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1、第第8章章 输入输出设备及系统输入输出设备及系统第1页，共53页，编辑于2022年，星期一本章主要内容：本章主要内容：l输输入入输输出出设设备备也也称称为为外外部部设设备备。本本章章讲讲述述输输入入输输出出设设备备的的分分类类、具具体体的的输输入入输输出出设设备备以以及及CPUCPU对对外外部部设设备备的的管管理理。外外部部设设备备大大体体分分为为输输入入设设备备、输输出出设设备备、外外存存设设备备、数数据据通通信信设设备备、过过程程控控制制设设备备5 5大大类类。每每一一种种设设备备，都都是是在在各各自自的的设设备备控控制制器器控控制制下下进进行行工工作作，而而设设备备控控制制器器则则通通过
2、过适适配配器器（接接口口）和和主主机机相相连连，并并受受主主机机控控制制。在在计计算算机机系系统统中中，CPUCPU对对外外部部设设备备的的管管理理有有以以下下5 5种种方方式式：（1 1）程程序序查查询询方方式式；（2 2）程程序序中中断断方方式式；（3 3）直直接接存存储储器器访访问问（DMADMA）方方式式；（4 4）通通道道方方式式；（5 5）外外围围处处理理机机（PPUPPU）方方式式。其其中中第第一一种种对对CPUCPU的的资资源源浪浪费费最最大大，而而第第5 5种种使使CPUCPU的的效效率率得得到到最最大大发发挥挥，但但是是需需要要更更多多的的硬硬件件支支持持。本本章章将将对对
3、这些外部设备和输入输出方式给出详细的阐述。这些外部设备和输入输出方式给出详细的阐述。第2页，共53页，编辑于2022年，星期一 8.1 8.1 输入输出设备的概述输入输出设备的概述 8.2 8.2 显显 示示 设设 备备 8.3 8.3 输输 入入 设设 备备 8.4 8.4 打打 印印 设设 备备 8.5 8.5 输入输出系统输入输出系统 8.6 8.6 总线总线第3页，共53页，编辑于2022年，星期一8.1 输入输出设备的概述输入输出设备的概述l8.1.1输入输出设备的作用输入输出设备的作用l输入输出设备的作用就是指在计算机和其输入输出设备的作用就是指在计算机和其他机器之间，以及计算机与
4、用户之间提供他机器之间，以及计算机与用户之间提供的联系。的联系。第4页，共53页，编辑于2022年，星期一8.1.2输入输出设备的分类ll根据设备完成任务的性质，输入输出设备根据设备完成任务的性质，输入输出设备一般可分为一般可分为5类，即输入设备、输出设备、类，即输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备。外存设备、数据通信设备和过程控制设备。第5页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-1 主机与外设之间的连接第6页，共53页，编辑于2022年，星期一8.2 显显 示示 设设 备备l8.2.1 显示设备的概念与分类显示设备的概念与分类l1分辨率和灰度级分辨率和灰度级l2刷新和
5、刷新存储器刷新和刷新存储器l3随机扫描和光栅扫描第7页，共53页，编辑于2022年，星期一8.2.2 CRT显示器显示器l1结构与工作原理结构与工作原理lCRT也称为显像管，是一种玻璃壳封装的也称为显像管，是一种玻璃壳封装的电真空显示器件。它主要由电子枪、偏转电真空显示器件。它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，如图系统和荧光屏三部分组成，如图8-3所示。所示。第8页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-3 CRT的结构第9页，共53页，编辑于2022年，星期一l（1 1）电子枪）电子枪l（2 2）偏转系统）偏转系统l（3 3）荧光屏）荧光屏第10页，共53页，编辑于2022年，星期
6、一图8-4 3枪3束荫罩式彩色CRT第11页，共53页，编辑于2022年，星期一l2扫描原理扫描原理l（1 1）光栅扫描）光栅扫描l（2 2）随机扫描）随机扫描第12页，共53页，编辑于2022年，星期一l3主要技术指标主要技术指标l（1 1）点距（）点距（dot pitchdot pitch）l（2 2）水平扫描频率）水平扫描频率l（3 3）垂直扫描频率）垂直扫描频率l（4 4）带宽）带宽l（5 5）分辨率）分辨率l（6 6）数字信号输入和模拟信号输入）数字信号输入和模拟信号输入l（7 7）扫描方式）扫描方式l（8 8）屏幕尺寸、可视区尺寸和可视面积）屏幕尺寸、可视区尺寸和可视面积l（9 9
7、）屏幕形状）屏幕形状l（1010）能源消耗）能源消耗l（1111）屏幕控制）屏幕控制第13页，共53页，编辑于2022年，星期一8.2.3字符字符/图形显示设备图形显示设备l1字符显示原理字符显示原理l显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由mn个点组成的阵列，并以此来构造字符。个点组成的阵列，并以此来构造字符。第14页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-5“A”在字符窗口中的点阵格式第15页，共53页，编辑于2022年，星期一l2字符显示器的构成字符显示器的构成图8-8 字符显示器结构框图第16页，共53页，编辑于2022年，星期一8.2.4 图像显示设
8、备图像显示设备第17页，共53页，编辑于2022年，星期一8.2.5 液晶显示器液晶显示器l1液晶显示器特点液晶显示器特点l2液晶显示原理液晶显示原理l3液晶显示器件液晶显示器件第18页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-9 典型液晶显示器件的基本结构第19页，共53页，编辑于2022年，星期一8.3 8.3 输输 入入 设设 备备l8.3.1 图形输入设备图形输入设备l（1 1）键盘输入）键盘输入l（2 2）光笔输入）光笔输入l（3 3）图形板和游动标输入）图形板和游动标输入l（4 4）鼠标器输入）鼠标器输入第20页，共53页，编辑于2022年，星期一8.3.2 图像输入设备图像输入设
9、备l最理想的图像输入设备是数字摄像机。最理想的图像输入设备是数字摄像机。第21页，共53页，编辑于2022年，星期一8.3.3 语音输入设备语音输入设备图8-11 语音输入系统的系统构成第22页，共53页，编辑于2022年，星期一8.4 打打 印印 设设 备备l8.4.1 打印设备的分类打印设备的分类l8.4.2 点阵针式打印机点阵针式打印机图8-12 针式打印机的结构第23页，共53页，编辑于2022年，星期一8.4.3 激光打印机激光打印机l1激光打印机的组成激光打印机的组成图8-13 激光打印机的组成第24页，共53页，编辑于2022年，星期一l2激光打印机的工作原理激光打印机的工作原理
10、图8-14 激光打印机的工作原理第25页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5 输入输出系统输入输出系统l8.5.1 输入输出系统的概述输入输出系统的概述l1接口的概念接口的概念l接口技术是把由处理器等组成的基本系统与外部设接口技术是把由处理器等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外设通信的一门技备连接起来，从而实现计算机与外设通信的一门技术。术。l2CPU和外设之间必须通过接口电路来连接和外设之间必须通过接口电路来连接l3接口的功能接口的功能l4接口的构成接口的构成第26页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5.2程序查询方式程序查询方式图8-15 查询方式输入的接口电
11、路图第27页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-16 查询方式输出的接口电路图第28页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5.3 程序中断方式程序中断方式1中中断断方方式式的的提提出出图8-17 查询式输入的操作流程图第29页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-18 中断方式输入的接口电路图第30页，共53页，编辑于2022年，星期一l2中断源中断源l（1 1）重新启动中断。）重新启动中断。l（2 2）机器检验出错中断。）机器检验出错中断。l（3 3）程序性错误引起的中断。）程序性错误引起的中断。l（4 4）访问管理程序中断。）访问管理程序中断。l（5 5）外部事件中断。）外部
12、事件中断。l（6 6）输入输出中断。）输入输出中断。第31页，共53页，编辑于2022年，星期一l3中断优先级中断优先级l（1）中断源的紧急程度。）中断源的紧急程度。l（2）设备的工作速度。）设备的工作速度。l（3）数据恢复的难易程度。）数据恢复的难易程度。第32页，共53页，编辑于2022年，星期一l4中断处理过程 图8-19 按照中断优先级响应中断请求实例 第33页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-20 中断处理过程第34页，共53页，编辑于2022年，星期一5中断源的识别方法中断源的识别方法l（1 1）软件查询法）软件查询法图8-21 软件查询法识别中断源第35页，共53页，编辑
13、于2022年，星期一l（2 2）硬件菊花链式法）硬件菊花链式法图8-22 一种单级链式的中断优先级判断示意图第36页，共53页，编辑于2022年，星期一l6中断屏蔽l（1 1）为为每每个个或或每每级级中中断断源源设设置置一一个个中中断断屏蔽位屏蔽位图8-23 改变屏蔽码后处理机响应各个中断源的中断请求和实际中断服务的先后次序第37页，共53页，编辑于2022年，星期一l（2 2）改变处理机优先级）改变处理机优先级图8-24 处理机优先级改变后响应中断的过程第38页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5.4 直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）方式）方式l1DMA方式的提出方式的提出l2
14、DMA控控制制器器的的功功能能和和DMA传传送送的的原原理理l3DMA控制器工作的特点控制器工作的特点第39页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5.5通道控制方式通道控制方式l1通道的功能通道的功能l（1 1）通道的功能）通道的功能l（2 2）CPUCPU对通道的管理对通道的管理l（3 3）通道对设备控制器的管理）通道对设备控制器的管理l2通道的类型通道的类型l（1 1）字节多路通道）字节多路通道l（2 2）选择通道）选择通道l（3 3）数组多路通道）数组多路通道第40页，共53页，编辑于2022年，星期一8.5.6通道的流量分析第41页，共53页，编辑于2022年，星期一l如如果果I/
15、OI/O系系统统有有m m个个通通道道，其其中中1 1至至m m1 1为为字字节节多多路路通通道道，m m1 1+1+1至至m m2 2为为数数组组多多路路通通道道，m m2 2+1+1至至m m为为选选择择通通道道，则则该该I/OI/O系系统统工工作作时时的极限流量将为：的极限流量将为：l（8-78-7）l必然会满足必然会满足l 第42页，共53页，编辑于2022年，星期一8.6 总线总线l8.6.1 总线的概念总线的概念l总线（总线（BUS）是计算机系统中各个部件之）是计算机系统中各个部件之间、主机系统与外围设备之间连接的和交间、主机系统与外围设备之间连接的和交换信息的通路。换信息的通路。
16、l（1 1）内部总线）内部总线l（2 2）系统总线）系统总线l （3 3）I/OI/O总线总线 第43页，共53页，编辑于2022年，星期一l1总线的特性总线的特性l物理特性物理特性 l功能特性功能特性 l电气特性电气特性 l时序特性时序特性 第44页，共53页，编辑于2022年，星期一l2总线的标准化总线的标准化第45页，共53页，编辑于2022年，星期一8.6.2总线的连接方式总线的连接方式l单总线结构、双总线结构和三总线结构。单总线结构、双总线结构和三总线结构。第46页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-28 双总线结构第47页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-29 三总线
17、结构第48页，共53页，编辑于2022年，星期一8.6.3总线的内部结构总线的内部结构l整个总线可分成如下整个总线可分成如下4 4部分。部分。l（1 1）数数据据传传送送总总线线：由由地地址址线线、数数据据线线、控控制制线线组成。组成。l（2 2）仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。）仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。l（3 3）中中断断和和同同步步总总线线：用用于于处处理理带带优优先先级级的的中中断断操作，包括中断请求线和中断认可线。操作，包括中断请求线和中断认可线。l（4 4）公公用用线线：包包括括时时钟钟信信号号线线、电电源源线线、地地线线、系系统复位线以及加电或断电的时序信号线等
18、。统复位线以及加电或断电的时序信号线等。第49页，共53页，编辑于2022年，星期一8.6.4 几种常用的总线结构几种常用的总线结构l1MultiBus总线总线 l2ISA、MCA和EISA总线图8-30 ISA总线结构第50页，共53页，编辑于2022年，星期一图8-31 ISA卡和EISA卡的结构图第51页，共53页，编辑于2022年，星期一4PCI总线总线图8-32 PCI总线的系统结构示意图第52页，共53页，编辑于2022年，星期一l5USB总线l（1）易用性）易用性 l（2）可扩展性）可扩展性 l（3）快速性）快速性 l（4）可靠性）可靠性 l（5）内置电源）内置电源 第53页，共53页，编辑于2022年，星期一