輸入輸出設備專業(yè)培訓課件

1、輸入輸出設備專業(yè)培訓課件6.1 概述I/O設備的功能完成信息的轉換實現(xiàn)人機交互儲存信息資源促進計算機應用領域的拓展6.1 概述I/O設備的類型輸入設備輸出設備外存儲器過程控制設備數(shù)據(jù)終端設備數(shù)據(jù)通訊設備6.2 鍵盤及接口需解決：采用硬件掃描方法查找按鍵位置，并轉換為相應代碼。按鍵的定位、轉換。6.2.2 硬件掃描鍵盤1.定義2.組成列譯碼振蕩器計數(shù)器ROM接 口 鍵盤8行16列比較器行譯碼鎖定信號(1)鍵盤矩陣128鍵8行16列每鍵7位位置碼掃描碼列譯碼振蕩器計數(shù)器ROM接 口 鍵盤8行16列比較器行譯碼鎖定信號(2)計數(shù)器7位在振蕩器控制下對所有字鍵輪流掃描查詢，查找按鍵。(3)符合比較器鍵

2、盤矩陣列線輸出與列譯碼輸出比較，以確定按鍵位置。(4)ROM實現(xiàn)代碼轉換：ROM單元地址：字鍵位置碼ROM單元內容：字鍵ASCII碼3.轉換過程計數(shù)器計數(shù)計數(shù)值等于按鍵位置碼比較器送出鎖定信號計數(shù)器停止計數(shù)按計數(shù)值掃描碼訪問ROM獲得按鍵ASCII碼接口通過鍵盤掃描程序識別按鍵位置，并轉換為相應代碼。6.2.3 軟件掃描鍵盤1.定義2.掃描方法(1)逐行掃描法例.簡易掃描式鍵盤1鍵盤矩陣+5V0 1 2 301232掃描流程按鍵后產生中斷請求，CPU響應，執(zhí)行掃描子程序：行線送全0列線中有0？ i = 0第i行送0，其余行送1列線中有0？獲得按鍵行列位置位置碼 ASCII碼轉顯示程序YNYNi

3、=i+1(2)行列掃描法例.IBM PC鍵盤1鍵盤結構（送譯碼器） 列譯碼 鍵 盤16行8列 行譯碼8048計數(shù)信號掃描碼（送接口） 初始化2工作過程 掃描鍵盤8048控制行列掃描：判哪列有按鍵判哪行有按鍵先逐列為1步進掃描，再逐行為1步進掃描，獲得按鍵位置碼掃描碼 串行傳送掃描碼8048 串行掃描碼接口移位R并行掃描碼接口申請中斷 中斷處理CPU執(zhí)行鍵盤中斷子程序,從接口取掃描碼ASCII碼存入鍵盤緩沖區(qū)。硬件組成 6.3 顯示設備及接口顯示器適配器 顯示器件 控制器、接口 CRT、LED、PDP、LCD 本節(jié)主要討論： CRT顯示器 成象原理、 屏幕顯示與顯示緩存的對應關系 顯示方式、 屏

4、幕顯示與顯示緩存的對應關系 控制器接口顯示器適配器顯示器件CPU6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見顯示規(guī)格 相關術語圖形-用攝像機輸入，數(shù)字化后逐點存儲，占用空間大；圖像-存儲繪圖命令和坐標分辨率-顯示器所能表示的像素個數(shù)；灰度級-黑白顯示器中所顯示的像素點的亮暗差異分辨率和灰度級決定了圖的質量6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見顯示規(guī)格 相關術語刷新-為了得到穩(wěn)定的圖像顯示，電子束必須不斷重復掃描整個屏幕；刷新/視頻存儲器-為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把一幀圖像信息存儲在刷新存儲器中。幀-1秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù)，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次。 隨機掃描-電子束

5、只在需要作圖的地方掃描，不必全屏掃描；光柵掃描-TV中，要求圖像充滿整個畫面，全屏掃描6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見顯示規(guī)格 顯示方式 字符/數(shù)字(A/N)方式： 圖形(APA)方式： 以字符為顯示單位 以點(象素)為顯示單位 顯示規(guī)格 顯示方式 分辨率 顏色 A/N：一幀畫面顯示的字符數(shù) 字符行數(shù)列數(shù) APA：一幀畫面顯示的象點數(shù) 每線點數(shù)線數(shù) 分辨率 2580 640200 適配器提供顯示規(guī)格如VGA卡： A/N：APA： 2540、2580， 320200、 2色、4色 800600， 2色、256色 顯示器本身的分辨率應滿足顯卡提供的分辨率。 1.CRT結構 6.3.2 光柵

6、掃描成象原理 熒光屏電子槍聚焦系統(tǒng)水平偏轉垂直偏轉顯示頭視頻放大掃描控制視頻信號水平同步信號垂直同步信號2.掃描方式 電子束無固定掃描路徑，隨機掃描：控制電路復雜。光柵掃描：電子束掃描路徑固定自上而下，從左向右全屏掃描，控制電路簡單。3.光柵的形成 水平正掃水平回掃垂直回掃水平偏轉線圈加鋸齒波電 流,形成水平掃描線 行掃描 垂直偏轉線圈加鋸齒波電 流,使水平線垂直移動 場掃描 行掃描電流： 場掃描電流： 4.掃描頻率 fx = fy 行頻 fx： fy： 場頻 s： 一幀線數(shù) s 幀頻不低于25HZ 掃描順序 逐行掃描：隔行掃描：水平、垂直同步分別控制電子束X向與Y向偏轉 I R G B 顏色

7、 5.象點存在的因素視頻=0，點暗 紅 象點 一幀一遍掃完 位置： 一幀一場 場頻=幀頻 一幀兩遍掃完 一幀兩場 場頻=2幀頻 亮度： 顏色： 視頻信號控制電子束通、斷 視頻=1，點亮 紅、綠、藍三基色控制 紅點 綠點 藍點 0 1 0 0 1 1 0 0 淡紅 0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淡綠 0 1 1 1 白 一幀畫面-由一定數(shù)量的平行的掃描線形成，這些掃描線在一個垂直的場掃描控制下均勻地、自上而下地分布于整個畫面。例.2513字符發(fā)生器， 6.字符點陣的形成與屏幕組織可提供64種字符點陣 字符點陣圖形： 1字符發(fā)生器 產生字符點陣代碼。 79 58點陣 .字符點陣代碼： 111

8、1111 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 ROM字符譯碼648單元 行譯碼字符編碼ROM高6位地址 掃描線序號ROM低3位地址輸出例. A B C D E F 2屏幕組織 每行字符逐線掃描。 字符79，字符區(qū)9141掃描順序 2間隔 橫向間隔2點消隱縱向間隔5線消隱橫向間隔-為使屏幕上顯示的字符不擠在一起，一排的各字符之間留出假設干點的位置?？v向間隔：排與排之間留出假設干條掃描線作為排間的縱向間隔。6.3.3 屏幕顯示與顯示器緩存(VRAM)的對應關系 顯存功能 數(shù)據(jù)緩沖 屏幕刷新 對顯存的操作直接

9、影響屏幕顯示。 對應關系表現(xiàn)在： 顯存內容和容量確實定、顯存地址組織、信息轉換、 同步控制。 假設顯示規(guī)格為25行80列，1A/N方式 VRAM內容： 根本容量=2580=2KB1.顯存內容和容量 字符的編碼ASCII碼 VRAM容量： 一字節(jié)存放一字符編碼假設考慮字符屬性，顯存容量增加。分辨率：C列*L行，一個字符的編碼與屬性、顏色占n字節(jié)那么VRAM的總容量C*L*n字節(jié)2APA方式 圖形的象點代碼 VRAM內容： 一位存放一點，單色VRAM容量： 假設顯示規(guī)格為640點200線，根本容量=8640200=16KB假設考慮顏色分辨率不變：顏色容量容量不變：顏色分辨率分辨率：C列*L行像素，

10、每個像素的顏色用n位2進制代碼表示那么VRAM的總容量C*L*n位屏幕顯示從左向右，自上而下，顯存地址從低到高安排。2.顯存地址組織 P330 3.信息轉換 能實現(xiàn)將A從屏幕左上角逐漸移向屏幕右下角嗎？ 顯存單元的地址由屏幕顯示的行、列號決定。0 1 2 7901224ABGF行號決定高位地址列號決定低位地址AAAAAA能實現(xiàn)在屏幕上將一行字符自下而上地滾動嗎？ 能實現(xiàn)讓一個圖形在屏幕上旋轉嗎？ 如何將顯存中的信息字符編碼/圖形點代碼轉換為字符/圖形顯示在屏幕上。 1A/N VRAM A編碼 N編碼 D編碼VRAM A點陣 B點陣 C點陣 D點陣 N點陣ROM屏幕 移位存放器并行串行AND字符

11、編碼 字符發(fā)生器 掃描時序 一行點陣代碼(并) 移位器 視頻信號(串) 顯示頭 2APA VRAM 屏幕 移位存放器并行串行一字節(jié)點代碼(并) 移位器 視頻信號(串) 顯示頭 00001111 00000000000010010VRAM000000000000100100001111 視頻的發(fā)送與電子束掃描嚴格同步： 4.同步控制 P331 電子束掃描到某點位置，相應視頻應同時送到，控制點亮或不亮。需解決： 何時訪問顯存，取字符編碼或圖形點代碼？ 以控制產生視頻信號。 何時發(fā)水平同步信號？ 何時發(fā)垂直同步信號？ 以控制電子束掃描。 在顯示器中設置假設干級計數(shù)器，對顯示器點頻進行假設干級分頻，產

12、生相應控制信號。 例.顯示規(guī)格25行80列， 1A/N方式 字符79,字符區(qū)914 7299點514線80字符25行設置4級計數(shù)器1點計數(shù)器： 點計數(shù)器字符 計數(shù)器 線計數(shù)器 行計數(shù)器對一個字符的一行點計數(shù)。 點頻 9：1 一次點計數(shù)循環(huán)訪問一次VRAM、ROM。 2字符計數(shù)器： 對一幀的字符列計數(shù)。 (80+l)：1 一次字符計數(shù)循環(huán)發(fā)一次水平同步信號。 3線計數(shù)器： 對一行字符的掃描線計數(shù)。 14：1 線計數(shù)值提供ROM行地址。 4行計數(shù)器： 對一幀的字符行計數(shù)。 (25+m)：1 幀頻 一次行計數(shù)循環(huán)發(fā)一次垂直同步信號。 字符計數(shù)值提供VRAM列地址低地址。 行計數(shù)值提供VRAM行地址高

13、地址。 例.顯示規(guī)格800點200線、單色 1APA方式 8點200線100字節(jié)設置幾級計數(shù)器？何時訪問VRAM？何時發(fā)水平、垂直同步信號？如何提供VRAM行、列地址？8點 點計數(shù)器字節(jié) 計數(shù)器 線計數(shù)器點頻 8：1 (640/8+l)：1 480+m：1 設彩色圖形顯示器的分辨率：640*480，可顯示16種顏色那么VRAM總容量=640*480*4=150KB6.4 打印設備及接口 P3366.4.1 打印機分類 工作方式 串行打印： 并行打?。?逐字打印 逐行打印 每次打印一行字符或一行中的相同字符。印字方式 擊打式： 非擊打式： 通過機械擊打將字符打印在紙上。 通過非機械方式印字。 字

14、符產生方式 字模式： 點陣式： 用固定字模表示字符。 用點的矩陣表示字符。 6.3.2 點陣針式打印機 1.打印方式 字符方式： 字符編碼 2.根本結構 字符發(fā)生器 按列組織 一列點陣代碼(并行) 打印針 圖形方式： 圖形點代碼(并行) 打印針 控制器 打印頭 印字機械裝置打印機子系統(tǒng) 接口 1打印頭 電磁鐵 導向管 打印針 導板 銜鐵 彈簧 紙 色帶 滾筒 印字原理：在電磁鐵線圈中加電流，驅動打印針移動。2打印機控制器 微處理器： 局部存儲器 執(zhí)行打印機主控程序。 RAM： 入/出端口： 字符緩沖區(qū)(存放一行打印字符) 字符發(fā)生器 代碼=1,加電流,針移動。 3.打印過程字符方式 ROM：

15、輸入數(shù)據(jù)，輸出狀態(tài)。 數(shù)據(jù)鎖存： 將一列點陣代碼送打印頭，控制打印 針的移動代碼=0,不加電流,針不動。 電機驅動： 控制打印頭橫移，走紙。 1初始化 設置入/出端口工作狀態(tài)，檢測某些關鍵部件是否正常。 2接收代碼主控程序調用打印中斷子程序，完成打印。 3打印處理 初始化完成，打印機申請中斷。 主機執(zhí)行中斷處理程序，向打印機傳送字符代碼。 控制字符：轉功能碼處理程序。字符打印字符：送RAM，滿一行(或收到一個字符)轉入打印。打印完一行字符(或一個字符)，打印機申請中斷。 主機響應，繼續(xù)向打印機傳送字符代碼。 6.5 磁盤 P349記錄信息分布在盤片的兩個記錄面上，每道分為假設干磁道，每道分為假

16、設干扇區(qū)相關術語磁道：讀/寫時，盤片旋轉而磁頭固定不動。盤片旋轉一周，磁頭的磁化區(qū)域形成一個磁道。道密度：沿徑向，單位距離的磁道數(shù)。扇區(qū)：一個磁道沿圓周劃分為假設干扇區(qū)。位密度：沿磁道圓周，單位距離可記錄的位數(shù)。各道位密度不同，道容量相同磁盤存儲器技術指標非格式化容量=面數(shù)*道數(shù)/面*內圈周長*最大位密度格式化容量=面數(shù)*道數(shù)/面*扇區(qū)/道*字節(jié)數(shù)/扇區(qū) 尋道 對磁道進行數(shù)據(jù)讀寫時，磁盤控制器發(fā)出命令使磁頭臂移動到指定位置。 尋道時間 平均尋道時間各種可能的尋道所需時間的平均值。 旋轉延遲 磁頭移動到指定磁道上后，讀寫數(shù)據(jù)等待磁盤旋轉到指定的扇區(qū)所需的時間。 平均旋轉延遲 磁盤旋轉半周的時間。

17、數(shù)據(jù)傳輸率 廉價冗余磁盤陣列RAID 并行處理原理引入磁盤系統(tǒng)；采用溫盤，多臺磁盤構成同步化的磁盤陣列，數(shù)據(jù)展開存儲在多臺磁盤上，數(shù)據(jù)傳輸帶寬，冗余技術提高可靠性；對多臺磁盤機同步控制，緩沖器使數(shù)據(jù)同步。 RAID容量大、數(shù)據(jù)傳輸率高、功耗低、體積 小、成本低、便于維護。 磁盤陣列組成控制CPU控制存儲器串行口數(shù)據(jù)通路主機接口主機磁盤接口磁盤接口磁盤接口磁盤接口1磁盤接口2磁盤接口N磁盤陣列的控制中心，由微處理器實現(xiàn)接收和分析主機操作命令，調度和管理磁盤陣列數(shù)據(jù)通路，組織和執(zhí)行設備命令直接連接磁盤驅動器的接口數(shù)據(jù)的分配與集中，緩沖，奇偶校驗，數(shù)據(jù)校正和通道重構磁盤陣列和主機的接口實現(xiàn)主機和磁盤

18、陣列的通信，數(shù)據(jù)傳送和控制信號的傳送 驅動器主軸旋轉分類同步異步 陣列中所有驅動器主軸同步旋轉，數(shù)據(jù)按位/字節(jié)組織，各驅動器同時存取數(shù)據(jù)中的1位/1個字節(jié)； 陣列中各驅動器主軸不同步，數(shù)據(jù)按塊組織，各驅動器獨立存取同一文件中各塊數(shù)據(jù)。 同步磁盤陣列控制復雜，成本高； 異步磁盤陣列需要較大容量的緩存。 RAID分類RAID-1是鏡象磁盤冗余陣列RAID-2是采用海明碼糾錯冗余的磁盤陣列將每一數(shù)據(jù)塊重復存入鏡象磁盤；冗余度=100%有效容量下降了一半，本錢較高；鏡象盤是磁盤陣列的簡單形式。 將數(shù)據(jù)按位交叉寫入幾個磁盤中，并用幾個磁盤驅動器按位出錯檢查。 冗余度RAID-1，數(shù)據(jù)的讀寫操作與陣列中各磁盤有關，影響小文件的傳輸速率。 適合大量順序數(shù)據(jù)訪問 不斷進行備份改善磁盤機的可靠性RAID-3是采用奇偶校驗冗余的磁盤陣列RAID-4是獨立傳送磁盤陣列 數(shù)據(jù)位交叉寫入幾個磁盤，只用1個校驗盤檢查數(shù)據(jù)錯誤。 各磁盤同步運轉，陣列中的驅動器數(shù)量可擴展； 采用數(shù)據(jù)位交叉，冗余度小。 適合大量順序數(shù)據(jù)訪問 數(shù)據(jù)塊交叉寫入多個磁盤，用1個校驗盤。 數(shù)據(jù)塊交叉存儲，數(shù)據(jù)不沖突時，并行讀數(shù)據(jù)，小塊數(shù)據(jù)傳輸速度比RAID-3快。 適合小塊數(shù)據(jù)讀寫RAID-5是獨立傳送磁盤陣列 采用數(shù)據(jù)塊交叉和分布的冗余校驗，數(shù)據(jù)和校驗位分布在各磁盤，沒有專門的奇偶校驗