Bài giảng Vi mạch điều khiển trong máy vi tính pc

5/14/2013 1 Chương 5: VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRONG MÁY VI TÍNH PC Phạm Văn Thành Nội dung I. Vi mạch điều khiển trong máy tính XT/AT II. Vi mạch điều khiển trong máy tính PC hiện đại. 2 5/14/2013 2 Nội dung I. Vi mạch điều khiển trong máy tính XT/AT II. Vi mạch điều khiển trong máy tính PC hiện đại. 3 máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 2. Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 3. Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 4. Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 4 5/14/2013 3 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển Vi mạch định thời lập trình được (Programmable Interval Timer) PIT/8253, PIT/8254: • Là một vi mạch phụ rất quan trong trong các thế hệ vi xử lý của Intel. • Có thể đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng khác nhau trong hệ vi xử lý: đếm thời gian, đếm sự kiện, đếm tần số, tạo ra dãy xung, .v.v. • Có ba bộ đếm 16 bit và một thanh ghi điều khiển (8254). • Các đường A0 và A1 định địa chỉ 3 bộ đếm và thanh ghi điều khiển. 5 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển • Các địa chỉ cổng cứng của vi mạch này trong máy vi tính cá nhân: 040h: bộ đếm 0 041h: bộ đếm 1 042h: bộ đếm 2 043h: Thanh ghi điều khiển: xác định chế độ làm việc cho hệ thống • Nội dung ban đầu của ba bộ đếm đều có thể lập trình từ CPU để thay đổi. • Có thể điều khiển được hoạt động của các bộ đếm bằng tín hiệu từ bên ngoài thông qua chân cổng (gate) để cho phép bắt đầu đếm (gate =1) hay để buộc kết thúc quá trình đếm (gate =0). 6 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 5/14/2013 4 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển Sơ đồ khối của 8253/8254: 7 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển Sơ đồ khối của 8253/8254: 8 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 A1 A0 Chức năng 0 0 Chọn bộ đếm 0 0 1 Chọn bộ đếm 1 1 0 Chọn bộ đếm 2 1 1 Chọn thanh ghi điều khiển 5/14/2013 5 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển Sơ đồ khối của 8253/8254: 9 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 Bảng chức năng theo các cửa vào điều khiển như sau : A1 A0 R W CS 0 0 0 1 0 Đọc ra từ bộ đếm 0 0 1 0 1 0 Đọc ra từ bộ đếm 1 1 0 0 1 0 Đọc ra từ bộ đếm 2 0 0 1 0 0 Nạp vào bộ đếm 0 bằng từ xuất phát 0 1 1 0 0 Nạp vào bộ đếm 1 bằng từ xuất phát 1 0 1 0 0 Nạp vào bộ đếm 2 bằng từ xuất phát 1 1 1 0 0 Ghi vào từ điều khiển x x x x 1 Bus data ở trạng thái ngắt ( R cao ) x x 1 1 0 Bus data ở trạng thái điện trở cao trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Khởi động PIT8253/8254 – Vi mạch 8254 dùng thanh ghi điều khiển để định nghĩa chế độ làm việc của ba bộ đếm. – Để khởi động PIT ta phải ghi từ điều khiển CW (control word) vào thanh ghi từ điều khiển. – Dạng thức của thanh ghi từ điều khiển 10 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 5/14/2013 6 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Khởi động PIT8253/8254 – Ý nghĩa từng bit: SC1, SC0 (Select counter) chọn bộ đệm, 00: bộ đếm 0 01: bộ đếm 1 10: bộ đếm 2 RW1, RW0 (Read/Write): chế độ đọc/ ghi. 00 lệnh khóa bộ đếm. 01 là chỉ đọc/ghi byte thấp. 10 là chỉ đọc ghi byte cao. 11 là đọc ghi byte thấp, tiếp theo byte cao. 11 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Khởi động PIT8253/8254 – Ý nghĩa từng bit: M2, M1, M0 (mode): Chế độ làm việc của bộ đếm. 000 là chế độ 0 (tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết). 001 là chế độ 1 (đa hài lập trình được). 010 là chế độ 2 (bộ chia tần số cho N). 011 là chế độ 3 (tạo xung vuông). 100 là chế độ 4(tạo xung cho phép mềm). 101 là chế độ 5 (tạo xung cho phép cứng). 12 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 5/14/2013 7 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Khởi động PIT8253/8254 – Ý nghĩa từng bit: BCD =D0: o D0 = 0: chế độ đếm nhị phân 16 bít, còn o D0 = 1 : chế độ đếm thập phân 4 chữ số. 13 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 0: Tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết (Interrupt on terminal count): • Phát ra một sường xung lên (thường làm tín hiệu yêu cầu ngắt trong các hệ thống) khi kết thúc đếm:. 14 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 • Ví dụ: Chế độ đếm với giá trị ban đầu là 4, bộ đếm sẽ lùi xuống giá trị 0 Chế độ đếm 0 với số đếm là 4 5/14/2013 8 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 0: Tạo yêu cầu ngắt khi đếm hết (Interrupt on terminal count): • Ví dụ: – Việc nạp thanh ghi bộ đếm sẽ là: nạp byte đầu tiên (byte thấp) sẽ làm ngừng việc đếm hiện tại, nạp byte thứ 2 sẽ khởi phát quá trình đếm mới. 15 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 Chế độ đếm 0 với số đếm là 4 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 1 (progammable monoflop): phát ra một xung đơn với thời gian tồn tại xung biến đổi được • Lối ra out chuyển xuống mức thấp khi bắt đầu đém và duy trì trạng thái này cho đến khi kết thúc đếm sẽ nhảy lên mức cao 16 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 Chế độ đếm 1 với số đếm là 4 5/14/2013 9 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 1 (progammable monoflop): • Cho phép tạo ra xung đơn với độ rộng biến đổi tùy theo giá trị nạp ban đầu • Tín hiệu Gate có tác dụng kích hoạt bộ đếm hoạt động, và vì vậy bộ đếm có thể làm việc nhiều lần tùy theo số xung Gate. 17 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 2 (Rate generator): phát ra các sóng tỉ lệ • Các xung nhịp đưa vào bộ đếm được chia bởi giá trị nạp trong thanh ghi bộ đếm. • Lối ra sẽ xuống mức tháp trong một chu kỳ khi số đếm đạt giá trị 0 và sau đó nâng lên mức cao trong một chu kỳ xung nhịp. 18 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 Chế độ đếm 2 với số đếm là 4 Ví dụ:
Giá trị được nạp vào bộ đếm là 4
Lối ra cao trong 3 chu kỳ và thấp trong 1 chu kỳ 5/14/2013 10 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 3 (Square-Wave Generator): phát ra các sóng hình vuông • Tương tự như chế độ 2 nhưng xung ngõ ra là sóng vuông khi giá trị đếm chẵn và sẽ thêm một chu kỳ ở mức cao khi giá trị đếm lẻ. 19 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 Chế độ đếm 3 với số đếm là 4 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 4 (Software-triggered Pulse): tạo các xung bằng phần mềm • Giống như chế độ 2 nhưng xung Gate không khởi động quá trình đếm mà sẽ đếm ngay khi số đếm ban đầu được nạp. • Ngõ ra ở mức cao để đếm và xuống mức thấp trong chu kỳ xung đếm. Sau đó, ngõ ra sẽ trở lại mức cao. 20 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 5/14/2013 11 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Năm chế độ làm việc của các bộ đếm Chế độ 5 (Hardware-triggered Pulse): tạo các xung bằng xung cửa gate • Giống như chế độ 2, sườn lên xung cửa gate bắt đầu quá trình đếm sau đó xuống thấp trong một chu kì khi việc đếm kết thúc. • Khi quá trình đếm chưa kết thúc, nếu xung cửa xuất hiện những sườn lên thì cứ mỗi lần như vậy bộ đếm lại được đếm lại từ giá trị ban đầu. 21 Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 2. Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 3. Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 4. Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 22 5/14/2013 12 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Cấu tạo • Vi mạch 8255 có 3 cổng lập trình được. • Các tín hiệu điạ chỉ A0, A1 của 8255 được nối trực tiếp với tín hiệu địa chỉ tương ứng của bộ vi xử lý. • Các đường dây địa chỉ được kết mạch về địa chỉ 60H và cùng với tín hiệu IO/M được dùng để điều khiển tín hiệu /CS (chip select) của vi mạch 8255. 23 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Cấu tạo • Sơ đồ khối của 8255: 24 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 5/14/2013 13 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Cấu tạo • Địa chỉ các cổng 8 bít của 8255 trong một máy tính cá nhân tương thích IBM như sau: Cổng A: 60H Cổng B: 61H Cổng C: 62H Thanh ghi điều khiển: 63H. • Ba cổng A, B, C mỗi cổng 8 bit, cổng C được chia đôi (mỗi cổng con 4 bit) vì vậy có thể xem 8255 có 4 cổng lập trình được. • Được thiết kế để lựa chọn thiết bị ngoại vi, được phép giao tiếp với vi xử lý. • Các cổng chia làm hai nhóm: Nhóm A: gồm cổng A và 4 bit cao cổng C. Nhóm B: gồm cổng B và 4 bit thấp cổng C. 25 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Cấu tạo 26 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 Lựa chọn các cổng được chọn bởi A0, A1 như sau : Địa chỉ A1 A0 Cổng $300 $cơ sở 0 0 A $301 $cơ sở + 1 0 1 B $302 $cơ sở + 2 1 0 C $303 $cơ sở + 3 1 1 Kiểm soát thanhghi điều khiển 5/14/2013 14 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Chế độ làm việc: • Vi mạch 8255 có bốn chế độ làm việc: a. Chế độ 0, vào/ra đơn giản: cho phép định nghĩa 4 cổng A, B, C thấp, C cao thành cổng vào hoặc ra. Phối hợp 4 cổng sẽ có 16 cấu hình vào ra đơn giản của vi mạch 8255. b. Chế độ 1 vào/ra có xung cho phép: phần lớn các bit của cổng C được sử dụng làm tín hiệu điều khiển. Cổng A và cổng B được dùng để nhập dữ liệu (vào) hoặc phát dữ liệu (ra) tùy theo tín hiệu /RD, /WR đến từ bộ vi xử lý. c. Chế độ 2, bus hai chiều: chỉ được dùng cho cổng A. Cổng B có thể chọn để làm việc tại chế độ 0 (vào) hoặc chế độ 1 (ra). Tùy từng chế độ của cổng B mà các chân cổng C được dùng làm tín hiệu điều khiển cho cổng A và cổng B. d. Chế độ : chế độ đặt/xoá các bit cổng C. 27 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển 28 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 D0 : Cổng C (nửa thấp ) - 0: ra ; 1 : vào D1 : Cổng B - 0 : ra ; 1 : vào D2 : chọn chế độ 1: mode 1 0: mode 0 (mode của nhóm B) D3 : cổng C (nửa cao) 1: vào 0: ra D4 : Cổng A : 1 vào 0 ra D5 , D6 : Chọn chế độ : 0 0 : mode 0 0 1 : mode 1 1 1 : mode 2 1 0 : mode 2 D7: Xác lập cổng 1: xác lập cổng 0: xóa các bit port[A] := data out port[B] := data in 5/14/2013 15 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Chế độ làm việc: 29 Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 Ví dụ : D7 - mức 1 : chỉ ra rằng thanh ghi điều khiển đang được sử dụng ( được phép ghi lại ) D2 ,D5, D6 - mức 0 : cho biết tất cả các cổng được sử dụng mode 0 D4 - mức 1 : cổng A là cổng vào D3, D1, D0 - mức 0 : cổng B và C (cao và thấp ) đựơc dùng làm cổng ra→ biểu diễn trong hệ nhị phân (hexa) 90(h) 1 0 0 1 0 0 0 0 máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 2. Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 3. Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 4. Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 30 5/14/2013 16 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Nguyên tắc hoạt động ngắt trong máy tính • Ngắt là một phương tiện để thay đổi chế độ hoạt động của CPU và các thiết bị khác. • Người sử dụng lợi dụng nguyên tắc này để thay đổi các nhu cầu công việc của mình thông qua các thiết bị phần cứng (ngắt cứng) hoặc qua các phần mềm (ngắt mềm). • Một vi mạch bên trong máy tính chiệu trách nhiệm tiếp nhận, điều khiển tín hiệu ngắt này được gọi là vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A. 31 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Nguyên tắc hoạt động ngắt trong máy tính • Nguyên tắc hoạt động ngắt: – Kiểm tra yêu cầu ngắt bằng một vòng (loop) thăm dò trong chương trình khi gặp yêu cầu thì đáp ứng. – Dùng ngắt (interrupt) để tạm dừng chương trình, chạy chương trình con đáp ứng ngay yêu cầu ngắt (interrupt request). • Yêu cầu ngắt được chia thành hai loại chính: – Ngắt phần cứng (hardware interrupt): yêu cầu ngắt từ một bộ phận ngoại vi được đưa đến những chân tín hiệu ngắt của bộ ví xử lý. – Ngắt phần mềm (software interrupt): yêu cầu ngắt của bộ vi xử lý khi thực hiện lệnh hợp ngữ INT. Hệ điều hành sử dụng ngắt này để xử lý các hàm (điều khiển chuột, ổ đĩa…vv). Những ngoại lệ nảy sinh trong quá trình hoạt động của bộ vi xử lý (chia cho 0, tràn) cũng thuộc về loại ngắt này. 32 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 5/14/2013 17 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Nguyên tắc hoạt động ngắt trong máy tính • Khi bộ vi xử lý nhận được một yêu cầu ngắt phần cứng và đọc số hiệu ngắt từ bus dữ liệu: i. Nhớ thanh ghi cờ (FR) về ngăn xếp (stack) trong bộ nhớ. ii. Cấm các ngắt khác (IF=0), cho bộ vi xử lý chạy tại cơ chế thường (TF=0). iii. Cất địa chỉ đoạn (segmen address) của chương trình đang chạy (nằm trong thanh ghi đoạn mã CS -code segment) vào ngăn xếp. iv. Cất địa chỉ lệch (offset address) của mã lệnh đang chạy (nằm trong thanh ghi trỏ lệnh IP - instruction pointer) vào ngăn xếp. v. Lấy địa chỉ chương trình phục vụ ngắt từ bảng địa chỉ ngắt (interrupt vector table) vào thanh ghi đoạn mã CS và thanh ghi con trỏ lệnh căn cứ theo số hiệu ngắt. Sau đó chương trình phục vụ ngắt bắt đầu chạy. vi. Khi gặp lệnh IRET (interrupt return), bộ vi xử lý lấy lại trạng thái ban đầu của thanh ghi cờ (FR), thanh ghi đoạn mã (CS) và thanh ghi con trỏ lệnh (IP) từ ngăn xếp (được lưu trữ trong các bước 1,3,4). 33 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển a. Nguyên tắc hoạt động ngắt trong máy tính • Nếu nhiều yêu cầu ngắt xuất hiện cùng một lúc, bộ vi xử lý sẽ có những thứ tự ưu tiên từ cao đến thấp như sau: i. Ngắt nội bộ (chia cho 0 INT 0, tràn INT 4, ngắt phần mềm INT N). ii. Ngắt phần cứng không che được NMI. iii. Ngắt phần cứng che được INTR. iv. Ngắt chạy từng lệnh INT 1. 34 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 5/14/2013 18 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259 • Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được (Programmable Interrupt Controler) PIC/8259A phân định mức ưu tiên khi có nhiều ngắt phần cứng che được INTR xuất hiện. • Có khả năng xử lý tối đa 8 yêu cầu ngắt IR (interrupt request) và chỉ đưa ra một yêu cầu ngắt đến chân tín hiệu INTR của bộ vi xử lý. • Với hệ thống có nhiều thiết bị: có thể ghép nhiều vi mạch 8259 theo kiểu chủ/tớ (master/slave)→ dùng 1 vi mạch PIC chủ và 8 vi mạch PIC tớ bộ vi xử lý tiếp nhận 64 yêu cầu ngắt phần cứng che được khác nhau. 35 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259 • Sơ đồ khối của vi mạch PIC 8259A 36 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 5/14/2013 19 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259 • Trong đó: – IR0 IR7 (interrupt request): các chân yêu cầu ngắt. – IRR (interrupt request register): thanh ghi yêu cầu ngắt từ đầu vào IR0 IR7 . – ISR (interrupt service register): thanh ghi đang được phục vụ. – IMR ( interrut mask register): thanh ghi khuôn che ngắt cho IR0 IR7. – PR (priority register): thanh ghi xử lý ưu tiên. – /SP, /EN (slave program, enable buffer): tín hiệu lập trình chủ/tớ hoặc mở đệm bus dữ liệu: • Nếu không làm việc ở chế độ đệm bus dữ liệu thì tín hiệu này định nghĩa vi mạch này là tớ (/SP=0) hay chủ (/SP=1). • Trong chế độ đệm bus, tín hiệu (/EN=0) mở thông bus hệ thống với 8259A. Lúc này, việc định nghĩa vi mạch chủ được thực hiện qua ICW4 (interrupt contrrol Word). – CAS0 CAS2: Tín hiệu nối tầng các vi mạch PIC, là mạch đầu ra đối với mạch chủ và là đầu vào đối với mạch tớ. 37 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259 • Khi xuất hiện một yêu cầu ngắt từ một bộ phận ngoại vi, quy trình hoạt động của vi mạch 8259 và bộ vi xử lý như sau: i. Khi có yêu cầu ngắt từ một bộ phận ngoại vi (IRQ0IRQ15), 8259A sẽ đưa ra thông báo ngắt bằng tín hiệu INT=1, tín hiệu này được nối với bộ vi xử lý qua chân yêu cầu ngắt INTR (interrupt request). ii. Bộ vi xử lý sau khi nhận được thông báo ngắt sẽ báo lại 8259A bằng tín hiệu chấp nhận ngắt /INTA=0 (interrupt acknowledge). iii. 8259A nhận được tín hiệu /INTA từ bộ vi xử lý sẽ hoàn tất các xử lý nội bộ theo thứ tự mức ưu tiên. iv. Bộ vi xử lý đưa ra tín hiệu /INTA lần thứ hai và 8259A sẽ trả lời bằng cách đưa ra bus dữ liệu thông tin về số hiệu ngắt (1byte) (INT N, N là số hiệu ngắt). v. Bộ vi xử lý dùng số hiệu ngắt để tính vị trí địa chỉ chương trình phục vụ ngắt trong bảng vector ngắt (interrupt vector table). vi. Qui trình xủ lý yêu cầu trong bộ vi xử lý được thực hiện theo 6 bước đã nêu ở trên . 38 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 5/14/2013 20 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của 8259 • Từ thế hệ IBM/AT (advanced technology) trở đi: máy vi tính cá nhân có tất cả 16 yêu cầu ngắt cứng→ Cần thêm một vi mạch 8259A trong chế độ tớ để tăng thêm số yêu cầu ngắt. • Đầu ra INTR của vi mạch tớ được nối với đầu yêu cầu ngắt 2 của vi mạch chủ. • Địa chỉ cổng phần cứng của từng vi mạch như sau: Vi mạch 8259A chủ: 20H, 21H. Vi mạch 8259A tớ: A0H, A1H. 39 Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch định thời lập trình được PIT/8253, PIT/8254 2. Vi mạch giao diện ngoại vi lập trình được 8255 3. Vi mạch điều khiển ngắt lập trình được 8259A 4. Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 40 5/14/2013 21 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển • Để truy nhập một số thiết bị ngoại vi như đĩa mềm, đĩa cứng, hay bản mạch ghép nối màn hình, .v.v. cần phải truy nhập bằng phần cứng thông qua chip truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC • Cho phép vào/ra dữ liệu rất nhanh • Được gọi là phương pháp truy nhập trực tiếp giữa bộ nhớ và các thiết bị ngoại vi không cần qua bộ vi xử lý. 41 Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển →Vi mạch truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC (direct memory access controller) đảm nhiệm việc điều khiển quá trình trao đổi thông tin. • Quy trình truy nhập trực tiếp bộ nhớ thực hiện theo những bước sau: i. Thiết bị ngoại vi có nhu cầu trao đổi sẽ phát tín hiệu yêu cầu dữ liệu DRQ (data request) sang DMAC. ii. DMAC phát tín hiệu yêu cầu treo HRQ=1 (hold request) đến chân HOLD của bộ vi xử lý. iii. Bộ vi xử lý trả lời qua tín hiệu HLDA=1 (hold acknowledge) sang chân HACK của DMAC và tự treo ra khỏi hệ thống bus. iv. DMAC phát tín hiệu cho phép truy nhập bộ nhớ DACK=1 (data acknowledge) sang chân DACK của thiết bị ngoại vi. v. Khi quá trình truy nhập trực tiếp kết thúc thì tín hiệu HRQ được đưa về 0. 42 Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 5/14/2013 22 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển • Cấu tạo của vi mạch DMAC 8237A-5 của Intel 43 Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 trong máy tính XT/AT I. Vi mạch điều khiển • Chức năng: i. EOP (end of process): là tín hiệu hai chiều, • Khi là đầu vào được dùng để buộc vi mạch DMAC chấm dứt quá trình truy nhập bộ nhớ trực tiếp. • Khi là đầu ra được dùng làm tín hiệu báo kết thúc truyền số byte TC (terminal count) mà một kênh DMAC đảm nhiệm. ii. RESET: Khởi động, nối với tín hiệu khởi động của toàn máy vi tính cá nhân. iii. CS (chip select): Chọn vi mạch, tương tự như các vi mạch ngoại vi khác tín hiệu này được điều khiển bởi bộ giải mã địa chỉ và tín hiệu IO/M. iv. READY: Tín hiệu sẵn sàng, dùng để đợi các thiết bị ngoại vi khác chậm hơn. 44 Vi mạch điều khiển truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMAC 8237 5/14/2013 23 Nội dung I. Vi mạch điều khiển trong máy tính XT/AT II. Vi mạch điều khiển trong máy tính PC hiện đại. 45 máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch tổng hợp cho Pentium 2. Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III 3. Vi mạch tổng hợp Intel 810 4. Vi mạch tổng hợp Super I/O. 46 5/14/2013 24 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Intel cho ra đời nhiều thế hệ vi mạch tổng hợp (chipset) cùng với vi xử lý của họ. • Những vi mạch tổng hợp này chứa đựng toàn bộ các thiết bị logic và điều khiển của máy vi tính cá nhân và tận dụng tối đa các khả năng của vi xử lý cũng như giao diện PCI. 47 Vi mạch tổng hợp cho Pentium trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển a. Intel 430LX: • Là vi mạch tổng hợp đầu tiên của Intel. Vi mạch này dành cho Pentium thế hệ đầu tiên chạy với tần số 60 và 66HZ. • Có nhiệm vụ điều khiển bus PCI và tối đa 128 MB RAM b. Intel 430NX: được dùng cho thế hệ Pentium thứ hai, làm việc với tần số 90 đến 133MHZ • Có ưu điểm hơn so với 430 LX: – Có khả năng điều khiển hệ đa xử lý (hai vi xử lý). – Quản lý được tối đa 512MB RAM. – Quản lý được tối đa 512KB bộ nhớ cache thứ cấp(L2). 48 Vi mạch tổng hợp cho Pentium 5/14/2013 25 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển c. Intel 430FX: • Ưu điểm – Quản lý được EDO RAM – Điều khiển cache xen kẽ (pipeclined burst cache) và cache đồng bộ (synchronous cache). – Tương thích với chuẩn PCI 2.0. – Tốc độ và công suất cao. • Nhược điểm so với 430NX la: – Chỉ quản lý được 128 MB RAM. – Không có khả năng điều khiển hệ đa xử lý. 49 Vi mạch tổng hợp cho Pentium trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển d. Intel 430HX: • Được thiết kế để khắc phục những nhược điểm kể trên của 430FX. – Có khả năng điều khiển bộ nhớ trang bị bộ chữa lỗi chẵn lẻ và ECC. – Có khả năng điều khiển hệ đa xử lý. – Quản lý tối đa 512 MB RAM. – Có khả năng đệm cache toàn bộ 512 MB (thay vì 64MB trong thế hệ trước). – Tốc độ nhanh vì định thời bộ nhớ nhanh hơn, bộ đệm vào/ra lớn hơn. – Tương thích với chuẩn PCI 2.1 – Điều khiển được giao diện bus tuần tự đa năng USB. – Định thời độc lập cho các thiết bị IDE/ATA. 50 Vi mạch tổng hợp cho Pentium 5/14/2013 26 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển e. Intel 430VX: • Cùng thế hệ với 430HX • Được dùng cho máy tính cá nhân giá thành thấp. • Các ưu điểm của 430VN so với 430HX: – Quản lý được SDRAM. – Cải tiến chế độ quét (burrst memory read) khi dùng SDRAM. • Nhược điểm của 430VX so với 430HX là: – Không có khả năng chữa lỗi chẵn lẻ và ECC. – Không quản lý được hệ thống có nhiều xử lý. – Chỉ quản lý tối đa 128 MB RAM như 430FX. – Chỉ đệm cache được tối đa 64MB như 430FX. – Định thời chậm hơn khi dùng EDO RAM. – Ít bộ đệm vào/ra PCI hơn 430HX (nhưng nhiều hơn 430FX). – Không có định thời độc lập cho các thiết bị IDE/ATA. 51 Vi mạch tổng hợp cho Pentium trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển f. Intel 430TX: • Là thế hệ cuối cùng của bộ vi xử lý tổng hợp 430. • Ưu điểm chính của 430TX so với các thế hệ trước là: – Cải tiến định thời đọc SDRAm. – Quản lý tối đa 256MB RAM (trong số đó chỉ có 64 MB được đệm qua cache). – Quản lý nhiều khe cắm SIMM và DIMM hơn 430VX. – Quản lý được DMA chế độ 3 (còn gọi là DMA-33, Ultra-ATA hay ATA- 33). – Định thời độc lập cho thiết bị IDE/ATA. – Tiêu thụ ít năng lượng hơn. • Nhược điểm của Intel 430TX là: – Không quản lý được hệ thống có nhiều xử lý. – Chỉ quản lý được 256MB RAM, thay vì 512 MB. – Chỉ cho phép đệm 64MB thay vì toàn bộ nhớ. – Ít đệm vào/ra PCI hơn. – Quản lý được ít khe cắm SIMM/DIMM hơn. 52 Vi mạch tổng hợp cho Pentium 5/14/2013 27 máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch tổng hợp cho Pentium 2. Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III 3. Vi mạch tổng hợp Intel 810 4. Vi mạch tổng hợp Super I/O. 53 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Thế hệ vi mạch tổng hợp 440/450 được đi kèm các vi xử lý cuối cùng của thế hệ 32 bit Pentium Pro, Pentium II và Pentium III i. Intel 450GX cho Pentium Pro: – Được thiết kế cho máy chủ và trạm làm việc. – Khả năng quản lý 8GB RAM, 4 vi xử lý và 2 hệ thống bus PCI độc lập. – Có khả năng kiểm tra lỗi chẵn lẻ và ECC của bộ nhớ ii. Intel 450KX – Là một phiên bản của 450GX dành cho trạm làm việc – Quản lý được tối đa 1 GB RAM và 2 vi xử lý. – Có khả năng kiểm tra lỗi chẵn lẻ và ECC của bộ nhớ. 54 Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III 5/14/2013 28 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển iii. Intel 440EX cho Pentium Pro: – Tương tự 430HX và rẻ tiền hơn 450KX. – Dùng cho máy vi tính cá nhân đi kèm theo với Pentium Pro. iv. 440LX cho Pentium II, là vi mạch tổng hợp đầu tiên có khả năng quản lý giao diện đồ họa tăng tốc AGP. 55 Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch tổng hợp cho Pentium 2. Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III 3. Vi mạch tổng hợp Intel 810 4. Vi mạch tổng hợp Super I/O. 56 5/14/2013 29 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Trong các máy tính hiện đại, trên bản mạch chính thường có hai chipset lớn thứ nhì sau CPU. Hai chipset này được gọi là chipset bán cầu bắc và chipset bán cầu nam. – Chipset bán cầu bắc có chức năng kết nối bộ nhớ chính, bus AGP với CPU, đồng thời điều khiển quá trình trao đổi dữ liệu giữa chúng (tốc độ cao). – Chipset bán cầu nam có chức năng kết nối giữa các khe cắm mở rộng, các chipset vào/ra, bus USB, card mạng, .v.v. với CPU, và điều khiển quá trình trao đổ dữ liệu giữa chúng. 57 Vi mạch tổng hợp Intel 810 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Sơ đồ khối chức năng và sự kết nối giữa các chipset với các giao diện khác 58 Vi mạch tổng hợp Intel 810 5/14/2013 30 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Đặc điểm của vi mạch tổng hợp 810 – Là vi mạch đầu tiên được thiết kế cho vi xử lý Celeron. – Chứa toàn bộ phần điều khiển hiển thị cho phép thực hiện chế độ phức tạp như đồ họa 2 chiều, 3 chiều và phim hình chuyển động. – Bộ điều khiển bộ nhớ cũng được cấy bên trong Intel 810. – Giao diện hub tối ưu hoá quá trình truyền dữ liệu giữa bộ điều khiển bộ nhớ và bộ điều khiển giao diện ngoại vi. – Tạo nên một cơ sở hạ tầng để quản lý bảo mật và quản lý nguồn thông minh. – Cho phép máy vi tính hoạt động trong 6 trạng thái tiết kiệm điện khác nhau (bất bình thường , stop grant, nghỉ RAM, nghỉ ổ đĩa, tắt phần mềm). 59 Vi mạch tổng hợp Intel 810 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Đặc điểm của vi mạch tổng hợp 810 – Tuân theo quy định chuẩn PC99 và xóa bỏ hệ thống bus mở rộng ISA ra khối cấu trúc máy vi tính cá nhân. – Trang bị một giao diện âm thanh AC97 (audio codec 97) cho phép ghép nối thể âm thanh và MODEM với hệ thống máy tính – Vi mạch tổng hợp Intel 810 bao gồm ba thành phần chính sau đây 60 Vi mạch tổng hợp Intel 810 5/14/2013 31 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Vi mạch tổng hợp Intel 810 bao gồm ba thành phần chính: – Vi mạch điều khiển đồ họa và bộ nhớ GMCH: Vi mạch điều khiển đồ hoạ và bộ nhớ 82810 GMCH, 82810 DC 100 (graphics and memory controller hub). – Bộ điều khiển vào/ra ICH: Vi mạch điều khiển vào/ra ICH (input/output controller hub) 82801AA hay ICH0 82801 AB. – Firmware hub 82802 FWH (firmware hub). 61 Vi mạch tổng hợp Intel 810 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển  Vi mạch điều khiển đồ họa và bộ nhớ GMCH (graphics and memory controller hub) 82810 hay 82810-DC100: – Là bộ điều khiển bus hệ thống 66/100 MHZ, có khả năng điều khiển SDRAM 100 MHZ và có giao diện được tối ưu hóa nối với ICH. – Cho phép ghép nối bộ nhớ chính với các mạch logic còn lại của máy vi tính. – Các đặc điểm chính: • 421 Mini-BGA. • Bộ điều khiển hiển thị. • 230MHZ RAMDAC cho đồ họa. • Làm việc với Celeron có tần số bus hệ thống 66 hoặc 100MHZ. • Giao diện SDRAM 100MHz với dung lượng 64 MB/256 MB/512MB tương đương với công nghệ SDRAM 16Mb/64Mb/128Mb. 62 Vi mạch tổng hợp Intel 810 5/14/2013 32 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển Vi mạch điều khiển đồ họa và bộ nhớ GMCH (graphics and memory controller hub): – Các đặc điểm chính: • Có thêm 4 MB đệm hiển thị DC (display cache), chỉ trong 82810- DC100. • Giao diện hub xuôi để nối với ICH. • Giao diện nối với TV và màn hình phẳng. 63 Vi mạch tổng hợp Intel 810 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển Vi mạch điều khiển vào/ra ICH (input/output controller hub) 82801AA hay ICH0 82801 AB.: – Cho phép truy nhập các thiết bị còn lại của hệ thống máy tính – Các đặc điểm chính: • 241 Mini BGA • Giao diện hub xuôi nối với GMCH • Giao diện PCI theo chuẩn PCI2.2 (4 trong 82801AB ICH0, 6 trong 82801AA ICH). • Bộ điều khiển IDE cho Ultra ATA/33 (82801AA ICH0) hay Ultra ATA/66 (82801AAICH) • Bộ điều khiển USB. 64 Vi mạch tổng hợp Intel 810 5/14/2013 33 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển Vi mạch điều khiển vào/ra ICH (input/output controller hub) 82801AA hay ICH0 82801 AB.: – Các đặc điểm chính: • Bộ Điều khiển SMBus • Giao diện FWH. • Giao diện LPC. • Giao diện AC97 2.1. • Bộ điều khiển quản lý hệ thống SMC (systerm managemend contrroller). • Đánh thức LAN (82801AA ICH). • Bộ điều khiển ngắt. 65 Vi mạch tổng hợp Intel 810 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển Vi mạch FWH (firmware hub). – Vi mạch FWH 82802 là một chi tiết mới đóng vai trò quan trọng cơ sở hạ tầng bảo mật và quản lý hệ thống máy vi tính cá nhân. – Các đặc điểm chính: • Bộ phát số ngẫu nhiên RNG (random number generator). • Khóa theo thanh ghi (register-based locking). • Khóa theo phần cứng (hardware-based locking). 66 Vi mạch tổng hợp Intel 810 5/14/2013 34 máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển trong 1. Vi mạch tổng hợp cho Pentium 2. Vi mạch tổng hợp cho Pentium II và Pentium III 3. Vi mạch tổng hợp Intel 810 4. Vi mạch tổng hợp Super I/O. 67 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Hệ thống máy tính vẫn cần một vi mạch tổng hợp đặc biệt để nối máy tính với các thiết bị bên ngoài tương thích với cấu trúc IBM/PC cổ điển như: giao diện tuần tự, song song, bàn phím chuột, ổ đĩa mềm→ Vi mạch Super I/O. • Ví dụ: Vi mạch Super I/O PC87307 – Các chức năng ngoại vi cơ bản của máy tính cá nhân dùng bus ISA, EISA hay MicrroChannel@. – Có khả năng “cắm là chạy” PnP(Plug and Play), – Các phần điều khiển ổ đĩa mềm FDC(floppy disk controller). – Phần điều khiển bàn phím và chuột KBC (Keyboard and mouse cotroller) – Đồng hồ RTC (real-time clock) – Hai bộ UART – Giao diện song song IEEE 1284 – Ba tín hiệu lập trình được có thể dùng để quản lý cần điều khiển. – Có khả năng quản lý nguồn điện thông minh. 68 Vi mạch tổng hợp Super I/O. 5/14/2013 35 trong máy tính PC hiện đại. II. Vi mạch điều khiển • Vi mạch Super I/O PC87307 69 Vi mạch tổng hợp Super I/O. 5/14/2013 36