Ch­¬ng iii: c¸c ph­¬ng ph¸p vµo ra d÷  liÖu trong m¸y tÝnh

1.Cấu trúc phần cứng của hệ thống vào/ra dữ liệu. 

          + Đơn vị xử lý trung tâm CPU thực hiện trao đổi thông tin với các thiết bị ngoại vi và thế giới bên ngoài thông qua thiết bị giao diện. Thiết bị giao diện là loại thiết bị khả trình. Mỗi một thiết bị giao diện đều có ba loại thanh ghi, mỗi loại thực hiện một chức năng khác nhau, đó là các thanh ghi điều khiển (control), thanh ghi trạng thái (status) và thanh ghi dữ liệu (data). Mỗi một thanh ghi đều được gán một địa chỉ xác định, gọi là địa chỉ cổng. 

+ Các thanh ghi điều khiển (thanh ghi CONTROL) nhận và chứa các từ điều khiển xác lập chế độ làm việc của thiết bị. + Các thanh ghi trạng thái (thanh ghi STATUS) chứa thông tin phản ảnh trạng thái làm việc của thiết bị giao diện và thiết bị ngoại vi. + Các thanh ghi dữ liệu (thanh ghi DATA) thực hiện chức năng bộ đệm tạm chứa dữ liệu vào/ra

2. Các phương pháp vào/ra dữ liệu:

- Có 4 phương pháp vào ra dữ liệu, nằm trong hai nhóm phương pháp khác nhau 

+ Phương pháp vào/ra dữ liệu theo định trình

- Phương pháp vào ra theo định trình là phương pháp trong đó quá trình vào ra được thực hiện theo một chu kỳ xác định trước, nhờ các lệnh vào ra ( lệnh IN hoặc OUT) và CPU không quan tâm đến trạng thaw của thiết bị vào ra ( gồm thiết bị giao diện và thiết bị ngoại vi).  .Ưu điểm: Phương pháp này phù hợp với những quá trình vào/ra có chu kỳ cố định và có thể xác định trước.  Nhược điểm: Độ tin cậy không cao 

+Phươngphápvào/radữliệutheokiểuthămdò

- Trong mỗi thiết bị giao diện thường có ít nhất một thanh ghi trạng thái chứa thông tin phản ánh trạng thái làm việc của thiết bị này và của thiết bị ngoại vi. Khi thực hiện phương pháp vào ra có thăm dò, CPU luôn thực hiện kiểm tra trạng thái sẵn sàng làm việc của thiết bị trước khi thực hiện thật sự việc vào ra dữ liệu. Việc kiểm tra trạng thái sẵn sàng của thiết bị bằng cách kiểm tra thông tin trên thanh ghi trạng thái. Ưu điểm của phương pháp thăm dò: do CPU luôn kiểm tra trạng thái sẵn sàng làm việc của thiết bị trước khi thực hiện vào/ra dữ liệu nên quá trình vào/ra dữ liệu kiểu này có độ tin cậy cao. Nhược điểm: Do CPU luôn phải kiểm tra lần lượt trạng thái làm việc của các thiết bị cho nên tốc độ vào/ra dữ liệu chậm

+ Phương pháp vào/ra dữ liệu theo ngắt cứng  Ngắt:

- Là sự kiện CPU bị tạm dừng tiến trình đang thực hiện để chuyển sang thực hiện quá trình phục vụ ngắt Ngắt cứng là phương pháp vào/ra dữ liệu trong đó thiết bị vào/ra chủ động khởi động quá trình vào/ra dữ liệu nhờ hệ thống ngắt cứng.Quá trình vào ra theo ngắt cứng;

       - CPU dang thực hiện một chương trình nào đó   -   Một hoặc nhiều thiết bị vào/ra có yêu cầu được phục vụ phát tín hiệu IRQ cho PIC   -   Thiết bị PIC phát ra tín hiệu INT cho CPU, đòi CPU phục vụ  -   CPU thực hiện các thao tác sau:++ Thực hiện nốt lệnh của chương trình hiện hành.++ Lưu địa chỉ trở về (nội dung các thanh ghi CS, IP) và thanh ghi cờ FLAGS vào ngăn xếp.++ Gửi 2 tín hiệu trả lời ngắt INTA cho PIC-   PIC nhận được tín hiệu INTA lần thứ 1 từ CPU thì PIC không gửi gì cho CPU mà thực hiện chức năng của nó như: Sắp xếp độ ưu tiên cho các yêu cầu ngắt IRQi. -   PIC nhận được tín hiệu INTA lần 2 thì nó phát số hiệu ngắt (con số đại diện cho địa chỉ của chương trình con phục vụ ngắt, và tương ứng với tín hiệu IRQ) cho CPU.-   Dựa trên số hiệu ngắt này CPU kích hoạt và thực hiện chương trình con phục vụ ngắt để thực hiện vào ra dữ liệu. -   Khi chương trình phục vụ ngắt kết thúc (Khi CPU thực hiện lệnh IRET) thì CPU khôi phục địa chỉ trở về vào thanh ghi CS, IP, nội dung thanh ghi FLAGS và tiếp tục tiếp tục thực hiện chương trình vừa bị tạm dừng.

Ưu điểm:

 - CPU thực hiện vào ra dữ liệu ngay sau khi có yêu cầu từ TB bên ngoài do vậy quá trình vào dữ liệu có độ tin cậy cao. -   CPU chỉ phục vụ thiết bị vào ra khi có yêu cầu do vậy tăng hiệu quả làm việc của CPU.

Nhược điểm:

- Chỉ đc dùng để thực hiện vào/ra dữ liệu với phần lớn các thiết bị chuẩn của máy tính như: Bàn phím, máy in, thiết bị vào/ra nối tiếp, song song,… đây chưa phải là phương pháp vào ra dữ liệu nhanh nhất.

+ Phương pháp vào/ra dữ liệu theo kiểu DMA

- Quá trình vào ra dữ liệu trực tiếp giữa bộ nhớ và thiết bị ngoại vi không qua CPU được gọi là quá trình DMA. Trong quá trình DMA việc chuyển dữ liệu không được điều khiển bởi CPU mà bởi một thiết bị phần cứng điều khiển DMAC. 

- Cấu trúc hệ thống vào ra dữ liệu theo kiểu truy nhập trực tiếp bộ nhớ như sau.

- Quá trình DMA được thực hiện như sau:Giả sử CPU đang thực hiện bình thường

-  DMAC được xác lập chế độ làm việc, nhận thông tin về địa chỉ đầu khối nhớ chứa dữ liệu và kích thước khối dữ liệu cần truyền -TB ngoại vi phát tín hiệu DRQ cho DMAC  -DMAC phát tín hiệu HOLD=1 cho CPU, đòi CPU đi vào chế độ DMA  -CPU thực hiện nốt chu kỳ máy  -CPU phát tín hiệu HLDA trả lời cho DMAC và tự tách ra khỏi hệ thống BUS. Quyền điều khiển hệ thống BUS thuộc về DMAC .-DMAC làm chủ hệ thống BUS (bus dữ liệu, bus điều khiển, bus điều khiển) - DMAC tạo ra tín hiệu DACK trả lời thiết bị yêu cầu, phát địa chỉ ô nhớ lên BUS địa chỉ, phát ra các tín hiệu điều khiển ghi/đọc thiết bị vào/ra và các tín hiệu điều khiển ghi/đọc bộ nhớ và thực hện điều khiển toàn bộ quá trình chuyển dữ liệu trực tiếp giữa thiết bị vào/ra và bộ nhớ. -       Khi một khối dữ liệu được chuyển xong, DMAC kết thúc quá trìnhDMA bằng việc phát tín hiệu HOLD=0 cho CPU và trả quyền điều khiển hệ thống BUS

cho CPU. -CPU tiếp tục làm việc bình thường.