Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 7: Hệ thống vào ra

Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 7: Hệ thống vào ra trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về hệ thống vào ra, các phương pháp điều khiển vào ra, nối ghép với thiết bị ngoại vi, các cổng vào ra thông dụng trên PC. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 7: Hệ thống vào ra Bài giảng: kiến trúc máy tính và  hợp ngữ Chương 7: Hệ thống vào ra 7. Hệ thống vào ra (IO) 2  7. 1. Tổng quan về hệ thống vào-ra  7. 2. Các phương pháp điều khiển vào-ra  7. 3. Nối ghép với thiết bị ngoại vi  7. 4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC Lê Văn Hiệp 7. 1. Tổng quan về hệ thống vào­ra  3  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 Lê Văn Hiệp 1. Giới thiệu chung  4  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 Lê Văn Hiệp 2. Các thiết bị ngoại vi 5  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, ... Lê Văn Hiệp Cấu trúc chung của TBNV 6 Lê Văn Hiệp Các thành phần chính của TBNV 7  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. Lê Văn Hiệp 3. Module vào­ra 8  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. Lê Văn Hiệp Chức năng của module vào­ra  9  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 Lê Văn Hiệp Cấu trúc chung của module vào­ra 10 Lê Văn Hiệp Các thành phần của module vào­ra 11  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. Lê Văn Hiệp 4. Địa chỉ hóa cổng vào­ra 12  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. Lê Văn Hiệp A. KGĐC bộ nhớ và KGĐC vào­ra 13  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 14  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 = 64KB  Pentium có:  Tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập không gian địa chỉ: IO/M Lê Văn Hiệp B. Các pp địa chỉ hóa cổng vào­ra 15  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 theo không gian địa chỉ bộ nhớ.  Để trao đổi dữ liệu với cổng, trong chương Lê Văn Hiệp 7. Hệ thống vào ra 16  7. 1. Tổng quan về hệ thống vào-ra  7. 2. Các phương pháp điều khiển vào-ra  7. 3. Nối ghép với thiết bị ngoại vi  7. 4. Các cổng vào-ra thông dụng trên PC Lê Văn Hiệp 7. 2. Các phương pháp điều khiển vào­ra  17  1. Vào-ra bằng chương trình  2. Vào-ra điều khiển bằng ngắt  3. Truy cập trực tiếp bộ nhớ - DMA  4. Bộ xử lý vào-ra Lê Văn Hiệp 1. Vào­ra bằng chương trình 18  Nguyên tắc chung:  Trong chương trình người lập trình chủ động viết các lệnh vào-ra.  Khi thực hiện các lệnh vào-ra đó, CPU trực tiếp điều khiển việc trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra. ...