Bài giảng Kiến trúc máy tính chương 6 Tổ chức vào ra

Hà nội, 17 December 2009
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Posts and Telecommunications Institute of Technology
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Chương VI: Tổ chức vào ra
Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ
Email:
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các thiết bị ngoại vi
2. Giao diện Vào/Ra
3. Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
4. Các chế độ chuyển giao
5. Bộ xử lý vào-ra
Nội dung
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Phân hệ vào ra cung cấp chế đột truyền thông hiệu quả giữa hệ thống
trung tâm và môi trường bên ngoài
• Bàn phím
• Thiết bị vào quang
– Đầu đọc thẻ
– Đầu đọc băng giấy
– Đầu đọc mã vạch
– Đầu đọc số hoá
– Đầu đọc điểm quang
• Các thiết bị vào từ tính
– Đầu đọc băng từ, đĩa từ
• Thiết bị vào màn hình

– Màn hình sờ
– Bút chiếu sáng
– Chuột
• Các thiết bị vào tương tự
1. Các thiết bị ngoại vi-Thiết bị vào
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Máy đục lỗ thẻ
• Máy đục băng giấy
• Màn hình
• Máy in (Impact, Ink Jet, Laser, Dot Matrix)
• Plotter
• Âm thanh
•
1. Các thiết bị ngoại vi-Thiết bị ra
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các thiết bị ngoại vi
2. Giao diện Vào/Ra
3. Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
4. Các chế độ chuyển giao
5. Bộ xử lý vào-ra
Nội dung
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Cung cấp một phương pháp để chuyển giao thông tin giữa bộ lưu trữ
nội bộ (bộ nhớ và các thanh ghi CPU) và các thiết bị I/O bên ngoài

• Giải quyết sự chênh lệch giữa các thiết bị máy tính và các thiết bị
ngoại vi
– Ngoại vi-Các thiết bị cơ điện
– CPU hoặc bộ nhớ-Thiết bị điện tử
• Tốc độ chuyển giao dữ liệu
– Ngoại vi - thường chậm hơn
– CPU hoặc bộ nhớ-Thường nhanh hơn ngoại vi
• Có thể cần tới một số kiểu cơ chế đồng bộ
– Khối thông tin
• Ngoại vi – Byte, Khối, …
• CPU hoặc bộ nhớ – Từ
– Biểu diễn dữ liệu có thể khác nhau
2. Giao diện vào ra
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Mỗi giao diện có một mô đun giao diện liên quan
• Giao diện
– Giải mã địa chỉ thiết bị (mã thiết bị)
– Giải mã lệnh (tác vụ)
– Cung cấp các tín hiệu cho bộ điều khiển ngoại vị
– Đồng bộ luồng dữ liệu và giám sát tốc độ chuyển giao dữ liệu
giữa ngoại vi và CPU hoặc bộ nhớ
2. Giao diện vào ra-Bus I/O và các mô đun giao diện
Processor
Interface
Keyboard
and
display
terminal

Magnetic
tape
Printer
Interface Interface Interface
Data
Address
Control
Magnetic
disk
I/O bus
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2. Giao diện vào ra-Kết nối của I/O Bus
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Kết nối của bus I/O bus tới CPU
• Kết nối của bus I/O tới một giao diện
2. Giao diện vào ra-Kết nối của I/O Bus (t)
I/O
bus
Device
address
Command
decoder
Function code
Data lines
Buffer register
Peripheral

register
Status
register
Sense lines
Output
peripheral
device
and
controller
AD = 1101
Interface
Logic
I/O
bus
Op.
code
Device
address
Function
code
Accumulator
register
Computer
I/O
control
Sense lines
Data lines
Function code lines
Device address lines
CPU

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Bus bộ nhớ là để cho chuyển giao các thông tin giữa CPU
và MM
• Bus I/O là để chuyển giao thông tin giữa các thiết bị CPU
và thiết bị I/O thông qua giao diện I/O
• Nhiều máy tính sử dụng một hệ thống bus chung duy nhất
cho cả hai khối bộ nhớ và khối giao diện I/O
– Sử dụng một bus chung nhưng các đường điều khiển tách biệt
cho từng chức năng
– Sử dụng một bus chung với các đường điều khiển chung cho cả
hai chức năng
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ
nhớ
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Một số máy tính sử dụng hai bus tách riêng, một trao đổi
thông tin với bộ nhớ và một với các giao diện I/O
– Trao đổi thông tin giữa CPU và tất cả các khối giao diện là qua
một bus I/O chung
– Một giao diện nối tới một thiết bị ngoại vi có thể có một số thanh
ghi dữ liệu, 1 thanh ghi điều khiển và 1 thanh ghi trạng thái
– Một lệnh được chuyển tới ngoại vi bằng cách gửi tới một thanh
ghi giao diện thích hợp
– Không cần tới các đường mã chức năng và đường cảm ứng
(chuyển giao thông tin điều khiển dữ liệu và thông tin trạng thái
luôn qua một bus I/O chung)
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ

nhớ (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• I/O riêng biệt
– Tách riêng các đưòng điều khiển đọc/ghi I/O ngoài các đường
điều khiển đọc/ghi bộ nhớ
– Tách riêng không gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ I/O
– Các lệnh vào và ra riêng biệt
• I/O được ánh xạ vào bộ nhớ
– Một tập duy nhất các đường điều khiển đọc/ghi (không tách
riêng giữa chuyển giao bộ nhớ và I/O
– Các địa chỉ bộ nhớ và I/O sử dụng chung không gian địa chỉ ->
giảm được khoảng địa chỉ bộ nhớ có thể sử dụng
– Lệnh vào hoặc ra không xác định->các lệnh tương tự tham chiếu
bộ nhớ có thể sử dụng để chuyển giao I/O
– Khá linh hoạt trong các tác vụ giám sát I/O
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ
nhớ (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• I/O riêng biệt
– Tách riêng các đưòng điều khiển đọc/ghi I/O ngoài các đường
điều khiển đọc/ghi bộ nhớ
– Tách riêng không gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ I/O
– Các lệnh vào và ra riêng biệt
• I/O được ánh xạ vào bộ nhớ
– Một tập duy nhất các đường điều khiển đọc/ghi (không tách
riêng giữa chuyển giao bộ nhớ và I/O

– Các địa chỉ bộ nhớ và I/O sử dụng chung không gian địa chỉ ->
giảm được khoảng địa chỉ bộ nhớ có thể sử dụng
– Lệnh vào hoặc ra không xác định->các lệnh tương tự tham chiếu
bộ nhớ có thể sử dụng để chuyển giao I/O
– Khá linh hoạt trong các tác vụ giám sát I/O
2. Giao diện I/O-I/O được ánh xạ vào bộ nhớ và độc
lập
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
2. Giao diện I/O (t)
CS RS1 RS0 Register selected
0 x x None - data bus in high-impedence
1 0 0 Port A register
1 0 1 Port B register
1 1 0 Control register
1 1 1 Status register
Chip select
Register select
Register select
I/O read
I/O write
CS
RS1
RS0
RD
WR
Timing
and
Control

Bus
buffers
Bidirectional
data bus
Port A
register
Port B
register
Control
register
Status
register
I/O data
I/O data
Control
Status
I
n
t
e
r
n
a
l

b
u
s
CPU
I/O

Device
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Giao diện có thể lập trình
– Thông tin trong mỗi cổng có thể được ấn định một ý nghĩa phụ
thuộc vào chế độ hoạt động của thiết bị I/O
→ Port A = Data; Port B = Command; Port C = Status
– CPU khởi tạo (nạp) từng cổng bằng cách chuyển một byte vào
thanh ghi điều khiển
→ Cho phép CPU có thể định nghĩa chế độ hoạt động của mỗi cổng
→ Cổng có thể lập trình được: Nhờ thay đổi các bit trong thanh ghi
điều khiển, nó có thể thay đổi các đặc tính giao diện
2. Giao diện I/O (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• ISA - Industrial Standard Architecture:
– Khe gắn card mở rộng trên Mainboard.
– Card mở rộng chuẩn ISA: Card âm thanh, card màn hình và
các thiết bị ngoại vi khác.
– Băng thông của ISA là 8-16 bits, tần số 8-10Mhz.
– ISA là chuẩn kênh truyền mở rộng chính trên máy tính IBM AT
nên thường được gọi là "kênh AT"
– “Trước hay và nay it”
• Micro Channel - MCA (Micro Channel Architecture)
– Kênh truyền 32-bit (máy PS/2, RS/6000 và một số đời của
ES/9370).
– Hỗ trợ 15 mức Bus Mastering cho phép truyền dữ liệu từ tốc độ
20Mbytes/s đến 80 Mbytes/s.

– Vào cuối năm 1996, IBM ngưng hỗ trợ công nghệ MCA và
chuyển qua sử dụng PCI.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• EISA - Extended ISA:
– Phiên bản mở rộng của kênh truyền ISA (Kênh truyền AT - AT
bus) 16-bit thành kênh truyền 32-bit.
– Chuẩn EISA được công bố năm 1988
– Một sự lựa chọn 32-bit thay thế cho MCA
– Card mở rộng loại ISA có thể gắn vào khe gắn EISA dễ dàng do
cả hai cùng sử dụng tốc độ 8-10Mhz.
– Chuẩn EISA sau này được thay thế bởi chuẩn PCI.
• VL-Bus-Vesa Local Bus:
– Được phát triển bởi VESA và sử dụng phổ biến ở các đời máy
486.
– VL-Bus là loại kênh truyền 32-bit, hỗ trợ bus mastering và họat
động ở tốc độ 40Mhz.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• EISA - Extended ISA:
– Phiên bản mở rộng của kênh truyền ISA (Kênh truyền AT - AT
bus) 16-bit thành kênh truyền 32-bit.
– Chuẩn EISA được công bố năm 1988
– Một sự lựa chọn 32-bit thay thế cho MCA
– Card mở rộng loại ISA có thể gắn vào khe gắn EISA dễ dàng do
cả hai cùng sử dụng tốc độ 8-10Mhz.

– Chuẩn EISA sau này được thay thế bởi chuẩn PCI.
• VL-Bus-Vesa Local Bus:
– Được phát triển bởi VESA và sử dụng phổ biến ở các đời máy
486.
– VL-Bus là loại kênh truyền 32-bit, hỗ trợ bus mastering và họat
động ở tốc độ 40Mhz.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• PCI - Peripheral Component Interconnect
– Là một loại kênh ngoại vi trên Mainboard -Intel thiết kế vào
năm 1993.
– Dùng để gắn các card mở rộng cung cấp các đường truyền tốc
độ cao giữa CPU và các thiết bị ngoại vi (màn hình, mạng, đĩa
cứng ngoài ).
– Cung cấp khả năng "cắm và chạy" (plug and play) là khả năng
tự nhận dạng và cài đặt các card PCI rất tốt.
– PCI cho phép chia sẻ "tài nguyên" IRQ (Interrupt Request-
Ngắt hệ thống) giữa các card PCI với nhau.
– Đặc điểm này rất quan trọng trong khi các card ngoại vi phục
vụ nhiều thiết bị ngoại vi và ứng dụng ngày càng nhiều còn số
lượng các IRQ được hỗ trợ thì lại giới hạn.
– Thiết bị PCI hoạt động ở tần số 33Mhz với các đường truyền dữ
liệu có băng thông 32 hoặc 64 bits (PCI version 2.1 họat động ở
xung nhịp 66Mhz).
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

• AGP - Accelerated Graphics Port
– Chuẩn của khe gắn card mở rộng chuyên dùng cho card màn
hình tốc độ cao.
– Cung cấp kết nối trực tiếp giữa card màn hình và bộ nhớ.
– Có màu nâu, ngắn hơn và được thiết kế hơi thụt vào một chút so
với khe gắn PCI.
– AGP có băng thông 32-bits.
• Chuẩn AGP nguyên thủy (AGP 1X) cung cấp tốc độ truyền dữ
liệu 264Mbytes/s,
• AGP 2X là 528 Mbytes/s,
• AGP 4X là 1Gbytes/s,
• AGP 8X là 2Gbytes/s.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• CNR-Communications and Networking Riser
– Là chuẩn khe gắn cho phép gắn bổ xung mạch hỗ trợ các chức năng
như âm thanh (audio), modem (communications) và mạng
(networking).
• AMR - Audio/Modem Raiser
– Là một chuẩn khe gắn cho phép gắn các card mở rộng chứa mạch xử lý
âm thanh (audio) và bộ điều biến (modem) lên Mainboard.
– Được thiết kế bởi hãng Intel,
– AMR cung cấp khe cắm 46-pin giao diện kỹ thuật số (digital interface)
lên Mainboard.
– Card mở rộng chuẩn AMR hỗ trợ tất cả các chức năng xử lý tương tự
(analog functions - codecs) theo yêu cầu xử lý âm thanh và truyền thông
dạng tương tự.
– Cùng với chuẩn cắm CNR, AMR là các lựa chọn cho các nhà sản xuất

Mainboard. Hiện nay, AMR và CNR chưa hỗ trợ khả năng tương thích
rộng rãi như các chuẩn khe cắm công nghiệp khác trước đây.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• USB - Universal Serial Bus:
– Giao diện kết nối phần cứng dùng cho các thiết bị ngoại vi có tốc
độ thấp như: keyboard, mouse, cần chỉnh hướng (dùng cho
game), máy in và các thiết bị điện thoại.
– Nó còn hỗ trợ video kỹ thuật số như MPEG-1 và MPEG-2.
– USB 1.1 có băng thông (bandwidth) lớn nhất là 12 Mbits/sec
(tương đương với 1.5 Mbytes/sec) và có thể gắn được tới 127
thiết bị.
– Các thiết bị USB được mắc nối tiếp tạo thành chuỗi thiết bị
USB.
– Các thiết bị cần tốc độ cao thì sử dụng tòan bộ băng thông còn
những thiết bị tốc độ thấp thì có thể truyền dữ liệu ở các kênh
truyền con là 1.5 Mbits/sec.
– Khả năng hoán đổi nóng của USB cho phép mọi thiết bị được
gắn vào hoặc tháo ra mà không cần phải tắt máy.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• USB - Universal Serial Bus: (t)
– Các cổng USB đã có trong các máy tính cá nhân từ năm 1997, và
Windows 98 hỗ trợ đầy đủ cho giao diện này.
– USB 2.0 tăng dung lượng đột ngột lên đến 480 Mbits/sec. Nó
được xem là mạch ghép nối tuần tự cho tương lai và là "đối thủ"

của chuẩn giao tiếp FireWire (IEEE1394).
– Các thiết bị USB có thể được gắn trực tiếp vào ổ cắm 4-chân (4-
pin socket) trên PC, gắn vào hub có nhiều cổng được nối vào PC
hoặc gắn vào thiết bị có chức năng như là hub cho các thiết bị
khác.
– Bus USB:
– Phân phối 0.5 amps (500 milliamps) cho mỗi cổng.
– Bổ sung nguồn: sử dụng adapter nguồn AC rời.
– Hub (USB) có thể lấy nguồn điện từ đường truyền USB (gọi là
Bus powered - được cung cấp nguồn qua kênh truyền dữ liệu),
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1. Các thiết bị ngoại vi
2. Giao diện Vào/Ra
3. Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
4. Các chế độ chuyển giao
5. Bộ xử lý vào-ra
Nội dung
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Các hoạt động đồng bộ và không đồng bộ
– Đồng bộ - Tất cả các thiết bị lấy thông tin thời gian từ một CLK
chung
– Không đồng bộ - Không dùng CLK chung
• Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
– Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ giữa hai khối độc lập yêu
cầu các tín hiệu điều khiển phải phát đi giữa các khối thông tin

để chỉ thị dữ liệu đang được phát đi
• Hai phương pháp chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
– Strobe pulse (xung nháy): Một xung strobe được cung cấp bởi
một khối để chỉ thị khối khác khi chuyển giao xảy ra
– Bắt tay: Một tín hiệu điều khiển được cung cấp cùng với dữ liệu
3. Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.