Il Sistema di Input/Output
Corrado Santoro
ARSLAB - Autonomous and Robotic Systems Laboratory
Dipartimento di Matematica e Informatica - Universit`
a di Catania, Italy
Architettura degli Elaboratori
Corrado Santoro Il Sistema di Input/Output
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IO system - slide corso, Dispense di Calcolatori Elettronici
Slides su sistemi input/output del corso Calcolatori Elettronici
Tipologia: Dispense
2021/2022
1 / 49
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Il Sistema di Input/Output
Corrado Santoro
ARSLAB - Autonomous and Robotic Systems Laboratory Dipartimento di Matematica e Informatica - Universit `a di Catania, Italy [email protected]
Architettura degli Elaboratori
Il Sistema di Input/Ouput
Una caratteristica fondamentale di un computer e la possibilita di interagire con il mondo esterno (operatore umano, ambiente, etc.)
Queste operazioni sono effettuate attraverso le interfacce di Input/Output Esse sono dispositivi hardware che mettono a disposizione opportune funzionalit `a e/o collegamenti elettrici con l’esterno
Interagiscono con la CPU attraverso i collegamenti del bus di sistema
Il Sistema di Input/Ouput
I/O Mappato in Memoria
Una parte della memoria (stabilita a design-time) viene riservata per l’Input/Output Un set di indirizzi specifico dell’area di memoria `e assegnato all’Input/Ouput
Ogni interfaccia di I/O viene “allocata” (staticamente o dinamicamente) su uno o pi `u indirizzi dell’area riservata
L’accesso all’interfaccia `e effettuato attraverso delle operazioni di LOAD/STORE che utilizzano l’indirizzo assegnato all’interfaccia stessa
Il Sistema di Input/Ouput
I/O su Spazio Separato
Un set di indirizzi separato da quello della memoria centrale e assegnato all’Input/Output Ogni interfaccia di I/O viene “allocata” (staticamente o dinamicamente) su uno o piu indirizzi di tale area di I/O
L’accesso all’interfaccia `e effettuato attraverso delle operazioni speciali di IN/OUT (differenti dalle LOAD/STORE) che utilizzano l’indirizzo assegnato all’interfaccia stessa
I/O Mappato in Memoria e Control Bus
Data Bus
Control Bus
Address Bus
ADDRESS DECODER
PERIPHERAL REGISTERS
External Input/Output Lines
Il Control Bus espone due linee che indicano l’operazione che si sta effettuando:
RD, quando `e 0 indica un’operazione di READ (o LOAD)
WR, quando `e 0 indica un’operazione di WRITE (o STORE)
Bus di Sistema e Input/Output
STR VAL, [0x4002]
Data Bus
Control Bus
Address Bus
ADDRESS DECODER
PERIPHERAL REGISTERS
External Input/Output Lines
0x
0x
VAL
VAL
VAL
La CPU pone l’indirizzo 0x4002 sull’Address Bus Il decoder della periferica lo riconosce La CPU pone il dato sul Data Bus La CPU “attiva” il segnale WR L’hardware della periferica memorizza (“riceve”) il dato
Bus di Sistema, Input/Output e Sincronizzazione
Le operazioni tra CPU e periferica sono soggette ad uno scambio di segnali elettrici, in cui e importante sia l’aspetto logico (livello di tensione) che **temporale** Tali interazioni sono dunque regolate da un **protocollo** che specifica l’andamento tempolare dei segnali (cosa viene prima e dopo, quando accade un evento, quando accade l’altro evento, etc.) Il protocollo puo essere di due tipi: sincrono , e presente un segnale di clock e gli eventi avvengono solo durante i fronti **asincrono** , none presente un segnale di clock
BUS Sincrono
BUS Sincrono
Bus Sincrono e Scrittura su I/O
STR VAL, [0x4002]
CLOCK
ADDRESS LINES 0x
DATA LINES VAL
CPU Cycle
Data is written here in the peripheral's register
Bus Sincrono e Lettura da I/O
LDR REG, [0x4002]
CLOCK
ADDRESS LINES 0x
DATA LINES VAL
CPU Cycle
VAL is sent by peripheral to data bus
VAL is acquired by CPU
Esempio di Porta Digitale di Output
32 D-Type Flip-Flops
Q31 ...Q16 ...Q
32
Data Bus, D31 ... D
ADDRESSDECODER 0x
32
Address Bus, A31 ... A
CONTROL^ CLOCK
CLOCK
Address Decoder
SEL = 0 , when address = 0 x 4002
SEL = A 31 ...A 15 A 14 A 13 ...A 3 A 2 A 1 A 0
Esempio di Porta Digitale di Output
CLOCK
ADDRESS LINES 0x
DATA LINES VAL
CPU Cycle
Esempio di Porta Digitale di Input
32 D-Type Flip-Flops
I31 ...I16 ... I
32
Data Bus, D31 ... D
DECODER^ ADDRESS 0x
32
Address Bus, A31 ... A
CONTROL^ CLOCK ENABLEAND
CLOCK
32 Buffers 3-state 32
Address Decoder
SEL = 0 , when address = 0 x 4003
SEL = A 31 ...A 15 A 14 A 13 ...A 3 A 2 A 1 A 0
Esempio di Porta Digitale di Input—Timing
CLOCK
ADDRESS LINES 0x
DATA LINES VAL
CPU Cycle
Sample DataHere