BỘ XỬ LÝ VÀ BỘ NHỚ - Nguyễn Văn Quang IT ... · PDF fileTập các chỉ thị ... đơn vị thích hợp như ALU để thực thi các tác vụ riêng biệt của

Chương 7

BỘ XỬ LÝ VÀ BỘ NHỚ PROCESSOR AND MEMORY

Nội dung

7.1. Bộ xử lý trung tâm - The central

processing unit (CPU).

7.2. Bộ nhớ chính - The main memory

7.3. Các đường truyền của bộ nhớ - Memory

buses

7.4. Kiến trúc kết nối - I/O buses

Giới thiệu

Microprocessor

Giới thiệu

Bộ xử lý trung tâm – CPU The central processing unit

Còn gọi là bộ xử lý (processor), vi xử lý (micro-processor).

CPU là bộ não của máy tính có nhiệm vụ thi hành các lệnh

của chương trình và xử lý các dữ liệu trong chương trình.

Các thành phần chính của CPU:

Đơn vị điều khiển

(The Control Unit)

Đơn vị số học luận lý

(The Arithmetic Logic Unit (ALU))

Các thanh ghi (registers)

Bộ xử lý trung tâm

The central processing unit (CPU)

ROM PROM FLASH

Main Memory (RAM)

Cache Memory

Decoder

Program control

register

Instruction

register

Memory address

register

Memory buffer

register

Input/Output

register

General-purpose

register

Accumulator

register

General-purpose

register

General-purpose

register

General-purpose

register

.

.

.

I/O

D

E

V

I

C

E

S

Control Unit Arthmetic Logic Unit

Central Processing Unit (CPU)

Đơn vị điều khiển – Control Unit (CU)

Đơn vị điều khiển (CU): chọn và dịch các lệnh của chương

trình, sau đó thực thi chúng.

CU không thực sự thi hành bất kỳ quá trình nào trên dữ

liệu, nhưng nó đóng vai trò là một hệ thống trung tâm cần

thiết điều khiển các thành phần khác của máy tính.

CU quản lý và phối hợp hoạt động của toàn bộ hệ thống

máy tính kể cả việc nhập và xuất dữ liệu.

CU nhận các lệnh từ bộ nhớ chính, dịch các lệnh, và gửi

các tín hiệu tới các đơn vị khác của hệ thống để thực thi

chúng.

Đơn vị số học logic

The Arithmetic Logic Unit (ALU)

Đơn vị số học logic (ALU): thực thi các lệnh tính toán

diễn ra trong suốt quá trình xử lý dữ liệu.

Khi đơn vị điều khiển (CU) gặp một lệnh có các phép toán

số học (cộng, trừ, nhân, chia) hay phép toán luận lý (nhỏ

hơn, bằng, lớn hơn), thì nó chuyển quyền điểu khiển cho

ALU.

Trong trường hợp máy tính nhỏ, toàn bộ CPU (cả đơn vị

điều khiển và ALU) được chứa trong 1 chip đơn siêu nhỏ

được gọi là bộ vi xử lý.

Bộ xử lý trung tâm – CPU The central processing unit

Các khái niệm:

Tập các chỉ thị - Instruction Set.

Thanh ghi - Register.

Tốc độ bộ xử lý - Processor Speed.

CISC and RISC Processors.

CISC: Complex Instruction Set Computer

RISC: Reduced Instruction Set Computer

EPIC :Explicitly Parallel Instruction Computing

Tập lệnh - instruction set

Tập lệnh (instruction set) là các chỉ thị mà CPU sẽ thực thi.

Mỗi họ CPU có một tập lệnh riêng. Các chương trình

thường được viết dựa trên tập lệnh của một họ CPU do đó

chương trình thực hiện trên họ CPU này không hoạt động

được ở CPU họ khác.

Ví dụ: CPU của máy IBM khác CPU của các nhà sản xuất

khác như Sony, Toshiba,…

Hầu hết các CPU có hơn 200 lệnh (cộng, trừ, so sánh,…)

trong tập lệnh của chúng.

Thanh ghi - Register

Các thanh ghi được gắn với CPU bằng các mạch điện tử

dùng để giữ thông tin tạm thời và là một phần của CPU

(không phải bộ nhớ chính).

Chiều dài của thanh ghi bằng với số bit mà nó lưu trữ. Các

loại thanh ghi: 8 bit, 32-bit, 64-bit...

Kích cỡ của các thanh ghi (còn gọi word size) là dung

lượng của dữ liệu mà máy tính có thể xử lý.

Kích thước thanh ghi càng lớn, máy tính xử lý dữ liệu càng

nhanh.

Các máy tính dùng nhiều loại thanh ghi, mỗi một thanh ghi

được thiết kế để thực thi một chức năng riêng.

Thanh ghi - Register

STT Name of Register Function

1 Địa chỉ bộ nhớ

Memory Address (MAR)

Nắm giữ địa chỉ của bộ nhớ đang hoạt

động.

2 Vùng đệm bộ nhớ

Memory Buffer (MBR)

Nắm giữ thông tin được chuyển tới hay

lấy từ bộ nhớ.

3 Điều khiển chương trình.

Program Control (PC)

Nắm giữ địa chỉ của lệnh kế tiếp được

thực thi.

4 Bộ chứa

Accumulator (A)

Chứa các kết quả và dữ liệu.

5 Lệnh

Instruction (I)

Nắm giữ lệnh trong khi nó đang thi hành.

6 Nhập/Xuất

Input/Output (I/O)

Giao tiếp với thiết bị Nhập/Xuất.

Chức năng của các thanh ghi

Quá trình thực thi của CPU

1. CU lấy địa chỉ của lệnh tiếp theo từ thanh ghi điều khiển chương

trình và đọc lệnh đó từ địa chỉ bộ nhớ vào trong thanh ghi lệnh của

CUCU gửi phần thao tác và địa chỉ của lệnh đến nơi giải mã và

địa chỉ thanh ghi vùng nhớ.

2. Nơi giải mã dịch lệnh và đơn vị điều khiển gửi các tín hiệu đến

đơn vị thích hợp như ALU để thực thi các tác vụ riêng biệt của

lệnh.

3. ALU thực thi các thao tác cần thiết trong dữ liệu và gửi đến đơn vị

điều khiển tín hiệu ngay khi nó hoàn tất.

4. Khi mỗi lệnh được thực thi, địa chỉ của lệnh tiếp theo cũng tự động

được truy xuất và lấy dữ liệu nhập vào bên trong chương trình điều

khiển thanh ghi, và lập lại từ bước 1 đến bước 4.

Quá trình thực thi của CPU

Tốc độ bộ xử lý - Processor Speed

Các thao tác thường được đồng bộ bởi 1 đồng hồ điện tử

được xây dựng bên trong gọi là đồng hồ hệ thống, nó sản

xuất ra hàng triệu xung điện đều đặn trong mỗi giây (gọi là

chu kỳ đồng hồ).

Một chu kỳ là khoảng thời gian để thực hiện một thao tác.

Chu kỳ đồng hồ càng ngắn thì bộ xử lý càng nhanh.

Tốc độ của đồng hồ được đo bằng megahertz (hay

MHz)/giây.

1 MHz = 1 triệu chu kỳ/giây

1 GHz = 1 tỷ chu kỳ/giây

Các CPU hiện nay đạt 2-4 GHz

Tốc độ bộ xử lý - Processor Speed

Bộ xử lý CISC và RISC

Kiến trúc CISC (Complex Instruction Set Computer)

Các lệnh của CPU có chiều dài khác nhau.

Thời gian thi hành lệnh cũng khác nhau.

Giúp lập trình bằng ngôn ngữ máy dễ dàng hơn.

Phức tạp và chi phí cao để sản xuất.

Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay dùng bộ vi xử

lý CISC.


Kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Các lệnh dài bằng nhau. Có bộ tập lệnh nhỏ

Thời gian thi hành các lệnh chỉ bằng 1 chu kỳ đồng hồ.

Cung cấp khả năng thi hành nhiều hoạt động cùng lúc

(Super scalar execution).

Dùng cơ chế đường ống (Pipelining) để giảm thời gian

thi hành. Đoán trước việc phân nhánh (Branche

prediction).

Thiết kế đơn giản hơn, tốc độ nhanh hơn, ít phức tạp

hơn, và chi phí ít hơn để sản xuất so với các bộ xử lý

CISC.


Cơ chế đường ống

Các bộ xử lý EPIC Explicity Parallel Instruction Computing

Bộ xử lý dựa trên thiết kế IA-64 có bộ tập lệnh 64-bit

mới của họ (ISA) là IA-64.

Đơn giản và mạnh hơn các bộ xử lý CISC hay RISC

truyền thống.

Ba điểm quan trọng của công nghệ EPIC là tính rõ

ràng, sự khẳng định và sự suy đoán.

Các bộ xử lý EPIC Explicity Parallel Instruction Computing

Các đặc điểm:

Song Song - Explicit Parallelism:

Bộ vi xử lý cho phép nhiều phần mềm giao tiếp cùng

một lúc đến bộ xử lý nên các thao tác có thể được

thực hiện cùng một lúc.

Các bộ xử lý EPIC

Xác nhận - Predication:

Làm giảm các lệnh rẽ nhánh và loại bỏ các nhánh

không báo trước.

Tại thời gian thực thi của lệnh rẽ nhánh:

Nếu sự suy đoán đúng, thì bộ xử lý sẽ thực thi và các

kết quả của chúng có thể trực tiếp dùng ngay bởi bộ vi

xử lý.

Nếu sự suy đoán sai, các kết quả của sự thực thi sẽ bị

bỏ qua.

Các bộ xử lý EPIC

Sự suy đoán - Speculation:

Là một kỹ thuật làm giảm ảnh hưởng của bộ nhớ đến

tốc độ của bộ xi xử lý không đều nhau.

Mục đích chính là chia việc nhập dữ liệu, không chỉ

cho phép bộ xử lý nhập từng mẫu dữ liệu từ bộ nhớ

trước khi chương trình thực sự cần nó, mà còn trì

hoãn việc thông báo sự thực thi nếu dữ liệu đã nhập

bị sai luật.

Bộ nhớ chính - The main memory


Gồm các chip trên bảng mạch chính hay trên một bản

mạch nhỏ gắn liền với bảng mạch chính của một hệ thống

máy tính

Là nơi lưu trữ các chương trình và dữ liệu cần trong suốt

quá trình xử lý dữ liệu.

Còn gọi là bộ nhớ RAM và ROM.


Có 2 chức năng chính :

Chứa tạm chương trình đang được sử dụng để xử lý thông tin.

Chứa tạm dữ liệu.

Dữ liệu dùng trong máy tính có 3 loại :

Dữ liệu ban đầu nhận từ khối nhập.

Dữ liệu trung gian đang được xử lý.

Kết quả cuối cùng chờ đưa ra khối xuất.


Một số khái niệm về bộ nhớ chính:

Tiêu chuẩn đánh giá kho lưu trữ-Storage Evaluation

Criteria.

Tổ chức bộ nhớ chính - Main Memory Organization.

Dung lượng bộ nhớ chính - Main Memory Capacity.

RAM tĩnh và RAM động - Static and Dynamic RAM.

Bộ nhớ chỉ đọc - Read-Only Memory.

Bộ nhớ Cache - Cache Memory.

Bộ nhớ chính - Tiêu chuẩn đánh giá kho lưu trữ

1. Sức chứa của kho: lượng dữ liệu có thể được lưu trữ trong kho.

2. Thời gian truy cập: thời gian đòi hỏi để xác định và tìm kiếm

kho dữ liệu.

3. Sự tiêu tốn mỗi bit của kho: là sự tiêu tốn cúa 1 đơn vị kho cho 1

sức chứa của kho.

4. Tính khả biến: Nếu đơn vị lưu trữ có thể giữ lại dữ liệu đã được

cất trong kho được gọi là ổ lưu trữ không khả biến. Ngược lại, nếu

dữ liệu đã lưu trữ bị mất khi máy bị tắt hay treo gọi là kho khả

biến.

5. Truy cập ngẫu nhiên: Nếu thời gian truy cập dữ liệu độc lập

trong vùng dữ liệu của kho, thì nó được gọi là kho truy cập ngẫu

nhiên hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).

Bộ nhớ chính – Tổ chức bộ nhớ

Bộ nhớ chính – Tổ chức bộ nhớ

Bộ nhớ chính gồm nhiều vùng lưu trữ nhỏ được gọi là vị trí hay

ô. Mỗi vị trí có thể lưu trữ một số cố định các bit gọi là độ dài

từ.

Mỗi vùng có một địa chỉ dùng để nhận dạng vùng nhớ.

Mỗi vùng nhớ có thể lưu trữ một phần tử dữ liệu hay một lệnh

gọi là nội dung vùng nhớ.

Các địa chỉ thường bắt đầu tại số 0 và địa chỉ cao nhất bằng N-1.

Hành động nhập dữ liệu vào 1 ô lưu trữ gọi là thao tác ghi vào

vùng nhớ, hành động gọi dữ liệu từ 1 ô lưu trữ gọi là thao tác

đọc vùng nhớ.

Bộ nhớ chính – Dung lượng bộ nhớ chính

Dung lượng là khả năng lưu trữ của bộ nhớ, đơn vị tính là

byte.

1KB = 1024 bytes

1MB = 1024KB

1GB = 1024MB

1TG = 1024GB

Nếu dung lượng bộ nhớ được gọi bằng words, thì cần phải

biết kích cỡ của từ theo bits hay bytes để xác định dung

lượng bộ nhớ thực của máy tính.

Bộ nhớ chính – RAM tĩnh và động

Bộ nhớ chính Bộ nhớ có chiều dài từ cố định và thay đổi

Bộ nhớ có chiều dài cố định:

Mỗi ô nhớ trong bộ nhớ chính chiếm số byte bằng

với độ dài byte của từ.

Không gian lưu trữ thì luôn được phân bổ theo bội

số của từ.

Thường được dùng trong các máy tính khoa học lớn

để tăng tốc độ của sự tính toán.


Bộ nhớ có chiều dài cố định:

Ví dụ: 1 máy với bộ nhớ có chiều dài từ 8 ký tự. Nếu từ dữ

liệu nào ít hơn 5 ký tự thì có hơn 1 nửa không gian lưu trữ

còn lại sẽ vô dụng.


Bộ nhớ có chiều dài thay đổi:

Mỗi ô nhớ trong bộ nhớ chiếm số byte bằng với độ

dài thực của các từ.

Có khả năng tính toán nhanh hơn

Dùng trong các máy tính kinh doanh nhỏ cho việc tối

ưu hóa khả năng của không gian lưu trữ.


Bộ nhớ có chiều dài thay đổi:

Ví dụ: 1 máy với bộ nhớ có chiều dài từ 8 ký tự vì 1 ký tự

có thể được đặt trong mỗi 1 ô dữ liệu của máy này nên

không lãng phí bộ nhớ.


RAM tĩnh (static RAM (SRAM)):

Không cần bất kỳ bản mạch bên ngoài để lưu lại dữ

liệu.

Lấy nhiều các thiết bị bán dẫn và các thiết bị khác để

lưu trữ 1 bit trong một thanh RAM tĩnh.

Các chip trong RAM tĩnh thì phức tạp và tốn nhiều

không gian cho việc cung cấp dung lượng lưu trữ.

Ram tĩnh thì nhanh hơn, tốn kém hơn, và tiêu thụ

nhiều năng lượng hơn thanh RAM động.


RAM động (Dynamic RAM (DRAM)):

Dùng một bản mạch ngoài để tái tạo hay làm mới

kho lưu trữ để lưu lại dữ liệu.

Các chip trong RAM động thì không phức tạp và

không tốn nhiều không gian cho việc cung cấp dung

lượng lưu trữ như RAM tĩnh.

Ram động thì không nhanh hơn, ít tốn kém hơn, và

tiêu thụ ít năng lượng hơn thanh RAM tĩnh.

Bộ nhớ chính của hầu hết các máy tính dùng RAM

động.

Bộ nhớ chính – Bộ nhớ Chỉ-Đọc

Dữ liệu được lưu trữ lâu dài và ít bị thay đổi bởi

người lập trình.

Dữ liệu được lưu trữ trong ROM (Read Only

Memory) chỉ có thể đọc và sử dụng, không bị mất khi

mất điện.


Có 2 loại ROM:

Programmable read-only memory(PROM):

Cho phép người dùng hiệu chỉnh để chuyển đổi các

chương trình của họ thành các microprogram và lưu

trữ nó trong Rom.

PROM được lập trình để ghi lại thông tin bằng một

thiết bị đặc biệt, gọi là PROM-programer.

PROM chỉ có thể đọc được những thông tin lưu trữ

và chỉ được ghi một lần.


Erasable programmable read-only memory (EPROM):

Có thể xóa các lưu trữ trong EPROM và các chip

này có thể lập trình lại để lưu lại các thông tin mới.

Loại chip này thường được sử dụng bởi các nhân

viên R&D, là người thường xuyên thay đổi các

microprogram để kiểm tra sự hiệu quả của hệ thống

máy tính với các chương trình mới.

Khi EPROM được sử dụng, thông tin được lưu trữ

chỉ có thể được đọc và tồn tại cho đến khi bị xóa.


Các loại bộ nhớ truy câp ngẫu nhiên

Bộ nhớ chính – Bộ nhớ Cache

Cache là bộ nhớ đệm giữa CPU và bộ nhớ chính

Cache được chế tạo từ SRAM có tốc độ làm việc rất cao và có dung

lượng nhỏ.

Nhiệm vụ của cache là làm giảm thời gian đợi (wait-state) của CPU

khi truy xuất bộ nhớ chính bằng cơ chế đọc trước các ô nhớ kế tiếp.

Các bộ xử lý hiện nay đều có cache bên trong. Trong thực tế, các lập

trình viên thì không biết đến sự tồn tại và cách dùng của nó.

Bộ nhớ chính – Bộ nhớ Cache

Quá trình thao tác của bộ nhớ cache

Các đường truyền của bộ nhớ - Memory buses

Là một nhóm các dây dẫn song song mà mỗi đường có nhiệm

vụ truyền tải 1 bit thông tin.

Đường truyền hệ thống là tuyến kêt nối giữa CPU với các bộ

phận mà nó muốn trao đổi thông tin, cụ thể là bộ nhớ và khối

xuất nhập (I/O).

Trên một tuyến có thể truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau.

Một số đường truyền có khả năng truyền thông tin theo cả 2

chiều. Tuy nhiên, trong từng thời điểm, luồng dữ liệu chỉ đi một

chiều.

Độ rộng của tuyến (số đường) xác định chiều dài của một từ

(word) mà CPU trao đổi mỗi lần.

Ví dụ : CPU dùng bus 16 để truyền dữ liệu 32 bit thì phải thực

hiện 2 lần.


Mỗi hệ thống máy tính có 3 loại đường truyền:

CPU

BỘ NHỚ

CHÍNH

Data Bus

Control Bus

Address Bus

Ba loại đường truyền giữa CPU và bộ nhớ chính


Đường dẫn dữ liệu: dùng để truyền dữ liệu giữa CPU và

bộ nhớ.

Đường dẫn địa chỉ: dùng để mang địa chỉ của một vùng

nhớ chứa dữ liệu được chuyển đến hoặc từ bộ nhớ.

Đường dẫn điều khiển: gửi các địa chỉ và trao đổi dữ liệu

với bộ nhớ, CPU cũng cần phải gửi các tín hiệu điều khiển

đến bộ nhớ để xác định xem dữ liệu cần được đọc hay là

viết đến vùng địa chỉ đã xác định và thực hiện dưới dạng

lệnh ĐỌC/VIẾT.

Đường dẫn nhập/xuất- I/O buses

Là các đường dẫn để kết nối CPU với các thiết bị

nhập/xuất. Có 3 loại:

Đường dẫn dữ liệu: dùng để truyền dữ liệu giữa CPU với

các thiết bị nhập/xuất. Các đường dẫn dữ liệu theo tiêu

chuẩn công nghiệp là :


Đường dẫn ISA (kiến trúc chuẩn công nghiệp): là

đường dẫn 16-bit có thể truyền dữ liệu dọc theo 8 hay

16 đường dữ liệu, tùy thuộc vào loại mạch giao tiếp

được dùng trong 1 khe mở rộng. Nghĩa là các khe mở

rộng ISA có thể chấp nhận cả 2 mạch giao tiếp 8-bit và

16-bit.


Đường dẫn MCA(kiến trúc vi kênh): là 1 đường dẫn

32-bit, nó truyền dữ liệu dọc theo 32 luồng dữ liệu. Khe

mở rộng MCA không chấp nhận các mạch giao tiếp 8-

bit hay 16-bit mà phải thiết kế các mạch giao tiếp 32-bit

riêng biệt.

Đường dẫn EISA(Kiến trúc chuẩn công nghiệp mở

rộng): là đường dẫn 32-bit, được thiết kế để chấp nhận

và sử dụng khe mở rộng ISA. EISA thì nhanh hơn ISA,

nhưng không nhanh bằng MCA – tính tương thích của

nó thì thích ứng với các khe mở rộng 16-bit.


Đường dẫn địa chỉ: dùng để mang địa chỉ của thiết bị

nhập/xuất được truy cập bới CPU.

Đường dẫn điều khiển: dùng để mang các lệnh như

START, READ, WRITE, REWIND, TAPE, … từ CPU đến

các thiết bị nhập/xuất. Nó cũng được dùng để mang thông

tin trạng thái của các thiết bị nhập/xuất đến CPU.

Kiến trúc kết nối

1. Kiến trúc Unibus:

Gồm một đường dẫn dữ liệu đơn, một đường dẫn địa chỉ

và một đường dẫn kiểm soát được dùng để kết nối CPU

với bộ nhớ và các thiết bị nhập/xuất.

Các đường dẫn được dùng chung cho việc chuyển dữ liệu

giữa CPU và bộ nhớ, cũng như giữa CPU và các thiết bị

nhập/xuất.


Khuyết:

Truyền dữ liệu rất chậm.

Ưu:

Thiết kế đơn giản,

Dễ dàng trong việc lập trình

Cho phép các thiết bị nhập/xuất mới dễ dàng được thêm

vào hệ thống, mà không cần thêm vào lệnh nào


Address Bus

Data Bus

Control Bus

Thiết bị Nhập/Xuất

Với bộ điều khiển kết hợp

CPU

Bộ nhớ chính

Kiến trúc kết nối đường dẫn đơn


Kiến trúc Dual Bus:

Thiết lập riêng các bus cho sự kết nối tương đối của CPU

với bộ nhớ và thiết bị nhập/xuất.

Việc truyền dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ chính được thực

hiện bằng cách sử dụng bus kết nối CPU với memory.


Kiến trúc Dual Bus:

Gồm 2 cơ chế:

CPU

BỘ

NHỚ

CHÍNH

Data Bus

Control Bus

Address Bus

THIẾT

BỊ I/O

VÀ BỘ

ĐIỀU

KHIỂN

KẾT

HỢP

Data Bus

Control Bus

Address Bus

Kiến trúc kết nối đường dẫn kép


Busy wait:

CPU gửi yêu cầu I/O cho thiết bị thông qua bus.

Lệnh và địa chỉ của thiết bị sẽ được liên kết với yêu cầu và

được gửi bằng cách sử dụng control bus.

Control bus cài đặt chế độ “thiết bị bận” nhằm mục đích

không nhận thêm yêu cầu nào vào thiết bị, thực thi yêu cầu

và chuyển dữ liệu vào thanh ghi dữ liệu.

Sau khi hoàn thành yêu cầu, nó cài đặt chế độ “thiết bị sẵn

sàng”.


Busy wait:

CPU liên tục kiểm tra “thiết bị sẵn sàng” và chờ đến khi

chỉ thị này được thiết lập.

Khi CPU tìm thấy chỉ thị này, nó đọc dữ liệu từ thanh ghi

dữ liệu (data register).

Khi nhận được tín hiệu này, bộ điều khiển thiết bị điều

chỉnh lại các thông báo “thiết bị bận” và “dữ liệu sẵn sàng”

để chỉ định TẮT, nghĩa là nó đã sẵn sàng để chấp nhận các

yêu cầu nhập xuất mới.


Ngắt:

Trong phương thức đợi, sau khi đưa ra một yêu cầu nhập

xuất, CPU báo bận trong quá trình kiểm tra sự hoàn thành

của yêu cầu cho đến khi yêu cầu được xử lý CPU không

làm bất cứ việc gì khác.

Điều này rất không hiệu quả cho việc sử dụng bởi vì thiết

bị nhập xuất chậm hơn khoảng 1000 lần so với CPU. Thiết

bị ngắt được phát minh ra để khắc phục vấn đề này.

Truy Cập Bộ Nhớ Trực Tiếp - DMA Architecture

Dùng để tối giản sự tham gia của CPU trong chuyển đổi

dữ liệu nhập xuất

Kiến trúc Truy Nhập Bộ Nhớ Trực Tiếp


Sự di chuyển dữ liệu bao gồm các trạng thái sau:

1. CPU gửi yêu cầu nhập xuất đến bộ điều khiển DMA. Địa

chỉ thiết bị được đọc, việc định vị bộ nhớ tại nơi dữ liệu đã

được lưu, và lệnh ĐỌC sẽ đọc dữ liệu và gửi qua bằng

cách sử dụng địa chỉ I/O bus, địa chỉ memory bus, và

control bus tương ứng.

2. Với việc nhận được yêu cầu, bộ điều khiển DMA báo

“bận” tới nút BẮT ĐẦU và lưu địa chỉ bộ nhớ và số các từ

nhớ.

3. Sau đó, nó đọc từ nhớ đầu tiên từ thiết bị nhập/xuất vào

trong thanh ghi dữ liệu của nó và đưa thông báo “dữ liệu

sẵn sàng” tới nút BẬT.


4. Gửi tín hiệu ngắt đến CPU.

5 Trong khi nhận tín hiệu ngắt, CPU hoàn tất sự thực hiện

chương trình mà nó đang thực hiện, và nhượng lại địa chỉ

memory bus và data bus đến bộ điều khiển DMA cho một

chu trình nhớ.

6. DMA chuyển dữ liệu trong thanh ghi dữ liệu của nó tới bộ

nhớ được chỉ rõ bởi dung lượng của thanh ghi địa chỉ nhớ

của nó. Sau đó giảm bớt giá trị của counter xuống một và

tăng dần giá trị lưu trữ trong thanh ghi địa chỉ bộ nhớ lên

một.


7. DMA đọc từ kế tiếp từ thiết bị nhập xuất và lưu nó vào

thanh ghi dữ liệu. Sau đó ngắt CPU, một chu trình nhớ và

địa chỉ bộ nhớ và data bus đến bộ điều khiển DMA để cho

phép nó chuyển từ thanh ghi dữ liệu của nó đến ô nhớ

thích hợp. Sau đó DMA giảm giá trị đếm (counter) và tăng

giá trị lưu trữ tại thanh ghi địa chỉ nhớ của nó. Thao tác

này được lặp lại cho đến khi giá trị đếm trở về 0.

Câu hỏi và bài tập

Giáo trình trang 169

Thank you

Documents

BỘ XỬ LÝ VÀ BỘ NHỚ - Nguyễn Văn Quang IT ... · PDF fileTập các chỉ thị ... đơn vị thích hợp như ALU để thực thi các tác vụ riêng biệt của