計(jì)算機(jī)組成原理(唐朔飛)輸出系統(tǒng)1 PPT.ppt

1、第五章 輸入輸出系統(tǒng) 5.1 概述 一、I/O系統(tǒng)的發(fā)展 二、I/O系統(tǒng)的組成 三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式 四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式 5.2 I/O設(shè)備 5.3 I/O接口 5.4 程序查詢方式 5.5 程序中斷方式 5.6 DMA方式,重點(diǎn)：I/O設(shè)備編址、接口、端口、指令、通道、 DMA 、中斷及相關(guān)概念；I/O 設(shè)備與主機(jī)交換信息方式,難點(diǎn)：中斷過(guò)程、DMA與主存交換數(shù)據(jù)的方法,5.1 概述,一、I/O系統(tǒng)的發(fā)展,1. 早期分散連接階段,2. 接口模塊和DMA階段,3. 通道結(jié)構(gòu)的階段,4. I/O處理機(jī)的階段,二、I/O系統(tǒng)的組成,通道指令（CCW,Channel C

2、ontrol Word,I/O指令,接口式：接口+設(shè)備,自身指令，指出數(shù)組首地址、傳送字節(jié)數(shù)、設(shè)備碼、操作命令,屬于CPU指令,用來(lái)啟停設(shè)備、查詢狀態(tài)和操作,通道式：通道(處理機(jī))+控制器+設(shè)備,接口數(shù)據(jù)與CPU交換 設(shè)備狀態(tài)測(cè)試 設(shè)備操作,與其它指令的區(qū)別代碼,設(shè)備地址碼,三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式,1. I/O設(shè)備編址方式,統(tǒng)一編址存儲(chǔ)器映射編址 把每個(gè)I/O設(shè)備地址都當(dāng)作一個(gè)存儲(chǔ)器單元看待，I/O設(shè)備與存儲(chǔ)器單元在同一地址空間中進(jìn)行統(tǒng)一編址。常常在整個(gè)地址空間中劃分出一小塊連續(xù)的地址分配給I/O設(shè)備。被分配給I/O設(shè)備的地址，存儲(chǔ)器不能再使用。,統(tǒng)一編址的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）不需要

3、專(zhuān)門(mén)的I/O指令 （2）外設(shè)尋址方式就是內(nèi)存尋址方式，利于I/O程序設(shè)計(jì) 缺點(diǎn)： （1）I/O設(shè)備占用一部分存儲(chǔ)器的地址空間 （2）在程序中不容易區(qū)分哪些指令是訪問(wèn)存儲(chǔ)器、哪些指令是訪問(wèn)外設(shè)，所以程序不易閱讀。,獨(dú)立編址I/O映射編址 將存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備建立兩個(gè)完全獨(dú)立的地址空間。CPU使用專(zhuān)門(mén)的控制信號(hào)來(lái)區(qū)分是對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)還是對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)。這些控制信號(hào)的產(chǎn)生是由指令來(lái)控制。,獨(dú)立編址的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）使用專(zhuān)門(mén)的I/O指令，程序清晰易讀； （2）I/O設(shè)備的地址空間獨(dú)立，不占用存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間，且地址譯碼電路相對(duì)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)： （1）訪問(wèn)外設(shè)的指令沒(méi)有訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令多 （2）

4、CPU需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的控制信號(hào)，區(qū)分對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和對(duì)外設(shè)地址的訪問(wèn)。,2. 設(shè)備尋址,I/O指令設(shè)備碼段指出設(shè)備號(hào)，通過(guò)接口電路中的設(shè)備選擇電路SEL選中需要的外設(shè)。,3. 信息傳送方式,串行：速度慢，需要1數(shù)據(jù)線1地址線，適合遠(yuǎn)距離,并行：速度快，數(shù)據(jù)線多根，適合快速傳送,4. 連接方式,輻射式：用于分散連接的外設(shè),總線式：用于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)外設(shè),5. 聯(lián)絡(luò)方式,(1) 立即響應(yīng)：CPU指令到，低速設(shè)備立即動(dòng)作,(2) 異步工作采用應(yīng)答信號(hào)：速度不匹配，信號(hào)聯(lián)絡(luò),(3) 同步工作采用同步時(shí)標(biāo)：專(zhuān)用電路產(chǎn)生同步信號(hào),并行,串行,方式：一種程序直接控制方式，輸入輸出完全通過(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成。當(dāng)外設(shè)

5、啟動(dòng)后，外設(shè)整個(gè)工作過(guò)程均在CPU監(jiān)控下。,特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，外設(shè)和主機(jī)串行工作，各外設(shè)間不能同時(shí)工作，系統(tǒng)效率很低。,程序流程：右圖,四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式,1、程序查詢方式：,2、程序中斷方式：,方式：主機(jī)啟動(dòng)外設(shè)后，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。外設(shè)做好輸入輸出準(zhǔn)備后向主機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，主機(jī)接到請(qǐng)求后暫時(shí)中止原來(lái)執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序，中斷處理完畢后返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行。,特點(diǎn)：CPU和外設(shè)并行操作，提高了系統(tǒng)效率和隨機(jī)事件的處理能力，目前計(jì)算機(jī)普遍采用該方式。,程序流程：下圖,CPU 向 I/O 發(fā)讀指令,CPU 讀 I/O 狀態(tài),檢查狀態(tài),完成否？,準(zhǔn)備就緒,程序中斷

6、方式流程,方式：主存與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送直接由專(zhuān)用DMA數(shù)據(jù)硬件實(shí)現(xiàn)，傳送期間不需要CPU干預(yù)。,特點(diǎn)：能保證CPU的高效率工作和高速外設(shè)在大量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的需要，但需要專(zhuān)用硬件，在傳送的起始和結(jié)束時(shí)還需要CPU及中斷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理和后處理。,3、DMA方式：,三種方式的 CPU 工作效率比較,程序 查詢 方式,程序 中斷 方式,DMA 方式,第五章 輸入輸出系統(tǒng) 5.1 概述 5.2 I/O設(shè)備 一、外設(shè)概述 二、輸入設(shè)備 三、輸出設(shè)備 四、其它I/O設(shè)備 五、多媒體技術(shù) 5.3 I/O接口 5.4 程序查詢方式 5.5 程序中斷方式 5.6 DMA方式,數(shù)據(jù)的輸入(輸出)：完成信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣

7、 與接口進(jìn)行連接：確定接口信號(hào)、電平標(biāo)準(zhǔn)等 與主機(jī)進(jìn)行通信：設(shè)置總線速度和通信方式,一、外設(shè)概述,1、定義：,2、作用：,3、分類(lèi)：,人機(jī)交互設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器 計(jì)算機(jī)信息駐留設(shè)備：磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶 機(jī)機(jī)通信設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換,除主機(jī)以外的硬件設(shè)備統(tǒng)稱I/O設(shè)備，即外設(shè),常見(jiàn)I/O設(shè)備,二、輸入設(shè)備,鍵盤(pán)的運(yùn)行原理,把每個(gè)鍵在鍵盤(pán)上的位置對(duì)應(yīng)為一個(gè)編碼。 具體實(shí)現(xiàn)：是用行列掃描的方法，即把每個(gè)鍵分配在一個(gè) m 列 * n 行矩陣的一個(gè)交叉點(diǎn)上，通過(guò)并行接口向 n 行依次送出僅有一行為零、其余各行均為一的值，再用并行接口讀入 m 列上的取值。 當(dāng)讀入值不為 FFH

8、 （全 1 碼）時(shí)，表明有鍵按下，若該值僅含一位零，表明取值為 0 的行、列的交叉點(diǎn)的鍵被按下，用一個(gè)對(duì)照表即可得相應(yīng)鍵編碼。 尚需解決如下的一些問(wèn)題：鍵的抖動(dòng)、多鍵同時(shí)按下、由哪個(gè)部件完成這些操作過(guò)程。,并行接口,并行接口,+5V,10K,0列,1列,m-1列,0行,1行,n-1行,鍵盤(pán),鍵,.,.,.,.,.,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,A鍵,并行接口送來(lái) 1 0 1 的 n 位數(shù)值到二極管的負(fù)極，并行接口接收鍵盤(pán)線路 m 列送出的 m 位數(shù)據(jù)。當(dāng)A鍵按下去后，5V電源送出經(jīng)電阻、A鍵、二極管到 0 信號(hào)處的電流，從而在第 2列產(chǎn)生 0

9、電平（綠線），其他各列都給出高電平（黑線），故并行接口接收到的是 1 1 0 1 這樣的 m 位數(shù)據(jù),。,二極管,鼠標(biāo)：是一種指點(diǎn)式設(shè)備，替代光標(biāo)移動(dòng)鍵進(jìn)行光標(biāo)定位操作和替代回車(chē)鍵操作；在軟件支持下，其按鈕可完成某種特定功能。有機(jī)械式、光電式和軌跡球式。,機(jī)械式鼠標(biāo)： 摩擦底部可滾動(dòng)的小球，小球滾動(dòng)，與4個(gè)方位電位器接觸，測(cè)得上下左右位移量,軌跡球鼠標(biāo)： 將小球放在上面，鼠標(biāo)不動(dòng)，而用手轉(zhuǎn)動(dòng)小球來(lái)移動(dòng)屏幕光標(biāo)。,光電式鼠標(biāo)： 內(nèi)部發(fā)光元件發(fā)射光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后從底部小孔向下射出，照在光柵板上再反射回。移動(dòng)鼠標(biāo)，將板上反射光強(qiáng)弱變化變成電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)即可測(cè)出鼠標(biāo)器移動(dòng)的距離,觸摸屏,寫(xiě)字板： 直接

10、用光筆在寫(xiě)字板上書(shū)寫(xiě)漢字，即可將漢字錄入進(jìn)計(jì)算機(jī)里，不用記憶各種輸入法。寫(xiě)字板上的光筆代替鼠標(biāo)作為指點(diǎn)設(shè)備。,攝像機(jī),掃描儀,三、輸出設(shè)備,顯示器,CRT顯示器,LCD顯示器,PDP顯示器,液晶定義： Liquid Crystal 一種白濁有粘性的液體，具有多種彎曲性質(zhì)，是流動(dòng)性結(jié)晶。,顯示棒狀的分子形狀，既有晶體各向異性，又有液體流動(dòng)性，在分子長(zhǎng)軸和短軸方向，折射率不同(雙折射),液晶基本性質(zhì)：,自然光經(jīng)過(guò)一偏振片后“過(guò)濾”為線性偏振光，由于液晶分子在盒子中的扭曲螺距遠(yuǎn)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)大得多，所以當(dāng)沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的線性偏振光入射后，其偏光方向在經(jīng)過(guò)整個(gè)液晶層后會(huì)扭曲90

11、由另一側(cè)射出，正交偏振片起到透光的作用;如果在液晶盒上施加一定值的電壓，液晶長(zhǎng)軸開(kāi)始沿電場(chǎng)方向傾斜，當(dāng)電壓達(dá)到約2倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內(nèi)兩電極之間的液晶分子都變成沿電場(chǎng)方向的再排列，這時(shí)90旋光的功能消失，在正交片振片間失去了旋光作用，使器件不能透光。如果使用平行偏振片則相反。利用給液晶盒通電或斷電的辦法使光改變其透-遮住狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)顯示。,液晶顯示原理：,液晶顯示原理：,不加電，旋光通過(guò)顯示,加電，無(wú)旋光，不顯示,液晶顯示器結(jié)構(gòu),用氣體放電激發(fā)熒光粉發(fā)光的顯示裝置，類(lèi)似普通日光燈。相距幾百微米的兩塊玻璃板，中間排列大量的等離管密封組成。每個(gè)等離子管是在兩層間隔為

12、100-200m的玻璃襯板之間隔成的小室，每個(gè)小室內(nèi)都充有氖氙氣體(壓力為幾百托)。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會(huì)產(chǎn)生輝光放電，產(chǎn)生紫外光(147nm)，激勵(lì)平板顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色磷光體熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。每個(gè)等離子腔體等效一個(gè)像素。由像素的明暗和顏色變化，合成各種灰度和色彩的電視圖像。,等離子體顯示技術(shù)(PDP，Plasma Display Panel ),等離子體(Plasma)： 指正負(fù)電荷共存,處于電中性的放電氣體的狀態(tài),等離子顯示屏工作機(jī)理：,等離子顯示屏工作機(jī)理：,VRAM的地址由水平地址計(jì)數(shù)器(列地址)和垂直地址計(jì)數(shù)器(行地址)決定 VRA

13、M輸出ASCII代碼作為ROM的高位地址，ROM的低位地址來(lái)自光柵地址計(jì)數(shù)器 ROM輸出在L控制下并行裝入移位寄存器，再在S控制下移位輸出形成視頻信號(hào) 視頻信號(hào)輸出到顯示器 顯示器在水平同步、垂直同步和視頻信號(hào)控制下，連續(xù)刷新呈現(xiàn)穩(wěn)定字符圖像,字符顯示方式,隨機(jī)掃描圖形顯示器 類(lèi)似用筆作畫(huà)，將需要顯示圖形文件存放在緩存中，送矢量(線段)產(chǎn)生器，產(chǎn)生相應(yīng)模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動(dòng)。分辨率高，曲線平滑，復(fù)雜圖形會(huì)有閃爍感。,光柵掃描圖形顯示器 把對(duì)應(yīng)于屏幕上每個(gè)像素的信息都用存儲(chǔ)器存起來(lái)，然后按需要顯示圖形的地址順序逐個(gè)地刷新顯示，屏幕上相鄰像素串接而成曲線。 通用性強(qiáng)，灰度層次多，色

14、調(diào)豐富，顯示復(fù)雜圖形時(shí)無(wú)閃爍現(xiàn)象；產(chǎn)生圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能。成為目前流行的顯示器。,圖形顯示方式：顯示由點(diǎn)、線、面組合的平面、立體圖像,圖像顯示方式： 顯示由攝像機(jī)攝取下來(lái)的數(shù)字化逐點(diǎn)存儲(chǔ)客觀圖像,圖像輸入板信號(hào)轉(zhuǎn)換。它接收攝像機(jī)模擬視頻信號(hào)，經(jīng)A/D變?yōu)閿?shù)字量存入刷存用于顯示，并可傳送到主機(jī)進(jìn)行圖像處理。處理結(jié)果送回刷存，經(jīng)D/A變成模擬信號(hào)，監(jiān)視器（或電視機(jī)）顯示輸出。采用光柵掃描方式，有顯像、灰度變換、窗口技術(shù)、真彩色、偽彩色等功能,四、其它外設(shè),1、終端設(shè)備,2、A/D轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器,原理圖,產(chǎn)品,芯片,3、漢字處理設(shè)備,漢字輸入：輸入碼 數(shù)字碼GB2313 拼音碼搜狗拼音 字形碼王碼五筆,漢字存儲(chǔ)： 內(nèi)碼存儲(chǔ) 三字節(jié)內(nèi)碼 字形碼存儲(chǔ)字模點(diǎn)陣庫(kù)