This Paper
A short summary of this paper
37 Full PDFs related to this paper
Download
PDF Pack
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Giảng viên: TS. Hoàng Xuân Dậu Điện thoại/E-mail: Bộ môn: Khoa học máy tính - Khoa CNTT1 Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 1 năm học 2009-2010 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 2 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU NỘI DUNG 1. Giới thiệu các phương pháp vào ra dữ liệu 2. Vào ra bằng thăm dò 3. Ngắt và xử lý ngắt Ngắt và phân loại ngắt Chu trình xử lý ngắt 4. Vào ra bằng ngắt Vào ra bằng ngắt Giới thiệu mạch điều khiển ngắt 8259 5. Vào ra bằng DMA Vào ra bằng DMA Giới thiệu mạch điều khiển DMA 8237 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 3 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 1. Giới thiệu các phương pháp vào ra dữ liệu Vai trò của vào ra dữ liệu: Là phương tiện giúp CPU giao tiếp với thế giới bên ngoài Cung cấp dữ liệu đầu vào cho CPU xử lý Cung cấp phương tiện để CPU kết xuất dữ liệu đầu ra Các phương pháp vào ra chính: Thăm dò [polling] Ngắt [Interrupt] Truy nhập trực tiếp bộ nhớ [DMA-Direct Memory Access] BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 4 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 1. Giới thiệu các phương pháp vào ra dữ liệu Các cổng vào ra của máy tính PS/2: cổng ghép nối với bàn phím và chuột COM: các cổng ghép nối nối tiếp LPT: các cổng ghép nối song song IDE, SATA, SCSI: các cổng ghép nối ổ đĩa LAN: cổng ghép nối mạng cục bộ Audio: cổng ghép nối âm thanh [speaker, mic và line-in] Video: Cổng ghép nối với màn hình [tương tự] DVI : Cổng ghép nối với màn hình [số] USB: Cổng ghép nối theo chuẩn USB • USB 1.0: 12Mb/s • USB 2.0: 480Mb/s • USB 3.0: 1.5Gb/s [tương lai] BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 5 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 2. Vào ra bằng thăm dò Cơ chế vào ra bằng thăm dò: CPU quản lý danh sách các thiết bị vào ra kèm theo địa chỉ các cổng giao tiếp; Các thiết bị vào ra định kỳ cập nhật trạng thái sẵn sàng làm việc của mình lên các bít cờ trạng thái vào ra của mình; CPU định kỳ lần lượt “quét” các thiết bị vào ra để “đọc” các bit cờ trạng thái vào ra; • Nếu gặp một thiết bị sẵn sàng làm việc, 2 bên tiến hành trao đổi dữ liệu; • Trao đổi dữ liệu xong, CPU tiếp tục quét thiết bị khác. CPU là bên chủ động trong quá trình trao đổi dữ liệu BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 6 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 2. Vào ra bằng thăm dò Ưu điểm: Đơn giản, dễ cài đặt Có thể được cài đặt bằng phần mềm Nhược điểm: Hiệu quả thấp do CPU tốn nhiều thời gian để thăm dò các thiết bị Không thực sự khả thi khi có nhiều thiết bị trong danh sách thăm dò Ứng dụng của vào ra bằng thăm dò: Thăm dò thường được sử dụng khi hệ thống khởi động: CPU thăm dò hầu hết các thiết bị để xác lập cấu hình Thăm dò được sử dụng trong quá trình hoạt động với các thiết bị rời [removable] như ổ đĩa CD/DVD, ổ mềm, BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 7 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 2. Vào ra bằng thăm dò – không ưu tiên Ba thiết bị A, B, C được thăm dò không ưu tiên CPU quét tất cả các thiết bị trong một chu trình thăm dò CPU có thể trao đổi dữ liệu với nhiều hơn 1 thiết bị trong một chu trình thăm dò Các thiết bị được “thăm” lần lượt, không phụ thuộc vào thiết bị đứng trước chu trình. CPU bắt đầu 1 chu trình thăm dò mới sau khi đã quét qua tất cả các thiết bị. Start A Ready? Exchange data with A Yes No B Ready? Exchange data with B Yes No C Ready? Exchange data with C Yes No BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 8 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 2. Vào ra bằng thăm dò – có ưu tiên Ba thiết bị A, B, C được thăm dò có ưu tiên theo thứ tự: A, B, C; CPU có thể quét tất cả các thiết bị trong một chu trình thăm dò CPU chỉ trao đổi dữ liệu với tối đa 1 thiết bị trong một chu trình thăm dò Các thiết bị có mức ưu tiên cao luôn được thăm trước; Các thiết bị có mức ưu tiên thấp chỉ được thăm nếu các thiết bị đứng trước nó không sẵn sàng. CPU bắt đầu 1 chu trình thăm dò mới ngay sau khi trao đổi dữ liệu với một thiết bị. Start A Ready? Exchange data with A Yes No B Ready? Exchange data with B Yes No C Ready? Exchange data with C Yes No BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 9 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt Ngắt là gì? Ngắt [Interrupt] là một sự kiện mà CPU tạm dừng thực hiện một chương trình để thực hiện một đoạn chương trình khác theo yêu cầu từ bên ngoài; Thông thường các yêu cầu từ bên ngoài thường xuất phát từ các thiết bị vào ra. Các yêu cầu này gọi là các yêu cầu ngắt; Đoạn chương trình CPU thực hiện trong thời gian ngắt được gọi là chương trình con phục vụ ngắt [CTCPVN]. Các CTCPVN là các đoạn chương trình: Được viết sẵn và lưu trong ROM; Mỗi CTCPVN có nhiệm vụ riêng và thường là đảm nhiệm việc trao đổi dữ liệu với thiết bị vào ra. Khi nào CPU kiểm tra và xử lý ngắt: CPU kiểm tra yêu cầu ngắt tại chu kỳ đồng hồ cuối cùng của chu kỳ lệnh. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 10 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt Phân loại ngắt Ngắt cứng: là các ngắt được kích hoạt bởi các bộ phận phần cứng gửi đến chân NMI và INTR của CPU; gồm: • Ngắt không che được NMI [Non-Maskable Interrupt]: ngắt gửi đến chân NMI của CPU, không chịu sự ảnh hưởng của cờ ngắt; VD: ngắt Reset; • Ngắt che được INTR [Maskable Interrupt]: ngắt gửi đến chân INTR của CPU, chịu sự chi phối của cờ ngắt; Cờ IF=1 cho phép ngắt, IF=0 cấm ngắt. Ngắt mềm: là các ngắt được kích hoạt bởi các chương trình thông qua lệnh gọi ngắt INT . N là số hiệu ngắt, N=0-255. Các ngắt ngoại lệ: là các ngắt do các lỗi nảy sinh trong quá trình hoạt động của CPU: • Ngắt chia cho 0 [divide by zero] • Ngắt do tràn [overflow] BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 11 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt Trật tự ưu tiên trong xử lý các yêu cầu ngắt Các yêu cầu ngắt được gán một mức ưu tiên Khi nhận được nhiều yêu cầu ngắt đồng thời, CPU sẽ xử lý chúng theo mức ưu tiên định trước Mức ưu tiên các yêu cầu ngắt [từ cao nhất đến thấp nhất] 1. Ngắt nội bộ: INT 0 [chia cho 0], INT N [N0] 2. Ngắt không che được NMI 3. Ngắt che được INTR 4. Ngắt chạy từng lệnh: INT 1 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 12 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt – Bảng vector ngắt Vi xử lý 8086/8088 có 256 ngắt được đánh số từ 0-255 Một vector ngắt gồm các thông tin: Số hiệu ngắt N, N=0-255 hoặc 00-FFH Địa chỉ đầy đủ chương trình con phục vụ ngắt [CTCPVN] lưu trong bộ nhớ ROM. Địa chỉ đầy đủ gồm: • Địa chỉ đoạn [CS] • Địa chỉ lệch [IP] Bảng vector ngắt lưu thông tin về 256 vector ngắt. Mỗi bản ghi của bảng gồm các thông tin: Số hiệu ngắt Địa chỉ đoạn và địa chỉ lệch của CTCPVN. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 13 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt – Bảng vector ngắt CS IP CS IP 01 02 FF Bảng vector ngắt ROM Bắt đầu đoạn Bắt đầu CTCPVN BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 14 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt – Chu trình xử lý ngắt CTC Thân CTC Yêu cầu ngắt CPU tự: • Lưu t.ghi cờ FR • Xoá IF và TF • Lưu CS và IP • Lấy đ/c CTCPVN CTCPVN Thân CTCPVN IRET CPU tự: • Khôi phục CS và IP • Khôi phục FR • Đặt cờ IF và TF Các lệnh lưu giá trị các thanh ghi dùng chung Các lệnh khôi phục giá trị các thanh ghi dùng chung Tạm dừng CTC Tiếp tục CTC BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 15 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 3.a Ngắt và xử lý ngắt – Chu trình xử lý ngắt 1. Khi nhận được yêu cầu ngắt, CPU thực hiện các việc: a. Hoàn tất lệnh đang thực hiện của chương trình chính [CTC] b. Lưu giá trị của thanh ghi cờ FR vào ngăn xếp c. Xoá cờ ngắt IF và cờ bẫy TF d. Lưu giá trị của các t.ghi CS và IP vào ngăn xếp e. Từ số hiệu ngắt N, lấy địa chỉ của CTCPVN từ bảng vector ngắt 2. Nạp địa chỉ của CTCPVN vào CS và IP, CPU thực hiện CPCPVN, gồm: a. Lưu giá trị các thanh ghi dùng chung vào ngăn xếp b. Thực hiện mã chính của CTCPVN c. Khôi phục giá trị các thanh ghi dùng chung 3. Gặp lệnh IRET kết thúc CTCPVN, CPU thực hiện các việc: a. Khôi phục giá trị của CS và IP b. Khôi phục giá trị của thanh ghi cờ FR c. Đặt cờ ngắt IF và cờ bẫy TF 4. CPU tiếp tục thực hiện lệnh tiếp theo của CTC [nằm sau lệnh xảy ra ngắt]. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 16 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.a Vào ra bằng ngắt – Chu trình vào ra bằng ngắt 1. Thiết bị vào ra có nhu cầu trao đổi dữ liệu, gửi yêu cầu ngắt đến chân tín hiệu INTR của CPU; 2. Khi nhận được yêu cầu ngắt, CPU thực hiện các việc: a. Hoàn tất lệnh đang thực hiện của chương trình chính [CTC] b. Lưu giá trị của thanh ghi cờ FR vào ngăn xếp c. Xoá cờ ngắt IF và cờ bẫy TF d. Lưu giá trị của các t.ghi CS và IP vào ngăn xếp e. Gửi tín hiệu xác nhận ngắt đến thiết bị vào ra qua chân tín hiệu INTA 3. Nhận được hiệu xác nhận ngắt của CPU, thiết bị vào ra gửi số hiệu ngắt N đến CPU 4. Nhận được số hiệu ngắt N, CPU lấy địa chỉ của CTCPVN tương ứng từ bảng vector ngắt BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 17 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.a Vào ra bằng ngắt – Chu trình vào ra bằng ngắt 5. Nạp địa chỉ của CTCPVN vào CS và IP, CPU thực hiện CPCPVN, gồm: a. Lưu giá trị các thanh ghi dùng chung vào ngăn xếp b. Thực hiện mã chính của CTCPVN: đồng thời thực hiện việc trao đổi dữ liệu với thiết bị vào ra c. Khôi phục giá trị các thanh ghi dùng chung 6. Gặp lệnh IRET kết thúc CTCPVN, CPU thực hiện các việc: a. Khôi phục giá trị của CS và IP b. Khôi phục giá trị của thanh ghi cờ FR c. Đặt cờ ngắt IF và cờ bẫy TF 7. CPU tiếp tục thực hiện lệnh tiếp theo của CTC [nằm ngay sau lệnh xảy ra ngắt]. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 18 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.a Vào ra bằng ngắt – Ưu và nhược điểm Ưu điểm Hiệu quả hơn vào ra bằng thăm dò, do CPU không phải thăm dò từng thiết bị Nhược điểm Phức tạp hơn vào ra bằng thăm dò Cần mạch phần cứng để điều khiển ngắt Bên chủ động trong vào ra bằng ngắt: Thiết bị vào ra BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 19 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b Mạch điều khiển ngắt 8259A Trường hợp có nhiều yêu cầu ngắt che được [ngắt gửi đến chân INTR], mạch điều khiển ngắt 8259A thường được sử dụng để giải quyết vấn đề ưu tiên xử lý các yêu cầu ngắt. Vi mạch 8259A được gọi là mạch điều khiển ngắt lập trình được [Programmable Interrupt Controller - PIC]. Là một vi mạch cỡ lớn có thể xử lý trước được 8 yêu cầu ngắt với các mức ưu tiên khác nhau để tạo ra một yêu cầu ngắt đưa đến đầu vào INTR của CPU 8086. Nếu nối tầng 1 mạch 8259A chủ với 8 mạch 8259A thợ ta có thể nâng tổng số các yêu cầu ngắt với các mức ưu tiên khác nhau lên thành 64. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 20 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Sơ đồ chân và các tín hiệu D0-D7 Dữ liệu RD, WR Đọc, Ghi [mức thấp] A0 Địa chỉ thanh ghi CS Chọn chip CAS0-2 Ghép tầng với PIC khác SP Xác định PIC chủ [master SP=1] thợ [slave SP=0] EN Mở đệm dữ liệu INT Yêu cầu ngắt ghép với INTR của CPU INTA Xác nhận ngắt ghép với INTA của CPU D0-D7 Tín hiệu dữ liệu ghép với bus dữ liệu của CPU BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 21 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Sơ đồ khối BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 22 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Sơ đồ khối Thanh ghi Interrupt Request Register [IRR]: ghi nhớ các yêu cầu ngắt có tại đầu vào IRi. Khối Priority resolver: xác định thứ tự ưu tiên của các yêu cầu ngắt. Thanh ghi Interrupt Service Register [ISR]: ghi nhớ các yêu cầu ngắt đang được phục vụ trong số các yêu cầu ngắt IRi. Thanh ghi Interrupt Mask Register [IMR]: ghi nhớ mặt nạ ngắt đối với các yêu cầu ngắt IRi. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 23 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Sơ đồ khối Logic điều khiển [Control Logic]: khối này có nhiệm vụ gửi yêu cầu ngắt tới INTR của 8086 khi có tín hiệu tại các chân IRi và nhận trả lời chấp nhận yêu cầu ngắt INTA từ CPU để rồi điều khiển việc đưa ra kiểu ngắt trên buýt dữ liệu. Đệm buýt dữ liệu [Data Bus Buffer]: dùng để phối ghép 8259A với bus dữ liệu của CPU. Logic điều khiển ghi/đọc [Read/Write Logic]: điều khiển việc ghi các từ điều khiển và đọc các từ trạng thái của 8259A. Khối đệm nối tầng và so sánh [Cascade buffer/ comparator]: ghi nhớ và so sánh số hiệu của các mạch 8259A có mặt trong hệ vi xử lý. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 24 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Ghép nối với CPU BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: TS. HOÀNG XUÂN DẬU BỘ MÔN: KHOA HỌC MÁY TÍNH - KHOA CNTT1 Trang 25 CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU 4.b PIC 8259A – Ghép nối nhiều tầng với CPU