intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Kiến trúc hệ thống vào ra

Chia sẻ: Nguyen Trong Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST
Báo xấu
169
lượt xem 17
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tổng quan về hệ thống vào-ra 3.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra 3.3. Nối ghép thiết bị ngoại vi 3.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra 1. Giới thiệu chung Chức năng của hệ thống vào-ra: Trao đổi thông tin giữa máy tính với thế giới 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 mô-đun vào-ra 8 September 2009 3 8 September 2009 4...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kiến trúc hệ thống vào ra

  1. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Hệ thống máy tính Nội dung học phần „ Chương 1. Giới thiệu chung Chương 3 „ Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ „ Chương 3. Kiến trúc vào-ra KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VÀO-RA „ Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý „ Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 8 September 2009 1 8 September 2009 2 NKK-HUT NKK-HUT Nội dung 3.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra 1. Giới thiệu chung 3.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra „ Chức năng của hệ thống vào-ra: Trao 3.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra đổi thông tin giữa máy tính với thế giới 3.3. Nối ghép thiết bị ngoại vi 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 mô-đun vào-ra 8 September 2009 3 8 September 2009 4 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 1
  2. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Cấu trúc cơ bản của hệ thống vào-ra Tổ chức bus dùng chung Interrupts CPU Main memory Cache System bus I/O controller I/O controller I/O controller Graphics Disk Disk Network display 8 September 2009 5 8 September 2009 6 NKK-HUT NKK-HUT Tổ chức bus vào-ra phân cấp Đặc điểm của vào-ra CPU Interrupts Main „ Tồn tại đa dạng các thiết bị ngoại vi Cache memory khác nhau về: Memory bus „ Nguyên tắc hoạt động Bus Bus „ Tốc độ adapter adapter AGP Intermediate PCI bus „ Khuôn dạng dữ liệu buses / ports Bus adapter „Tất cả các thiết bị ngoại vi đều chậm I/O bus I/O controller hơn CPU và RAM Graphics I/O controller I/O controller I/O controller Æ Cần có các mô-đun vào-ra để nối ghép display các thiết bị ngoại vi với CPU và bộ nhớ Network Disk Disk CD/DVD chính 8 September 2009 7 8 September 2009 8 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 2
  3. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT 2. Các thiết bị ngoại vi Một số thiết bị ngoại vi Input type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol Keyboard, keypad Music note, OCR 10s Ubiquitous „ Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa Position Mouse, touchpad Stick, wheel, glove 100s Ubiquitous Identity Barcode reader Badge, fingerprint 100s Sales, security bên trong và bên ngoài máy tính Sensory Touch, motion, light Scent, brain signal 100s Control, security Audio Microphone Phone, radio, tape 1000s Ubiquitous „ Phân loại: Image Video Scanner, camera Camcorder, DVD Graphic tablet VCR, TV cable 1000s-106s 1000s-109s Photos, publishing Entertainment „ Thiết bị ngoại vi giao tiếp người-máy: Output type Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Symbol LCD line segments LED, status light 10s Ubiquitous Bàn phím, Màn hình, Máy in,... Position Stepper motor Robotic motion 100s Ubiquitous Warning Buzzer, bell, siren Flashing light A few Safety, security „ Thiết bị ngoại vi giao tiếp máy-máy: gồm Sensory Braille text Scent, brain stimulus 100s Personal assistance các thiết bị theo dõi và kiểm tra Audio Image Speaker, audiotape Monitor, printer Voice synthesizer Plotter, microfilm 1000s 1000s Ubiquitous Ubiquitous „ Thiết bị ngoại vi truyền thông: Modem, Video Monitor, TV screen Film/video recorder 1000s-109s Entertainment Two-way I/O Prime examples Other examples Data rate (b/s) Main uses Network Interface Card (NIC) Mass storage Hard/floppy disk CD, tape, archive 106s Ubiquitous Network Modem, fax, LAN Cable, DSL, ATM 1000s-109s Ubiquitous 8 September 2009 9 8 September 2009 10 NKK-HUT NKK-HUT Cấu trúc chung của thiết bị ngoại vi 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 8 September 2009 11 8 September 2009 12 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 3
  4. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT 3. Mô-đun vào-ra Cấu trúc chung của mô-đun vào-ra „ Chức năng của mô-đun vào-ra: „ Điều khiển và định thời „ Trao đổi thông tin với CPU hoặc bộ nhớ chính „ 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 8 September 2009 13 8 September 2009 14 NKK-HUT NKK-HUT Các thành phần của mô-đun vào-ra 4. Địa chỉ hóa cổng vào-ra „ Thanh ghi đệm dữ liệu: đệm dữ liệu a. Không gian địa chỉ của bộ xử lý 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 „ Thanh ghi trạng thái/điều khiển: lưu giữ thông tin trạng thái/điều khiển cho các cổng vào-ra „ Khối logic điều khiển: điều khiển mô- đun vào-ra 8 September 2009 15 8 September 2009 16 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 4
  5. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Không gian địa chỉ của bộ xử lý (tiếp) Không gian địa chỉ của bộ xử lý (tiếp) „ Một số bộ xử lý quản lý hai không gian địa chỉ tách biệt: „ Một số bộ xử lý chỉ quản lý duy nhất một „ Không gian địa chỉ bộ nhớ: 2N địa chỉ không gian địa chỉ: „ Không gian địa chỉ vào-ra: 2N1 địa chỉ „ không gian địa chỉ bộ nhớ: 2N địa chỉ „ Có tín hiệu điều khiển phân biệt truy nhập không „ Ví dụ: Các bộ xử lý 680x0 (Motorola) gian địa chỉ „ Tập lệnh có các lệnh vào-ra chuyên dụng „ Ví dụ: Pentium (Intel) „ không gian địa chỉ bộ nhớ = 232 byte = 4GB „ không gian địa chỉ vào-ra = 216 byte = 64KB „ Tín hiệu điều khiển „ Lệnh vào-ra chuyên dụng: IN, OUT 8 September 2009 17 8 September 2009 18 NKK-HUT NKK-HUT b. Các phương pháp địa chỉ hoá cổng vào-ra Vào-ra riêng biệt „ Vào-ra riêng biệt „ Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian địa chỉ vào-ra (Isolated IO hay IO mapped IO) „ CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra „ Vào-ra theo bản đồ bộ nhớ thông qua các lệnh vào-ra chuyên dụng (Memory mapped IO) (IN, OUT) „ Chỉ có thể thực hiện trên các hệ thống có quản lý không gian địa chỉ vào-ra riêng biệt 8 September 2009 19 8 September 2009 20 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 5
  6. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Vào-ra theo bản đồ bộ nhớ 3.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra „ Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian địa chỉ bộ nhớ „ Vào-ra bằng chương trình „ Vào-ra giống như đọc/ghi bộ nhớ (Programmed IO) „ CPU trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra „ Vào-ra điều khiển bằng ngắt thông qua các lệnh truy nhập dữ liệu bộ (Interrupt Driven IO) nhớ „ Truy nhập bộ nhớ trực tiếp - DMA „ Có thể thực hiện trên mọi hệ thống (Direct Memory Access) 8 September 2009 21 8 September 2009 22 NKK-HUT NKK-HUT 1. Vào-ra bằng chương trình Các tín hiệu điều khiển vào-ra „ Tín hiệu điều khiển (Control): kích hoạt thiết bị ngoại vi „ Nguyên tắc chung: CPU điều khiển trực „ Tín hiệu kiểm tra (Test): kiểm tra trạng thái tiếp vào-ra bằng chương trình Æ cần của mô-đun vào-ra và thiết bị ngoại vi phải lập trình vào-ra. „ Tín hiệu điều khiển đọc (Read): yêu cầu mô- đun vào-ra nhận dữ liệu từ thiết bị ngoại vi và đưa vào thanh ghi đệm dữ liệu, rồi CPU nhận dữ liệu đó „ Tín hiệu điều khiển ghi (Write): yêu cầu mô- đun vào-ra lấy dữ liệu trên bus dữ liệu đưa đến thanh ghi đệm dữ liệu rồi chuyển ra thiết bị ngoại vi 8 September 2009 23 8 September 2009 24 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 6
  7. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Các lệnh vào-ra Lưu đồ đoạn chương trình vào-ra „ Với vào-ra riêng biệt: sử dụng các lệnh vào-ra chuyên dụng (IN, OUT). „ Với vào-ra theo bản đồ bộ nhớ: sử dụng các lệnh trao đổi dữ liệu với bộ nhớ để trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra. 8 September 2009 25 8 September 2009 26 NKK-HUT NKK-HUT Hoạt động của vào-ra bằng chương trình Đặc điểm „ CPU yêu cầu thao tác vào-ra „ Mô-đun vào-ra thực hiện thao tác „ Vào-ra do ý muốn của người lập trình „ Mô-đun vào-ra thiết lập các bit trạng „ CPU trực tiếp điều khiển vào-ra thái „ CPU đợi mô-đun vào-ra Æ tiêu tốn thời „ CPU kiểm tra các bit trạng thái: gian của CPU „ Nếu chưa sẵn sàng thì quay lại kiểm tra „ Nếu sẵn sàng thì chuyển sang trao đổi dữ liệu với mô-đun vào-ra 8 September 2009 27 8 September 2009 28 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 7
  8. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT 2. Vào-ra điều khiển bằng ngắt Chuyển điều khiển đến chương trình con ngắt „ Nguyên tắc chung: „ CPU không phải đợi trạng thái sẵn sàng của mô-đun vào-ra, CPU thực hiện một chương trình nào đó „ Khi mô-đun vào-ra sẵn sàng thì nó phát tín hiệu ngắt CPU „ CPU thực hiện chương trình con vào-ra tương ứng để trao đổi dữ liệu „ CPU trở lại tiếp tục thực hiện chương trình đang bị ngắt 8 September 2009 29 8 September 2009 30 NKK-HUT NKK-HUT Hoạt động vào dữ liệu: nhìn từ mô-đun vào-ra Hoạt động vào dữ liệu: nhìn từ CPU „ Mô-đun vào-ra nhận tín hiệu điều khiển „ Phát tín hiệu điều khiển đọc đọc từ CPU „ Làm việc khác „ Mô-đun vào-ra nhận dữ liệu từ thiết bị „ Cuối mỗi chu trình lệnh, kiểm tra tín ngoại vi, trong khi đó CPU làm việc hiệu ngắt khác „ Nếu bị ngắt: „ Khi đã có dữ liệu Æ mô-đun vào-ra phát „ Cất ngữ cảnh (nội dung các thanh ghi) tín hiệu ngắt CPU „ Thực hiện chương trình con ngắt để vào dữ liệu „ CPU yêu cầu dữ liệu „ Khôi phục ngữ cảnh của chương trình „ Mô-đun vào-ra chuyển dữ liệu đến CPU đang thực hiện 8 September 2009 31 8 September 2009 32 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 8
  9. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Các vấn đề nảy sinh khi thiết kế Các phương pháp nối ghép ngắt „ Làm thế nào để xác định được mô-đun „ Sử dụng nhiều đường yêu cầu ngắt vào-ra nào phát tín hiệu ngắt ? „ Hỏi vòng bằng phần mềm (Software „ CPU làm như thế nào khi có nhiều yêu Poll) cầu ngắt cùng xẩy ra ? „ Hỏi vòng bằng phần cứng (Daisy Chain or Hardware Poll) „ Sử dụng bộ điều khiển ngắt (PIC) 8 September 2009 33 8 September 2009 34 NKK-HUT NKK-HUT Nhiều đường yêu cầu ngắt Hỏi vòng bằng phần mềm „ CPU thực hiện phần mềm hỏi lần lượt từng „ Mỗi mô-đun vào-ra được nối với một đường yêu cầu mô-đun vào-ra ngắt „ Chậm „ CPU phải có nhiều đường tín hiệu yêu cầu ngắt „ Thứ tự các mô-đun được hỏi vòng chính là „ Hạn chế số lượng mô-đun vào-ra thứ tự ưu tiên „ Các đường ngắt được qui định mức ưu tiên 8 September 2009 35 8 September 2009 36 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 9
  10. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Hỏi vòng bằng phần cứng Kiểm tra vòng bằng phần cứng (tiếp) „ CPU phát tín hiệu chấp nhận ngắt (INTA) đến mô-đun vào-ra đầu tiên „ Nếu mô-đun vào-ra đó không gây ra ngắt thì nó gửi tín hiệu đến mô-đun kế tiếp cho đến khi xác định được mô-đun gây ngắt „ Thứ tự các mô-đun vào-ra kết nối trong chuỗi xác định thứ tự ưu tiên 8 September 2009 37 8 September 2009 38 NKK-HUT NKK-HUT Bộ điều khiển ngắt lập trình được Đặc điểm của vào-ra điều khiển bằng ngắt „ Có sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm „ Phần cứng: gây ngắt CPU „ Phần mềm: trao đổi dữ liệu „ CPU trực tiếp điều khiển vào-ra „ CPU không phải đợi mô-đun vào-ra Æ „ PIC – Programmable Interrupt Controller „ PIC có nhiều đường vào yêu cầu ngắt có qui hiệu quả sử dụng CPU tốt hơn định mức ưu tiên „ PIC chọn một yêu cầu ngắt không bị cấm có mức ưu tiên cao nhất gửi tới CPU 8 September 2009 39 8 September 2009 40 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 10
  11. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT 3. DMA (Direct Memory Access) Sơ đồ cấu trúc của DMAC „ Vào-ra bằng chương trình và bằng ngắt do CPU trực tiếp điều khiển: „ Chiếm thời gian của CPU „ Tốc độ truyền bị hạn chế vì phải chuyển qua CPU „ Để khắc phục dùng DMA „ Thêm mô-đun phần cứng trên bus Æ DMAC (Controller) „ DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa mô- đun vào-ra với bộ nhớ chính 8 September 2009 41 8 September 2009 42 NKK-HUT NKK-HUT Các thành phần của DMAC Hoạt động DMA „ CPU “nói” cho DMAC „ Vào hay Ra dữ liệu „ Thanh ghi dữ liệu: chứa dữ liệu trao đổi „ Địa chỉ thiết bị vào-ra (cổng vào-ra tương ứng) „ Thanh ghi địa chỉ: chứa địa chỉ ngăn „ Địa chỉ đầu của mảng nhớ chứa dữ liệu Æ nạp vào nhớ dữ liệu thanh ghi địa chỉ „ Số từ dữ liệu cần truyền Æ nạp vào bộ đếm dữ liệu „ Bộ đếm dữ liệu: chứa số từ dữ liệu cần „ CPU làm việc khác trao đổi „ DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu „ Logic điều khiển: điều khiển hoạt động „ Sau khi truyền được một từ dữ liệu thì: của DMAC „ nội dung thanh ghi địa chỉ tăng „ nội dung bộ đếm dữ liệu giảm „ Khi bộ đếm dữ liệu = 0, DMAC gửi tín hiệu ngắt CPU để báo kết thúc DMA 8 September 2009 43 8 September 2009 44 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 11
  12. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Các kiểu thực hiện DMA Cấu hình DMA (1) „ DMA truyền theo khối (Block-transfer DMA): DMAC sử dụng bus để truyền xong cả khối dữ liệu „ DMA lấy chu kỳ (Cycle Stealing DMA): DMAC cưỡng bức CPU treo tạm thời từng chu kỳ bus, DMAC chiếm bus thực hiện truyền một „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng từ dữ liệu. bus hai lần „ DMA trong suốt (Transparent DMA): DMAC „ Giữa mô-đun vào-ra với DMAC nhận biết những chu kỳ nào CPU không sử „ Giữa DMAC với bộ nhớ dụng bus thì chiếm bus để trao đổi một từ dữ liệu. 8 September 2009 45 8 September 2009 46 NKK-HUT NKK-HUT Cấu hình DMA (2) Cấu hình DMA (3) „ DMAC điều khiển một hoặc vài mô-đun vào-ra „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng „ Bus vào-ra tách rời hỗ trợ tất cả các thiết bị cho phép DMA bus một lần „ Mỗi lần trao đổi một dữ liệu, DMAC sử dụng bus một lần „ Giữa DMAC với bộ nhớ „ Giữa DMAC với bộ nhớ 8 September 2009 47 8 September 2009 48 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 12
  13. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Đặc điểm của DMA 4. Kênh vào-ra hay là bộ xử lý vào-ra „ Việc điều khiển vào-ra được thực hiện „ CPU không tham gia trong quá trình bởi một bộ xử lý vào-ra chuyên dụng trao đổi dữ liệu „ Bộ xử lý vào-ra hoạt động theo chương „ DMAC điều khiển trao đổi dữ liệu giữa trình của riêng nó bộ nhớ chính với mô-đun vào-ra (hoàn „ Chương trình của bộ xử lý vào-ra có thể toàn bằng phần cứng)Æ tốc độ nhanh nằm trong bộ nhớ chính hoặc nằm „ Phù hợp với các yêu cầu trao đổi mảng trong một bộ nhớ riêng dữ liệu có kích thước lớn „ Hoạt động theo kiến trúc đa xử lý 8 September 2009 49 8 September 2009 50 NKK-HUT NKK-HUT 3.3. Nối ghép thiết bị ngoại vi Nối ghép song song 1. Các kiểu nối ghép vào-ra „ Nối ghép song song „ Nối ghép nối tiếp „ Truyền nhiều bit song song „ Tốc độ nhanh „ Cần nhiều đường truyền dữ liệu 8 September 2009 51 8 September 2009 52 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 13
  14. Bài giảng Hệ thống máy tính NKK-HUT NKK-HUT Nối ghép nối tiếp 2. Các cấu hình nối ghép „ Điểm tới điểm (Point to Point) „ Thông qua một cổng vào-ra nối ghép với một thiết bị ngoại vi „ Điểm tới đa điểm (Point to Multipoint) „ Thông qua một cổng vào-ra cho phép nối ghép được với nhiều thiết bị ngoại vi „ Ví dụ: „ Truyền lần lượt từng bit „ SCSI (Small Computer System Interface): 7 hoặc „ Cần có bộ chuyển đổi từ dữ liệu song song sang nối tiếp hoặc/và ngược lại 15 thiết bị „ Tốc độ chậm hơn „ USB (Universal Serial Bus): 127 thiết bị „ Cần ít đường truyền dữ liệu „ IEEE 1394 (FireWire): 63 thiết bị 8 September 2009 53 8 September 2009 54 NKK-HUT Hết chương 3 8 September 2009 55 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 14
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2