Bài giảng kiến trúc máy tính chương 6 phan trung kiên

Phan Trung Kiên
1
Kiến trúc máy tính
Chương 6
HỆ

THỐNG VÀO/RA
Phan Trung Kiên
2
Nội dung chương 6


Tổng 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.

Phan Trung Kiên
3
Tổng quan về

Hệ

thống vào/ra


Chức năng của hệ

thống vào/ra: trao
đổi thông tin giữa máy tính với thế

giới bên ngoài


Các thao tác cơ bản:
•

Vào dữ

liệu (Input)
•

Ra dữ

liệu (Output)


Các thành phần chính:
•

Các thiết bị

ngoại vi
•

Mạch nối ghép vào/ra (Modul vào/ra)
Phan Trung Kiên
4
Tổng quan về

Hệ

thống vào/ra
Cache
Bus chính
BXL
Bộ

nhớ
chính
Mạch ĐK
vào/ra
Mạch ĐK
vào/ra
Mạch ĐK
vào/ra
Đĩa Đĩa

Đồ

họa
Mạng
Các ngắt
Phan Trung Kiên
5
Tại sao cần Modul vào/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
•

Tất cả

có

tốc độ

chậm hơn BXL và

RAM


Chức năng của Modul vào/ra:
•

Nối ghép với BXL và

hệ

thống nhớ
•

Nối ghép với một hoặc nhiều TBNV
Phan Trung Kiên
6
Các thiết bị

ngoại vi


Chức năng: chuyển đổi dữ

liệu giữa
bên trong và

bên ngoài máy tính


Phân loại:
•

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

TBNV giao tiếp máy-máy: các thiết bị

theo dõi và

kiểm tra
•

TBNV truyền thông: modem, card giao
tiếp mạng (NIC)
Phan Trung Kiên
7

Một số

TBNV thông dụng
Phan Trung Kiên
8
Sơ đồ

khối của TBNV
TÝn hiÖu §K
tõ Modul
vµo/ra
TÝn hiÖu TT
®Õn Modul
vµo/ra
D÷ liÖu ®Õn
vµ tõ Modul
vµo/ra
D÷ liÖu ®Õn vµ
tõ m«i tr−êng
bªn ngoµi
Logic §K
Bé ®Öm
Bé chuyÓn
®æi tÝn hiÖu
Phan Trung Kiên
9
Các thành phần cơ bản 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 vào/ra


Bộ đệm

(buffer): chứa dữ

liệu tạm thời khi
trao đổi dữ

liệu giữa Modul vào/ra và

TBNV
Phan Trung Kiên

10
Modul vào/ra


Chức năng:
•

Điều khiển và định thời gian
•

Trao đổi thông tin với BXL
•

Trao đổi thông tin với TBNV
•

Bộ đệm dữ

liệu
•

Phát hiện lỗi
Phan Trung Kiên
11
Sơ đồ

khối của Modul vào/ra
C¸c ®−êng
d÷ liÖu
Nèi ghÐp víi

TBNV
C¸c ®−êng
®Þa chØ
C¸c ®−êng
®iÒu khiÓn
Thanh ghi d÷ liÖu
Thanh ghi §K/tr¹ng th¸i
Logic
vµo/ra
Logic
giao diÖn
víi TBNV
Logic
giao diÖn
víi TBNV
D÷ liÖu
§iÒu khiÓn
Tr¹ng th¸i
D÷ liÖu
§iÒu khiÓn
Tr¹ng th¸i
Nèi ghÐp víi
bus hÖ thèng
Phan Trung Kiên
12
Thành phần cơ bản của Modul vào/ra


Thanh ghi dữ

liệu: đệm dữ

liệu trong
quá

trình trao đổi


Các cổng vào/ra: kết nối với TBNV,
mỗi cổng có

một địa chỉ

xác định


Thanh ghi điều khiển/trạng thái: lưu
giữ thông tin điều khiển, trạng thái
cho các cổng vào/ra


Logic điều khiển: điều khiển Modul
vào/ra
Phan Trung Kiên
13
Các PP địa chỉ

hóa cổng vào/ra


Vào/ra tách biệt (isolated IO)


Vào/ra theo bản đồ

bộ

nhớ

(memory
mapped IO)
Phan Trung Kiên
14
Vào/ra cách biệt


Đặc điểm:
•

Không gian địa chỉ

cổng vào/ra nằm
ngoài không gian địa chỉ

bộ

nhớ


Cách truy nhập:

•

Cần có

tín hiệu phân biệt truy nhập
cổng vào/ra hay truy nhập bộ

nhớ
•

Sử

dụng lệnh vào/ra chuyên dụng: IN,
OUT.
Phan Trung Kiên
15
Ví

dụ đối với BXL 8088
BỘ

NHỚ

THIẾT BỊ

VÀO THIẾT BỊ

RA
Lệnh: MOV

IN

OUT
T/h ĐK: IO/M = 0 IO/M = 1 IO/M = 1
1 MB
00000H
FFFFFH
64 KB
0000H
FFFFH
64 KB
0000H
FFFFH
Phan Trung Kiên
16
Vào/ra theo bản đồ

bộ

nhớ


Đặc điểm:
•

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
Phan Trung Kiên
17
Ví

dụ đối với BXL 8088


Lệnh và

tín hiệu
điều khiển chung
cho cả

hai:
MOV
IO/M = 0
00000H
FFFFFH
VÀO/RA
BỘ

NHỚ
Phan Trung Kiên
18
Các phương pháp điều khiển vào/ra


Vào/ra bằng chương trình

(Programmed IO)


Vào/ra bằng ngắt

(Interrupt Driven IO)


Vào/ra bằng DMA

(Direct Memory Access)
Phan Trung Kiên
19

Vào/ra bằng chương trình


Nguyên tắc chung:
•

Sử

dụng lệnh vào/ra trong chương trình
để trao đổi dữ

liệu với cổng vào/ra
•

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

liệu với thiết bị

ngoại vi
Phan Trung Kiên
20
Hoạt động vào/ra bằng chương trình


BXL yêu cầu thao tác vào/ra


Modul vào/ra thực hiện thao tác



Modul vào/ra thiết lập các bit trạng
thái


BXL kiểm tra các bit trạng thái:
•

Nếu chưa

sẵn sàng thì

quay lại

kiểm tra
•

Nếu đã

sẵn sàng thì

tiến hành trao đổi

dữ

liệu với modul vào ra
Phan Trung Kiên
21
Lưu đồ

hoạt động
Đọc trạng thái
của TBNV
TBNV sẵn sàng?
Trao đổi DL
với TBNV
Sai
Đúng
Phan Trung Kiên
22
Các lệnh vào/ra


BXL phát ra địa chỉ
•

Xác định Modul vào/ra (và

thiết bị

nếu
một Modul chứa nhiều hơn 1 thiết bị)


BXL phát ra lệnh:
•

Điều khiển: yêu cầu Modul làm việc gì
 VD: điều khiển quay đĩa

•

Kiểm tra: kiểm tra trạng thái
 VD: nguồn? lỗi?
•

Đọc/ghi
 Modul truyền DL qua bộ đệm từ/tới thiết bị
Phan Trung Kiên
23
Đặc điểm


BXL trực tiếp điều khiển vào/ra
•

Nhận biết thông tin trạng thái từ

TBNV
•

Phát tín hiệu điều khiển Read/Write
•

Trao đổi dữ

liệu


BXL chờ đến khi Modul vào/ra hoàn

thành thao tác


Tốn thời gian của BXL
Phan Trung Kiên
24
Phân loại ngắt


Ngắt cứng

(Hard Interrupt): yêu cầu ngắt
do mạch 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
cầu ngắt thì

có

hai khả năng xẩy 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
Phan Trung Kiên
25
Phân loại ngắt


Ngắt mềm

(Soft Interrupt): Yêu cầu ngắt
do lệnh gọi ngắt nằm trong chương trình
sinh ra


Ngắt ngoại lệ

(Exception Interrupt): là

các
ngắt sinh ra do lỗi xuất hiện trong quá

trình thực hiện chương trình
•

Ví

dụ:

 Gặp lệnh chia cho 0
 Lệnh sai cú

pháp
 tràn số
 Nhảy đến các điều kiện không tồn tại