计算机组成原理电子教案第8章

计算机组成原理电子教案

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陆 遥

第八章 输入输出系统

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8.1 输入输出系统概述 8.2 输入设备8.2.1 键盘 8.2.2 鼠标 8.2.3 触摸屏 8.2.4 扫描仪

8.5 输入输出接口8.5.1 输入输出接口的功能和基本结构 8.5.2 I/O端口的编址方式

8.6 输入输出数据传送方式8.6.1 程序查询方式 8.6.2 程序中断方式 8.6.3 直接存储器访问(DMA)方式 8.6.4 通道方式 8.6.5 I/O处理机方式

8.3 输出设备8.3.1 显示器 8.3.2 打印机

8.4 辅助存储器8.4.1 磁记录原理与记录方式 8.4.2 硬磁盘存储器 8.4.3 磁盘阵列存储器 8.4.4 光盘存储器

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8.1 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。

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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。控制 I/O 接 口 状态 信号 变换 装置 设备 控制器

主 机

系统 总线

外 围 设 备

数 据

图8.1 外围设备及其与主机的连接

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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。

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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。

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8.2 输入设备8.2.1 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。

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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。

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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)。

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8.2.2 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。

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光电式鼠标的底部装有发光二极管和光敏接收器。 现在的光电式鼠标可以直接在各种反光率不是很 高的平面上使用。 无论哪种类型的鼠标，在移动一个最小位移单位 后，都要向主机发送一个3字节的串。其中，第一 个字节表示鼠标在最近的100ms内沿X方向的位移 量；第二个字节为鼠标沿Y方向的位移量；第三 个字节描述鼠标当前键的状态。 衡量鼠标

性能的一个重要参数是分辨率，一般以 d/cm(像素点/厘米)为单位，表示鼠标移动1cm 所经过的像素点数。分辨率越高，可使鼠标移动 到目标位置所需的移动距离越短。

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8.2.3 触摸屏

触摸屏是一种对物体的接触或靠近能产生反应的 定位设备。触摸屏是透明的，可安装在任何一种 显示器屏幕的外表面上。

触摸屏系统一般包括两部分：触摸屏控制器和触 摸检测装置。触摸屏控制器上有微处理器和固化 的监控程序，其主要作用是将触摸检测装置送来 的触摸信息转换成触点坐标，再传送给主机；同 时，它能接收主机发来的命令，并予以执行。根据所采用的触摸检测技术不同，触摸屏可分成5 类：电阻式、电容式、表面超声波式、红外线扫 描式和压感式。

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电阻式触摸屏的主体是两层高度透明、并涂有导

电物质的薄膜，下面一层附在玻璃底座上，上面一层附在透明塑料片内侧，两层薄膜之间由绝缘 支点隔开，间隙为0.0001英寸。当用户触摸上层 的塑料片时，触摸屏控制器可以根据触摸点接触 电阻的大小求得接触点所在的X和Y坐标。

电容式触摸屏是一个内部涂有金属层的玻璃罩。当用户触摸其表面时，会产生由触摸点向四个角

传输的电流，根据电流的大小可以计算出触摸点的坐标。

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表面超声波式触摸屏是一个透明的玻璃罩，在玻

璃罩的X和Y方向都安装 …… 此处隐藏：2214字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……