Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 6 - Đào Quốc Phương

Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 6: Thiết bị ngoại vi. Chương này gồm có những nội dung chính sau: Nguyên lý xuất nhập trong máy tính, cách CPU giao tiếp với thiết bị I/O, ngắt quãng, DMA, hoạt động bàn phím,
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 6 - Đào Quốc Phương Cấu trúc máy tính Chương 6 THIẾT BỊ NGOẠI VI 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 1 Nội dung 6.1. Nguyên lý xuất nhập trong máy tính 6.2. Cách CPU giao tiếp với thiết bị I/O. 6.3. Ngắt quãng 6.4. DMA  6.5. Hoạt động bàn phím 6.6. Nối ghép thiết bị ngoại vi 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 2 Thiết bị ngoại vi  Thiết bị I/O là 1 thiết bị có khả năng cung cấp dữ liệu  khi CPU yêu cầu trong tác vụ đọc và có khả năng ghi  dữ liệu vào khi CPU thực thi 1 tác vụ ghi.  10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 3 Các thiết bị ngoại vi  Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính  Phân loại:  Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Bàn phím, Màn hình, Máy in,...  Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm các thiết bị theo dõi và kiểm tra  Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC) 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 4 Các thành phần của thiết bị ngoại vi  Bộ chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi dữ liệu giữa bên ngoài và bên trong máy tính  Bộ đệm dữ liệu: đệm dữ liệu khi truyền giữa mô-đun vào-ra và thiết bị ngoại vi  Khối logic điều khiển: điều khiển hoạt động của thiết bị ngoại vi đáp ứng theo yêu cầu từ mô-đun vào-ra 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 5 Minh họa KEYBOARD HARD FLOPPY MONITOR DISK DISK VIDEO KEYBOARD HARDDISK CPU MEMORY CONTROLLER CONTROLLER CONTROLLER FLOPPYDISK CONTROLLER BUS 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 6 Làm sao CPU nhận biết một I/O  Mỗi I/O có 1 địa chỉ riêng gọi là cổng (port). Khi CPU truy xuất I/O , CPU xuất ra 1 địa chỉ.  Một số bit cao của địa chỉ đi vào bộ giải mã, trên đường ra của bộ giải mã sẽ có tín hiệu Chip select tương ứng với I/O mà CPU muốn truy xuất.  Các địa chỉ thấp còn lại sẽ đi đến mọi I/O nhưng chỉ có I/O nào có đường Chip Select tích cực mới được truy xuất. 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 7 CPU liên lạc với thiết bị I/O  Thiết bị ngoại vi liên lạc với CPU thông qua các cổng I/O  Các thiết bị I/O có tốc độ làm việc chậm hơn tốc độ của CPU rất nhiều  để khắc phục nhược điểm này người ta dùng vùng nhớ đệm.  Sự truyền thông tin giữa thiết bị I/O và CPU được thực hiện theo 2 bước :  Bước 1 : truyền thông tin giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ đệm.  Bước 2 : truyền thông tin giữa bộ nhớ đệm và thiết bị I/O. 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 8 CPU liên lạc với thiết bị I/O  Có thể tổ chức để 1 CPU làm việc đồng thời với nhiều thiết bị ngoại vi bằng cách phân chia thời gian. Thiết bị I/O Buffer Bộ nhớ trong Tín hiệu điều khiển của bộ nhớ đệm Tín hiệu điều khiển từ CPU 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 9 Ngắt quãng (Interrupt)  Ngắt (Interrupt) là gì ?  Ngắt là sự làm ngừng chương trình đang chạy.  Một interrupt xuất hiện khi 1 chương trình đang thực thi bị ngưng.  Interrupt được tạo ra bởi nhiều lý do khác nhau  Do người sử dụng lập trình có lệnh INT yêu cầu phục vụ ngắt quãng (như xuất nhập chẳng hạn).  Do hệ thống gây ra vì 1 lý do nào đó không mong muốn (như lỗi của phép chia 0, phép tính bị tràn số…)  Do thiết bị I/O gây ra : máy in, bàn phím, ổ đĩa ... 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 10 HOẠT ĐỘNG NGẮT QUÃNG CỦA IO  Khi 1 IO có yêu cầu giao tiếp với CPU (xuất nhập data), IO này sẽ kích  khởi 1 đường tín hiệu IRQ của mình (Interrupt request) để báo là mình  cần phục vụ.  Các bước trong tiến trình ngắt quãng :  IO có yêu cầu CPU phục vụ, sẽ gửi tín hiệu IRQ đến Interrupt  controller.   Nếu có nhiều I/O cùng yêu cầu ngắt , IntController sẽ giải quyết  các yêu cầu bằng chế độ ưu tiên.  IntController phát 1 tín hiệu đến CPU xin ngắt, CPU sẽ hoàn tất  lệnh đang thực hiện , cất giá trị của thanh ghi IP và CS vào stack  để biết địa chỉ trở về sau khi phục vụ ngắt hoàn tất. 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 11 HOẠT ĐỘNG NGẮT QUÃNG CỦA I/O  CPU yêu cầu mã nhận dạng để biết phục vụ cái gì?  Nhờ mã này CPU vào bảng Interrupt vector để biết  địa chỉ bắt đầu của chương trình con phục vụ ngắt  nằm đâu trong bộ nhớ.  CPU chép địa chỉ bắt đầu của chương trình con  phục vụ ngắt vào  CS và thực thi mã lệnh của  chương trình này.  Sau khi thực hiện xong tác vụ  của ngắt , lệnh cuối  cùng là INTR,  CPU sẽ lấy giá trị cũ của CS và IP  trong stack ra để tiếp tục thực thi các lệnh còn lại  của ứng dụng 10/19/16 Chương 6: Thiết bị ngoại vi 12 Ngắt mềm  Ngắt mềm :  Do thi hành lệnh INT trong chương trình.  Xãy ra khi cần 1 chương trình con trong hệ điều hành và  thường là chương trình con xuất nhập.  Cú pháp gọi 1 ngắt mềm trong chương trình :  INT number  Một số ngắt mềm thông dụng :  ...