Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 4 - Nguyễn Ngọc Duy

Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 4 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống Bus; Một số loại bus: ISA, EISA, PCI, AGP, PCI-E; Hệ thống nhập/xuất; Các phương pháp điều khiển nhập/xuất; Thiết bị ngoại vị và phương pháp nối ghép; Các cổng nhập/xuất thông dụng trên PC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính và hệ điều hành: Chương 4 - Nguyễn Ngọc Duy Chương 4 NHẬP/XUẤT 1 1 Nội dung  Hệ thống Bus  Một số loại bus: ISA, EISA, PCI, AGP, PCI-E  Hệ thống nhập/xuất  Các phương pháp điều khiển nhập/xuất  Thiết bị ngoại vị và phương pháp nối ghép  Các cổng nhập/xuất thông dụng trên PC Hệ thống BUS register On chip bus System bus CPU Memory I/O I/O ALU Board Board Local bus Coprocessor Hệ thống BUS  Bus là tập hợp các đường kết nối dùng để vận chuyển thông tin giữa các thành phần của máy tính với nhau.  Độ rộng bus là số đường dây của bus có thể truyền các bit thông tin đồng thời (chỉ dùng cho bus địa chỉ và bus dữ liệu)  Phân loại cấu trúc bus:  Cấu trúc đơn bus  Cấu trúc đa bus Hệ thống BUS Hệ thống BUS  Bus địa chỉ (Address bus)  Vận chuyển địa chỉ để xác định ngăn nhớ hay cổng vào/ra.  Độ rộng bus địa chỉ xác định dung lượng bộ nhớ cực đại của hệ thống.  Nếu độ rộng bus địa chỉ là N bit: AN-1, AN-2, ... A2, A1, A0 =>dung lượng bộ nhớ cực đại là 2N byte (còn gọi là không gian địa chỉ bộ nhớ) Ví dụ: Bộ xử lý Intel Pentium có bus địa chỉ 32 bit => không gian địa chỉ là 232 byte = 4 GB. Hệ thống BUS  Bus dữ liệu (Data bus)  Vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU  vận chuyển dữ liệu giữa CPU, các môđun nhớ và môđun vào-ra.  Độ rộng bus dữ liệu xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thời.  M bit: DM-1, DM-2, …D2, D1, D0  M thường là 8, 16, 32, 64, 128 bit Ví dụ: Các bộ xử lý Pentium có bus dữ liệu là 64 bit Hệ thống BUS  Bus điều khiển (Control bus)  Vận chuyển các tín hiệu điều khiển  Các loại tín hiệu điều khiển:  Các tín hiệu phát ra từ CPU để điều khiển môđun nhớ và môđun nhập/xuất  Các tín hiệu từ môđun nhớ hay môđun nhập/xuất gửi đến yêu cầu CPU.  Các tín hiệu điều khiển đọc/ghi:  Memory Read (MEMR)  Memory Write (MEMW)  I/O Read (IOR)  I/O Write (IOW) Hệ thống BUS  Bus điều khiển (Control bus)  Các tín hiệu điều khiển ngắt:  Interrupt Request (INTR)  Interrupt Acknowledge (INTA)  Non Markable Interrupt (NMI)  Reset  Các tín hiệu điều khiển bus:  Bus Request (BRQ): (HOLD)  Bus Grant (BGT): (Hold Acknowledge (HLDA)  Lock  Unlock Hệ thống BUS  Phân cấp bus cho các thành phần:  Bus của bộ xử lý  Bus của bộ nhớ chính  Các bus vào-ra  Phân cấp bus khác nhau về tốc độ  Bus bộ nhớ chính và các bus nhập/xuất không phụ thuộc vào bộ xử lý cụ thể. Hệ thống BUS  Tại một thời điểm chỉ một module trong CPU và DMA Controller có thể điều khiển bus.  Sự điều phối này chia thành 2 dạng:  Điều phối tập trung: - Một thiết bị phần cứng điều khiển sự truy nhập bus được gọi là Bộ điều khiển bus (Bus Controller) hay Trọng tài bus (Arbiter) - Có thể nằm trên CPU hoặc tách riêng  Điều phối phân tán: - Mỗi môđun có thể điều khiển bus, nhưng có sự điều khiển logic trên tất cả các môđun. Hệ thống BUS  Có 2 dạng bus:  Bus đồng bộ  Bus có đường tín hiệu Clock  Các sự kiện trên bus được xác định bởi xung nhịp Clock.  Bus không đồng bộ  Không có đường tín hiệu Clock  Kết thúc một sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt cho một sự kiện tiếp theo. Hệ thống BUS  Bus đồng bộ Hệ thống BUS  Bus bất đồng bộ Chu kỳ đọc Chu kỳ ghi Một số loại BUS  Các Bus điển hình  Bus của bộ xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc độ nhanh nhất.  Bus của bộ nhớ chính (nối ghép với các môđun RAM).  AGP bus (Accelerated Graphic Port) - Bus đồ họa tăng tốc: nối ghép card màn hình tăng tốc.  ISA (Industry Standard Architecture)  PCI bus (Peripheral Component Interconnection): nối ghép với các TBNV có tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh.  USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa năng  IDE (Integrated Driver Electronics): Bus kết nối với ổ đĩa cứng hoặc ổ đĩa CD, DVD. Một số loại BUS  Các Bus điển hình trong PC Một số loại BUS  ISA Bus (Industry Standard Architecture)  PC/XT:  20 đường địa chỉ  8 bit dữ liệu  Intel 8086/8088  62 chân  PC/AT  24 đường địa chỉ  16 bit dữ liệu  Intel 80286  98 chân Một số loại BUS  EISA Bus (Extended Industry Standard Architecture)  32 đường địa chỉ  32 bit dữ liệu  Phần mở rộng có 2 levels  Ngắt có thể được lập trình Một số loại BUS  MCA (Micro Channel architecture)  Cấu trúc giống EISA  Bảng mạch nhỏ hơn EISA  Dữ liệu 8 bit, 16 bit, 32 bit  Intel 80386/80486 Network Interface Card IBM 83X9648 (MCA) Một số loại BUS  PCI Bus (Peripheral Component Interconnect)  Do Intel thiết kế, độc lập với CPU  Băng thông rộng (133MB/sec, 528MB/sec)  Hỗ trợ Plug-and-Play  (thiết lập cấu hình tự động)  Bus dữ liệu: 32 bit, 64 bit  Xung nhịp: 33 MHz, 66 MHz ...