Chương 6: Hệ thống vào ra
48 trang
Bạn đang đọc: Chương 6: Hệ thống vào ra
| Chia sẻ : Khủng Long
| Lượt xem: 13289
| Lượt tải : 6
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Kiến trúc máy tính – Chương 6: Hệ thống vào ra, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
KIẾN TRÚC MÁY TÍNHChương 6H Ệ THỐNG VÀO RA1Nội dung chương 66.1. Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra 6.2. Các chiêu thức điều khiển vào-ra 6.3. Nối ghép với thiết bị ngoại vi 6.4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC21. Giới thiệu chung 2. Các thiết bị ngoại vi 3. Module nối ghép vào-ra 4. Các giải pháp địa chỉ hóa cổng vào-ra6. 1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra 3 ▪ Chức năng : trao đổi thông tin giữa máy tính và mạng lưới hệ thống bên ngoài. ▪ Các thao tác cơ bản : Vào tài liệu ( Input ) Ra tài liệu ( Output ) ▪ Các thành phần chính : Các thiết bị ngoại vi Các module nối ghép vào-ra 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Giới thiệu chung4 ▪ Chức năng : Chuyển đổi thông tin từ một dạng vật lý nào đó về dạng tài liệu tương thích với máy tính hoặc ngược lại. ▪ Phân loại : Các thiết bị thu nhận tài liệu : như bàn phím, chuột, máy quét ảnh, .. Các thiết bị hiển thị tài liệu : màn hình hiển thị, máy in, … Các thiết bị tàng trữ : ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang CD, DVD, … Các thiết bị tiếp thị quảng cáo : modem, card mạng, … 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Các thiết bị ngoại vi56. 1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Cấu trúc chung của TBNV6 ▪ Bộ chuyển đổi tín hiệu : quy đổi tài liệu giữa bên ngoài và bên trong máy tính. ▪ Bộ đệm tài liệu : đệm tài liệu khi truyền giữa module vào-ra và thiết bị ngoại vi. ▪ Khối logic điều khiển : điều khiển hoạt động giải trí của thiết bị ngoại vi phân phối theo nhu yếu từ module vào-ra. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Các thành phần chính của TBNV7 ▪ Đặc điểm của vào-ra : Các thiết bị ngoại vi rất phong phú, khác nhau về : ▪ Nguyên tắc hoạt động giải trí ▪ Tốc độ ▪ Khuôn dạng tài liệu Tất cả những thiết bị ngoại vi đều chậm hơn CPU và RAM → Cần có những module vào-ra để nối ghép những thiết bị ngoại vi với CPU và bộ nhớ chính. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Module vào-ra8 ▪ Chức năng : Điều khiển và định thời Trao đổi thông tin với CPU Trao đổi thông tin với thiết bị ngoại vi Đệm giữa bên trong máy tính với thiết bị ngoại vi Phát hiện lỗi của thiết bị ngoại vi 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Chức năng của module vào-ra96. 1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Cấu trúc chung của module vào-ra10 ▪ Thanh ghi đệm tài liệu : đệm tài liệu trong quy trình trao đổi. ▪ Các cổng vào-ra ( I / O Port ) : liên kết với thiết bị ngoại vi, mỗi cổng có một địa chỉ xác lập. ▪ Khối logic điều khiển : điều khiển module vào-ra. ▪ Thanh ghi trạng thái / điều khiển : lưu giữ thông tin trạng thái / điều khiển cho những cổng vào-ra. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Các thành phần của module vào-ra11 ▪ Các thiết bị ngoại vi được nối ghép và trao đổi tài liệu trải qua những cổng vào-ra. ▪ Mỗi cổng vào-ra phải có 1 địa chỉ xác lập → cần phải có những chiêu thức địa chỉ hóa cho cổng vào-ra. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Địa chỉ hóa cổng vào-ra12 ▪ Mọi CPU đều có năng lực quản trị được một khoảng trống địa chỉ bộ nhớ xác lập. KGĐC bộ nhớ = 2N byte ( N là số bit địa chỉ mà CPU có năng lực phát ra ) ▪ Một số CPU có năng lực quản trị thêm 1 khoảng trống địa chỉ vào ra riêng không liên quan gì đến nhau với khoảng trống địa chỉ bộ nhớ. KGĐC vào-ra = 2N1 byte ( N1 : số bit địa chỉ dùng để quản trị khoảng trống địa chỉ vào-ra, 2N1 < < 2N ) ▪ Trong trường hợp CPU quản trị được cả 2 KGĐC thì : CPU phải có tín hiệu để phân biệt khoảng trống địa chỉ bộ nhớ và khoảng trống địa chỉ vào-ra. CPU phải có những lệnh vào-ra chuyên sử dụng. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra KGĐC bộ nhớ và KGĐC vào-ra136. 1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Ví dụ14 ▪ Vào ra riêng không liên quan gì đến nhau ( Isolated I / O ) : Cổng vào-ra được địa chỉ hóa theo khoảng trống địa chỉ vào-ra riêng không liên quan gì đến nhau. Để trao đổi tài liệu với cổng, trong chương trình sử dụng những lệnh vào-ra chuyên được dùng. ▪ Vào ra theo map bộ nhớ ( Memory-mapped IO ) : Cổng vào-ra được địa chỉ hóa theo khoảng trống địa chỉ bộ nhớ. Để trao đổi tài liệu với cổng, trong chương trình sử dụng những lệnh trao đổi tài liệu với bộ nhớ. 6.1 Tổng quan về mạng lưới hệ thống vào-ra Các pp địa chỉ hóa cổng vào-ra151. Vào-ra bằng chương trình 2. Vào-ra điều khiển bằng ngắt 3. Truy cập trực tiếp bộ nhớ - DMA 4. Bộ giải quyết và xử lý vào-ra6. 2 Các chiêu thức điều khiển vào-ra16 ▪ Nguyên tắc chung : Trong chương trình người lập trình dữ thế chủ động viết những lệnh vào-ra. Khi triển khai những lệnh vào-ra đó, CPU trực tiếp điều khiển việc trao đổi tài liệu với cổng vào-ra. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Vào-ra bằng chương trình176. 2 Các pp điều khiển vào-ra Lưu đồ thực hiện18 ▪ CPU nhu yếu thao tác vào-ra. ▪ Module vào-ra thực thi thao tác. ▪ Module vào-ra thiết lập những bit trạng thái. ▪ CPU kiểm tra những bit trạng thái : Nếu chưa sẵn sàng chuẩn bị thì quay lại liên tục kiểm tra. Nếu đã sẵn sàng chuẩn bị thì chuyển sang trao đổi tài liệu với module vào-ra. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Hoạt động19 ▪ Vào-ra do ý muốn của người lập trình ▪ CPU trực tiếp điều khiển vào-ra ▪ CPU phải đợi module vào-ra chuẩn bị sẵn sàng → tiêu tốn thời hạn của CPU6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Đặc điểm20 ▪ Nguyên tắc chung : CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng chuẩn bị của module vào-ra. CPU đang triển khai một chương trình nào đó, nếu module vào-ra chuẩn bị sẵn sàng thì nó phát tín hiệu nhu yếu ngắt gửi đến CPU. Nếu nhu yếu ngắt được gật đầu thì CPU thực thi chương trình con vào-ra tương ứng để trao đổi tài liệu. Kết thúc chương trình con đó, CPU quay trở lại liên tục thực thi chương trình đang bị ngắt. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Vào-ra điều khiển bằng ngắt21 ▪ Hoạt động vào tài liệu – nhìn từ phía module vào - ra : Module vào-ra nhận tín hiệu điều khiển đọc từ CPU. Module vào-ra nhận tài liệu từ thiết bị ngoại vi, trong khi đó CPU thao tác khác. Khi đã có tài liệu, module vào-ra phát tín hiệu ngắt CPU. CPU nhu yếu tài liệu. Module vào-ra chuyển tài liệu đến CPU. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Hoạt động22 ▪ Hoạt động vào tài liệu – nhìn từ phía CPU : CPU phát tín hiệu điều khiển đọc. CPU thao tác khác. Cuối mỗi quy trình lệnh, CPU kiểm tra tín hiệu ngắt. Nếu bị ngắt, CPU : ▪ Cất ngữ cảnh hiện tại của chương trình. ▪ Thực hiện chương trình con Giao hàng ngắt để vào tài liệu. ▪ Sau khi triển khai xong chương trình con đó, CPU Phục hồi ngữ cảnh và trở lại liên tục thực thi chương trình đang tạm dừng. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Hoạt động23 ▪ Làm thế nào để xác lập được module vào-ra nào phát tín hiệu nhu yếu ngắt. ▪ Khi có nhiều nhu yếu ngắt cùng gửi đến, CPU sẽ giải quyết và xử lý như thế nào. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Các yếu tố phát sinh khi thiết kế24 ▪ Sử dụng nhiều đường nhu yếu ngắt ▪ Kiểm tra vòng bằng ứng dụng ( Software Poll ) ▪ Kiểm tra vòng bằng phần cứng ( Daisy Chain of Hardware Poll ) ▪ Sử dụng bộ điều khiển ngắt ( PIC ) 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Các giải pháp nối ghép ngắt25 ▪ Mỗi module vào-ra được nối với 1 đường nhu yếu ngắt ▪ CPU phải có nhiều đường tín hiệu nhu yếu ngắt ▪ Hạn chế số lượng module vào-ra ▪ Các đường nhu yếu ngắt được lao lý mức ưu tiên6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Sử dụng nhiều đường nhu yếu ngắt26 ▪ CPU triển khai ứng dụng hỏi lần lượt từng module vào-ra ▪ Tốc độ chậm ▪ Thứ tự những module vào-ra được hỏi vòng chính là thứ tự ưu tiên6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Kiểm tra vòng bằng phần mềm276. 2 Các pp điều khiển vào-ra Kiểm tra vòng bằng phần cứng286. 2 Các pp điều khiển vào-ra Kiểm tra vòng bằng phần cứng ▪ CPU phát tín hiệu đồng ý ngắt ( INTA ) đến module vào-ra tiên phong. ▪ Nếu module vào-ra đó không gây ra ngắt thì nó gửi tín hiệu đến module sau đó cho đến khi xác lập được module gây ngắt. ▪ Module vào-ra gây ngắt sẽ đặt vector ngắt lên bus tài liệu. ▪ CPU sử dụng vector ngắt để xác lập nơi chứa chương trình con ship hàng ngắt. ▪ Thứ tự những module vào-ra liên kết trong chuỗi xác lập thứ tự ưu tiên. 29 ▪ PIC : Programmable Interrupt Controller. ▪ PIC có nhiều đường nhu yếu ngắt có pháp luật mức ưu tiên. ▪ PIC chọn một nhu yếu ngắt không bị cấm có mức ưu tiên cao nhất gửi đến CPU. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Bộ điều khiển ngắt lập trình được30 ▪ Tổ chức kiểu vector ngắt. ▪ Mỗi ngắt được đặc trưng bằng số hiệu ngắt N ( 00 ÷ FF ). ▪ Bảng vector ngắt : 256 x 4 = 1024 byte 00000 ÷ 003FF ▪ Gọi CTC ship hàng ngắt bằng lệnh : INT N6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Tổ chức ngắt của 80x8631 ▪ Có sự phối hợp giữa phần cứng và ứng dụng : Phần cứng : gây ngắt CPU. Phần mềm : trao đổi tài liệu. ▪ CPU trực tiếp điều khiển vào-ra. ▪ CPU không phải đợi module vào-ra → hiệu suất sử dụng CPU tốt hơn. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Đặc điểm của vào-ra bằng ngắt32 ▪ DMA ( Direct Memory Access ) ▪ Các giải pháp vào-ra bằng chương trình và vào-ra điều khiển bằng ngắt do CPU trực tiếp điều khiển : Chiếm thời hạn của CPU Tốc độ trao đổi tài liệu bị hạn chế vì phải chuyển qua CPU ▪ Để khắc phục → dùng DMA : Thêm module phần cứng là DMAC ( Direct Memory Access Controller ) DMAC điều khiển trao đổi tài liệu giữa module vào-ra với bộ nhớ chính. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Truy cập trực tiếp bộ nhớ336. 2 Các pp điều khiển vào-ra Cấu trúc của DMAC34 ▪ Thanh ghi tài liệu : chứa tài liệu cần trao đổi ▪ Thanh ghi địa chỉ : chứa địa chỉ ngăn nhớ tài liệu ▪ Bộ đếm tài liệu : chứa số từ tài liệu cần trao đổi ▪ Logic điều khiển : điều khiển hoạt động giải trí của DMAC6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Các thành phần của DMAC35 ▪ CPU gửi cho DMAC những thông tin : Chiều trao đổi tài liệu : vào hay ra tài liệu Địa chỉ thiết bị vào-ra ( cổng vào-ra tương ứng ) Địa chỉ đầu của mảng nhớ tài liệu → nạp vào thanh ghi địa chỉ Số từ tài liệu cần truyền → nạp vào bộ đếm tài liệu ▪ CPU thao tác khác ▪ DMAC điều khiển trao đổi tài liệu ▪ Sau khi truyền được 1 từ tài liệu : Nội dung thanh ghi địa chỉ tăng Nội dung bộ đếm tài liệu giảm ▪ Khi bộ đếm tài liệu = 0, DMAC gửi nhu yếu ngắt đến CPU để báo hiệu đã kết thúc DMA6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Hoạt động của DMAC36 ▪ DMA truyền theo khối ( Block Transfer DMA ) : CPU trao quyền sử dụng bus cho DMAC trong một khoảng chừng thời hạn đủ lớn để DMAC triển khai trao đổi xong cả khối tài liệu. ▪ DMA xen kẽ chu kỳ luân hồi máy với CPU ( Cycle Stealing DMA ) : DMAC và CPU thay nhau sử dụng bus trong từng chu kỳ luân hồi máy. ▪ DMA trong suốt ( Transparent DMA ) : Trong quy trình hoạt động giải trí, không phải chu kỳ luân hồi nào CPU cũng sử dụng bus mạng lưới hệ thống, DMAC sẽ phát hiện xem những chu kỳ luân hồi CPU không dùng bus để chiếm hữu bus trong chu kỳ luân hồi đó và điều khiển trao đổi 1 từ tài liệu → không làm ảnh hưởng tác động đến CPU. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Các kiểu DMAC37 ▪ Cấu hình 1 : Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus 2 lần : ▪ Giữa DMAC với module vào-ra ▪ Giữa DMAC với bộ nhớ6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Các thông số kỹ thuật phong cách thiết kế DMA38 ▪ Cấu hình 2 : DMAC điều khiển một hoặc một vài module vào-ra Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus 1 lần : ▪ Giữa DMAC với bộ nhớ6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Các thông số kỹ thuật phong cách thiết kế DMA39 ▪ Cấu hình 3 : Bus vào-ra tách rời tương hỗ toàn bộ những thiết bị được cho phép DMA Mỗi lần truyền, DMAC sử dụng bus 1 lần : ▪ Giữa DMAC với bộ nhớ6. 2 Các pp điều khiển vào-ra Các thông số kỹ thuật phong cách thiết kế DMA40 ▪ CPU không tham gia vào quy trình trao đổi tài liệu ▪ DMAC điều khiển trao đổi tài liệu giữa bộ nhớ chính với module vào-ra trọn vẹn bằng phần cứng → vận tốc nhanh. ▪ Thích hợp với những nhu yếu trao đổi tài liệu size lớn. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Đặc điểm của DMA41 ▪ Việc điều khiển vào-ra được triển khai bởi một bộ giải quyết và xử lý vào-ra chuyên sử dụng. ▪ Bộ giải quyết và xử lý vào-ra hoạt động giải trí theo chương trình của riêng nó. ▪ Chương trình của bộ giải quyết và xử lý vào-ra hoàn toàn có thể nằm trong bộ nhớ chính hoặc nằm trong một bộ nhớ riêng. ▪ Hoạt động theo kiến trúc đa giải quyết và xử lý. 6.2 Các pp điều khiển vào-ra Bộ giải quyết và xử lý vào-ra421. Các kiểu nối ghép 2. Các thông số kỹ thuật nối ghép6. 3 Nối ghép với thiết bị ngoại vi43 ▪ Nối ghép song song : Truyền nhiều bit song song Tốc độ nhanh Cần nhiều đường truyền6. 3 Nối ghép với thiết bị ngoại vi Các kiểu nối ghép44 ▪ Nối ghép tiếp nối đuôi nhau : Truyền lần lượt từng bit Cần có bộ chuyển đổi qua lại giữa tài liệu song song và tiếp nối đuôi nhau Tốc độ chậm hơn Cần ít đường dây → truyền được xa hơn6. 3 Nối ghép với thiết bị ngoại vi Các kiểu nối ghép45 ▪ Cấu hình điểm tới điểm ( Point to Point ) : trải qua một cổng vào-ra được cho phép nối ghép với một thiết bị ngoại vi. Nối ghép bàn phím Nối ghép chuột Nối ghép ổ đĩa mềm ... ▪ Cấu hình điểm tới đa điểm ( Point to Multipoint ) : trải qua một cổng vào-ra được cho phép nối ghép với nhiều thiết bị ngoại vi. Chuẩn nối ghép SCSI : được cho phép nối ghép tới 7 hoặc 15 thiết bị Cổng USB : nối ghép tới 127 thiết bị Cổng IEEE 1394 : nối ghép tới 63 thiết bị6. 3 Nối ghép với thiết bị ngoại vi Các thông số kỹ thuật nối ghép46 ▪ Các cổng PS / 2 : nối ghép bàn phím và chuột ▪ Các cổng nối ghép màn hình hiển thị ▪ Cổng LPT ( Line Printer ) : thường nối ghép với máy in, là cổng song song ( Parallel Port ) ▪ Cổng COM ( Communication ) : thường nối ghép với MODEM, là cổng tiếp nối đuôi nhau ( Serial Port ) ▪ Cổng USB ( Universal Serial Bus ) : cổng tiếp nối đuôi nhau đa năng ▪ 6.4 Các cổng vào-ra thông dụng trên PC476. 4 Các cổng vào-ra thông dụng trên PC48 Các file đính kèm theo tài liệu này :
- tailieu.ppt
Source: https://baoduongdieuhoa24h.com
Category: Điện Tử
