Môn học Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối (Peripherals & Interfacing Technique) pptx

Page 1 of 56

Môn học

Thiết bị ngoại vi và kỹ thuật ghép nối

(Peripherals & Interfacing Technique)

Giáo viên: Bùi Quốc Anh,

Bộ môn Kỹ thuật Máy tính

• Introduction: The purpose of this course is to provide student with technical knowledge of each major

subsystem of Interface, including processors, memories, IO bus,... especially Nonstandard zed Input

Output via ports and applies to industry architectures across a wide range of hardware vendors

• This document could contain technical inaccuracies or typographical errors. Author believes the

statements contained herein are accurate as of the date of editing of this doc. However, the Author

makes no warranty of any kind with respect to the accuracy of the contents hereof.

Tài liệu tham khảo:

Publications:

- Microprocessor Interfacing techniques, R. Zaks & A. Lease, Sybex

- Micro Processor and Interfacing, D. Hall, McGraw Hill;

- IBM PC AT Technical Reference (Buses, Ports), IBM;

- Introduction to the PC Architecture Course, IBM PC Institute, 1997

- Interfacing to IBM PC – L. C. Eggebrecht, IBM Corp.

- Parallel Port Complete, J.Axelson, LakeViewResearch.

- Mastering Serial Communication, P.W. Gofton, Sybex.

- PC Intern (System Programming), M. Tischer, Abacus.

- Programming & Interfacing the 8051 MC, S. Yeralan, Addison-Wesley

- ...

Software:

- TechHelp Ver. 4.0 / 6.0

- MSDN, Online Help.

- Design tools: OrCAD, Protel, Cadence...

- Programming Languages (C, Pascal, MASM, C++, VB, Delphi, VC++...)

- . . . .

Websites, .pdf files:

- IBM, Microsoft, Intel, Motorola ...

- ATMEL: atmel.com/product/microcontrollers 89Cxx (51/52/2051/8252, AVR - RISC, MSC51)...

- National Semiconductor: ns.com/products: ADC 0809, DAC0800/1210, S&H LM198)...

- INTERSIL: intersil.com/products/ICL7109, 7135...

- Analog Devices Inc.: adi.com/products/adc, S&H...: AD574, AD1674

- USB: usb.org (pdf files for version 1.x & 2.x)

- Cypress – EZ USB, Developing Kit...

- ...

Interfacing?

Page 2 of 56

1. Hardware

2. Software: Device Drivers: SLLs, DLLs, DRVs, VxDs, DCUs,...

CPU,

Mem,

Bus,

Controlle

rs,

...

Wide world

Computerized Dev:

KB, Printer,

Scanner, Mouse

Specific Devices:

HDD, CRT, ...

Industry Objects:

Scale, Furnace,

GenSet, Tanks,...

Adaptor

Ports

Controllers

HDC, CRTC

ADC, DAC

Central Sys.

Page 3 of 56

Chương.1 Kiến trúc hệ VXL – MT

§ Kiến trúc thiết bị hệ kinh điển,

§ Kiến trúc hệ máy tính ‘Hi Performance’

§ Hoạt động của hệ thống.

1.1. Kiến trúc Hệ VXL, Máy tính kinh điển – Embedded systems

1.1.1. Sơ đồ:

3 phần:

- CS,

- Ngoại vi &

- Interface

1.1.1. a. Central Sub System – CS:

+ CPU: Central Processing Unit:

• Khái niệm: Là bộ điều khiển trung tâm, thực hiện công việc được giao đặt trong bộ nhớ chương trình

bằng cách thực hiện các phép xử lý lên các biến nhị phân và điều khiển thiết bị ngoại vi.

• Công việc bao gồm:

– Tìm lệnh, giải mã lệnh, [tìm toán hạng, xử lý và cất kết quả],

– In/Out với các port kiểu Interrupt và DMA để điều khiển thiết bị ngoại vi.

Đặc trưng – Specifications:

• Kích thước toán hạng (bit): 4, 8, 12, 16, 32, 64...

• Tốc độ xử lý: Mips, clock multiplier,

• Kiến trúc: RISC vs CISC, DSP, Micro Controller...

• Pinning/Signalling (Data/Address - Mux, Control bus, IRQ, HRQ, RD/WR...),

• Register set,

• Instruction set – Addressing Modes,

• Power: Slow/ sleep/ power down modes

• ...

Memories (Semiconductor): K/n & ROM:

Khái niệm:

• Lưu thông tin (ch/tr và số liệu) dạng nhị phân,

• Dung lượng lớn (upto 100s Mega bit), tốc độ truy nhập nhanh (downto ns access time).

Physically: tính chất vật lý như thế nào?

– ROMs: gồm Mask ROM, PROM, EPROM, EAROM, OTROM, NonVolatile mem, ...

• Là bộ nhớ chỉ đọc, vẫn lưu thông tin khi mất điện,

• Package : byte

• Access time:100..120ns

• Ghi/nạp nội dung: T/bị chuyên dùng (ROM Burner/Programmator)

Memories (Semiconductor): SRAM

RAMs:

• Lưu thông tin tạm thời, không lưu được khi mất điện, đọc và ghi được, [Read/Write Mem].

Page 4 of 56

– Static RAM:

• nhanh (80..3 ns),

• byte/nibble package,

• mật độ byte/chip nhỏ (upto 64/256 KB/ chip),

• đắt, tiêu thụ công suất nhiều,

• CMOS RAM: chậm và tiêu thụ cực ít, less mW. Vdụ: MC 146818 RealTimeClock￾CMOS RAM

• Dùng trong các hệ nhỏ, cache memory.

Memories (Semiconductor): DRAM

Dynamic RAM: DRAM:

§ Tốc độ/Access time (50-70ns), [10..20ns] Pre-fetched

§ Mật độ bit/chip >> (1 Gbit/chip – 1996, Korea),

§ bit package => DRAM bank,

§ Tiêu thụ công suất nhỏ.

§ Thông tin chỉ lưu được 10ms => refreshing DRAM với chu kỳ @ 7,5ms => phức tạp.

§ Dùng trong các hệ có dung lượng nhớ lớn: máy tính, máy chủ...

Memories (Semiconductor): FLASH & Others

Flash memory:

EAROM typed, đưọc đợc, xoá từng bank, ghi lại được từng byte. Thông tin lưu được 20 năm, dùng

nhiều hiện nay và tương lai: BIOS, diskchip...

Serial EAROM/FLASH: dùng để lưu configuration, dùng bus I2C (Philips). Ví dụ ứng dụng : thẻ vi mạch,

TV, ...

Dual [Quad] Ported RAM: Switching Sys., PGA

RAM-DAC: VGA, VoiceChip

PCMCIA

....

Memories (Semiconductor): Logically:

Bộ nhớ chứa thông tin gì?

§ Program memory:

§ chứa ch/tr đang được thực hiện

§ Data memory:

§ các biến ngẫu nhiên,

§ biến có cấu trúc,

§ số liệu có kiểu truy nhập đặc biệt FIFO, LIFO (Stack memory).

+ Controllers: [Optional], vi mạch, nâng hiệu năng (performance) hệ thống, bao gồm:

Bộ điều khiển ưu tiên ngắt PIC – Priority Interrupt Controller, Intel 8259A

§ Bộ điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ DMAC – Direct memory Access Controller, Intel 8237A.

§ Timer: mạch tạo các khoảng thời gian, PIT- Programmable Interval Timer, Intel 8254.

§ Mạch quản trị nhớ: MMU- Memory Management Unit, sau này, thường đợc built on chip với CPU.

§ Bus controller/Arbitor

§ ...

Bus System: K/n & Addr bus

• PCB (Printed Circuit Board)/ Cable (Twisted pairs, flat..), slot, connector...

• Nối hơn 1 slave device, time sharing

• Thông tin: Address, data, control, status, Power Supply

• Chiều (dir), 3 state (Hi Z), Loading

ADDRESS BUS:

– Từ các BusMaster (CPU, DMAC, PCI host Controller) đến SlaveDevices (Mem, Ports) để chọn/

chỏ từng IO/ Mem location trong từng chu kỳ bus

– n Addr bit è 2n Mem Locations & 2m IO Locations, m<n

Bus System: Data bus

§ Data bus:

§ Số bit (thường) phù hợp với kích thước ALU (8/16/32/64 bit)