Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý - Chương 5: Các phương pháp vào ra dữ liệu

 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. 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. 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. 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.
4BÀI 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. 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. 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. 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. 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
5BÀI 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. 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. 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. Vào ra bằng ngắt – Mạch đk ngắt 8259
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
5. 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
6BÀI 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
5. 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
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
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
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
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.
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
5. Vào ra bằng DMA – Mạch điều khiển DMA 8237
7BÀI 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
5. Vào ra bằng DMA – Các tín hiệu của 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 26
CHƯƠNG 5 – CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀO RA DỮ LIỆU
5. 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