều khiển quá trình truyền dữ liệu

giữa bộ nhớ và TBNV

“= B6: DMAC thực hiện xong công việc, nó bỏ kích hoạt tín hiệu HRQ Hệ thống trở lại bình thường

45

Cóc kiểu thực hiện DMA

= DMA truyén theo khối (block-transfer DMAI:

DMAC sử dụng bus để truyền cả khối dữ liệu

=" DMA an trom chu ky (cycle stealing DMA): DMAC ép buộc BXL treo tạm thời từng chu kỳ để

thực hiện truyền một byte dữ liệu

“ DMA trong suốt (transparent DMAI):

DMAC nhận biết những chu kỳ nào BXL không

dùng bus thì lấy bus để tranh thủ truyền một byte

đứ liệu

46

Cau hinh DMA: kiéu 1

| Processor | | DMA

= Bus don, bd diéu khién DMA riéng ré

= Moi lan truyén, DMAC str dung bus 2 Ian:

° Từ Modul vào/ra đến DMAC

Cếu hình DMA: kiểu 2

(b) Stngle-b us, Intcgrated DMA-l/O

“ Bus đơn, bộ điều khiển DMA tích hợp

= DMAC điều khiển một hoặc vài Modul vào/ra

= Moi lần truyền, chỉ sử dụng bus 1 lần

- Từ DMAC tới bộ nhớ

“ BXL chỉ bị treo bus 1 lần F

Cếu hình DMA: kiểu 3

= Bus vao/ra tach roi, hé tro tất cả các thiết bị

cho phep DMA

= Moi lần truyền chỉ dùng bus 1 lần:

- Từ DMA tới bộ nhớ

= BXL cing chi bi treo bus 1 lần

49

Nối ghép thiết bi ngoai vi

= Cac kiểu nối ghép vàoíra:

° Nối ghép song song

° Nối ghép nối tiếp

= Các cấu hình nối ghép:

° Điểm tới điểm

° Điểm tới đa điểm

50

Nối ghép song song

= Truyén nhiéu bit song song

“ Tốc độ nhanh

“ Cân nhiều đường truyền dữ liệu

51

Nối ghép nối tiếp

“Truyền lần lượt từng bit

“ Cần có bộ chuyển đổi song song thành nối tiếp và

ngược lại

“ [ốc dộ chậm

“ Cần ít đường truyền dữ liệu

52

Cac cdu hinh néi ghép

= Diém tdi diém (point-to-point):

- Thông qua một cổng vàoíra, nối ghép với một

TBNV

°- Ví dụ: cổng chuột, bàn phím,

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

- Thông qua một cổng vào/ra, nối ghép được với

Kiến troéc méy tinh

HET CHUONG 6

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H

CP |

94

Kiến troéc méy tinh

KET THUC CHUONG TRINH

Coin cam on, hen gap lai!

Nguyen Thanh Tung THPT QUY H

CP |

99