Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Posts and Telecommunications Institute of Technology
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Chương VI: Tổ chức vào ra
Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ
Email:
[email protected]
Hà nội, 17 December 2009
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
Các thiết bị ngoại vi
Giao diện Vào/Ra
Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
Các chế độ chuyển giao
Bộ xử lý vào-ra
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Các thiết bị ngoại vi-Thiết bị vào
•
•
•
Phân hệ vào ra cung cấp chế đột truyền thông hiệu quả giữa hệ thống
trung tâm và môi trường bên ngoài
Bàn phím
Thiết bị vào quang
–
–
–
–
–
•
Các thiết bị vào từ tính
–
•
Đầu đọc băng từ, đĩa từ
Thiết bị vào màn hình
–
–
–
•
Đầu đọc thẻ
Đầu đọc băng giấy
Đầu đọc mã vạch
Đầu đọc số hoá
Đầu đọc điểm quang
Màn hình sờ
Bút chiếu sáng
Chuột
Các thiết bị vào tương tự
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1. Các thiết bị ngoại vi-Thiết bị ra
•
•
•
•
•
•
•
Máy đục lỗ thẻ
Máy đục băng giấy
Màn hình
Máy in (Impact, Ink Jet, Laser, Dot Matrix)
Plotter
Âm thanh
....
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
Các thiết bị ngoại vi
Giao diện Vào/Ra
Chuyển giao dữ liệu không đồng bộ
Các chế độ chuyển giao
Bộ xử lý vào-ra
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra
•
•
Cung cấp một phương pháp để chuyển giao thông tin giữa bộ lưu trữ
nội bộ (bộ nhớ và các thanh ghi CPU) và các thiết bị I/O bên ngoài
Giải quyết sự chênh lệch giữa các thiết bị máy tính và các thiết bị
ngoại vi
–
–
•
Tốc độ chuyển giao dữ liệu
–
–
•
Ngoại vi-Các thiết bị cơ điện
CPU hoặc bộ nhớ-Thiết bị điện tử
Ngoại vi - thường chậm hơn
CPU hoặc bộ nhớ-Thường nhanh hơn ngoại vi
Có thể cần tới một số kiểu cơ chế đồng bộ
–
Khối thông tin
•
•
–
Ngoại vi – Byte, Khối, …
CPU hoặc bộ nhớ – Từ
Biểu diễn dữ liệu có thể khác nhau
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Bus I/O và các mô đun giao diện
•
•
Mỗi giao diện có một mô đun giao diện liên quan
Giao diện
–
–
–
–
Giải mã địa chỉ thiết bị (mã thiết bị)
Giải mã lệnh (tác vụ)
Cung cấp các tín hiệu cho bộ điều khiển ngoại vị
Đồng bộ luồng dữ liệu và giám sát tốc độ chuyển giao dữ liệu
giữa ngoại vi và CPU hoặc bộ nhớ
I/O bus
Data
Address
Control
Processor
Interface
Interface
Interface
Interface
Keyboard
and
display
terminal
Printer
Magnetic
disk
Magnetic
tape
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Kết nối của I/O Bus
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Kết nối của I/O Bus (t)
•
Kết nối của bus I/O bus tới CPU
Op.
code
Device Function
address
code
Accumulator
register
Computer
I/O
control
CPU
Sense lines
Data lines
Function code lines
I/O
bus
Device address lines
•
Kết nối của bus I/O tới một giao diện
Data lines
Device
address
I/O
bus
Peripheral
register
Buffer register
AD = 1101
Function code
Command
decoder
Sense lines
Hà nội, 17 December 2009
Interface
Logic
Học viện Công nghệ Bưu chính
Status
register
Viễn thông
Output
peripheral
device
and
controller
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ
nhớ
•
•
•
Bus bộ nhớ là để cho chuyển giao các thông tin giữa CPU
và MM
Bus I/O là để chuyển giao thông tin giữa các thiết bị CPU
và thiết bị I/O thông qua giao diện I/O
Nhiều máy tính sử dụng một hệ thống bus chung duy nhất
cho cả hai khối bộ nhớ và khối giao diện I/O
–
–
Sử dụng một bus chung nhưng các đường điều khiển tách biệt
cho từng chức năng
Sử dụng một bus chung với các đường điều khiển chung cho cả
hai chức năng
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ
nhớ (t)
•
Một số máy tính sử dụng hai bus tách riêng, một trao đổi
thông tin với bộ nhớ và một với các giao diện I/O
–
–
–
–
Trao đổi thông tin giữa CPU và tất cả các khối giao diện là qua
một bus I/O chung
Một giao diện nối tới một thiết bị ngoại vi có thể có một số thanh
ghi dữ liệu, 1 thanh ghi điều khiển và 1 thanh ghi trạng thái
Một lệnh được chuyển tới ngoại vi bằng cách gửi tới một thanh
ghi giao diện thích hợp
Không cần tới các đường mã chức năng và đường cảm ứng
(chuyển giao thông tin điều khiển dữ liệu và thông tin trạng thái
luôn qua một bus I/O chung)
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện vào ra-Chức năng Bus I/O và bus bộ
nhớ (t)
•
I/O riêng biệt
–
–
–
•
Tách riêng các đưòng điều khiển đọc/ghi I/O ngoài các đường
điều khiển đọc/ghi bộ nhớ
Tách riêng không gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ I/O
Các lệnh vào và ra riêng biệt
I/O được ánh xạ vào bộ nhớ
–
–
–
–
Một tập duy nhất các đường điều khiển đọc/ghi (không tách
riêng giữa chuyển giao bộ nhớ và I/O
Các địa chỉ bộ nhớ và I/O sử dụng chung không gian địa chỉ ->
giảm được khoảng địa chỉ bộ nhớ có thể sử dụng
Lệnh vào hoặc ra không xác định->các lệnh tương tự tham chiếu
bộ nhớ có thể sử dụng để chuyển giao I/O
Khá linh hoạt trong các tác vụ giám sát I/O
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-I/O được ánh xạ vào bộ nhớ và độc
lập
•
I/O riêng biệt
–
–
–
•
Tách riêng các đưòng điều khiển đọc/ghi I/O ngoài các đường
điều khiển đọc/ghi bộ nhớ
Tách riêng không gian địa chỉ bộ nhớ và không gian địa chỉ I/O
Các lệnh vào và ra riêng biệt
I/O được ánh xạ vào bộ nhớ
–
–
–
–
Một tập duy nhất các đường điều khiển đọc/ghi (không tách
riêng giữa chuyển giao bộ nhớ và I/O
Các địa chỉ bộ nhớ và I/O sử dụng chung không gian địa chỉ ->
giảm được khoảng địa chỉ bộ nhớ có thể sử dụng
Lệnh vào hoặc ra không xác định->các lệnh tương tự tham chiếu
bộ nhớ có thể sử dụng để chuyển giao I/O
Khá linh hoạt trong các tác vụ giám sát I/O
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O (t)
Bidirectional
data bus
Chip select
CS
Register select
RS1
Register select
RS0
I/O read
RD
I/O write
WR
Timing
and
Control
Port B
register
I/O data
Control
register
Status
register
CS RS1 RS0
0
x
x
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
Hà nội, 17 December 2009
I/O data
Bus
buffers
Internal bus
CPU
Port A
register
Control
Status
Register selected
None - data bus in high-impedence
Port A register
Port B register
Control register
Status register
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
I/O
Device
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O (t)
•
Giao diện có thể lập trình
–
Thông tin trong mỗi cổng có thể được ấn định một ý nghĩa phụ
thuộc vào chế độ hoạt động của thiết bị I/O
→ Port A = Data; Port B = Command; Port C = Status
–
CPU khởi tạo (nạp) từng cổng bằng cách chuyển một byte vào
thanh ghi điều khiển
→ Cho phép CPU có thể định nghĩa chế độ hoạt động của mỗi cổng
→ Cổng có thể lập trình được: Nhờ thay đổi các bit trong thanh ghi
điều khiển, nó có thể thay đổi các đặc tính giao diện
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình
•
ISA - Industrial Standard Architecture:
–
–
–
–
–
•
Khe gắn card mở rộng trên Mainboard.
Card mở rộng chuẩn ISA: Card âm thanh, card màn hình và
các thiết bị ngoại vi khác.
Băng thông của ISA là 8-16 bits, tần số 8-10Mhz.
ISA là chuẩn kênh truyền mở rộng chính trên máy tính IBM AT
nên thường được gọi là "kênh AT"
“Trước hay và nay it”
Micro Channel - MCA (Micro Channel Architecture)
–
–
–
Kênh truyền 32-bit (máy PS/2, RS/6000 và một số đời của
ES/9370).
Hỗ trợ 15 mức Bus Mastering cho phép truyền dữ liệu từ tốc độ
20Mbytes/s đến 80 Mbytes/s.
Vào cuối năm 1996, IBM ngưng hỗ trợ công nghệ MCA và
chuyển qua sử dụng PCI.
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
•
EISA - Extended ISA:
–
–
–
–
–
•
Phiên bản mở rộng của kênh truyền ISA (Kênh truyền AT - AT
bus) 16-bit thành kênh truyền 32-bit.
Chuẩn EISA được công bố năm 1988
Một sự lựa chọn 32-bit thay thế cho MCA
Card mở rộng loại ISA có thể gắn vào khe gắn EISA dễ dàng do
cả hai cùng sử dụng tốc độ 8-10Mhz.
Chuẩn EISA sau này được thay thế bởi chuẩn PCI.
VL-Bus-Vesa Local Bus:
–
–
Được phát triển bởi VESA và sử dụng phổ biến ở các đời máy
486.
VL-Bus là loại kênh truyền 32-bit, hỗ trợ bus mastering và họat
động ở tốc độ 40Mhz.
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
•
EISA - Extended ISA:
–
–
–
–
–
•
Phiên bản mở rộng của kênh truyền ISA (Kênh truyền AT - AT
bus) 16-bit thành kênh truyền 32-bit.
Chuẩn EISA được công bố năm 1988
Một sự lựa chọn 32-bit thay thế cho MCA
Card mở rộng loại ISA có thể gắn vào khe gắn EISA dễ dàng do
cả hai cùng sử dụng tốc độ 8-10Mhz.
Chuẩn EISA sau này được thay thế bởi chuẩn PCI.
VL-Bus-Vesa Local Bus:
–
–
Được phát triển bởi VESA và sử dụng phổ biến ở các đời máy
486.
VL-Bus là loại kênh truyền 32-bit, hỗ trợ bus mastering và họat
động ở tốc độ 40Mhz.
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
•
PCI - Peripheral Component Interconnect
–
–
–
–
–
–
Là một loại kênh ngoại vi trên Mainboard -Intel thiết kế vào
năm 1993.
Dùng để gắn các card mở rộng cung cấp các đường truyền tốc
độ cao giữa CPU và các thiết bị ngoại vi (màn hình, mạng, đĩa
cứng ngoài...).
Cung cấp khả năng "cắm và chạy" (plug and play) là khả năng
tự nhận dạng và cài đặt các card PCI rất tốt.
PCI cho phép chia sẻ "tài nguyên" IRQ (Interrupt RequestNgắt hệ thống) giữa các card PCI với nhau.
Đặc điểm này rất quan trọng trong khi các card ngoại vi phục
vụ nhiều thiết bị ngoại vi và ứng dụng ngày càng nhiều còn số
lượng các IRQ được hỗ trợ thì lại giới hạn.
Thiết bị PCI hoạt động ở tần số 33Mhz với các đường truyền dữ
liệu có băng thông 32 hoặc 64 bits (PCI version 2.1 họat động ở
xung nhịp 66Mhz).
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2. Giao diện I/O-Một số giao diện điển hình (t)
•
AGP - Accelerated Graphics Port
–
–
–
–
Chuẩn của khe gắn card mở rộng chuyên dùng cho card màn
hình tốc độ cao.
Cung cấp kết nối trực tiếp giữa card màn hình và bộ nhớ.
Có màu nâu, ngắn hơn và được thiết kế hơi thụt vào một chút so
với khe gắn PCI.
AGP có băng thông 32-bits.
•
•
•
•
Chuẩn AGP nguyên thủy (AGP 1X) cung cấp tốc độ truyền dữ
liệu 264Mbytes/s,
AGP 2X là 528 Mbytes/s,
AGP 4X là 1Gbytes/s,
AGP 8X là 2Gbytes/s.
Hà nội, 17 December 2009
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông