Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 8: Hệ thống vào/ra – Các phương pháp điều khiển vào/ra – Ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi

Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 8: Hệ thống vào/ra – Các phương pháp điều khiển vào/ra – Ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi, chương này trình bày về giới thiệu hệ thống vào/ra (I/O system); thiết bị ngoại vi; cấu trúc của I/O module; các thành phần của I/O module; các phương pháp địa chỉ hóa cổng I/O; các phương pháp điều khiển I/O;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 8: Hệ thống vào/ra – Các phương pháp điều khiển vào/ra – Ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi HỆ THỐNG VÀO/ RA – CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO/RA – GHÉP NỐI MÁY TÍNH VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI VŨ NGỌC THANH SANG TRỊNH TẤN ĐẠT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC SÀI GÒN Email: trinhtandat@sgu.edu.vn Website: https://sites.google.com/site/ttdat88 HỆ THỐNG VÀO/RA: GIỚI THIỆU CHUNG • Hệ thống vào/ra (I/O system) là thành phần quan trọng thứ ba (bao gồm CPU và bộ nhớ) trong hệ thống máy tính. • Là một phương tiện hiệu quả để nhận đầu vào và cung cấp đầu ra cho hệ thống máy tính. • Là một giao diện chứa các logic để kết nối các hàm giữa thiết bị ngoại vi và hệ thống bus. • Lưu ý: Nguyên nhân dẫn đến việc các thiết bị ngoại vi không kết nối trực tiếp với hệ thống bus: o Truyền tải lượng dữ liệu khác nhau + tốc độ khác nhau + nhiều định dạng. o Tốc độ truyền tải dữ liệu của thiết bị ngoại vi chậm hơn hoặc nhanh hơn so với CPU và RAM ➔ khó tương thích, không thực tế. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính HỆ THỐNG VÀO/RA: GIỚI THIỆU CHUNG Mô hình chung của hệ thống vào/ra Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ NGOẠI VI • Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong và bên ngoài máy tính. • Phân loại: o Thiết bị ngoại vi giao tiếp người - máy: bàn phím, màn hình, máy in,…. o Thiết bị ngoại vị giap tiếp máy – máy: gồm các thiết bị theo dõi và kiểm tra. o Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Network Interface Card (NIC). Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính THIẾT BỊ NGOẠI VI - THÀNH PHẦN • 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 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính I/O MODULE: CÁC CHỨC NĂNG • Các chức năng chính hoặc cần thiết của I/O bao gồm: o Điều khiển và định giờ (control and timing). o Giao tiếp giữa các bộ xử lý (processor communication). o Giao tiếp giữa các thiết bị (device communication). o Đệm dữ liệu (data buffering). o Nhận biết lỗi (error detection). Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐỊNH GIỜ • Cần thiết: định vị dòng truyền tải dữ liệu giữa tài nguyên bên trong và các thiết bị ngoại vi. • Ví dụ: Các bước để điều khiển việc truyền tải dữ liệu từ thiết bị ngoại vi vào bộ xử lý 1. Bộ xử lý sẽ tra hỏi trong I/O để kiểm tra trạng thái của thiết bị kết nối. 2. I/O trả về trạng thái của thiết bị kết nối. 3. Nếu thiết bị kết nối sẵn sàng hoạt động và truyền tải ➔ Bộ xử lý yêu cầu truyền tải dữ liệu  Bộ xử lý ra lệnh cho I/O. 4. I/O nhận một đơn vị dữ liệu (8 bits, 16 bits,…) từ thiết bị ngoại vi. 5. Dữ liệu được truyền tải dữ liệu từ thiết bị ngoại vi vào bộ xử lý. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: GIAO TIẾP GIỮA CÁC BỘ XỬ LÝ • Giải mã lệnh: I/O nhận các lệnh từ bộ xử lý, điển hình là gửi tín hiệu trên bus điều khiển. Ví dụ: đĩa từ. • Dữ liệu: Dữ liệu được truyền tải giữa bộ xử lý và I/O thông qua bus dữ liệu. • Báo cáo trạng thái: vì tốc độ của các thiết bị chậm ➔ Cần quan tâm đến trạng thái của I/O đang sẵn sàng hay đang bận. • Nhận dạng địa chỉ: tương tự như việc bộ nhớ có địa chỉ ➔ mỗi thiết bị I/O cũng cần địa chỉ. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: GIAO TIẾP GIỮA CÁC THIẾT BỊ Sơ đồ khối của thiết bị ngoại vi Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: ĐỆM DỮ LIỆU • Cần thiết: đảm bảo tốc độ truyền tải nhanh và tương thích giữa bộ xử lý và thiết bị ngoại vi. Ví dụ như hình trên. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CHỨC NĂNG: NHẬN BIẾT LỖI • I/O chịu trách nhiệm cho việc nhận biết lỗi và gửi báo cáo các lỗi về cho bộ xử lý. • Một lớp các lỗi liên quan đến máy móc và trục trặc điện được gửi từ thiết bị sẽ qua I/O gửi về bộ xử lý. • Một lớp khác bao gồm các lỗi không chủ ý thay đổi các mẫu bit (trong việc truyền tải dữ liệu từ thiết bị đến I/O). Lỗi này có thể kiểm tra bằng cách thêm các bit chẵn, lẻ. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CẤU TRÚC CỦA I/O MODULE Sơ đồ khối của I/O MODULE Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CÁC THÀNH PHẦN CỦA I/O MODULE • Thanh ghi đệm dữ liệu: đệm dữ liệu trong quá trình trao đổi. • Các cổng I/O (I/O port): kết nối với thiết bị ngoại vi, mỗi cổng có một địa chỉ xác định. • Thanh ghi trạng thái/điều khiển: lưu giữ thông tin trạng thái/điều khiển cho các cổng I/O. • Khối logic điều khiển: điều khiển I/O module. Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Sài Gòn Kiến Trúc Máy Tính CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHỈ HÓA CỔNG I/O • I/O riêng biệt (Isolated I/O hay mapped I/O): o Cổng I/O được đánh địa chỉ theo không gian địa chỉ I/O. o CPU trao đổi dữ liệu với cổng I/O thông qua các lệnh I/O chuyên dụng (IN, OUT). o Chỉ có thể thực hiện trên các hệ thống có quản lý không gian địa chỉ I/O riêng biệt. ...