Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 6 - Phạm Ngọc Hưng

Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 6 - Hệ thống vào ra do Phạm Ngọc Hưng biên soạn tập trung trình bày tổng quan về hệ thống vào ra. Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu trúc máy tính: Chương 6 - Phạm Ngọc Hưng Kiến trúc máy tính Chương 6 HỆ THỐNG VÀO RA 1 Nội dung chương 6 6.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra 6.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra 6.3. Nối ghép với thiết bị ngoại vi 6.4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC 2 6.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra 1. Giới thiệu chung 2. Các thiết bị ngoại vi 3. Module nối ghép vào-ra 4. Các phương pháp địa chỉ hóa cổng vào-ra 3 1. Giới thiệu chung  Chức năng: trao đổi thông tin giữa máy tính và hệ thống bên ngoài.  Các thao tác cơ bản:  Vào dữ liệu (Input)  Ra dữ liệu (Output)  Các thành phần chính:  Các thiết bị ngoại vi  Các module nối ghép vào-ra 4 2. Các thiết bị ngoại vi  Chức năng: Chuyển đổi thông tin từ một dạng vật lý nào đó về dạng dữ liệu phù hợp với máy tính hoặc ngược lại.  Phân loại:  Các thiết bị thu nhận dữ liệu: như bàn phím, chuột, máy quét ảnh, ..  Các thiết bị hiển thị dữ liệu: màn hình, máy in, ...  Các thiết bị lưu trữ: ổ đĩa mềm, ổ đĩa cứng, ổ đĩa quang CD, DVD, ...  Các thiết bị truyền thông: modem, card mạng, ... 5 Cấu trúc chung của TBNV Dữ liệu từ/đến Dữ liệu từ/đến module vào-ra bên ngoài Bộ đệm dữ Bộ chuyển đổi liệu tín hiệu Tín hiệu điều khiển Khối logic điều khiển Tín hiệu trạng thái 6 Các thành phần chính của TBNV  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 module 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 module vào-ra. 7 3. Module vào-ra  Đặc điểm của vào-ra:  Các thiết bị ngoại vi rất đa dạng, khác nhau về:  Nguyên tắc hoạt động  Tốc độ  Khuôn dạng dữ liệu Tất cả các thiết bị ngoại vi đều chậm hơn CPU và RAM → Cần có các module vào-ra để nối ghép các thiết bị ngoại vi với CPU và bộ nhớ chính. 8 Chức năng của module vào-ra  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 9 Cấu trúc chung của module vào-ra Dữ liệu Các đường Bus dữ liệu dữ liệu bên trong Cổng nối Điều khiển Thanh ghi đệm ghép dữ liệu vào-ra Trạng thái Thanh ghi trạng thái / điều khiển Các đường Dữ liệu địa chỉ Cổng nối Điều khiển Khối logic điều khiển ghép vào-ra Trạng thái Các đường điều khiển 10 Các thành phần 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 thiết bị ngoại vi, mỗi cổng có một địa chỉ xác định.  Khối logic điều khiển: điều khiển module vào-ra.  Thanh ghi trạng thái / điều khiển: lưu giữ thông tin trạng thái / điều khiển cho các cổng vào-ra. 11 4. Địa chỉ hóa cổng vào-ra  Các thiết bị ngoại vi được nối ghép và trao đổi dữ liệu thông qua các cổng vào-ra.  Mỗi cổng vào-ra phải có 1 địa chỉ xác định → cần phải có các phương pháp địa chỉ hóa cho cổng vào-ra. 12 a. KGĐC bộ nhớ và KGĐC vào-ra  Mọi CPU đều có khả năng quản lý được một không gian địa chỉ bộ nhớ xác định.  KGĐC bộ nhớ = 2N byte (N là số bit địa chỉ mà CPU có khả năng phát ra)  Một số CPU có khả năng quản lý thêm 1 không gian địa chỉ vào ra riêng biệt với không gian địa chỉ bộ nhớ.  KGĐC vào-ra = 2N1 byte  (N1 : số bit địa chỉ dùng để quản lý không gian địa chỉ vào-ra, 2N1 Ví dụ  BXL 68030 của Motorola chỉ quản lý 1 KGĐC bộ nhớ là 232 byte.  BXL Pentium của Intel có khả năng quản lý 2 KGĐC:  KGĐC bộ nhớ = 232 byte = 4GB  KGĐC vào-ra = 216 byte = 64KB  Pentium có:  Tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập không gian địa chỉ: IO/M  Có 2 lệnh vào-ra chuyên dụng: IN và OUT 14 b. Các pp địa chỉ hóa cổng vào-ra  Vào ra riêng biệt (Isolated I/O):  Cổng vào-ra được địa chỉ hóa theo không gian địa chỉ vào-ra riêng biệt.  Để trao đổi dữ liệu với cổng, trong chương trình sử dụng các lệnh vào-ra chuyên dụng.  Vào ra theo bản đồ bộ nhớ (Memory-mapped IO):  Cổng vào-ra được địa chỉ hóa th ...