Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Hệ thống máy tính - Nguyễn Kim Khánh

Nội dung text: Bài giảng Kiến trúc máy tính - Chương 2: Hệ thống máy tính - Nguyễn Kim Khánh

1. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Bus dữ liệu Bus điều khiển „ Chức năng: „ vận chuyển lệnh từ bộ nhớ đến CPU „ Chức năng: vận chuyển các tín hiệu „ vận chuyển dữ liệu giữa CPU, mô đun nhớ, điều khiển mô đun vào-ra với nhau „ Các loại tín hiệu điều khiển: „ Độ rộng bus dữ liệu: Xác định số bit dữ liệu có thể được trao đổi đồng thời. „ Các tín hiệu điều khiển đọc/ghi „ Các tín hiệu điều khiển ngắt „ M bit: DM-1, DM-2, D2, D1, D0 „ M thường là 8, 16, 32, 64,128 bit. „ Các tín hiệu điều khiển bus „ Ví dụ: Các bộ xử lý Pentium có bus dữ liệu 64 bit 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 41 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 42 NKK-HUT NKK-HUT Một số tín hiệu điều khiển điển hình Một số tín hiệu điều khiển điển hình (tiếp) „ Các tín hiệu (phát ra từ CPU) điều khiển „ Các tín hiệu điều khiển ngắt: đọc-ghi: „ Interrupt Request (INTR): Tín hiệu từ bộ điều khiển „ Memory Read (MEMR): điều khiển đọc dữ liệu vào-ra gửi đến yêu cầu ngắt CPU để trao đổi vào- từ một ngăn nhớ có địa chỉ xác định lên bus dữ ra. Tín hiệu INTR có thể bị che. liệu. „ Interrupt Acknowledge (INTA): Tín hiệu phát ra từ „ Memory Write (MEMW): điều khiển ghi dữ liệu CPU báo cho bộ điều khiển vào-ra biết CPU chấp có sẵn trên bus dữ liệu đến một ngăn nhớ có địa nhận ngắt để trao đổi vào-ra. chỉ xác định. „ Non Maskable Interrupt (NMI): tín hiệu ngắt không „ I/O Read (IOR): điều khiển đọc dữ liệu từ một che được gửi đến ngắt CPU. cổng vào-ra có địa chỉ xác định lên bus dữ liệu. „ Reset: Tín hiệu từ bên ngoài gửi đến CPU và các „ I/O Write (IOW): điều khiển ghi dữ liệu có sẵn thành phần khác để khởi động lại máy tính. trên bus dữ liệu ra một cổng có địa chỉ xác định. 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 43 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 44 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 11
2. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Một số tín hiệu điều khiển điển hình (tiếp) Đặc điểm của cấu trúc đơn bus „ Các tín hiệu điều khiển bus: „ Bus hệ thống chỉ phục vụ được một yêu cầu trao đổi dữ liệu tại một thời điểm „ Bus Request (BRQ) hay là Hold: Tín hiệu từ mô-đun điều khiển vào-ra gửi đến yêu cầu „ Bus hệ thống phải có tốc độ bằng tốc độ bus của mô-đun nhanh nhất trong hệ thống CPU chuyển nhượng quyền sử dụng bus. „ Bus hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc bus (các „ Bus Grant (BGT) hay là Hold Acknowledge tín hiệu) của bộ xử lý Æ các mô-đun nhớ và (HLDA): Tín hiệu phát ra từ CPU chấp nhận các mô-đun vào-ra cũng phụ thuộc vào bộ xử chuyển nhượng quyền sử dụng bus. lý. „ Lock/ Unlock: Tín hiệu cấm/cho-phép xin „ Khắc phục: phân cấp bus Æ cấu trúc đa bus chuyển nhượng bus 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 45 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 46 NKK-HUT NKK-HUT 3. Phân cấp bus trong máy tính Một số bus điển hình trong PC „ Bus của bộ xử lý (Front Side Bus - FSB): có tốc „ Tổ chức thành nhiều bus trong hệ thống độ nhanh nhất máy tính „ Bus của bộ nhớ chính (nối ghép với các mô-đun „ Cho các thành phần khác nhau: RAM) „ Bus của bộ xử lý „ AGP bus (Accelerated Graphic Port) - Bus đồ họa „ Bus của bộ nhớ chính tăng tốc: nối ghép card màn hình tăng tốc. „ Các bus vào-ra „ PCI bus(Peripheral Component Interconnect): nối „ Các bus khác nhau về tốc độ ghép với các thiết bị ngoại vi có tốc độ trao đổi dữ liệu nhanh. „ Bus bộ nhớ chính và các bus vào-ra „ IDE (Integrated Device Electronics): Bus kết nối không phụ thuộc vào bộ xử lý cụ thể. với ổ đĩa cứng hoặc ổ đĩa CD, DVD „ USB (Universal Serial Bus): Bus nối tiếp đa năng 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 47 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 48 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 12
3. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Máy tính Pentium 4 dùng Chipset 845 Chipset 865 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 49 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 50 NKK-HUT NKK-HUT Chipset 955 Chipset 975 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 51 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 52 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 13
4. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Ví dụ về bo mạch chính 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 53 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 54 NKK-HUT NKK-HUT 4. Các vấn đề liên quan đến thiết kế bus „ Các kiểu bus „ Phân xử bus „ Định thời bus 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 55 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 56 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 14
5. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Các kiểu bus Phân xử bus „ Bus dành riêng (Dedicated): „ Có nhiều mô-đun điều khiển bus „ Các đường địa chỉ và dữ liệu tách rời „ ví dụ: CPU và bộ điều khiển vào-ra „ Ưu điểm: điều khiển đơn giản „ Nhược điểm: có nhiều đường kết nối „ Chỉ cho phép một mô-đun điều khiển „ Bus dồn kênh (Multiplexed) bus ở một thời điểm. „ Các đường dùng chung cho địa chỉ và dữ liệu „ Phân xử bus có thể là tập trung hay „ Có đường điều khiển để phân biệt có địa chỉ phân tán. hay có dữ liệu „ Ưu điểm: có ít đường dây „ Nhược điểm: „ Điều khiển phức tạp hơn „ Hiệu năng hạn chế 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 57 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 58 NKK-HUT NKK-HUT Phân xử bus (tiếp) Định thời bus (Timing) „ Phối hợp các sự kiện trên bus „ Phân xử bus tập trung „ „ Có một Bộ điều khiển bus (Bus Controller) Bus đồng bộ hay còn gọi là Bộ phân xử bus (Arbiter) „ Các sự kiện trên bus được xác định bởi „ Có thể là một phần của CPU hoặc mạch một tín hiệu xung nhịp xác định (clock) tách rời. „ Bus Điều khiển bao gồm cả đường Clock „ Phân xử bus phân tán „ Tất cả các mô-đun có thể đọc đường clock „ Mỗi một mô-đun có thể chiếm bus „ Bus không đồng bộ „ Có đường điều khiển đến tất cả các mô- „ Không có đường tín hiệu Clock đun khác „ Kết thúc một sự kiện này trên bus sẽ kích hoạt cho một sự kiện tiếp theo 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 59 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 60 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 15
6. Bài giảng Kiến trúc máy tính 18 March 2007 NKK-HUT NKK-HUT Giản đồ định thời Bus đồng bộ Giản đồ định thời thao tác đọc của Bus không đồng bộ 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 61 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 62 NKK-HUT NKK-HUT Giản đồ định thời thao tác ghi của Bus không đồng bộ Hết chương 2 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 63 18 March 2007 Bài giảng Kiến trúc máy tính 64 Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN 16