Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ: Hệ thống nhập xuất - GV. Chung Thùy Linh

Trong lĩnh vực kiến trúc máy tính, hệ thống nhập xuất (I/O) đóng vai trò nền tảng, cho phép máy tính tương tác với môi trường bên ngoài và người dùng. Sự đa dạng về loại hình và hiệu suất của các thiết bị ngoại vi đặt ra những thách thức đáng kể trong việc thiết kế và quản lý các giao tiếp I/O hiệu quả. Việc hiểu rõ cách thức mà dữ liệu được truyền tải và điều khiển giữa CPU và các thiết bị này là tối quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất toàn bộ hệ thống. Tài liệu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các nguyên tắc cơ bản, cấu trúc kiến trúc, và cơ chế giao tiếp chính của hệ thống I/O.

Sinh viên ngành Khoa học Máy tính, Kỹ thuật Máy tính, hoặc những ai đang theo học môn Kiến trúc Máy tính và Hợp ngữ, quan tâm đến nguyên lý hoạt động và giao tiếp của hệ thống nhập xuất.

Tài liệu này khám phá sâu rộng về hệ thống nhập xuất (I/O) trong kiến trúc máy tính, bắt đầu bằng việc phân loại và so sánh tốc độ truyền dữ liệu đa dạng của các thiết bị ngoại vi, từ bàn phím có tốc độ thấp đến mạng LAN tốc độ cao. Nó làm rõ các thành phần kiến trúc máy tính chính như Northbridge và Southbridge, cùng các bus kết nối, tạo nên xương sống cho giao tiếp I/O. Nội dung tập trung vào các vấn đề cốt lõi trong việc kết nối và quản lý nhiều loại thiết bị, truyền nhận tín hiệu điều khiển và dữ liệu, cũng như lập trình giao tiếp. Đặc biệt, hai phương pháp tổ chức I/O chính được giới thiệu chi tiết: Port-mapped I/O, sử dụng không gian địa chỉ và instruction riêng; và Memory-mapped I/O, tích hợp thiết bị vào không gian địa chỉ bộ nhớ, đơn giản hóa việc truy cập. Cuối cùng, tài liệu đi sâu vào các cơ chế giao tiếp thiết bị như thanh ghi điều khiển và thanh ghi dữ liệu, đồng thời trình bày các kỹ thuật kiểm soát luồng dữ liệu bao gồm Polling (CPU chủ động kiểm tra), Interrupt-driven (thiết bị chủ động thông báo), và DMA (truy cập bộ nhớ trực tiếp không qua CPU), cùng với khái niệm về các loại Interrupt, nhằm đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.