计算机组成原理电子教案第8章.ppt

第八章输入输出系统
计算机组成原理电子教案陆遥
输入输出系统概述
输入设备
键盘
鼠标
触摸屏
扫描仪
输出设备
显示器
打印机
辅助存储器
磁记录原理与记录方式
硬磁盘存储器
磁盘阵列存储器
光盘存储器
输入输出接口
输入输出接口的功能和基本结构
I/O端口的编址方式
输入输出数据传送方式
程序查询方式
程序中断方式
直接存储器访问(DMA)方式
通道方式
I/O处理机方式
输入输出系统概述
输入输出(I/O)系统的作用,是把计算机系统外的数据输入到计算机主机中,并将计算机主机处理后的数据输出到计算机系统外。I/O系统是一个硬、软件结合的系统,硬件部分包括外围设备及其与主机的接口,软件部分则包括接口的初始化程序及具体的输入输出操作程序等。
计算机系统中,除主机(由CPU和主存组成)外的其他硬设备都称为计算机的外围设备。外围设备种类繁多,功能各异,包括有输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备等几大类。
输入设备和输出设备统称为人机交互设备,用来实现计算机与其使用者之间的信息交流。
外存储器既能以文件形式保存主机输出的程序和数据,也能将所保存的程序和数据输入主机。
各种外围设备都有自己的设备控制器,用来控制设备本身的操作,而设备控制器又通过I/O接口与主机相连,接受主机的控制,如下图所示。
I/O接口是主机与外围设备之间的连接电路,主要起到控制、缓冲与转换的作用。
主机与外围设备之间的数据传送方式有程序查询方式、程序中断方式、直接存储器访问(DMA)方式、通道方式和外围处理机方式等5种。
不同的I/O数据传送方式需要I/O接口有不同的功能和不同的设计。
对程序查询方式和程序中断方式,其I/O数据传送过程需要CPU执行I/O程序来控制;对DMA方式,数据传送过程由DMA控制器控制,但DMA控制器需要由CPU执行初始化程序来设置各种初始条件。
在采用通道和I/O处理机的I/O系统中,通道和I/O处理机取代了一般意义上的I/O接口,并具有智能化和很高的独立控制能力,能够代替CPU完成输入输出控制,从而提高了CPU的工作效率。
主机在与不同速度的外围设备进行数据传送时,所采用的定时方式是不一样的;在与中、低速度的外围设备传送数据时,通常采用异步定时方式,而在与高速外围设备传送数据时,则采用同步定时方式。
输入设备
键盘
键盘是一种字符输入设备,用来输入文字、符号和操作命令等。
键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成,每个键都被赋以明确的含义。目前,绝大多数键盘上使用的都是ASCII字符。
由键盘进行一次输入的过程大致是:
⑴按下一个键;
⑵扫描按键的位置,产生所按键的位置码;
⑶将位置码转换成按键所对应的字符的ASCII码,并由主机接收。
键盘按其功能不同,通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型。
编码键盘本身带有实现接口主要功能所必须的硬件电路,能自动检测被按下的键,能实现去抖动、防串键等功能,并且能向主机提供被按键所对应的ASCII码。编码键盘与主机的接口简单,但硬件电路较复杂,价格较高。
非编码键盘只简单地提供一个按键开关阵列,而识别按键(包括按键扫描、去抖动、防串键等)、形成位置码及转换为ASCII码等功能均由CPU运行专门的软件来实现。非编码键盘价格较低,但其与主机的接口较复杂。
实际使用的键盘通常介于这两种基本类型之间,即由键盘完成一部分操作,再由CPU执行程序完成另一部分操作。
例如,PC机的键盘内装有Intel 8048单片机来完成键盘扫描、去抖动、防串键等操作,能自动形成被按键的位置码,并能将位置码以串行方式发送到主机;CPU接收到位置码后,再执行专门的转换程序,将位置码转换成ASCII码(通常采用查表的方式进行转换)。
鼠标
鼠标是一种坐标定位设备,是随着图形操作界面出现而发明的一种输入设备。
常用的鼠标有机械式和光电式两种,它们与主机的通信和控制原理完全相同,只是在移动检测方面有些差异,可以直接替换使用。鼠标一般都有两个按键(左键和右键),通过串行接口或USB接口与计算机主机相连。
机械式鼠标的底部有一个圆形的凹坑,里面装有一个表面裹着橡胶的金属球,球的侧面呈正交方向(即二维坐标的X和Y方向)装有两个转轴,转轴与球的表面接触。通过转轴所连接的移动检测电路,就可以测出鼠标在X和Y方向上的位移。