Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 8 - Nguyễn Kim Khánh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 8 - Hệ thống vào-ra. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Tổng quan về hệ thống vào-ra, các phương pháp điều khiển vào-ra, nối ghép thiết bị vào-ra. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture): Chương 8 - Nguyễn Kim Khánh

NKK-HUST Kiến trúc máy tính om .c Chương 8 ng co HỆ THỐNG VÀO-RA an th o ng du u cu Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính 432 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung học phần Chương 1. Giới thiệu chung om .c Chương 2. Cơ bản về logic số ng Chương 3. Hệ thống máy tính co Chương 4. Số học máy tính an Chương 5. Kiến trúc tập lệnh th Chương 6. Bộ xử lý o ng du Chương 7. Bộ nhớ máy tính u Chương 8. Hệ thống vào-ra cu Chương 9. Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính 433 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Nội dung của chương 8 om .c 8.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra ng 8.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra co an 8.3. Nối ghép thiết bị vào-ra th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 434 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 8.1. Tổng quan về hệ thống vào-ra om n Chức năng: Trao đổi Thiết bị .c Bus thông tin giữa máy tính hệ vào-ra ng với bên ngoài thống Mô-đun co vào-ra n Các thao tác cơ bản: Thiết bị an vào-ra Vào dữ liệu (Input) th n n Ra dữ liệu (Output) o ng Các thành phần chính: du n Mô-đun Thiết bị Các thiết bị vào-ra u n vào-ra vào-ra cu n Các mô-đun vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính 435 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Đặc điểm của hệ thống vào-ra n Tồn tại đa dạng các thiết bị vào-ra khác om nhau về: .c n Nguyên tắc hoạt động ng Tốc độ co n Khuôn dạng dữ liệu an n th nTất cả các thiết bị vào-ra đều chậm hơn CPU và RAM o ng du à Cần có các mô-đun vào-ra để nối ghép u các thiết bị với CPU và bộ nhớ chính cu 2017 Kiến trúc máy tính 436 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Thiết bị vào-ra n Còn gọi là thiết bị ngoại vi (Peripherals) om n Chức năng: chuyển đổi dữ liệu giữa bên trong .c và bên ngoài máy tính ng Phân loại: co n Thiết bị vào (Input Devices) an n th n Thiết bị ra (Output Devices) n o ng Thiết bị lưu trữ (Storage Devices) du n Thiết bị truyền thông (Communication Devices) u Giao tiếp: cu n n Người - máy n Máy - máy 2017 Kiến trúc máy tính 437 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Cấu trúc chung của thiết bị vào-ra om Dữ liệu Dữ liệu .c từ/đến mô-đun đến/từ Bộ Bộ bên ngoài ng vào-ra đệm chuyển dữ đổi co liệu tín hiệu an Tín hiệu th điều khiển o ng Khối logic điều khiển du Tín hiệu trạng thái u cu 2017 Kiến trúc máy tính 438 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Mô-đun vào-ra om n Chức năng: .c n Điều khiển và định thời ng Trao đổi thông tin với CPU hoặc bộ nhớ chính co n an n Trao đổi thông tin với thiết bị vào-ra th n Đệm giữa bên trong máy tính với thiết bị vào-ra ng Phát hiện lỗi của thiết bị vào-ra o n du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 439 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Cấu trúc của mô-đun vào-ra Bus om dữ liệu .c Các đường Cổng Tín hiệu Bộ đệm ng dữ liệu vào điều khiển dữ liệu ra co an Tín hiệu trạng thái th Các đường o địa chỉ ng dữ liệu du Cổng Tín hiệu Khối logic vào điều khiển điều khiển ra u cu Các đường điều Tín hiệu khiển trạng thái 2017 Kiến trúc máy tính 440 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 4. Địa chỉ hóa cổng vào-ra (IO addressing) n Hầu hết các bộ xử lý chỉ có một không gian địa om chỉ chung cho cả các ngăn nhớ và các cổng .c vào-ra ng Các bộ xử lý 680x0 của Motorola co n Các bộ xử lý theo kiến trúc RISC: MIPS, ARM, ... an n th n Một số bộ xử lý có hai không gian địa chỉ tách biệt: o ng du n Không gian địa chỉ bộ nhớ u n Không gian địa chỉ vào-ra cu n Ví dụ: Intel x86 2017 Kiến trúc máy tính 441 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Không gian địa chỉ tách biệt Không gian địa chỉ Không gian địa om bộ nhớ chỉ vào-ra N bit N1 bit 000...000 00...00 .c 000...001 00...01 000...010 00...10 ng 000...011 00...11 co 000...100 . 000...101 . an . . th . . . o ng . . du . 11...11 u . cu . 111...111 2017 Kiến trúc máy tính 442 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các phương pháp địa chỉ hoá cổng vào-ra Vào-ra theo bản đồ bộ nhớ om n .c (Memory mapped IO) ng Vào-ra riêng biệt co n an (Isolated IO hay IO mapped IO) th o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 443 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Vào-ra theo bản đồ bộ nhớ n Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian om địa chỉ bộ nhớ .c n CPU coi cổng vào-ra như ngăn nhớ ng n Lập trình trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra bằng co các lệnh truy nhập dữ liệu bộ nhớ an Có thể thực hiện trên mọi hệ thống th n n Ví dụ: Bộ xử lý MIPS o ng 32-bit địa chỉ cho một không gian địa chỉ chung cho cả du n các ngăn nhớ và các cổng vào-ra u cu n Các cổng vào-ra được gắn các địa chỉ thuộc vùng địa chỉ dự trữ n Vào/ra dữ liệu: sử dụng lệnh load/store 2017 Kiến trúc máy tính 444 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Ví dụ lập trình vào-ra cho MIPS n Ví dụ: Có hai cổng vào-ra được gán địa chỉ: om n Cổng 1: 0xFFFFFFF4 .c n Cổng 2: 0xFFFFFFF8 ng co n Ghi giá trị 0x41 ra cổng 1 an addi $t0, $0, 0x41 # đưa giá trị 0x41 th sw $t0, 0xFFF4($0) o ng # ra cổng 1 du Chú ý: giá trị 16-bit 0xFFF4 được sign-extended thành 32-bit 0xFFFFFFF4 u cu n Đọc dữ liệu từ cổng 2 đưa vào $t3 lw $t3, 0xFFF8($0) # đọc dữ liệu cổng 2 đưa vào $t3 2017 Kiến trúc máy tính 445 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Vào-ra riêng biệt (Isolated IO) n Cổng vào-ra được đánh địa chỉ theo không gian om địa chỉ vào-ra riêng .c n Lập trình trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra bằng ng các lệnh vào-ra chuyên dụng co Ví dụ: Intel x86 an n th n Dùng 8-bit hoặc 16-bit địa chỉ cho không gian địa chỉ vào-ra riêng o ng du n Có hai lệnh vào-ra chuyên dụng u n Lệnh IN: nhận dữ liệu từ cổng vào cu n Lệnh OUT: đưa dữ liệu đến cổng ra 2017 Kiến trúc máy tính 446 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 8.2. Các phương pháp điều khiển vào-ra om n Vào-ra bằng chương trình .c (Programmed IO) ng Vào-ra điều khiển bằng ngắt co n an (Interrupt Driven IO) th n Truy nhập bộ nhớ trực tiếp - DMA o ng (Direct Memory Access) du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 447 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST BaCHAPTER 230 kỹ thuật thực hiện vào một khối dữ liệu 7 / INPUT/OUTPUT Issue read Issue read CPU I/O Issue read CPU DMA command to CPU I/O command to Do something block command Do something om I/O module I/O module else to I/O module else .c Read status Read status Interrupt Read status Interrupt of I/O I/O CPU of I/O of DMA module module I/O CPU module DMA CPU ng Not ready co Check Error Check Error Next instruction Status condition status condition (c) Direct Memory Access an Ready Ready th Read word Read word from I/O I/O CPU from I/O I/O CPU module o ng module du Write word Write word into memory CPU Memory into memory CPU Memory u cu No No Done? Done? Yes Yes Next instruction Next instruction (a) Programmed I/O (b) Interrupt-Driven I/O Figure 7.4 Three Techniques for Input of a Block of Data 2017 Kiến trúc máy tính 448 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST 1. Vào-ra bằng chương trình om n Nguyên tắc chung: .c n CPU điều khiển trực tiếp vào-ra Đọc trạng thái mô-đun vào-ra ng bằng chương trình à cần phải lập co trình vào-ra để trao đổi dữ liệu an giữa CPU với mô-đun vào-ra N th Sẵn sàng ? n CPU nhanh hơn thiết bị vào-ra rất ng nhiều lần, vì vậy trước khi thực o Y hiện lệnh vào-ra, chương trình cần du đọc và kiểm tra trạng thái sẵn sàng u Trao đổi dữ liệu cu của mô-đun vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính 449 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các tín hiệu điều khiển vào-ra n Tín hiệu điều khiển (Control): kích hoạt thiết bị om vào-ra .c n Tín hiệu kiểm tra (Test): kiểm tra trạng thái ng của mô-đun vào-ra và thiết bị vào-ra co n Tín hiệu điều khiển đọc (Read): yêu cầu mô- an đun vào-ra nhận dữ liệu từ thiết bị vào-ra và th đưa vào bộ đệm dữ liệu, rồi CPU nhận dữ liệu đó o ng du n Tín hiệu điều khiển ghi (Write): yêu cầu mô- u đun vào-ra lấy dữ liệu trên bus dữ liệu đưa đến cu bộ đệm dữ liệu rồi chuyển ra thiết bị vào-ra 2017 Kiến trúc máy tính 450 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
NKK-HUST Các lệnh vào-ra om Với vào-ra theo bản đồ bộ nhớ: sử .c n ng dụng các lệnh trao đổi dữ liệu với bộ co nhớ để trao đổi dữ liệu với cổng vào-ra an Với vào-ra riêng biệt: sử dụng các lệnh th n vào-ra chuyên dụng (IN, OUT) o ng du u cu 2017 Kiến trúc máy tính 451 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt