[精选]计算机外围设备15180.pptx
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1、计算机外围设备计算机外围设备张钧良张钧良 编著编著清华大学出版社清华大学出版社高等学校教材计算机应用总总 目目 录录第第1 1章章 计算机外围设备概述计算机外围设备概述 第第2 2章章 输入设备输入设备 第第3 3章章 输出设备输出设备 第第4 4章章 外存储设备外存储设备 第第5 5章章 多媒体设备多媒体设备 第第6 6章章 网络设备网络设备 第第7 7章章 其他设备其他设备 上一页上一页第第1 1章章 计算机外围设备概述计算机外围设备概述上一页上一页1.1 1.1 什么是计算机外围设备什么是计算机外围设备1.2 1.2 外围设备的分类外围设备的分类1.3 1.3 外围设备的作用外围设备的作
2、用1.4 1.4 外围设备与计算机的连接外围设备与计算机的连接1.5 1.5 外围设备的发展方向外围设备的发展方向 本章小结本章小结习题习题1 1 目目 录录 外外围围设设备备是是计计算算机机系系统统不不可可缺缺少少的的组组成成部部分分,用用户户在在使使用用计计算算机机系系统统时时,接接触触最最多多的的是是外外围围设设备备。外外围围设设备备是是计计算算机机和和外外部部世世界界联联系系的的桥桥梁梁。随随着着计计算算机机技技术术的的飞飞速速发发展展和和应应用用的的扩扩大大,计计算算机机系系统统要要求求外外围围设设备备的的种种类类越越来来越越多多。本本章章先先介介绍绍涉涉及及外外围围设设备备的的有有
3、关概念。关概念。上一页上一页 外围设备(外围设备(peripheral device)过去常称外部设过去常称外部设备(备(external device)。)。在计算机硬件系统中,外围在计算机硬件系统中,外围设备是相对于计算机主机来说的,凡在计算机主机处设备是相对于计算机主机来说的,凡在计算机主机处理数据前后,把数据输入计算机主机、对数据进入加理数据前后,把数据输入计算机主机、对数据进入加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备,而不工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备,而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说来,外管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说来,外围设备是为计算机和它的外
4、部环境提供通信手段的设围设备是为计算机和它的外部环境提供通信手段的设备。因此,除了计算机主机以外的设备原则上都叫外备。因此,除了计算机主机以外的设备原则上都叫外围设备。外围设备一般由媒体、设备和设备控制器组围设备。外围设备一般由媒体、设备和设备控制器组成。成。1.1 什么是计算机外围设备什么是计算机外围设备上一页上一页 一一套套完完整整的的计计算算机机系系统统包包括括硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统两两大部分。大部分。计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置置,由主机和输入由主机和输入/输出子系统组成,计算机主机包括输出子系统组成,计算机主机包
5、括中央处理器、存储器和附属线路,输入中央处理器、存储器和附属线路,输入/输出子系统输出子系统包括输入包括输入/输出接口和外围设备。输出接口和外围设备。上一页上一页1.1 什么是计算机外围设备什么是计算机外围设备图1-1 计算机系统的组成 上一页上一页 外围设备除外围设备除了输入了输入/输出设输出设备外,还应包备外,还应包括外存储器设括外存储器设备、多媒体设备、多媒体设备、网络通信备、网络通信设备和外围设设备和外围设备处理机等等。备处理机等等。外围设备分类外围设备分类见右图。见右图。1.2 1.2 外围设备的分类外围设备的分类上一页上一页输入设备输入设备 输输入入设设备备是是人人和和计计算算机机
6、的的最最重重要要的的接接口口,它它的的功功能能是是把把原原始始数数据据和和处处理理这这些些数数据据的的程程序序、命命令令通通过过输输入入接接口口输输入入到到计计算算机机中中。因因此此,凡凡是是能能把把程程序序、数数据据和和命命令令送送入入计计算算机机进进行行处处理理的的设设备备都都是是输输入入设设备备。由由于于需需要要输输入入到到计计算算机机的的信信息息多多种种多多样样,如如字字符符、图图形形、图图像像、语语音音、光光线线、电电流流、电电压压等等等等,各各种种形形式式的的输输入入信信息息都都需需要要转转换换为为二二进进制制编编码码,才才能能为为计计算算机机所所利利用用,因因此此不不同同输输入入
7、设设备备在在工工作作原原理理、工工作作速速度度上上相差很大。这是我们需要特别注意的。相差很大。这是我们需要特别注意的。输入设备包括字符输入设备(如键盘、条形码阅读器、磁输入设备包括字符输入设备(如键盘、条形码阅读器、磁卡机)、图形输入设备(如鼠标器、图形数字化仪、操纵杆)卡机)、图形输入设备(如鼠标器、图形数字化仪、操纵杆)、图像输入设备(如扫描仪、传真机、摄像机)、模拟量输、图像输入设备(如扫描仪、传真机、摄像机)、模拟量输入设备(如模入设备(如模-数(数(A/D)转换器、话筒等)。转换器、话筒等)。上一页上一页输出设备输出设备 输输出出设设备备同同样样是是十十分分重重要要的的人人机机接接口
8、口,它它的的功功能能是是用用来来输输出出人人们们所所需需要要的的计计算算机机的的处处理理结结果果。输输出出的的形形式式,可可以以是是数数字字、字字母母、表表格格、图图形形、图图像像等等。最最常常用用的的输输出出设设备备是是各各种种类类型型的的显显示示器器、打打印印机机和和绘绘图图仪仪,以以及及X-Y记记录录仪仪、数数模模(D/A)转转换换器器、缩缩微微胶胶卷卷胶胶片输出设备等。片输出设备等。上一页上一页外存储器设备外存储器设备 外外存存储储器器用用来来存存储储大大量量的的暂暂时时不不参参加加运运算算或或处处理理的的数数据据和和程程序序,因因而而允允许许速速度度较较慢慢。一一旦旦需需要要,可可成
9、成批批地地与与内内存存交交换换信信息息。它它是是主主存存储储器器的的后后备备和和补补充充,因因此此叫叫它它为为“辅辅助助存存储储器器”。外外存存的的特特点点是是存存储储容容量量大大、可可靠靠性性高高、价价格格低低,在在脱脱机机情情况况下可以永久地保存信息,进行重复使用。下可以永久地保存信息,进行重复使用。外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的主要是硬磁盘存储器和软磁盘存储器。光盘存储器作为一种主要是硬磁盘存储器和软磁盘存储器。光盘存储
10、器作为一种新型的信息存储设备已经在微机上普及使用。目前,可移动新型的信息存储设备已经在微机上普及使用。目前,可移动磁盘已开始在微机系统中使用,为用户提供了很大的方便。磁盘已开始在微机系统中使用,为用户提供了很大的方便。上一页上一页多媒体设备多媒体设备 现现代代社社会会是是信信息息爆爆炸炸的的时时代代,文文字字、图图形形、图图像像、语语音音等等各各种种信信息息大大量量产产生生,人人类类要要利利用用各各种种各各样样的的信信息息,要要求求计计算算机机能能够够处处理理各各种种不不同同形形式式的的信信息息,多多媒媒体体设设备备就就应应运运而而生生。多多媒媒体体设设备备的的功功能能就就是是使使计计算算机机
11、能能够够直直接接接接受受、存存储储、处处理理各各种种形形式式的的多多媒媒体体信信息息。现现在在市市场场上上出出售售的的微微型型计计算算机机(PC)几几乎乎都都是是多多媒媒体体计计算算机机,都都配配置置了了若若干干多多媒媒体体设设备备。多多媒媒体体计计算算机机必必须须配配置置的的基基本本多多媒媒体体设设备备,除除已已列列在在外外存存储储器器中中的的CD-ROM或或 DVD-ROM外外,还还 应应 有有 调调 制制 解解 调调 器器(modem)、声声卡卡和和视视频频卡卡。其其他他多多媒媒体体设设备备还还有有数数字字相机、数字摄像机、相机、数字摄像机、MIDI乐器等。乐器等。上一页上一页网络与通信
12、设备网络与通信设备 21世世纪纪人人类类将将进进入入信信息息社社会会。从从20世世纪纪90年年代代中中期期开开始始,世世界界各各国国都都开开始始努努力力进进行行信信息息化化基基础础设设施施的的建建设设。Internet迅迅速速普普及及,政政府府上上网网、企企业业上上网网、学学校校上上网网,网网络络和和通通信信技技术术获获得得了了前前所所未未有有的的大大发发展展。为为了了实实现现数数据据通通信信和和资资源源共共享享,要要求求有有专专门门的的设设备备把把计计算算机机联联接接起起来来,实实现现这这种种功功能能的的设设备备就就是是网网络络与与通通信设备。信设备。目目前前的的网网络络通通信信设设备备包包
13、括括调调制制解解调调器器、网网卡卡,以以及中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。及中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。上一页上一页输入输出处理机输入输出处理机 输输入入输输出出处处理理机机通通常常称称作作外外围围处处理理机机(Peripheral Processor Unit,PPU),用用于于分分布布式式计计算算机机系系统统中中。这这种种外外围围处处理理机机的的结结构构接接近近一一般般的的处处理理机机,甚甚至至就就是是一一台台小小型型通通用用计计算算机机。主主要要用用来来完完成成计计算算机机系系统统中中输输入入/输输出出通通道道所所要要完完成成的的I/O控控制制,还还可可进进行行码码制制变
14、变换换、格格式式处处理理、数数据据块块的的检检错错、纠纠错错等等。但但它它不不是是独独立立于于主机工作,是主机的一个部件。主机工作,是主机的一个部件。上一页上一页 外围设备的作用归纳起来有以下几方面:外围设备的作用归纳起来有以下几方面:提供人提供人-机对话。机对话。完成数据媒体的变换。完成数据媒体的变换。存储系统软件和大型应用软件。存储系统软件和大型应用软件。为各类计算机应用领域提供应用手段。为各类计算机应用领域提供应用手段。从从数数据据输输入入输输出出的的角角度度看看,磁磁盘盘机机(硬硬盘盘和和软软盘盘)和和磁磁带带机机也也可可以以被被看看作作输输入入/输输出出设设备备。当当从从磁磁盘盘或或
15、磁磁带带读读取取文文件件时时,它它们们是是输输入入设设备备,当当向向磁磁盘盘或或磁磁带带保存文件时,它们是输出设备。保存文件时,它们是输出设备。1.3 外围设备的作用外围设备的作用 上一页上一页 计计算算机机系系统统所所配配置置的的外外围围设设备备种种类类繁繁多多,数数量量不不同同,它它们们不不仅仅在在工工作作速速度度上上与与CPU相相差差很很大大,而而且且在在数数据据表表示示的的形形式式上上与与计计算算机机主主机机内内部部的的形形式式不不一一样样。因因此此,要要实实现现外外围围设设备备与与计计算算机机的的连连接接和和信信息息交交换换,充充分分发发挥挥计计算算机机的的效效率率,除除了了了了解解
16、外外围围设设备备与与计计算算机机的的连连接接接接口口外外,由由于于外外围围设设备备与与计计算算机机在在工工作作速速度度和和数数据据表表示示形形式式上上的的不不同同外外,还还应应了了解解它它们们传传送送信信息息的的种种类类、传传送送控控制制方方式式和和传传送送方方法法。在在此此基基础础上上,才才能能确定它们的连接方式。确定它们的连接方式。1.4 外围设备与计算机的连接外围设备与计算机的连接 上一页上一页 外外围围设设备备与与中中央央处处理理器器之之间间传传送送的的信信息息种种类类有有:设设备备地地址址信信息息、数数据据信信息息、设设备备状状态态信信息息和和控控制制信信息息。这这里里是是指指某某一
17、一设设备备上上的的数数据据交交换换,设设备备当当前前的的操操作作状状态,以及中央处理器对外围设备的控制操作命令等。态,以及中央处理器对外围设备的控制操作命令等。数数据据传传送送的的控控制制方方式式有有同同步步和和异异步步两两种种。同同步步传传送送是是指指各各外外围围设设备备都都在在统统一一的的节节拍拍下下进进行行数数据据传传送送,异异步步传传送送则则根根据据回回答答信信号号决决定定传传送送周周期期。对对传传送送时时间间短短于于一一个个节节拍拍的的同同步步传传送送,这这是是一一种种浪浪费费;而而后后者者却却能充分地利用能充分地利用I/O通道上的工作时间。通道上的工作时间。上一页上一页1.4.1
18、外围设备与中央处理器之间的信息传送外围设备与中央处理器之间的信息传送 传传送送的的方方式式有有程程序序查查询询传传送送、程程序序中中断断传传送送、直直接接存存储储器器传传送送和和I/O处处理理机机传传送送。早早期期的的计计算算机机以以运运算算器器控控制制器器(简简称称运运控控)为为中中心心,传传送送方方式式是是程程序序查查询询传传送送和和程程序序中中断断传传送送,程程序序查查询询传传送送使使计计算算机机经经常常处处于于等等待待状状态态,计计算算机机使使用用的的效效率率极极低低,程程序序中中断断传传送送虽虽然然解解决决了了计计算算机机等等待待浪浪费费时时间间的的问问题题,但但一一些些高高速速外外
19、围围设设备备在在与与计计算算机机交交换换数数据据时时,常常常常会会因因中中断断次次数过于频繁,致使计算机的效率仍然不高。数过于频繁,致使计算机的效率仍然不高。上一页上一页1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)以存储器为中心的计算机硬件结构,实现的数据以存储器为中心的计算机硬件结构,实现的数据传送方式是直接存储器传送(传送方式是直接存储器传送(DMA)方式,实行外方式,实行外围设备与内存储器直接进行数据交换。这种数据传送围设备与内存储器直接进行数据交换。这种数据传送方式是由一个方式是由一个DMA控制器从控制器从CPU处接管对总线的控处接管对总
20、线的控制权,指挥外围设备(如硬盘)与内存储器之间直接制权,指挥外围设备(如硬盘)与内存储器之间直接进行数据传输,传输结束后,再把总线控制权交还给进行数据传输,传输结束后,再把总线控制权交还给CPU,这就简化了这就简化了CPU对对I/O的控制。为了进一步减的控制。为了进一步减轻中央处理器对轻中央处理器对I/O系统的负担,将管理和控制系统的负担,将管理和控制I/O操操作和数据交换的功能从中央处理机独立出来,即可组作和数据交换的功能从中央处理机独立出来,即可组成成I/O处理机。处理机。上一页上一页1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)I/O处处理
21、理机机又又可可分分为为通通道道方方式式和和外外部部处处理理机机方方式式。通通道道具具有有处处理理机机的的特特征征,但但它它只只是是面面向向外外围围设设备备控控制制和和数数据据交交换换的的指指令令系系统统,而而输输入入输输出出过过程程中中的的前前处处理理和和后后处处理理仍仍由由中中央央处处理理器器来来实实现现。外外部部处处理理机机实实际际上上是是一一台台独独立立的的作作为为管管理理和和控控制制系系统统的的专专用用计计算算机机,它它具具有有通通道道的的功功能能,还还能能完完成成码码制制变变换换、检检错错纠纠错错和和格格式式变变换换等等操操作作和和运运算算,这这样样,计计算算机机的的运运行行效效率率
22、就就大大为提高。为提高。上一页上一页1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)在在小小型型机机和和微微型型机机中中,多多采采用用程程序序查查询询传传送送、程程序序中中断断传传送送和和直直接接存存储储器器传传送送方方式式;而而在在大大型型机机、中中型型机机和和高高档档小小型型机机中中一般采用一般采用I/O处理机传送方式。处理机传送方式。无无论论采采用用哪哪一一种种控控制制方方式式和和传传送送方方式式,都都需需要要相相应应的的控控制制逻逻辑辑电电路路和和信信息息通通道道来来实实现现。外外围围设设备备与与计计算算机机连连接接的的一一般般模模式如下图所
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