Slide kiến trúc máy tính chương 8 hệ thống vào ra

.c
om

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

HỆ THỐNG VÀO RA
(INPUT & OUTPUT)

1
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

HỆ THỐNG VÀO RA
 Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính với

an

 Vào dữ liệu (Input)

co

ng

thế giới bên ngoài.
 Thao tác cơ bản:

th

 Ra dữ liệu (Output)

ng

 Các thành phần chính:

du
o

 Các thiết bị ngoại vi

cu

u

 Các module I/O

2
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

ĐẶC ĐIỂM CỦA VÀO RA
 Tồn tại đa dạng các thiết bị ngoại vi khác nhau

co

 Nguyên tắc hoạt động

ng

về:

an

 Tốc độ

th

 Khuôn dạng dữ liệu

cu

u

du
o

ng

 Tất cả các TBNV đều chậm hơn CPU và RAM.

3
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC THIẾT BỊ VÀO RA

co

bên ngồi máy tính.
 Phân loại:

ng

 Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và

an

 TBNV giao tiếp ngƣời-máy.

th

 TBNV giao tiếp máy-máy.

cu

u

du
o

ng

 TBNV truyền thông.

4
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CẤU TRƯC CHUNG CỦA TBNV
 Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi dữ liệu giữa bên ngoài và

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

bên trong TBNV
 Bộ đệm dữ liệu: đệm dữ liệu khi truyền giữa môđun vào-ra và
TBNV
 Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của TBNV đáp ứng
theo yêu cầu từ môđun vào-ra

5
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

MODULE VÀO/RA



co

an

th

cu

u



ng



du
o



thời
Trao đổi thông tin với
CPU
Trao đổi thông tin với

TBNV
Đệm giữa bên trong
máy tính với TBNV
Phát hiện lỗi của
TBNV

ng

 Điều khiển và định

6
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CẤU TRÖC CHUNG
CỦA MODULE VÀO RA
 Thanh ghi đệm dữ liệu: đệm dữ liệu trong quá trình trao đổi
 Các cổng vào-ra (I/O Port): kết nối với TBNV, mỗi cổng có một

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

địa chỉ xác định
 Thanh ghi trạng thái/điều khiển: lƣu giữ thông tin trạng thái/điều
khiển cho các cổng vào-ra
 Khối logic điều khiển: điều khiển môđun vào-ra

7
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG VÀO/RA
 Một số bộ xử lý chỉ quản lý một

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

không gian địa chỉ duy nhất, gọi
là không gian địa chỉ bộ nhớ.

8
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG VÀO/RA
 Một số bộ xử lý quản lý 2 không

gian địa chỉ tách biệt:

co

ng

 Không gian địa chỉ bộ nhớ.

cu

u

du
o

ng

th

an

 Không gian địa chỉ vào ra.

9
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG VÀO/RA
 Vào/ra theo bản đồ bộ nhớ (Memory mapped IO)

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

 Vào/ra riêng biệt (IO mapped IO)

10
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

VÀO RA THEO BẢN ĐỒ BỘ NHỚ
 Cổng vào/ra đƣợc đánh địa chỉ theo không gian

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

địa chỉ bộ nhớ
 Vào/ra giống nhƣ đọc/ghi bộ nhớ
 CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào/ra thông qua
các lệnh truy nhập dữ liệu bộ nhớ
 Có thể thực hiện trên mọi hệ thống

11
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

VÀO RA RIÊNG BIỆT
 Cổng vào/ra đƣợc đánh địa chỉ theo không gian

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

địa chỉ vào/ra riêng biệt
 CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra thông qua
các lệnh vào/ra chuyên dụng (IN, OUT)
 Chỉ có thể thực hiện trên các hệ thống có khơng
gian địa chỉ vào/ra riêng biệt

12
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN VÀO RA
 Vào/ra bằng chƣơng trình (Programmed IO)

ng

 Vào/ra điều khiển bằng ngắt (Interrupt driven IO)

co

 Truy nhập bộ nhớ trực tiếp (Direct Memory

cu

u

du
o

ng

th

an

Access)

13
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

VÀO/RA BẰNG CHƢƠNG TRÌNH
 Nguyên tắc chung: CPU điều khiển trực tiếp

vào/ra bằng chƣơng trình

co

ng

 Kiểm tra trạng thái của TBNV

ng

 Đặc điểm

th

 Trao đổi dữ liệu

an

 Phát tín hiệu điều khiển đọc/ghi

du
o

 Vào/ra do ý muốn của ngƣời lập trình

u

 CPU trực tiếp điều khiển vào/ra

cu

 CPU đợi module vào/ra  Tốn thời gian của CPU

14
CuuDuongThanCong.com

/>

VÀO/RA BẰNG CHƢƠNG TRÌNH

.c
om

 CPU yêu cầu thao tác vào/ra

 Module vào/ra thực hiện thao

ng

th

an

co

ng

tác
 Module vào/ra thiết lập các bit
trạng thái
 CPU kiểm tra các bit trạng thái:
 Nếu chƣa sẵn sàng thì quay

cu

u

du
o

lại kiểm tra
 Nếu sẵn
sàng thì chuyển

sang trao đổi dữ liệu với
Module vào/ra

15
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

VÀO/RA ĐIỀU KHIỂN BẰNG NGẮT
 CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng của

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

môđun vào-ra, CPU thực hiện một chƣơng trình
nào đó.
 Khi mơđun vào-ra sẵn sàng thì nó phát tín hiệu
ngắt CPU
 CPU thực hiện chƣơng trình con vào-ra tƣơng
ứng để trao đổi dữ liệu
 CPU trở lại tiếp tục thực hiện chƣơng trình đang
bị ngắt

16
CuuDuongThanCong.com

/>

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

VÀO/RA ĐIỀU KHIỂN BẰNG NGẮT

17
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

HOẠT ĐỘNG VÀO DỮ LIỆU
NHÌN TỪ MODULE VÀO/RA
 Module vào/ra nhận tín hiệu điều khiển đọc từ



ng

co

an

th

cu

u



ng



du
o



CPU
Module vào/ra nhận dữ liệu từ TBNV, trong khi đó
CPU làm việc khác
Module vào/ra phát tín hiệu ngắt CPU
CPU yêu cầu dữ liệu
Module vào/ra chuyển dữ liệu đến CPU

18
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

HOẠT ĐỘNG VÀO DỮ LIỆU

NHÌN TỪ CPU
 CPU phát tín hiệu điều khiển đọc

ng

 CPU làm việc khác

co

 Cuối mỗi chu kỳ lệnh, kiểm tra tín hiệu ngắt

th

 Cất ngữ cảnh

an

 Nếu bị ngắt:

ng

 Thực hiện chƣơng trình con ngắt để vào dữ liệu

u

cu

hiện

du

o

 Khôi phục ngữ cảnh của chƣơng trình đang thực

19
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

CÁC PHƢƠNG PHÁP
NỐI GHÉP NGẮT
 Sử dụng nhiều đƣờng yêu cầu ngắt

ng

 Kiểm tra vòng bằng phần mềm

co

 Kiểm tra vòng bằng phần cứng

cu

u

du
o

ng

th

an

 Sử dụng bộ điều khiển ngắt

20
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

NHIỀU ĐƢỜNG YÊU CẦU NGẮT
 CPU phải có nhiều đƣờng tín hiệu u cầu ngắt

ng

 Hạn chế số lƣợng mơđun vào-ra

cu

u

du
o

ng

th

an

co

 Các đƣờng ngắt đƣợc quy định mức ƣu tiên

21
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

KIỂM TRA VÕNG BẰNG PHẦN MỀM
 CPU thực hiện phần mềm hỏi lần lƣợt từng

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

module vào/ra
 Chậm
 Thứ tự các mơđun đƣợc hỏi vịng chính là thứ tự
ƣu tiên

22
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

KIỂM TRA VÕNG BẰNG PHẦN CỨNG
 CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến môđun vào-ra đầu

ng

co

cu

u

du
o



an



th



ng



tiên
Nếu môđun vào-ra đó khơng gây ra ngắt thì nó gửi tín hiệu đến
môđun kế tiếp cho đến khi xác định đƣợc môđun gây ngắt
Môđun vào-ra gây ngắt sẽ đặt vector ngắt lên bus dữ liệu
CPU sử dụng vector ngắt để xác định nơi chứa chƣơng trình
con điều khiển ngắt
Thứ tự các mơđun vào-ra kết nối trong chuỗi xác định thứ tự ƣu
tiên.

23

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

BỘ ĐIỀU KHIỂN NGẮT
LẬP TRÌNH ĐƢỢC
 PIC – Programmable Interrupt Controller

 PIC có nhiều đƣờng vào yêu cầu ngắt có quy định mức ƣu tiên

ng

 PIC chọn một yêu cầu ngắt khơng bị cấm có mức ƣu tiên cao

cu

u

du
o

ng

th

an

co

nhất gửi tới CPU

24
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

ĐẶC ĐIỂM CỦA VÀO/RA
ĐIỀU KHIỂN BẰNG NGẮT
 Có sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm

ng

 Phần cứng: gây ngắt CPU

co

 Phần mềm: trao đổi dữ liệu

an

 CPU trực tiếp điều khiển vào/ra

th

 CPU không phải đợi môđun vào/ra  hiệu quả

cu

u

du
o

ng

sử dụng CPU tốt hơn

25
CuuDuongThanCong.com

/>