�ݺ�ߣ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG MÔN
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Giảng viên: Phạm Văn Cường
Điện thoại/E-mail: cuongpham.ptit@gmail.com
WWW: https://sites.google.com/view/cuongpham/home
CHƯƠNG 7 – 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

7.1. 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)

7.1. 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)

7.2. 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

7.2. 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, ...

7.2. 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

7.2. 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

7.3 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.

 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>. 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)

 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 (N<>0)
2. Ngắt không che được NMI
3. Ngắt che được INTR
4. Ngắt chạy từng lệnh: INT 1

7.3 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.

7.3 Ngắt và xử lý ngắt – Bảng vector ngắt
CS
IP
CS
IP
00
01
FF
Bảng
vector ngắt
ROM
Bắt đầu đoạn
Bắt đầu CTCPVN

7.3 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

7.3 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).

7.3 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

7.3 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).

7.3 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

7.3 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.

7.3 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

7.3 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.

 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.

7.3 PIC 8259A – Ghép nối với CPU

7.3 PIC 8259A – Ghép nối nhiều tầng với CPU

7.3 Lập trình cho PIC 8259A
 PIC được lập trình thông qua việc nạp các giá trị thích hợp
cho 7 thanh ghi của 8259A:
 4 từ khởi tạo ICW (Initialization Control Word)
 3 từ điều khiển hoạt động OCW (Operation Control Word)
 ICW xác lập chế độ hoạt động cho PIC-8259A
 OCW điều khiển 8259A hoạt động ở các chế độ khác nhau

7.3 L.trình PIC 8259A – Xác lập chế độ làm việc
Bít địa chỉ A0 = 0  ICW1
A0 = 1  ICW2, 3, 4

7.3 Lập trình PIC 8259A – ICW1

 Xác định số hiệu ngắt

 ICW2 với 8088/8086

7.3 Lập trình PIC 8259A – Ví dụ
 Xác định các từ khởi tạo cho 8259 ghép nối với 8086 ở chế
độ độc lập, trong hệ có đệm bus, chế độ ưu tiên cố định và
với EOI thường, IR kích hoạt theo mức, tín hiệu IR được
gán số hiệu ngắt 50H.

7.3 Lập trình PIC 8259A – OCW1

7.3 Lập trình PIC 8259A – OCW2

7.3 PIC 8259 – Trình tự xử lý các sự kiện
 Các tín hiệu yêu cầu ngắt do thiết bị vào/ra gửi tới PIC làm
cho các bít tương ứng trong IRR được bật lên
 PIC xem xét các yêu cầu ngắt và báo hiệu cho CPU khi cần
(INTR)
 CPU xác nhận ngắt bằng cách đưa ra INTA
 Khi nhận được INTA, PIC xóa bít tương ứng trong IRR và bít
ưu tiên cao nhất của ISR được bật
 CPU đưa ra INTA thứ 2, PIC đưa ra 1 byte dữ liệu về số
hiệu ngắt
 Kết thúc chu kỳ ngắt. Nếu dùng AEOI thì bit ISR bị xóa vào
cuối xung INTA thứ 2. Nếu không, bít ISR giữ nguyên cho
đến khi có câu lệnh EOI.

7.4 Vào ra bằng DMA – Giới thiệu
 Trong các phương pháp
vào ra bằng thăm dò và
ngắt thiết bị vào ra trao đổi
dữ liệu với bộ nhớ thông
qua CPU.
 Phương pháp vào ra bằng
DMA (Direct Memory
Access) cho phép thiết bị
vào ra trao đổi dữ liệu trực
tiếp với bộ nhớ theo khối,
không thông qua CPU;
 DMA thích hợp khi cần trao
đổi dữ liệu với khối lượng
lớn trong khoảng thời gian
ngắn.
CPU
Memory
I/O
CPU
Memory
I/O
DMAC
Vào ra bằng
ngắt và thăm dò
Vào ra bằng DMA

7.4 Vào ra bằng DMA – Giới thiệu
 DMAC (DMA Controller) thay mặt CPU điều khiển quá trình
trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa thiết bị vào ra và bộ nhớ;
 DMA có tốc độ cao hơn nhiều lần so với vào ra bằng thăm
dò và ngắt. Ví dụ, với VXL 8088:
 Vào ra bằng DMA mất 4 chu kỳ đồng hồ để chuyển 1 byte thiết
bị ngoại vi vào bộ nhớ;
 Vào ra thông qua CPU mất 39 chu kỳ đồng hồ để chuyển 1
byte thiết bị ngoại vi vào bộ nhớ:
;Số chu kỳ đồng hồ
LAP: MOV AL, [SI]; 10
OUT PORT, AL; 10
INC SI; 2
LOOP LAP; 17
; Cộng: 39 chu kỳ

7.4 Vào ra bằng DMA – Hệ VXL với DMAC
CPU
HOLD
Bộ nhớ
Thiết bị
vào/ra
Bộ điều khiển
DMA
HLDA
DRQ
DACK
Bus hệ thống

7.4 Vào ra bằng DMA – Chu trình vào ra bằng DMA
1. Thiết bị vào ra có yêu cầu trao đổi dữ liệu gửi yêu cầu DRQ đến CPU
thông qua DMAC;
2. DMAC chuyển yêu cầu DRQ thành HRQ và gửi đến chân tín hiệu
HOLD của CPU;
3. Nhận được yêu cầu sử dụng bus HRQ, CPU:
a. Gửi các tham số điều khiển trao đổi dữ liệu và tín hiệu xác nhận yêu cầu sử
dụng bus HACK cho DMAC qua chân tín hiệu HLDA;
b. Tự tách ra khỏi bus hệ thống (100% các tín hiệu của bus A và D và một số
tín hiệu của bus C)
4. Nhận được HACK, DMAC chiếm quyền điều khiển bus hệ thống và gửi
tín hiệu xác nhận DACK cho thiết bị vào ra;
5. DMAC điều khiển quá trình trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa thiết bị vào ra
và bộ nhớ;
6. Kết thúc quá trình DMA, DMAC trả quyền điều khiển bus cho CPU.

7.4 Vào ra bằng DMA – Ưu và nhược điểm
 Ưu điểm:
 Hiệu suất rất cao do dữ liệu được trao đổi trực tiếp theo khối
giữa thiết bị vào ra và bộ nhớ không thông qua CPU
 Nhược điểm:
 Phức tạp hơn vào ra bằng thăm dò và ngắt
 Cần mạch phần cứng để điều khiển quá trình DMA
 Bên chủ động trong vào ra bằng DMA:
 Thiết bị vào ra

7.4 Mạch điều khiển DMA 8237
 Hỗ trợ 4 kênh DMA độc lập
 Tự động khởi tạo độc lập cho tất cả các kênh
 Điều khiển cho phép hoặc cấm từng yêu cầu DMA riêng
lẻ
 Truyền từ bộ nhớ tới bộ nhớ
 Khởi tạo các khối bộ nhớ
 Tự động tăng/giảm địa chỉ
 Tốc độ truyền dữ liệu tới 1.6MB/s với 8237A ở 5MHz

7.4 Các tín hiệu của 8237

�ݺ�ߣ

KTMT-Chuong 7 -Các phương pháp vào ra.pptx

Recommended

More Related Content

Similar to KTMT-Chuong 7 -Các phương pháp vào ra.pptx (20)

Recently uploaded (18)

KTMT-Chuong 7 -Các phương pháp vào ra.pptx

Editor's Notes