Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 4: Các phương pháp vào-ra dữ liệu

Nội dung text: Bài giảng Cấu trúc máy tính - Chương 4: Các phương pháp vào-ra dữ liệu

1. CÂU TRUC MAY TINH CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO – RA DỮ LIỆU
2. Nôi dung cua chương 4 4.1. Cấu trúc phần cứng của các hệ thống vào – ra dl 4.2. Các phương pháp vào ra dữ liệu
3. 4.1. Cấu trúc phần cứng của các hệ thống vào – ra dữ liệu . 1. Cấ u trúc song song:  Các máy tính PC đượ c trang b ị ít nh ấ t là 1 c ổ ng song song và 1 cổ ng n ố i ti ế p.  Khác vớ i ghép n ố i n ố i ti ế p có nhi ề u ứ ng d ụ ng, ghép n ố i song song thườ ng ch ỉ ph ụ c v ụ cho máy in
4. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p)
5. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p) . Đị a ch ỉ c ơ s ở c ủ a các thanh ghi cho t ấ t c ả c ổ ng LPT (line printer) từ LPT1 đ ế n LPT4 đ ượ c l ư u tr ữ trong vùng s ố li ệ u BIOS . Thanh ghi số li ệ u đ ượ c đ ị nh v ị ở offset 00h, thanh ghi trang thái ở 01h, và thanh ghi điề u khi ể n ở 02h . Thông thườ ng, đ ị a ch ỉ c ơ s ở c ủ a LPT1 là 378h, LPT2 là 278h, do đó đị a ch ỉ c ủ a thanh ghi tr ạ ng thái là 379h ho ặ c 279h và đ ị a ch ỉ thanh ghi điề u khi ể n là 37Ah ho ặ c 27Ah . Đị nh d ạ ng các thanh ghi nh ư sau:đ ị a ch ỉ thanh ghi đi ề u khi ể n là 37Ah hoặ c 27Ah
6. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p) . Thanh ghi dữ li ệ u: (hai chi ề u): . Thanh ghi trạ ng thái máy in (ch ỉ đ ọ c):
7. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p) . Thanh ghi điề u khi ể n máy in:
8. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p) . Các chân tín hiệ u c ủ a đ ầ u c ắ m 25 chân c ủ a c ổ ng song song LPT nh ư sau:
9. 1. Cấ u trúc song song (ti ế p) . Trao đổ i d ữ li ệ u gi ữ a hai máy tính qua c ổ ng song song
10. 2. Cổ ng n ố i ti ế p – Serial port . Truyề n n ố i ti ế p đ ồ ng b ộ và b ấ t đ ồ ng b ộ  Ghép nố i ti ế p cho phép trao đ ổ i gi ữ a các thi ế t b ị t ừ ng bit m ộ t  Dữ li ệ u th ườ ng đ ượ c g ử i theo các nhóm bit SDU (serial data unit) mà mỗ i nhóm t ạ o thành 1 byte hay 1 word  Các thiế t b ị ng ọ ai vi nh ư : máy v ẽ , modem, chu ộ t có th ể đ ượ c nố i v ớ i PC qua c ổ ng n ố i ti ế p COM.  Sự khác nhau gi ữ a truy ề n n ố i ti ế p đ ồ ng b ộ và b ấ t đ ồ ng b ộ là: trong kỹ thu ậ t truy ề n đ ồ ng b ộ , ngoài đ ườ ng dây d ữ li ệ u ph ả i đư a thêm vào m ộ t ho ặ c vài đ ườ ng tín hi ệ u đ ồ ng b ộ đ ể cho biế t r ằ ng khi nào bit ti ế p theo ổ n đ ị nh trên đ ườ ng truy ề n
11. 2. Cổ ng n ố i ti ế p – Serial port (ti ế p) . Truyề n n ố i ti ế p đ ồ ng b ộ và b ấ t đ ồ ng b ộ  Ngượ c l ạ i trong truy ề n b ấ t đ ồ ng b ộ , các bit d ữ li ệ u t ự nó chứ a các thông tin đ ể đ ồ ng b ộ ; ph ầ n phát và ph ầ nthu ph ả i họ at đ ộ ng v ớ i cùng 1 t ầ n s ố xung clock. . Kiể m tra ch ẵ n l ẻ và t ố c đ ộ truy ề n  Bit chẵ n l ẻ (parity bit) đ ượ c đ ư a vào khung SDU dùng đ ể phát hiệ n l ỗ i trên đ ườ ng truy ề n  Việ c truy ề n bit ch ẵẻỉể n l ch ki m soát đ ượ c các l ỗ i trên đ ườ ng truyề n ng ắ n và các l ỗ i bit đ ơ n nên trong m ộ t s ố ứ ng d ụ ng đ ặ c biệ t ng ườ i ta ph ả i dùng mã CRC m ặ c dù ph ứ c t ạ p h ơ n  Hầếềượếếầứ u h t đ u đ c thi t k ph n c ng ki ể m tra ch ẵẻ n l
12. 2. Cổ ng n ố i ti ế p – Serial port (ti ế p) . Nhóm dữ li ệ u n ố i ti ế p SDU và n ố i ti ế p hóa  Trướ c khi truy ề n chu ỗ i s ố li ệ u n ố i ti ế p, máy phát và máy thu phảượởạểọộớ i đ c kh i t o đ h at đ ng v i cùng m ộị t đ nh d ạ ng d ữ liệ u, cùng m ộ t t ố c đ ộ truy ề n.  Mộ t SDU v ớ i 1 bit start, 7 bits s ố li ệ u, 1 bit ch ẵ n l ẻ và 1 bit stop mô tả nh ư hình v ẽ . L ư u ý r ằ ng: bit start luôn b ằ ng 0 (space) và bit stop luôn bằ ng 1(mark).
13. 2. Cổ ng n ố i ti ế p – Serial port (ti ế p)
14. 2. Cổ ng n ố i ti ế p – Serial port (ti ế p) . Bus interface: ghép nố i bus; . Serial data: dữ li ệ u n ố i ti ế p; . Transmitter holder register: thanh ghi đệ m gi ữ d ữ li ệ u phát; . Transmitter shift register: thanh ghi dị ch d ữ li ệ u phát; . Receiver buffer register: thanh ghi đệ m d ữ li ệ u thu; . Receiver shift register: thanh ghi dị ch d ữ li ệ u thu; . SDU logic: mạ ch logic SDU; . Interface control baud generator: máy phát điề u khi ể n t ố c đ ộ truy ề n d ữ li ệ u . baud; . Clock: xung clock;
15. 3. Chuẩ n ghép n ố i RS - 232 . Chuẩ n này quy đ ị nh ghép n ốềơệ i v c khí, đi n, và logic gi ữộếịầ a m t thi t b đ u cuố i s ố li ệ u DTE (Data Terminal Equipment) và thi ế t b ị thông tin s ố li ệ u DCE (Data Communication Equipment)
16. 3. Chuẩ n ghép n ố i RS – 232 (ti ế p)
17. 3. Chuẩ n ghép n ố i RS – 232 (ti ế p) . Các phươ ng th ứ c n ố i gi ữ a DTE và DCE:  Đơ n công (simplex connection): d ữ li ệ u ch ỉ đ ượ c truy ề n theo 1 hướ ng  Bán song công ( half-duplex): dữ li ệ u truy ề n theo 2 h ướ ng, như ng m ỗ i th ờ i đi ể m ch ỉ đ ượ c truy ề n theo 1 h ướ ng.  Song công (full-duplex): số li ệ u đ ượ c truy ề n đ ồ ng th ờ i theo 2 hướ ng.
18. 4.2. Các phươ ng pháp vào – ra d ữ li ệ u . 1. Truy xuấ t c ổ ng n ố i ti ế p dùng DOS và BIOS  Lệ nh ng ọ ai trú MODE c ủ a DOS có th ể đ ặ t các thông s ố cho c ổ ng n ố i tiế p RS232.  Thí dụ : MODE COM2:2400, E,8 ,1 chọ n c ổ ng COM2, t ố c đ ộ 2400 baud, parity chẵ n, 8 bit d ữ li ệ u và 1 bit stop.  Cũng có thể dùng ng ắ t 21h c ủ a DOS đ ể phát ho ặ c thu d ữ li ệ u qua c ổ ng nố i ti ế p b ằ ng 4 hàm sau:  Hàm 03h: đọ c 1 ký t ự  Hàm 04h: phát 1 ký tự  Hàm 3Fh: đọ c 1 file  Hàm 40h: ghi 1 file
19. 2. Giao tiế p PC Game . Cấ u trúc và ch ứ c năng c ủ a board ghép n ố i trò ch ơ i (PC game) nh ư hình bên dướ i. B ằ ng l ệ nh IN và OUT có th ể truy xu ấ t qua đ ị a ch ỉ 201h.
20. 2. Giao tiế p PC Game (ti ế p)
21. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím . Bàn phím – cấ u trúc và ch ứ c năng:
22. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím (ti ế p) . Chip xử lý bàn phím liên t ụ c ki ể m tra tr ạ ng thái c ủ a ma tr ậ n quét (scan matrix) để xác đ ị nh công t ắ c t ạ i các t ọ a đ ộ X,Y đang đ ượ c đóng hay m ở và ghi mộ t mã t ươ ng ứ ng vào b ộ đ ệ m bên trong bàn phím. . Sau đó mã này sẽ đ ượ c truy ề n n ố i ti ế p t ớ i m ạ ch ghép n ố i bàn phím trong PC. Cấ u trúc c ủ a SDU cho vi ệ c truy ề n s ố li ệ u này và các chân c ắ m c ủ a đ ầ u nố i bàn phím
23. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím (ti ế p) . STRT: bit start (luôn bằ ng 0) . DB0 - DB7: bit số li ệ u t ừ 0 đ ế n 7. . PAR: bit parity (luôn lẻ ) . STOP: bit stop (luôn bằ ng 1).
24. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím (ti ế p) . Mã quét bàn phím:  Mỗ i phím nh ấ n s ẽ đ ượ c gán cho 1 mã quét (scan code) g ồ m 1 byte  Nế u 1 phím đ ượ c nh ấ n thì bàn phím phát ra 1 mã make code t ươ ng ứ ng vớ i mã quét truy ề n t ớ i m ạ ch ghép n ố i bàn phím c ủ a PC
25. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím (ti ế p) . Truy xuấ t bàn phím qua Bios:  BIOS ghi các ký tự do vi ệ c nh ấ n các phím vào b ộ đ ệ m t ạ m thờ i đ ượ c g ọ i là b ộ đ ệ m bàn phím (keyboard buffer), có đ ị a ch ỉ 40:1E, gồ m 32 byte và do v ậ y k ế t thúc ở đ ị a ch ỉ 40:3D  Mỗ i ký t ự đ ượ c l ư u tr ữ b ằ ng 2 bytes, byte cao là mã quét, và byte thấ p là mã ASCII  Như v ậ y, b ộ đ ệ m có th ể l ư u tr ữ t ạ m th ờ i 16 ký t ự
26. Truy xuấ t bàn phím qua Bios (ti ế p) . Chươ ng trình x ử lý ng ắ t s ẽ xác đ ị nh mã ASCII t ừ mã quét b ằ ng bả ng bi ế n đ ổ i và ghi c ả 2 mã vào b ộ đ ệ m bàn phím. B ộ đ ệ m bàn phím đượ c t ổ ch ứ c nh ư b ộ đ ệ m vòng (ring buffer) và đ ượ c qu ả n lý bở i 2 con tr ỏ . Các giá trị con tr ỏượưữ đ c l u tr trong vùng s ốệủ li u c a BIOS ởị đ a chỉ 40:1A và 40:1C. Ng ắ t INT 16h trong BIOS cung c ấ p 8 hàm cho bàn phím. Thườ ng các hàm BIOS tr ả v ề m ộ t giá tr ị 0 c ủ a ASCII nế u phím đi ề u khi ể nho ặ c ch ứ c năng đ ượ c nh ấ n
27. 3. Giao tiế p v ớ i bàn phím (ti ế p) . Chươ ng trình v ớ i bàn phím qua các c ổ ng:  Các thanh ghi và các port  Mã lệ nh  Các lệ nh cho bàn phím
28. 4. AGP – Accelerated Graphics Port . Nguyên lý chung:  AGP là mộ t Bus 32 bit v ớ i xung nh ị p 66Mhz  Không có thiế t b ị nào trên máy tính s ử d ụ ng AGP bus luôn hoạ t đ ộ ng v ớ i kh ả năng k ế t n ố i t ố i đa.  AGP sử d ụ ng Pipelining đ ể tăng t ố c, Pipelining t ổ ch ứ c vi ệ c thu hồ i d ữ li ệ u theo trình t ự và Graphic Card nh ậ n đ ượ c các đoạ n d ữ li ệ u hoàn tr ả l ạ i các yêu c ầ u đ ơ n l ẻ .
29. 5. PCI Express . PCIe là mộ t d ạ ng giao di ệ n bus h ệ th ố ng/card m ở r ộ ng c ủ a máy tính . Đượ c thi ế t k ế đ ể thay th ế cho giao di ệ n PCI, PCI-X, AGP cho các card mở r ộ ng và đ ồ h ọ a.
30. 5. PCI Express (tiế p) . Kế t n ố i n ố i ti ế p t ố c đ ộ cao  Ban đầ u dùng k ế t n ố i n ố i ti ế p đ ể truy ề n tín hi ệ u  Kế t n ố i song song  PCIe là kế t n ố i n ố i ti ế p mà ho ạ t đ ộ ng nh ư là m ạ ng h ơ n là bus.
31. 5. PCI Express (tiế p)
32. 5. PCI Express (tiế p) . Vấ n đ ề băng thông:  PCIe gồ m nhi ề u lo ạ i 1x, 2x, 4x, 8x, 12x, 16x  Băng thông lớ n h ơ n r ấ t nhi ề u so v ớ i PCI cũ.  4x, 8x, 12x sử d ụ ng trong th ị tr ườ ng máy ch ủ .  1x, 2x, 16x sử d ụ ng cho ng ườ i dùng thông th ườ ng.  Mỗ i đ ườ ng lane c ủ a PCIe g ồ m 2 c ặ p dây, 1 đ ể truy ể n, 1 đ ể gử i.  Gói dữ li ệ u di chuy ể n v ớ i t ố c đ ộ 1bit/chu kì.
33. 5. PCI Express (tiế p)
34. 5. PCI Express (tiế p) . Tố c đ ộ nhanh h ơ n:  Bus PCI có độ r ộ ng 32 bit, t ố c đ ộ đ ồ ng h ồ xung nh ị p cao nh ấ t là 33Mhz, cho phép dl truyề n t ớ i 133MB/s  PCI-X có độ r ộ ng 64 bit truy ề n dl t ừ 512MB t ớ i 1GB/s
35. 5. PCI Express (tiế p)
36. 5. PCI Express (tiế p) . Nhữ ng đi ềệ u ki n thu ậợ n l i khi chuy ểốộếốốế n t c đ k t n i n i ti p:  Ưu tiên d ữ li ệ u, ngăn ch ặ n hi ệ n t ượ ng ngh ẽ n m ạ ch  Dữ li ệ u đ ượ c truy ề n theo th ờ i gian th ự c  Sử d ụ ng ít chân c ắ m h ơ n do đ ộ r ộ ng dl nh ỏ h ơ n bus thông th ườ ng  Dễ dàng k ế t n ố i và dò tìm l ỗ i  Đơ n gi ả n h ơ n đ ể ng ắ t dl thành nh ữ ng gói nh ỏ và đ ặ t nh ữ ng gói nh ỏ cùng vớ i nhau.  Mỗ i thi ế t b ị có nh ữ ng đ ườ ng dl riêng do k ế t n ố i Point – to – Point t ừ Switch.  Tín hiệ u t ừ nhi ề u ngu ồ n không m ấ t th ờ i gian làm vi ệ c trên cùng m ộ t bus.