计算机组成输入输出系统优秀课件.ppt
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1、计算机组成输入输出系统课件第1页,本讲稿共48页本章知识要点:本章知识要点:oI/0I/0系统的功能和组成。系统的功能和组成。oI/0I/0设备的分类。设备的分类。o键盘、鼠标、扫描仪等常用输入设备的组成、工作原理、性能键盘、鼠标、扫描仪等常用输入设备的组成、工作原理、性能指标、发展趋势及与计算机的连接。指标、发展趋势及与计算机的连接。o显示器及打印机等常用输出设备的组成、工作原理、性能指标、显示器及打印机等常用输出设备的组成、工作原理、性能指标、发展趋势及与计算机的连接。发展趋势及与计算机的连接。o硬盘、光盘、闪存等外存储器设备的组成及工作原理。硬盘、光盘、闪存等外存储器设备的组成及工作原理
2、。oI/0I/0接口的功能、组成和分类。接口的功能、组成和分类。o主机与主机与I/0I/0设备之间的四种通信方式及其特点。设备之间的四种通信方式及其特点。第2页,本讲稿共48页7.17.1 I/0I/0系统概述系统概述7.1.17.1.1 I/0I/0系统的功能系统的功能 I/OI/O系统是用来控制系统是用来控制I/OI/O设备与计算机主机之间进行信设备与计算机主机之间进行信息传递的机构,是计算机系统中重要的软、硬件结合的子息传递的机构,是计算机系统中重要的软、硬件结合的子系统。它的主要任务是对各种形式的信息进行输入和输出系统。它的主要任务是对各种形式的信息进行输入和输出的控制。的控制。7.1
3、.27.1.2 I/0I/0系统的组成系统的组成 由由I/OI/O设备和设备和I/OI/O接口组成,如图接口组成,如图7-17-1所示。所示。第3页,本讲稿共48页图图7-1 I/O7-1 I/O系统的硬件组成系统的硬件组成第4页,本讲稿共48页7.2 I/O7.2 I/O设备设备7.2.1 I/O7.2.1 I/O设备的分类设备的分类 1.1.输入设备输入设备2.2.输出设备输出设备3.3.外存储器设备外存储器设备4.A/D4.A/D、D/AD/A转换设备转换设备5.5.数据通信设备数据通信设备第5页,本讲稿共48页7.2.2 7.2.2 输入设备输入设备o 字符输入设备:键盘字符输入设备:
4、键盘o 光学阅读设备:光学字符阅读机光学阅读设备:光学字符阅读机o 图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔o 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机o 模拟输入设备:语言模数转换识别系统模拟输入设备:语言模数转换识别系统第6页,本讲稿共48页1.1.键盘键盘 (1 1)键盘的一般结构)键盘的一般结构(2 2)键盘的组成和工作原理)键盘的组成和工作原理(3 3)键盘的开关)键盘的开关(4 4)键盘的发展趋势)键盘的发展趋势 (5 5)键盘与计算机的连接)键盘与计算机的连接第7页,本讲稿共48页2.2.鼠标鼠标 (1 1)鼠标的分类及
5、其工作原理)鼠标的分类及其工作原理(2 2)鼠标的基本操作)鼠标的基本操作(3 3)鼠标指针的形状及其功能)鼠标指针的形状及其功能(4 4)鼠标的发展趋势)鼠标的发展趋势(5 5)鼠标与计算机的连接)鼠标与计算机的连接第8页,本讲稿共48页3.3.扫描仪扫描仪 (1 1)扫描仪的分类)扫描仪的分类(2 2)扫描仪的主要组成与工作原理)扫描仪的主要组成与工作原理(3 3)感光元件的比较)感光元件的比较(4 4)扫描仪的性能指标)扫描仪的性能指标(5 5)扫描仪的发展趋势)扫描仪的发展趋势(6 6)扫描仪与计算机的连接)扫描仪与计算机的连接 第9页,本讲稿共48页7.2.3 7.2.3 输出设备输
6、出设备1.1.显示器显示器(1 1)CRTCRT显示器显示器(2 2)LCDLCD显示器显示器(3 3)显示器的性能指标)显示器的性能指标 (4 4)显示器的发展趋势)显示器的发展趋势(5 5)显示器与计算机的连接)显示器与计算机的连接 第10页,本讲稿共48页2.2.打印机打印机(1 1)打印机的分类)打印机的分类(2 2)激光打印机()激光打印机(Laser PrinterLaser Printer)(3 3)喷墨式打印机()喷墨式打印机(Inkjet PrinterInkjet Printer)(4 4)打印机的工作方式)打印机的工作方式(5 5)打印机的发展趋势)打印机的发展趋势(6
7、6)打印机与计算机的连接)打印机与计算机的连接第11页,本讲稿共48页7.2.4 7.2.4 外存储器设备外存储器设备1.1.硬盘存储器硬盘存储器(1 1)硬盘的工作原理)硬盘的工作原理 (2 2)硬盘的主要技术指标)硬盘的主要技术指标(3 3)硬盘的发展趋势)硬盘的发展趋势(4 4)硬盘与计算机的连接)硬盘与计算机的连接2.2.光盘存储器光盘存储器 (1 1)光盘的类型)光盘的类型 (2 2)光盘的工作原理)光盘的工作原理 (3 3)光盘与计算机的连接)光盘与计算机的连接 3.3.闪存闪存第12页,本讲稿共48页7.3 I/O7.3 I/O接口接口 7.3.17.3.1 I/OI/O接口的功
8、能接口的功能 1.1.实现主机和外设的通信控制实现主机和外设的通信控制 2.2.实现数据缓冲和速度匹配实现数据缓冲和速度匹配 3.3.实现数据格式转换实现数据格式转换 4.4.传递控制命令和状态信息传递控制命令和状态信息7.3.2 I/O7.3.2 I/O接口的组成接口的组成 外部接口:与外部接口:与I/OI/O设备相连;设备相连;内部接口:与主机相连。内部接口:与主机相连。见图见图1-101-10。第13页,本讲稿共48页图图1-10 I/O1-10 I/O接口基本构成接口基本构成 第14页,本讲稿共48页7.3.3 I/O7.3.3 I/O接口的分类接口的分类1 1按照数据传送的位宽不同,
9、可分为并行接口和串行接口。按照数据传送的位宽不同,可分为并行接口和串行接口。2 2按照数据传送的控制方式不同,可分为中断式接口和按照数据传送的控制方式不同,可分为中断式接口和DMADMA式接式接口。口。3 3按照功能选择的灵活性不同,可分为可编程接口和不可编程按照功能选择的灵活性不同,可分为可编程接口和不可编程接口。接口。4 4按照通用性的不同,可分为通用接口和专用接口。按照通用性的不同,可分为通用接口和专用接口。5 5按照设备连接方式的不同,可分为点对点接口和多点接口。按照设备连接方式的不同,可分为点对点接口和多点接口。第15页,本讲稿共48页7.3.4 7.3.4 外设的识别与外设的识别与
10、I/OI/O端口编址端口编址 1.1.统一编址方式统一编址方式 2.I/O 2.I/O独立编址方式独立编址方式 第16页,本讲稿共48页7.4 I/07.4 I/0设备与主机的通信方式设备与主机的通信方式o程序直接控制方式程序直接控制方式o程序中断控制方式程序中断控制方式oDMADMA方式方式o通道控制方式通道控制方式 第17页,本讲稿共48页7.4.1 7.4.1 程序直接控制方式程序直接控制方式o通过通过CPUCPU执行一段执行一段I/OI/O程序来控制主机和外设的数据传送。程序来控制主机和外设的数据传送。CPUCPU通过程序向通过程序向I/OI/O接口传送控制命令,并从接口传送控制命令,
11、并从I/OI/O接口取得外接口取得外设和接口的状态,根据状态来控制外设和主机的信息传送。设和接口的状态,根据状态来控制外设和主机的信息传送。如果外设准备就绪,则进行数据的输入或输出,否则如果外设准备就绪,则进行数据的输入或输出,否则CPUCPU等等待并循环查询外设的状态。待并循环查询外设的状态。o优点是结构简单,只需要少量的硬件电路即可实现;缺点优点是结构简单,只需要少量的硬件电路即可实现;缺点是由于是由于CPUCPU的速度远远高于外设的速度,因此的速度远远高于外设的速度,因此CPUCPU通常处于通常处于等待状态,工作效率很低。等待状态,工作效率很低。o有无条件传送和条件传送之分。有无条件传送
12、和条件传送之分。第18页,本讲稿共48页1.1.无条件传送方式无条件传送方式o也称同步传送方式。也称同步传送方式。o无条件是指假设外设已处于就绪状态,数据传送时,程序不必无条件是指假设外设已处于就绪状态,数据传送时,程序不必去查询外设的状态,可以直接执行去查询外设的状态,可以直接执行I/O指令进行数据传输。指令进行数据传输。o输入时,采用三态缓冲器;输出时,采用具有存储功能的锁存输入时,采用三态缓冲器;输出时,采用具有存储功能的锁存器。器。第19页,本讲稿共48页图图7.2 7.2 无条件传送接口无条件传送接口 第20页,本讲稿共48页2.2.条件传送方式条件传送方式o也称异步传送方式。也称异
13、步传送方式。o所谓条件,是指在数据传送前先查询外设的状态,当外设准备所谓条件,是指在数据传送前先查询外设的状态,当外设准备就绪时,就绪时,CPUCPU执行执行I/OI/O指令传送数据;若外设未就绪,则指令传送数据;若外设未就绪,则CPUCPU需等需等待并循环查询外设的状态。待并循环查询外设的状态。o查询外设的状态是通过执行专门的查询程序来实现的,所以也查询外设的状态是通过执行专门的查询程序来实现的,所以也被称为程序查询方式。被称为程序查询方式。o优点是优点是I/OI/O接口控制逻辑少,实现简单;缺点是接口控制逻辑少,实现简单;缺点是CPUCPU与外设与外设完全串行工作,所以效率低、速度慢;而且
14、该方式需要不完全串行工作,所以效率低、速度慢;而且该方式需要不断查询外设的状态,在等待循环中浪费了大量的断查询外设的状态,在等待循环中浪费了大量的CPUCPU时间,时间,所以大大降低了所以大大降低了CPUCPU的利用率。的利用率。第21页,本讲稿共48页图图7.3 7.3 条件传送方式流程图条件传送方式流程图第22页,本讲稿共48页图图7.4 7.4 条件传送接口条件传送接口第23页,本讲稿共48页7.4.2 7.4.2 程序中断控制方式程序中断控制方式1.1.中断的概念中断的概念 中断中断是指CPU暂时中止它正在执行的程序,转去执行发出中断请求的外设(或内部事件)的服务子程序(即中断服务程序
15、),待该服务程序执行完毕后,再返回被中止的程序继续执行的过程。中断系统中断系统是指为完成中断功能而设置的各种硬件和软件。中断源中断源是指发出中断请求的来源,通常有二种:由I/O设备、实时时钟等来自CPU外部的中断;由CPU硬件故障或程序执行出错引起的中断。第24页,本讲稿共48页2.2.中断的作用中断的作用 实现实现CPUCPU与外设并行工作与外设并行工作 处理故障处理故障 实现人机对话实现人机对话实现实时处理实现实时处理 第25页,本讲稿共48页3.3.中断的类型中断的类型 按照中断源的不同,可以分为外部中断和内部中断。按照中断源的不同,可以分为外部中断和内部中断。按照中断处理方式的不同,可
16、以分为程序中断和简单中断。按照中断处理方式的不同,可以分为程序中断和简单中断。按照中断产生方式的不同,可以分为强迫中断和自愿中断。按照中断产生方式的不同,可以分为强迫中断和自愿中断。按照是否提供向量地址进行分类,可以分为向量中断和按照是否提供向量地址进行分类,可以分为向量中断和非向量中断。非向量中断。第26页,本讲稿共48页4.4.中断处理过程中断处理过程 图图7.5 7.5 中断处理过程中断处理过程第27页,本讲稿共48页中断请求中断请求图图7.6 7.6 中断请求信号的传送中断请求信号的传送第28页,本讲稿共48页中断判优中断判优o软件查询法是指用一个查询程序来判别优先级。最先检测的中软件
17、查询法是指用一个查询程序来判别优先级。最先检测的中断源具有最高的优先级,最后检测的中断源具有最低的优先级。断源具有最高的优先级,最后检测的中断源具有最低的优先级。软件判优方法简单,可以灵活地修改中断源的优先级别;但查软件判优方法简单,可以灵活地修改中断源的优先级别;但查询、判优完全靠程序实现,不但占用询、判优完全靠程序实现,不但占用CPUCPU时间,而且判优速度也时间,而且判优速度也比较慢。比较慢。o硬件排队法采用硬件排队电路来实现中断优先级的判定。优先级硬件排队法采用硬件排队电路来实现中断优先级的判定。优先级别高的中断请求自动屏蔽了对优先级别低的中断请求的处理。硬别高的中断请求自动屏蔽了对优
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