Bài giảng Kiến trúc máy tính & Hợp ngữ - Chương 7: Hệ thống vào ra

Bài giả ng: ki ế n trúc máy tính và 
hợ p ng ữ
Chươ ng 7: H ệ  th ố ng vào ra
 ệ ố 
 7. H  th ng 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
 ổ ề ệ ố
 7. 1. T ng quan v  h  th ng 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
 ớ ệ
 1. Gi i thi u 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
 ế ị ạ
 2. Các thi t b  ngo i 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
  Các thiết bị truyền thông: modem, card 
 mạng, ... 
 ấ ủ
 C u trúc chung c a TBNV
6
 Lê Văn Hiệp
 ầ ủ
 Các thành ph n chính c a 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 v ào­ra
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
 ứ ủ
 Ch c năng c a 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
 ấ ủ
 C u trúc chung c a module vào­ra
10
 Lê Văn Hiệp
 ầ ủ
 Các thành ph n c a 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
 ị ỉ ổ
 4. Đ a ch  hóa c ng 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
 ộ ớ
 A. KGĐC b  nh  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 << 2N)Lê Văn Hiệp
  Trong trường hợp CPU quản lý được cả 2 
 KGĐC thì: 
  CPU phải có tín hiệu để phân biệt không 
 gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ 
 vào-ra. 
  CPU phải có các lệnh vào-ra chuyên dụng. 
 ụ 
 Ví d 
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
  Có 2 lệnh vào-ra chuyên dụng: IN và OUT 
 ị ỉ ổ
 B. Các pp  đ a ch  hóa c ng 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, trongLê Văn Hiệpchương 
 trình sử dụng các lệnh trao đổi dữ liệu với 
 bộ nhớ. 
 ệ ố 
 7. H  th ng 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
 ươ ề ể
 7. 2. Các ph ng pháp đi u khi n 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
 ằ ươ
 1. Vào­ra b ng ch ng 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. 
 Lê Văn Hiệp
 ư ồ ự ệ
 L u đ  th c hi n
19
 Lê Văn Hiệp
 ạ ộ 
 Ho t đ ng 
20
  CPU yêu cầu thao tác vào-ra. 
  Module vào-ra thực hiện thao tác. 
  Module vào-ra thiết lập các bit trạng 
 thái. 
  CPU kiểm tra các bit trạng thái: 
  Nếu chưa sẵn sàng thì quay lại tiếp tục 
 kiểm tra. 
  Nếu đã sẵn sàng thì chuyển sang trao đổi 
 dữ liệu với module vào-ra. 
 Lê Văn Hiệp