計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 完整課件第8章 輸入輸出設(shè)備及系統(tǒng)

第8章輸入輸出設(shè)備及系統(tǒng)

本章主要內(nèi)容：輸入輸出設(shè)備也稱為外部設(shè)備。本章講述輸入輸出設(shè)備的分類、具體的輸入輸出設(shè)備以及CPU對外部設(shè)備的管理。外部設(shè)備大體分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、過程控制設(shè)備5大類。每一種設(shè)備，都是在各自的設(shè)備控制器控制下進(jìn)行工作，而設(shè)備控制器則通過適配器（接口）和主機相連，并受主機控制。在計算機系統(tǒng)中，CPU對外部設(shè)備的管理有以下5種方式：（1）程序查詢方式；（2）程序中斷方式；（3）直接存儲器訪問（DMA）方式；（4）通道方式；（5）外圍處理機（PPU）方式。其中第一種對CPU的資源浪費最大，而第5種使CPU的效率得到最大發(fā)揮，但是需要更多的硬件支持。本章將對這些外部設(shè)備和輸入輸出方式給出詳細(xì)的闡述。

8.1輸入輸出設(shè)備的概述

8.2顯示設(shè)備

8.3輸入設(shè)備

8.4打印設(shè)備

8.5輸入輸出系統(tǒng)

8.6總線8.1輸入輸出設(shè)備的概述

8.1.1輸入輸出設(shè)備的作用輸入輸出設(shè)備的作用就是指在計算機和其他機器之間，以及計算機與用戶之間提供的聯(lián)系。

8.1.2輸入輸出設(shè)備的分類

根據(jù)設(shè)備完成任務(wù)的性質(zhì)，輸入輸出設(shè)備一般可分為5類，即輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過程控制設(shè)備。

圖8-1

主機與外設(shè)之間的連接

8.2顯示設(shè)備

8.2.1顯示設(shè)備的概念與分類1．分辨率和灰度級2．刷新和刷新存儲器3．隨機掃描和光柵掃描8.2.2CRT顯示器

1．結(jié)構(gòu)與工作原理CRT也稱為顯像管，是一種玻璃殼封裝的電真空顯示器件。它主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，如圖8-3所示。

圖8-3CRT的結(jié)構(gòu)

（1）電子槍（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（3）熒光屏圖8-43槍3束蔭罩式彩色CRT

2．掃描原理（1）光柵掃描（2）隨機掃描3．主要技術(shù)指標(biāo)（1）點距（dotpitch）（2）水平掃描頻率（3）垂直掃描頻率（4）帶寬（5）分辨率（6）數(shù)字信號輸入和模擬信號輸入（7）掃描方式（8）屏幕尺寸、可視區(qū)尺寸和可視面積（9）屏幕形狀（10）能源消耗（11）屏幕控制8.2.3字符/圖形顯示設(shè)備

1．字符顯示原理顯示字符的方法以點陣為基礎(chǔ)。點陣是由mn個點組成的陣列，并以此來構(gòu)造字符。

圖8-5“A”在字符窗口中的點陣格式

2．字符顯示器的構(gòu)成圖8-8

字符顯示器結(jié)構(gòu)框圖

8.2.4圖像顯示設(shè)備

8.2.5液晶顯示器

1．液晶顯示器特點2．液晶顯示原理3．液晶顯示器件圖8-9

典型液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)

8.3輸入設(shè)備

8.3.1圖形輸入設(shè)備（1）鍵盤輸入（2）光筆輸入（3）圖形板和游動標(biāo)輸入（4）鼠標(biāo)器輸入8.3.2圖像輸入設(shè)備

最理想的圖像輸入設(shè)備是數(shù)字?jǐn)z像機。

8.3.3語音輸入設(shè)備

圖8-11

語音輸入系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

8.4打

印

設(shè)

備

8.4.1打印設(shè)備的分類8.4.2點陣針式打印機圖8-12

針式打印機的結(jié)構(gòu)

8.4.3激光打印機

1．激光打印機的組成圖8-13

激光打印機的組成

2．激光打印機的工作原理圖8-14

激光打印機的工作原理

8.5輸入輸出系統(tǒng)

8.5.1輸入輸出系統(tǒng)的概述1．接口的概念接口技術(shù)是把由處理器等組成的基本系統(tǒng)與外部設(shè)備連接起來，從而實現(xiàn)計算機與外設(shè)通信的一門技術(shù)。

2．CPU和外設(shè)之間必須通過接口電路來連接3．接口的功能4．接口的構(gòu)成8.5.2程序查詢方式

圖8-15

查詢方式輸入的接口電路圖圖8-16

查詢方式輸出的接口電路圖

8.5.3程序中斷方式

1．中斷方式的提出圖8-17

查詢式輸入的操作流程圖

圖8-18

中斷方式輸入的接口電路圖

2．中斷源（1）重新啟動中斷。（2）機器檢驗出錯中斷。（3）程序性錯誤引起的中斷。（4）訪問管理程序中斷。（5）外部事件中斷。（6）輸入輸出中斷。3．中斷優(yōu)先級（1）中斷源的緊急程度。

（2）設(shè)備的工作速度。

（3）數(shù)據(jù)恢復(fù)的難易程度。

4．中斷處理過程

圖8-19

按照中斷優(yōu)先級響應(yīng)中斷請求實例

圖8-20

中斷處理過程

5．中斷源的識別方法

（1）軟件查詢法圖8-21

軟件查詢法識別中斷源

（2）硬件菊花鏈?zhǔn)椒▓D8-22

一種單級鏈?zhǔn)降闹袛鄡?yōu)先級判斷示意圖

6．中斷屏蔽（1）為每個或每級中斷源設(shè)置一個中斷屏蔽位圖8-23

改變屏蔽碼后處理機響應(yīng)各個中斷源的中斷請求

和實際中斷服務(wù)的先后次序

（2）改變處理機優(yōu)先級圖8-24

處理機優(yōu)先級改變后響應(yīng)中斷的過程

8.5.4直接存儲器存取（DMA）方式

1．DMA方式的提出2．DMA控制器的功能和DMA傳送的原理3．DMA控制器工作的特點8.5.5通道控制方式

1．通道的功能（1）通道的功能（2）CPU對通道的管理（3）通道對設(shè)備控制器的管理2．通道的類型（1）字節(jié)多路通道（2）選擇通道（3）數(shù)組多路通道8.5.6通道的流量分析

如果I/O系統(tǒng)有m個通道，其中1至m1為字節(jié)多路通道，m1+1至m2為數(shù)組多路通道，m2+1至m為選擇通道，則該I/O系統(tǒng)工作時的極限流量將為：

（8-7）必然會滿足

≥8.6總線

8.6.1總線的概念總線（BUS）是計算機系統(tǒng)中各個部件之間、主機系統(tǒng)與外圍設(shè)備之間連接的和交換信息的通路。（1）內(nèi)部總線（2）系統(tǒng)總線（3）I/O總線

1．總線的特性物理特性

功能特性

電氣特性

時序特性

2．總線的標(biāo)準(zhǔn)化8.6.2總線的連接方式

單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)。圖8-28

雙總線結(jié)構(gòu)

圖8-29

三總線結(jié)構(gòu)

8.6.3總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

整個總線可分成如下4部分。（1）數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。

（2）仲裁總線：包括總線請求線和總線授權(quán)線。（3）中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作，包括中斷請求線和中斷認(rèn)可線。（4）公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時序信號線等。8.6.4幾種常用的總線結(jié)構(gòu)

1．MultiBus總線

2．ISA、MCA和