青島科技大學(xué)計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Chapter 7

1、第第7章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) Input and Output System 7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.3 I/O接口（接口（I/O控制器）控制器） 7.4 I/O方式方式 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)(Input and Output System, 簡稱簡稱I/O) 是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的重要組成部分，又稱作輸入輸是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的重要組成部分，又稱作輸入輸 出模塊。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的的不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍出模塊。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的的不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍 的不斷擴(kuò)大，的不斷擴(kuò)大，I/O設(shè)備的數(shù)量和種類也越來越多，設(shè)備的數(shù)量和種類也越來越多， 他們與主機(jī)的

2、聯(lián)絡(luò)方式及信息交換方式也各不相同。他們與主機(jī)的聯(lián)絡(luò)方式及信息交換方式也各不相同。 本章主要介紹本章主要介紹I/O系統(tǒng)的基本概念、常用外部設(shè)備、系統(tǒng)的基本概念、常用外部設(shè)備、 各種各種I/O接口以及四種外設(shè)和主機(jī)交換信息的控制接口以及四種外設(shè)和主機(jī)交換信息的控制 方式方式 。 7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)由外部設(shè)備由外部設(shè)備(輸入輸出設(shè)備和輔助存輸入輸出設(shè)備和輔助存 儲器儲器)及其與主機(jī)及其與主機(jī)(CPU和存儲器和存儲器)之間的控制部件和之間的控制部件和 計(jì)算機(jī)總線構(gòu)成，其作用是實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與主機(jī)之計(jì)算機(jī)總線構(gòu)成，其作用是實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與主機(jī)之 間的數(shù)據(jù)交換間的

3、數(shù)據(jù)交換 。 輸入設(shè)備輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)中送入程序和數(shù)據(jù)的具有一定是向計(jì)算機(jī)中送入程序和數(shù)據(jù)的具有一定 獨(dú)立功能的設(shè)備，通過接口和總線與計(jì)算機(jī)主機(jī)連獨(dú)立功能的設(shè)備，通過接口和總線與計(jì)算機(jī)主機(jī)連 通，用于人機(jī)交互聯(lián)系，如計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)等。通，用于人機(jī)交互聯(lián)系，如計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)等。 輸出設(shè)備輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)中用于送出計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息的設(shè)是計(jì)算機(jī)中用于送出計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息的設(shè) 備，例如打印機(jī)、顯示器等。備，例如打印機(jī)、顯示器等。 7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 常用的輸入設(shè)備常用的輸入設(shè)備：鍵盤、圖形輸入設(shè)備：鍵盤、圖形輸入設(shè)備(鼠標(biāo)器、鼠標(biāo)器、 圖形板、操縱桿、光筆圖形板、操縱桿、光筆)、

4、圖像輸入設(shè)備、圖像輸入設(shè)備(掃描儀、掃描儀、 傳真機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)傳真機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī))、條形碼閱讀器、語、條形碼閱讀器、語 音與文字輸入設(shè)備等。音與文字輸入設(shè)備等。 常用的輸出設(shè)備常用的輸出設(shè)備：顯示器：顯示器(字符、圖形、圖像字符、圖形、圖像)、打、打 印機(jī)印機(jī)(針式、噴墨、激光針式、噴墨、激光)、繪圖儀、語音輸出設(shè)備、繪圖儀、語音輸出設(shè)備 等等 。 7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 總線總線是計(jì)算機(jī)各個(gè)部件之間傳輸信息的公共通路，是計(jì)算機(jī)各個(gè)部件之間傳輸信息的公共通路， 包括傳輸數(shù)據(jù)信號的邏輯電路、管理信息傳輸協(xié)議包括傳輸數(shù)據(jù)信號的邏輯電路、管理信息傳輸協(xié)議 的邏輯線路和物

5、理連線的邏輯線路和物理連線 。 根據(jù)承擔(dān)功能的不同，總線可以分為以下三種：數(shù)根據(jù)承擔(dān)功能的不同，總線可以分為以下三種：數(shù) 據(jù)總線、據(jù)總線、 地址總線、控制總線。地址總線、控制總線。 輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及與輸入輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及與CPU的連接關(guān)系如圖的連接關(guān)系如圖7.1 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 在計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中，輸入設(shè)備輸入設(shè)備主要完成輸入程序、數(shù)主要完成輸入程序、數(shù) 據(jù)和操作命令等功能，也是進(jìn)行人機(jī)對話的主據(jù)和操作命令等功能，也是進(jìn)行人機(jī)對話的主 要部件。當(dāng)實(shí)現(xiàn)人工輸入時(shí)，往往與顯示器要部件。當(dāng)實(shí)現(xiàn)人工輸入時(shí)，往往與顯示器(輸輸 出設(shè)備出設(shè)備)聯(lián)用，以便及時(shí)

6、檢驗(yàn)并修正輸入時(shí)的錯(cuò)聯(lián)用，以便及時(shí)檢驗(yàn)并修正輸入時(shí)的錯(cuò) 誤。也可利用軟盤、磁帶等可脫機(jī)錄入的介質(zhì)誤。也可利用軟盤、磁帶等可脫機(jī)錄入的介質(zhì) 進(jìn)行輸入進(jìn)行輸入 。 常見的輸入設(shè)備常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、操作桿、手寫有鍵盤、鼠標(biāo)、操作桿、手寫 筆、掃描儀等，本節(jié)主要介紹鍵盤和鼠標(biāo)。筆、掃描儀等，本節(jié)主要介紹鍵盤和鼠標(biāo)。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鍵盤鍵盤：鍵盤是應(yīng)用最普遍的輸入設(shè)備之一。：鍵盤是應(yīng)用最普遍的輸入設(shè)備之一。 鍵盤是由一組排列成陣列形式的按鍵開關(guān)組成鍵盤是由一組排列成陣列形式的按鍵開關(guān)組成 的，每按下一個(gè)鍵，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的字符代碼，的，每按下一個(gè)鍵，產(chǎn)生

7、一個(gè)相應(yīng)的字符代碼， 然后將它轉(zhuǎn)換成碼或其他碼送主機(jī)。目前常用然后將它轉(zhuǎn)換成碼或其他碼送主機(jī)。目前常用 的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤有的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤有101個(gè)鍵，它除了提供通常的個(gè)鍵，它除了提供通常的 ASCII字符以外，還有多個(gè)功能鍵、光標(biāo)控制字符以外，還有多個(gè)功能鍵、光標(biāo)控制 鍵與編輯鍵等。鍵與編輯鍵等。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鍵盤的功能鍵盤的功能：計(jì)算機(jī)的鍵盤是通過手工輸入字符，用：計(jì)算機(jī)的鍵盤是通過手工輸入字符，用 于向計(jì)算機(jī)送入操作命令、源程序語句、運(yùn)行程序所于向計(jì)算機(jī)送入操作命令、源程序語句、運(yùn)行程序所 使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設(shè)備使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設(shè)備 。 鍵盤的基

8、本組成鍵盤的基本組成： （1）機(jī)械部分：按鍵）機(jī)械部分：按鍵(導(dǎo)電件導(dǎo)電件)彈簧金屬件彈簧金屬件(由導(dǎo)電由導(dǎo)電 件控制實(shí)現(xiàn)電信號連通與斷開件控制實(shí)現(xiàn)電信號連通與斷開) 。 （2）電子線路部分：識別按鍵，給出編碼；通過接口）電子線路部分：識別按鍵，給出編碼；通過接口 把編碼送給主機(jī)。由鍵盤上專門的把編碼送給主機(jī)。由鍵盤上專門的CPU完成完成 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鍵盤的接口鍵盤的接口：鍵盤一般通過串口、：鍵盤一般通過串口、USB接口接入計(jì)算接口接入計(jì)算 機(jī)，也有無線接入方式。機(jī)，也有無線接入方式。 鍵盤的工作原理鍵盤的工作原理： 識別閉合鍵的具體實(shí)現(xiàn)方法：采用行

9、列掃描的方法，識別閉合鍵的具體實(shí)現(xiàn)方法：采用行列掃描的方法， 即把每個(gè)鍵分配在一個(gè)即把每個(gè)鍵分配在一個(gè)m列列*n行矩陣的一個(gè)交叉點(diǎn)上，行矩陣的一個(gè)交叉點(diǎn)上， 通過并行接口向通過并行接口向 n 行依次送出僅有一行為行依次送出僅有一行為 0、其余各行、其余各行 均為均為 1 的值，再用并行接口讀入的值，再用并行接口讀入 m 列上的取值。當(dāng)該列上的取值。當(dāng)該 值不為值不為 FFH (全全1碼碼)時(shí)，表明有鍵按下，若該值僅含一時(shí)，表明有鍵按下，若該值僅含一 位零，表明取值為位零，表明取值為 0 的行、列的交叉點(diǎn)的鍵被按下，的行、列的交叉點(diǎn)的鍵被按下， 用一個(gè)對照表即可得到相應(yīng)鍵的編碼。用一個(gè)對照表即可

10、得到相應(yīng)鍵的編碼。 圖圖7.3 鍵盤工作原理圖鍵盤工作原理圖 矩陣連接式鍵盤電路示例 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鼠標(biāo)鼠標(biāo)：鼠標(biāo)是應(yīng)用最普遍的輸入設(shè)備之一。：鼠標(biāo)是應(yīng)用最普遍的輸入設(shè)備之一。 鼠標(biāo)是計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)縱橫坐標(biāo)定位的指示器，鼠標(biāo)是計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)縱橫坐標(biāo)定位的指示器， 因形似老鼠而得名因形似老鼠而得名“鼠標(biāo)鼠標(biāo)”（港臺作滑鼠）。鼠（港臺作滑鼠）。鼠 標(biāo)的使用是為了使計(jì)算機(jī)的操作更加簡便快捷，標(biāo)的使用是為了使計(jì)算機(jī)的操作更加簡便快捷， 來代替鍵盤那繁瑣的指令。來代替鍵盤那繁瑣的指令。 鼠標(biāo)是鼠標(biāo)是1964年由年由Douglas Engelbart發(fā)明的，當(dāng)時(shí)發(fā)

11、明的，當(dāng)時(shí) 他在斯坦福研究所工作，他在斯坦福研究所工作，Douglas Engelbart很早很早 就在考慮如何使電腦的操作更加簡便，用什么手就在考慮如何使電腦的操作更加簡便，用什么手 段來取代由鍵盤輸入的繁瑣指令。段來取代由鍵盤輸入的繁瑣指令。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 鼠標(biāo)的功能鼠標(biāo)的功能：根據(jù)鼠標(biāo)的移動(dòng)，在屏幕上移動(dòng)位置：根據(jù)鼠標(biāo)的移動(dòng)，在屏幕上移動(dòng)位置(定定 位位)；選中某個(gè)對象，進(jìn)而執(zhí)行某些操作；選中某個(gè)對象，進(jìn)而執(zhí)行某些操作 。 鼠標(biāo)種類鼠標(biāo)種類：機(jī)械式鼠標(biāo)：機(jī)械式鼠標(biāo) 、光電式鼠標(biāo)、光電式鼠標(biāo) 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備

12、鼠標(biāo)種類鼠標(biāo)種類： （1）機(jī)械式鼠標(biāo)機(jī)械式鼠標(biāo) ：底部有：底部有1圓球，接有兩個(gè)滑動(dòng)變阻圓球，接有兩個(gè)滑動(dòng)變阻 器，圓球在移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)變阻器，使器，圓球在移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)變阻器，使X和和Y方向電流產(chǎn)生方向電流產(chǎn)生 變化，計(jì)算機(jī)由此計(jì)算出變化，計(jì)算機(jī)由此計(jì)算出X和和Y方向位移，在屏幕上進(jìn)方向位移，在屏幕上進(jìn) 行相應(yīng)的移動(dòng)，鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定行相應(yīng)的移動(dòng)，鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定 。 （2）光電式鼠標(biāo)光電式鼠標(biāo) ：沒有機(jī)械滾動(dòng)部分，代之以兩個(gè)互：沒有機(jī)械滾動(dòng)部分，代之以兩個(gè)互 成直角的光電探測器，分別代表成直角的光電探測器，分別代表X和和Y方向，發(fā)光二極方向，發(fā)光二極 管照到水平表面，反射光

13、使光敏三極管產(chǎn)生不同的電管照到水平表面，反射光使光敏三極管產(chǎn)生不同的電 平，平，CPU根據(jù)感應(yīng)的高低脈沖來計(jì)算鼠標(biāo)的位移量，根據(jù)感應(yīng)的高低脈沖來計(jì)算鼠標(biāo)的位移量， 鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定。鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 點(diǎn)陣式設(shè)備運(yùn)行原理點(diǎn)陣式設(shè)備運(yùn)行原理：把字形、圖形、圖像等信把字形、圖形、圖像等信 息以不同的點(diǎn)陣布局方式表現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)顯息以不同的點(diǎn)陣布局方式表現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)顯 示器屏幕上；在打印紙上，通常是以示器屏幕上；在打印紙上，通常是以“印刷印刷”(染染 色色)的效果表現(xiàn)出來的。特點(diǎn)是，要表示的信息，的效果表現(xiàn)出來的。

14、特點(diǎn)是，要表示的信息， 最終要以平面上的各種可見的最終要以平面上的各種可見的“形狀形狀”體現(xiàn)出來，體現(xiàn)出來， 而這些而這些“形狀形狀”原理上又都是以許多斷續(xù)的點(diǎn)的原理上又都是以許多斷續(xù)的點(diǎn)的 不同布局表示出來的。不同布局表示出來的。 點(diǎn)陣式設(shè)備需要解決的問題點(diǎn)陣式設(shè)備需要解決的問題 ：點(diǎn)陣布局規(guī)律點(diǎn)陣布局規(guī)律 、 點(diǎn)陣的密度、點(diǎn)陣中點(diǎn)的屬性。點(diǎn)陣的密度、點(diǎn)陣中點(diǎn)的屬性。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 顯示器顯示器：是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸 設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具，也被設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具

15、，也被 稱為監(jiān)視器，常用的計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。稱為監(jiān)視器，常用的計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。 常見顯示器類型常見顯示器類型 ： 陰極射線管顯示器陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube，CRT) 液晶顯示器液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD) 等離子顯示器等離子顯示器(Plasma Display Panel, PDP) 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 陰極射線管顯示器陰極射線管顯示器： (1)成像原理：通過電子束撞擊熒光板上的熒光粉，成像原理：通過電子束撞擊熒光板上的熒光粉， 發(fā)光產(chǎn)生亮點(diǎn)。發(fā)光產(chǎn)生亮點(diǎn)。 (2)基本組成：電子槍、顯示屏和偏轉(zhuǎn)

16、控制裝置?；窘M成：電子槍、顯示屏和偏轉(zhuǎn)控制裝置。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 顯示器相關(guān)指標(biāo)顯示器相關(guān)指標(biāo)： (1)分辨率分辨率 ：沿水平和垂直兩個(gè)方向把屏幕分成許：沿水平和垂直兩個(gè)方向把屏幕分成許 多小區(qū)域，一個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)發(fā)光點(diǎn)多小區(qū)域，一個(gè)小區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)發(fā)光點(diǎn)(稱為像素稱為像素)， 屏幕上所提供的全部像素?cái)?shù)目稱為分辨率屏幕上所提供的全部像素?cái)?shù)目稱為分辨率 。 (2)掃描：電子束在顯示屏上按某種軌跡運(yùn)動(dòng)被稱掃描：電子束在顯示屏上按某種軌跡運(yùn)動(dòng)被稱 為掃描，控制電子束掃描軌跡的電路被稱為掃描為掃描，控制電子束掃描軌跡的電路被稱為掃描 控制邏輯部件控制邏輯部件

17、。 (3)刷新：電子束打在熒光粉上發(fā)出的光只能持續(xù)刷新：電子束打在熒光粉上發(fā)出的光只能持續(xù) 一段時(shí)間，該時(shí)間稱余暉時(shí)間；為得到穩(wěn)定圖像，一段時(shí)間，該時(shí)間稱余暉時(shí)間；為得到穩(wěn)定圖像， 需重復(fù)掃描整個(gè)屏幕需重復(fù)掃描整個(gè)屏幕(每秒每秒50場場)，稱為刷新。，稱為刷新。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 字符顯示原理字符顯示原理：為有效提供屏幕上要顯示的內(nèi)容，為有效提供屏幕上要顯示的內(nèi)容， 字符顯示器內(nèi)有一個(gè)字符顯示器內(nèi)有一個(gè)顯示存儲器顯示存儲器VRAM，用于保，用于保 存將顯示在整個(gè)屏幕的全部字符，顯示存儲器中存將顯示在整個(gè)屏幕的全部字符，顯示存儲器中 保存這些字符的保存這些字

18、符的ASCII碼和顯示屬性，每個(gè)字符碼和顯示屬性，每個(gè)字符 都配有一個(gè)屬性字節(jié)，用來描述字符的顯示屬性，都配有一個(gè)屬性字節(jié)，用來描述字符的顯示屬性， 即字符的顏色、亮度、是否顯示等等。被顯示的即字符的顏色、亮度、是否顯示等等。被顯示的 字符將由計(jì)算機(jī)主機(jī)以兩個(gè)字節(jié)字符將由計(jì)算機(jī)主機(jī)以兩個(gè)字節(jié)(ASCII碼和顯示碼和顯示 屬性屬性)的方式提供并寫進(jìn)該存儲器中，由顯示器的的方式提供并寫進(jìn)該存儲器中，由顯示器的 控制邏輯按需要從中讀出準(zhǔn)備顯示的一個(gè)字符的控制邏輯按需要從中讀出準(zhǔn)備顯示的一個(gè)字符的 ASCII碼的字節(jié)值和顯示屬性的字節(jié)值碼的字節(jié)值和顯示屬性的字節(jié)值 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2

19、.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 字符發(fā)生器字符發(fā)生器：用于保存每個(gè)可顯示字符字形的點(diǎn)陣數(shù)用于保存每個(gè)可顯示字符字形的點(diǎn)陣數(shù) 據(jù)的邏輯部件，通常是一個(gè)只讀存儲器，如果每個(gè)字據(jù)的邏輯部件，通常是一個(gè)只讀存儲器，如果每個(gè)字 符的字形用符的字形用7(橫向橫向)9(縱向縱向)的點(diǎn)陣表示，則每個(gè)字符的點(diǎn)陣表示，則每個(gè)字符 字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)要占用字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)要占用9個(gè)存儲器字節(jié)個(gè)存儲器字節(jié)(橫向的橫向的7個(gè)點(diǎn)的個(gè)點(diǎn)的 布局用一個(gè)字節(jié)表示布局用一個(gè)字節(jié)表示) 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 CRT顯示器特點(diǎn)顯示器特點(diǎn)： (1)大的顯存大的顯存 ：要求顯示存儲器的容量大，設(shè)分辨：要求顯示存儲

20、器的容量大，設(shè)分辨 率為率為1024*768，真彩色，則一幀圖像的存儲容量，真彩色，則一幀圖像的存儲容量 為為1024*768*3Byte=2.3MB 。 (2)高速總線：需要連接高速總線：需要連接PCI總線，若刷新頻率為總線，若刷新頻率為50 場場/秒，則帶寬為秒，則帶寬為2.3*50MB/s=115MB/s。 (3)專用接口：分辨率更高的圖形設(shè)備將采用專用專用接口：分辨率更高的圖形設(shè)備將采用專用 接口。接口。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 液晶顯示器液晶顯示器： (1) 顯示原理：利用液晶的光學(xué)特性，平板后面設(shè)顯示原理：利用液晶的光學(xué)特性，平板后面設(shè) 置光源，通過

21、液晶改變透射光的偏振性置光源，通過液晶改變透射光的偏振性(從水平到從水平到 垂直垂直)，電場控制，電場控制 。 (2) 特點(diǎn)：平板顯示，功率小，移動(dòng)方便，輻射小，特點(diǎn)：平板顯示，功率小，移動(dòng)方便，輻射小， 畫面柔和不傷眼，價(jià)格較高畫面柔和不傷眼，價(jià)格較高 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 等離子顯示器等離子顯示器： (1) 顯示原理：利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)顯示原理：利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn) 生氣體放電的特性，產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒生氣體放電的特性，產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒 光粉發(fā)光，在玻璃板之間隔開成像素，每個(gè)像素光粉發(fā)光，在玻璃板之間隔開成像素，每個(gè)

22、像素 點(diǎn)內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制點(diǎn)內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制 。 (2) 特點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)大畫面顯示，全色顯示，色純特點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)大畫面顯示，全色顯示，色純 度與度與CRT相當(dāng)，視角達(dá)相當(dāng)，視角達(dá)160度，壽命長，功耗大、度，壽命長，功耗大、 成本高、對比度差成本高、對比度差 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 LED顯示器顯示器：是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方 式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄 像信號等各種信息的顯示屏幕。像信號等各種信

23、息的顯示屏幕。 LCD與與LED是兩種不同的顯示技術(shù)，是兩種不同的顯示技術(shù)，LCD是由液態(tài)晶體是由液態(tài)晶體 組成的顯示屏，而組成的顯示屏，而LED則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。 LED的分辨率一般較低，價(jià)格也比較昂貴，因?yàn)榧啥雀姆直媛室话爿^低，價(jià)格也比較昂貴，因?yàn)榧啥雀?高。高。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 打印機(jī)打印機(jī)：用于將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果打印在相關(guān)介質(zhì)上用于將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果打印在相關(guān)介質(zhì)上 ， 常用的計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。常用的計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。 常見打印機(jī)類型常見打印機(jī)類型 ：針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光

24、 打印機(jī)等。打印機(jī)等。 打印設(shè)備與計(jì)算機(jī)主機(jī)的連接方式打印設(shè)備與計(jì)算機(jī)主機(jī)的連接方式：串行接口、并串行接口、并 行接口、行接口、USB接口。接口。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 針式打印機(jī)針式打印機(jī)： （1）打印原理：用）打印原理：用鋼針鋼針或合金針撞擊或合金針撞擊色帶色帶，將色帶的顏色，將色帶的顏色 印到打印紙上，完成一個(gè)點(diǎn)的輸出，完成全部點(diǎn)陣后輸印到打印紙上，完成一個(gè)點(diǎn)的輸出，完成全部點(diǎn)陣后輸 出完畢。出完畢。 （2）基本組成：打印頭、輸紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)及打印控制）基本組成：打印頭、輸紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)及打印控制 器。打印控制器包括字符緩沖存儲器、字型發(fā)生器、時(shí)器。

25、打印控制器包括字符緩沖存儲器、字型發(fā)生器、時(shí) 序控制電路和接口電路四部分。序控制電路和接口電路四部分。 （3）輸出過程：字車將打印頭橫向移動(dòng)到打印起始位置，）輸出過程：字車將打印頭橫向移動(dòng)到打印起始位置， 取出輸出對象點(diǎn)陣的第一列，驅(qū)動(dòng)打印針撞擊色帶，字取出輸出對象點(diǎn)陣的第一列，驅(qū)動(dòng)打印針撞擊色帶，字 車移動(dòng)一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢，回車，車移動(dòng)一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢，回車， 輸紙機(jī)構(gòu)進(jìn)紙，輸出下一行。輸紙機(jī)構(gòu)進(jìn)紙，輸出下一行。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 針式打印機(jī)與針式打印機(jī)與CRT顯示器工作原理比較顯示器工作原理比較： CRT字符顯示

26、器使用字符顯示器使用電子束撞擊熒光粉電子束撞擊熒光粉產(chǎn)生發(fā)光點(diǎn)，產(chǎn)生發(fā)光點(diǎn)， 針式打印機(jī)是用針式打印機(jī)是用打印針撞擊色帶打印針撞擊色帶產(chǎn)生印染點(diǎn)；產(chǎn)生印染點(diǎn)；CRT字字 符顯示器以整屏信息為單位連續(xù)掃描以維持穩(wěn)定的顯符顯示器以整屏信息為單位連續(xù)掃描以維持穩(wěn)定的顯 示畫面，需要有示畫面，需要有顯示存儲器顯示存儲器VRAM，針式打印機(jī)接收，針式打印機(jī)接收 到要打印的一縱列點(diǎn)陣信息并完成打印之后，這些點(diǎn)到要打印的一縱列點(diǎn)陣信息并完成打印之后，這些點(diǎn) 陣信息就不再有用了；光柵掃描的陣信息就不再有用了；光柵掃描的CRT字符顯示器，字符顯示器， 電子束在整個(gè)屏幕上按逐個(gè)橫行的電子束在整個(gè)屏幕上按逐個(gè)橫行的

27、掃描方式重復(fù)掃描方式重復(fù)，掃，掃 描完多個(gè)橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機(jī)則描完多個(gè)橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機(jī)則 是按逐列打印方式依此打印出字符的點(diǎn)陣列，幾次后是按逐列打印方式依此打印出字符的點(diǎn)陣列，幾次后 打印出一個(gè)完整的字符打印出一個(gè)完整的字符 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 激光打印機(jī)激光打印機(jī)： （1）打印原理：激光技術(shù)和電子照相技術(shù)結(jié)合，由走紙）打印原理：激光技術(shù)和電子照相技術(shù)結(jié)合，由走紙 機(jī)構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機(jī)控制器等機(jī)構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機(jī)控制器等 部分組成。激光掃描系統(tǒng)控制激光束能掃描到光導(dǎo)鼓柱部分組成

28、。激光掃描系統(tǒng)控制激光束能掃描到光導(dǎo)鼓柱 面的任何位置，它由激光器，偏轉(zhuǎn)調(diào)制器，掃描器和光面的任何位置，它由激光器，偏轉(zhuǎn)調(diào)制器，掃描器和光 路系統(tǒng)組成。電子照相部分的核心部件是字形鼓，又稱路系統(tǒng)組成。電子照相部分的核心部件是字形鼓，又稱 光導(dǎo)鼓，是一個(gè)圓柱型物體，柱面高度光潔，鍍有一層光導(dǎo)鼓，是一個(gè)圓柱型物體，柱面高度光潔，鍍有一層 由硒碲合金組成的具有良好光導(dǎo)特性的材料，用于完成由硒碲合金組成的具有良好光導(dǎo)特性的材料，用于完成 對打印內(nèi)容的照相、顯影和轉(zhuǎn)印。對打印內(nèi)容的照相、顯影和轉(zhuǎn)印。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 激光打印機(jī)激光打印機(jī)： 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備

29、 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 激光打印機(jī)激光打印機(jī)： （2）輸出過程：）輸出過程： 準(zhǔn)備階段：電暈放電裝置使光導(dǎo)鼓表面充電，對光導(dǎo)鼓表面均勻的準(zhǔn)備階段：電暈放電裝置使光導(dǎo)鼓表面充電，對光導(dǎo)鼓表面均勻的充上充上 一層正電荷一層正電荷； 照相階段：照相階段：激光束激光束使光導(dǎo)鼓表面被使光導(dǎo)鼓表面被照射照射的部分放電，未照射到的部分的的部分放電，未照射到的部分的 帶電情況不變；帶電情況不變； 顯影階段：光導(dǎo)鼓表面帶電部分吸附顯影階段：光導(dǎo)鼓表面帶電部分吸附墨粉墨粉，形成由墨粉顯示的字形；，形成由墨粉顯示的字形； 轉(zhuǎn)印階段：光導(dǎo)鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上；轉(zhuǎn)印階段：光導(dǎo)鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上； 定影

30、階段：通過紅外光加熱或輻射加熱辦法，定影階段：通過紅外光加熱或輻射加熱辦法，高溫高溫將墨粉固定在紙上；將墨粉固定在紙上； 清除階段：清掃器清除光導(dǎo)鼓表面上剩余墨粉，消電燈消除光導(dǎo)鼓上殘清除階段：清掃器清除光導(dǎo)鼓表面上剩余墨粉，消電燈消除光導(dǎo)鼓上殘 存電荷存電荷 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)： （1）打印原理：通過把很小的墨水滴利用噴嘴噴射到打）打印原理：通過把很小的墨水滴利用噴嘴噴射到打 印紙上形成打印點(diǎn)來完成打印輸出功能的。主要問題集印紙上形成打印點(diǎn)來完成打印輸出功能的。主要問題集 中到如何提供出很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的噴中到如何提

31、供出很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的噴 射速度，如何準(zhǔn)確控制墨水滴落到打印紙上的位置，如射速度，如何準(zhǔn)確控制墨水滴落到打印紙上的位置，如 何處理墨水的循環(huán)流動(dòng)和過濾。何處理墨水的循環(huán)流動(dòng)和過濾。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)： 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)： （2）輸出過程：壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵(lì)產(chǎn)生電致伸）輸出過程：壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵(lì)產(chǎn)生電致伸 縮，縮，噴射出墨滴噴射出墨滴；充電電極給；充電電極給墨滴充電墨滴充電，電量多少?zèng)Q定，電量多少?zèng)Q定 了偏轉(zhuǎn)距離；利用了偏轉(zhuǎn)距離；利用電場控制電場控制

32、墨滴的垂直偏轉(zhuǎn)方向，噴墨墨滴的垂直偏轉(zhuǎn)方向，噴墨 頭移動(dòng)控制墨滴水平方向。頭移動(dòng)控制墨滴水平方向。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 外存儲器概述外存儲器概述： （1）類型：主要有磁表面存儲器）類型：主要有磁表面存儲器(磁盤、磁帶磁盤、磁帶)、光存儲器、光存儲器(光光 盤盤) 。 (2) 特性：容量大、成本低、斷電后還可以保存信息，能脫特性：容量大、成本低、斷電后還可以保存信息，能脫 機(jī)保存信息，彌補(bǔ)了主存的不足。機(jī)保存信息，彌補(bǔ)了主存的不足。 (3) 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)： 存儲密度：單位長度或單位面積上存儲的二進(jìn)制信息數(shù)量存儲密度：單位長度或單位面積上存儲的二進(jìn)制信息數(shù)

33、量 存儲容量：一臺設(shè)備能存儲的總信息量，以字節(jié)為單位存儲容量：一臺設(shè)備能存儲的總信息量，以字節(jié)為單位 尋址時(shí)間：找到所要訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間尋址時(shí)間：找到所要訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間 數(shù)據(jù)傳輸率：單位時(shí)間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量數(shù)據(jù)傳輸率：單位時(shí)間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量 誤碼率：一個(gè)輪次讀操作過程中，出錯(cuò)的比例誤碼率：一個(gè)輪次讀操作過程中，出錯(cuò)的比例 價(jià)格：總價(jià)格和存儲單位信息的平均價(jià)格價(jià)格：總價(jià)格和存儲單位信息的平均價(jià)格 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 外存儲器概述外存儲器概述： 磁盤存儲器尋址時(shí)間磁盤存儲器尋址時(shí)間 ：采取直接存取方式，尋址時(shí)間包括兩：采取直接存取方式，尋址時(shí)間包括兩 部分：部分

34、： 一是磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時(shí)間一是磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時(shí)間ts；二是找到；二是找到 磁道以后，磁頭等待所需要讀寫的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到它的下方所需磁道以后，磁頭等待所需要讀寫的區(qū)段旋轉(zhuǎn)到它的下方所需 要的等待時(shí)間要的等待時(shí)間tw 。 磁帶存儲器尋址時(shí)間磁帶存儲器尋址時(shí)間 ：采取順序存取方式，不需要尋找磁道，：采取順序存取方式，不需要尋找磁道， 但需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時(shí)間，實(shí)際上磁頭不動(dòng)，但需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時(shí)間，實(shí)際上磁頭不動(dòng)， 磁帶移動(dòng)，所以尋址時(shí)間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應(yīng)訪問記錄磁帶移動(dòng)，所以尋址時(shí)間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應(yīng)訪問記錄 區(qū)所在位置的時(shí)間。區(qū)所在位置的時(shí)間。

35、7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤設(shè)備磁盤設(shè)備： （1）組成：主要由）組成：主要由磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁記錄介質(zhì)、磁盤接口電路磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁記錄介質(zhì)、磁盤接口電路 組成組成。 (2) 磁盤結(jié)構(gòu)：磁道、扇區(qū)、柱面。磁盤結(jié)構(gòu)：磁道、扇區(qū)、柱面。 （3）磁盤訪問時(shí)間包括以下四個(gè)時(shí)間：磁盤訪問時(shí)間包括以下四個(gè)時(shí)間： 尋道時(shí)間尋道時(shí)間 旋轉(zhuǎn)延遲旋轉(zhuǎn)延遲 傳輸時(shí)間傳輸時(shí)間 磁盤控制器延遲磁盤控制器延遲 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持： （1）磁盤陣列）磁盤陣列(Redundant Arrays of Independe

36、nt Disks，RAID )：把：把 多個(gè)硬盤合并成多個(gè)硬盤合并成1個(gè)邏輯盤使用個(gè)邏輯盤使用 。 (2) RAID原理和特點(diǎn)：原理和特點(diǎn)： 多個(gè)統(tǒng)一管理的磁盤組成磁盤陣列，數(shù)據(jù)分塊交叉存儲在多個(gè)磁盤多個(gè)統(tǒng)一管理的磁盤組成磁盤陣列，數(shù)據(jù)分塊交叉存儲在多個(gè)磁盤 上，提高讀寫并行性，性能好；上，提高讀寫并行性，性能好； 陣列中的一部分磁盤存放冗余信息，一旦某一磁盤失效，利用冗余陣列中的一部分磁盤存放冗余信息，一旦某一磁盤失效，利用冗余 信息重建數(shù)據(jù)，可靠性高。信息重建數(shù)據(jù)，可靠性高。 單個(gè)小盤徑磁盤成本低、功耗小、性能好，磁盤陣列需要單個(gè)小盤徑磁盤成本低、功耗小、性能好，磁盤陣列需要RAID卡卡

37、的支持，但總體成本也不高。的支持，但總體成本也不高。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持磁盤陣列技術(shù)與容錯(cuò)支持： (2)磁盤陣列對容錯(cuò)的支持磁盤陣列對容錯(cuò)的支持 ： 6級容錯(cuò)：級容錯(cuò)：RAID0 RAID5，其中，其中RAID2與與RAID3要求各個(gè)驅(qū)要求各個(gè)驅(qū) 動(dòng)器嚴(yán)格同步，不實(shí)用。動(dòng)器嚴(yán)格同步，不實(shí)用。 RAID0：數(shù)據(jù)散放，并發(fā)讀寫，沒有容錯(cuò)，可靠性差。：數(shù)據(jù)散放，并發(fā)讀寫，沒有容錯(cuò)，可靠性差。 RAID1：磁盤鏡像，冗余備份，可靠性高，成本較高。：磁盤鏡像，冗余備份，可靠性高，成本較高。 RAID4：數(shù)據(jù)保護(hù)，對數(shù)據(jù)散放改進(jìn)，增加專用奇偶校驗(yàn)

38、盤，：數(shù)據(jù)保護(hù)，對數(shù)據(jù)散放改進(jìn)，增加專用奇偶校驗(yàn)盤， 出故障恢復(fù)數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)，不支持多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤并行寫。出故障恢復(fù)數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)，不支持多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤并行寫。 RAID5：分布式數(shù)據(jù)保護(hù)，對：分布式數(shù)據(jù)保護(hù)，對RAID4改進(jìn)，減少校驗(yàn)盤負(fù)載，改進(jìn)，減少校驗(yàn)盤負(fù)載， 將校驗(yàn)位循環(huán)均勻分布到所有驅(qū)動(dòng)器上，支持并行寫。將校驗(yàn)位循環(huán)均勻分布到所有驅(qū)動(dòng)器上，支持并行寫。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 光盤設(shè)備光盤設(shè)備： （1）特點(diǎn)：存儲密度高，容量大，非接觸式讀寫；）特點(diǎn)：存儲密度高，容量大，非接觸式讀寫； 可靠性好，價(jià)格便宜，廣泛使用可靠性好，價(jià)格便宜，廣泛使用 。 (2) 類型：類型：

39、 只讀型光盤只讀型光盤CD-ROM(CD-Read Only Memory)，標(biāo)，標(biāo) 準(zhǔn)容量準(zhǔn)容量650M； 寫一次型光盤寫一次型光盤 WORM(write once, read many)， CD-R(CD-Recordable)； 可擦寫型光盤可擦寫型光盤CD-RW，CD-RW(CD-ReWritable) 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 CD-ROM存儲原理存儲原理 ： CD是通過在涂有玻璃表層的主盤上，用高能紅外是通過在涂有玻璃表層的主盤上，用高能紅外 激光束激光束燒出燒出0.8毫米直徑的小孔制成的。用這種主盤毫米直徑的小孔制成的。用這種主盤 做成模子，上面帶有

40、燒好的激光孔，然后往模子上做成模子，上面帶有燒好的激光孔，然后往模子上 注入熔化的多種碳酸鹽脂，使激光孔的形狀和玻璃注入熔化的多種碳酸鹽脂，使激光孔的形狀和玻璃 主盤的形狀一樣，就基本上完成了主盤的形狀一樣，就基本上完成了CD的主體。接著，的主體。接著， 在碳酸鹽脂上沉淀上一薄層的反射鋁，再覆蓋上一在碳酸鹽脂上沉淀上一薄層的反射鋁，再覆蓋上一 層起保護(hù)作用的表層，最后再打上標(biāo)簽，整個(gè)層起保護(hù)作用的表層，最后再打上標(biāo)簽，整個(gè)CD就就 完成了。完成了。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 CD-R存儲原理存儲原理 ： CD-R大小和大小和CD-ROM一樣，一樣，CD-R有一條有

41、一條0.6mm寬的凹槽，寬的凹槽， 用來引導(dǎo)激光進(jìn)行刻盤。凹槽有用來引導(dǎo)激光進(jìn)行刻盤。凹槽有0.3mm的正弦偏移，頻率為的正弦偏移，頻率為 22.05kHz，準(zhǔn)確控制，準(zhǔn)確控制CD-R的轉(zhuǎn)速。的轉(zhuǎn)速。CD-R表面金色，表面金色，CD- ROM表面銀色。表面銀色。CD-R的凹區(qū)和凸區(qū)用不同反射光模擬，通的凹區(qū)和凸區(qū)用不同反射光模擬，通 過在碳酸鹽脂和金質(zhì)反射層之間加一層染料來實(shí)現(xiàn)過在碳酸鹽脂和金質(zhì)反射層之間加一層染料來實(shí)現(xiàn) ?？讨?，?？讨埃?染料層透明，激光束可穿過它后從金質(zhì)層反射回來?？瘫P時(shí)，染料層透明，激光束可穿過它后從金質(zhì)層反射回來?？瘫P時(shí)， 激光激光能量調(diào)高到能量調(diào)高到816mW，光

42、束照射到染料的一個(gè)點(diǎn)上產(chǎn)生，光束照射到染料的一個(gè)點(diǎn)上產(chǎn)生 的熱量使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變?nèi)玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一個(gè)黑的熱量使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變?nèi)玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一個(gè)黑 點(diǎn)。讀出時(shí)激光束的能量為點(diǎn)。讀出時(shí)激光束的能量為0.5mW，光接收器可分辨出染料，光接收器可分辨出染料 被照射過的黑點(diǎn)和未被照射過的透明區(qū)，并用這個(gè)區(qū)別來對被照射過的黑點(diǎn)和未被照射過的透明區(qū)，并用這個(gè)區(qū)別來對 應(yīng)普通光盤的凹區(qū)和凸區(qū)。應(yīng)普通光盤的凹區(qū)和凸區(qū)。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 CD-RW存儲原理存儲原理 ： 用銀、銦、銻和碲組成的合金做記錄層。用銀、銦、銻和碲組成的合金做記錄層。CD-RW驅(qū)驅(qū)

43、動(dòng)器使用動(dòng)器使用三種不同能量的激光三種不同能量的激光。在高能激光照射下，。在高能激光照射下， 合金熔化并從高反射性的晶態(tài)轉(zhuǎn)化為低反射性的非合金熔化并從高反射性的晶態(tài)轉(zhuǎn)化為低反射性的非 晶態(tài)，表示凹區(qū)。在能量中等的激光束照射下，合晶態(tài)，表示凹區(qū)。在能量中等的激光束照射下，合 金熔化并重新轉(zhuǎn)化為本來的晶態(tài)，又成為凸區(qū)。低金熔化并重新轉(zhuǎn)化為本來的晶態(tài)，又成為凸區(qū)。低 能激光可以感知材料的狀態(tài)能激光可以感知材料的狀態(tài)(用來讀盤用來讀盤)，但不會(huì)導(dǎo)，但不會(huì)導(dǎo) 致狀態(tài)轉(zhuǎn)換致狀態(tài)轉(zhuǎn)換 。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 DVD ：數(shù)字多用途盤數(shù)字多用途盤(Digital Versat

44、ile Disk)，DVD 的容量比普通光盤提高放多，最高可達(dá)的容量比普通光盤提高放多，最高可達(dá)4.7GB，單，單 速速DVD驅(qū)動(dòng)器的工作速度為驅(qū)動(dòng)器的工作速度為1.4MB/秒。秒。 DVD的的4種標(biāo)準(zhǔn)種標(biāo)準(zhǔn)：單面單層：單面單層(4.7GB)、單面雙層、單面雙層 (8.5GB)、雙面單層、雙面單層(9.4GB)、雙面雙層、雙面雙層(17GB) 。 DVD存儲原理存儲原理： DVD基本設(shè)計(jì)和基本設(shè)計(jì)和CD相同，也是相同，也是 120mm直徑的注入碳酸鹽的盤模，由直徑的注入碳酸鹽的盤模，由激光激光二極管照二極管照 射的凸區(qū)和凹區(qū)組成，通過光接收器讀入信息。使射的凸區(qū)和凹區(qū)組成，通過光接收器讀入信息

45、。使 用紅色激光，凹區(qū)更小，螺旋線更緊湊。用紅色激光，凹區(qū)更小，螺旋線更緊湊。 7.2 外部設(shè)備外部設(shè)備 7.2.3 外存儲器外存儲器 BD ：藍(lán)光光碟（藍(lán)光光碟（Blu-ray Disc，簡稱，簡稱BD）是）是DVD之后的下之后的下 一代光盤格式之一，用以存儲高品質(zhì)的影音以及高容量的數(shù)一代光盤格式之一，用以存儲高品質(zhì)的影音以及高容量的數(shù) 據(jù)存儲。藍(lán)光光碟的命名是由于其采用波長據(jù)存儲。藍(lán)光光碟的命名是由于其采用波長405納米的納米的藍(lán)色藍(lán)色 激光激光光束來進(jìn)行讀寫操作（光束來進(jìn)行讀寫操作（DVD采用采用650納米波長的紅光讀納米波長的紅光讀 寫器，寫器，CD則是采用則是采用780納米波長）。納

46、米波長）。 BD存儲容量存儲容量：一個(gè)單層的藍(lán)光光碟的容量為：一個(gè)單層的藍(lán)光光碟的容量為25或或27GB。雙。雙 層的藍(lán)光光碟容量可達(dá)到層的藍(lán)光光碟容量可達(dá)到46或或54GB，容量為，容量為100或或200GB和和 400GB的，分別是的，分別是4層及層及8層與層與16層。層。 2008年年2月月19日，隨著日，隨著HD DVD領(lǐng)導(dǎo)者東芝宣布在領(lǐng)導(dǎo)者東芝宣布在3月底退出月底退出 所有所有HD DVD相關(guān)業(yè)務(wù)，持續(xù)多年的下一代光盤格式之爭正相關(guān)業(yè)務(wù)，持續(xù)多年的下一代光盤格式之爭正 式劃上句號，最終由式劃上句號，最終由SONY主導(dǎo)的藍(lán)光光碟勝出主導(dǎo)的藍(lán)光光碟勝出 。 7.3 I/O接口接口(I/O

47、控制器控制器) 存儲器是半導(dǎo)體電路，與存儲器是半導(dǎo)體電路，與CPU有相同的電路形式，數(shù)據(jù)信號有相同的電路形式，數(shù)據(jù)信號 也是相同的，能相互兼容直接使用，因此存儲器與也是相同的，能相互兼容直接使用，因此存儲器與CPU之間之間 是同步定時(shí)工作方式，只要時(shí)序關(guān)系能相互滿足就可工作是同步定時(shí)工作方式，只要時(shí)序關(guān)系能相互滿足就可工作 。 計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的I/O操作是比較復(fù)雜的，主要體現(xiàn)在以下方面操作是比較復(fù)雜的，主要體現(xiàn)在以下方面 ： (1) 外部設(shè)備種類繁多、性能各異。外部設(shè)備種類繁多、性能各異。 (2) 外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的。外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的。 (3) 外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送有近距離

48、的，也有遠(yuǎn)距離的。外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送有近距離的，也有遠(yuǎn)距離的。 (4) 外部設(shè)備的工作速度快慢差異很大外部設(shè)備的工作速度快慢差異很大 。 由于上述原因，在外部設(shè)備與由于上述原因，在外部設(shè)備與CPU之間往往無法直接進(jìn)行數(shù)之間往往無法直接進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳送，必須在據(jù)傳送，必須在CPU和外設(shè)之間擴(kuò)展接口電路，通過接口電和外設(shè)之間擴(kuò)展接口電路，通過接口電 路對路對CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行協(xié)調(diào)。與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行協(xié)調(diào)。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.1 I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)接口的功能和基本結(jié)構(gòu) I/O接口接口 (或稱為設(shè)備控制器或稱為設(shè)備控制器)的基本功能的基本功能 ：

49、 (1)提供主機(jī)識別提供主機(jī)識別I/O設(shè)備的支持，為設(shè)備規(guī)定地址或編號設(shè)備的支持，為設(shè)備規(guī)定地址或編號 。 (2)建立主機(jī)和設(shè)備之間的控制與通信機(jī)制，接收處理器建立主機(jī)和設(shè)備之間的控制與通信機(jī)制，接收處理器(主主 設(shè)備設(shè)備)的命令，并提交給外設(shè)，為主設(shè)備提供外設(shè)狀態(tài)的命令，并提交給外設(shè)，為主設(shè)備提供外設(shè)狀態(tài) 。 (3)提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的數(shù)據(jù)緩沖機(jī)構(gòu)，如提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的數(shù)據(jù)緩沖機(jī)構(gòu)，如 輸入數(shù)據(jù)緩沖寄存器和輸出數(shù)據(jù)緩沖寄存器等輸入數(shù)據(jù)緩沖寄存器和輸出數(shù)據(jù)緩沖寄存器等 。 (4)提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的其他特別需求支持，提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的

50、其他特別需求支持， 屏蔽外部設(shè)備的差異。屏蔽外部設(shè)備的差異。(例如，當(dāng)主機(jī)和設(shè)備的信號幅度不例如，當(dāng)主機(jī)和設(shè)備的信號幅度不 同時(shí)的信號電平轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)傳送中的格式轉(zhuǎn)換功能同時(shí)的信號電平轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)傳送中的格式轉(zhuǎn)換功能) 。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.1 I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)接口的功能和基本結(jié)構(gòu) 輸入輸出接口類型輸入輸出接口類型 ： (1)按照數(shù)據(jù)傳送的寬度可分為并行接口和串行接口。按照數(shù)據(jù)傳送的寬度可分為并行接口和串行接口。 在并行接口中，設(shè)備和接口是將一個(gè)字節(jié)在并行接口中，設(shè)備和接口是將一個(gè)字節(jié)(或字或字)的所有的所有 位同時(shí)傳送。在串行接口中，設(shè)備和接

51、口間的數(shù)據(jù)是一位同時(shí)傳送。在串行接口中，設(shè)備和接口間的數(shù)據(jù)是一 位一位串行傳送的，而接口和主機(jī)之間是按字節(jié)或字并位一位串行傳送的，而接口和主機(jī)之間是按字節(jié)或字并 行傳送。接口要完成數(shù)據(jù)格式的串行傳送。接口要完成數(shù)據(jù)格式的串并變換并變換 。 (2)按照數(shù)據(jù)傳送的控制方式可分成程序控制輸入輸出按照數(shù)據(jù)傳送的控制方式可分成程序控制輸入輸出 接口、程序中斷輸入輸出接口、直接存儲器存取接口、程序中斷輸入輸出接口、直接存儲器存取(DMA) 接口等接口等 。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.1 I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)接口的功能和基本結(jié)構(gòu) 接口電路中傳遞的信息：接口電路中傳遞的信息：

52、數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)信息、控制信息。數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)信息、控制信息。 端口：端口：CPU和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息在接口中進(jìn)入和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息在接口中進(jìn)入 不同的寄存器，一般稱這些寄存器為不同的寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口，每個(gè)端口有端口，每個(gè)端口有 一個(gè)端口地址。一個(gè)端口地址。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.1 I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)接口的功能和基本結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)信息包括以下幾種數(shù)據(jù)信息包括以下幾種 ： (1)數(shù)字量數(shù)字量：通常以：通常以8位或位或16位的二進(jìn)制數(shù)以及位的二進(jìn)制數(shù)以及ASCII碼的形碼的形 式傳輸，主要指由鍵盤、磁盤、光盤等輸入的信息

53、或主機(jī)送式傳輸，主要指由鍵盤、磁盤、光盤等輸入的信息或主機(jī)送 給打印機(jī)、顯示器、繪圖儀等的信息給打印機(jī)、顯示器、繪圖儀等的信息 。 (2)模擬量模擬量：模擬電壓、電流或非電量。對模擬量輸入而言，：模擬電壓、電流或非電量。對模擬量輸入而言， 需先經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)需先經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量；轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量； 若需要輸出模擬控制量，就要進(jìn)行上述過程的逆轉(zhuǎn)換若需要輸出模擬控制量，就要進(jìn)行上述過程的逆轉(zhuǎn)換 。 (3)模擬量模擬量：用：用“0”和和“1”來表示兩種狀態(tài)，如開關(guān)的通來表示兩種狀態(tài)，如開關(guān)的通/斷、斷、 電機(jī)的轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)/停、閥門的開停、閥門的開/關(guān)等關(guān)等

54、。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.1 I/O接口的功能和基本結(jié)構(gòu)接口的功能和基本結(jié)構(gòu) 狀態(tài)信息：狀態(tài)信息：CPU在傳送數(shù)據(jù)信息之前，常需要先了解外 設(shè)當(dāng)前狀態(tài)。如輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好、輸出設(shè)備 是否忙等。用于表征外設(shè)工作狀態(tài)的信息就叫做狀態(tài)信 息，它總是由外設(shè)通過接口輸入給CPU的。狀態(tài)信息的 長度不定，可以是1個(gè)二進(jìn)制位或多個(gè)，含義也隨外設(shè) 的具體情況不同而不同 控制信息：控制信息： 用來發(fā)布控制命令、控制外設(shè)工作的信息， 如A/D轉(zhuǎn)換器啟停信號?？刂菩畔⒖偸荂PU通過接口發(fā) 出的。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.2 I/O端口及其編址端口

55、及其編址 端口：端口：接口內(nèi)的寄存器通常被稱為端口。根據(jù)寄存 器內(nèi)暫存信息的類型，分別稱為數(shù)據(jù)端口、控制端 口和狀態(tài)端口。每個(gè)端口有一個(gè)獨(dú)立的地址，CPU 可以用端口地址代碼來區(qū)別各個(gè)不同的端口，并對 它們分別進(jìn)行讀/寫操作。 地址譯碼電路：地址譯碼電路：由譯碼器或能實(shí)現(xiàn)譯碼功能的芯片 構(gòu)成。它的作用是進(jìn)行設(shè)備選擇，是接口中不可缺 少的部分。這部分電路一般不包含在接口芯片中， 要由用戶自行設(shè)計(jì)。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址 端口的編址方式端口的編址方式 ：CPU對外部接口的訪問實(shí)質(zhì)上 是對I/O接口電路中相應(yīng)的端口進(jìn)行訪問。因此和存

56、 儲器一樣，也需要由譯碼電路來形成I/O端口地址。 I/O端口的編址方式有兩種：統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。 統(tǒng)一編址方式：統(tǒng)一編址方式：從存儲器空間劃出一部分地址空間 給I/O設(shè)備，把I/O接口中的端口當(dāng)作存儲器單元一 樣進(jìn)行訪問，不設(shè)置專門的I/O指令 。優(yōu)點(diǎn)：訪問端 口可實(shí)現(xiàn)輸入/輸出操作，還可對端口內(nèi)容進(jìn)行算術(shù) 邏輯運(yùn)算、移位等等；能給端口較大的編址空間； 缺點(diǎn)：端口占用存儲器地址空間，使存儲器容量減 ?。恢噶铋L度比專門I/O指令要長，執(zhí)行速度較慢。 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址 獨(dú)立編址方式：獨(dú)立編址方式：I/O端口和存儲器地址空間

57、分開，I/O端口地 址不占用存儲器地址空間。優(yōu)點(diǎn)：端口地址不占存儲器空間； 使用專門I/O指令對端口進(jìn)行操作，I/O指令短、執(zhí)行速度快； I/O指令與存儲器訪問指令區(qū)別，程序中I/O操作和存儲器操 作層次清晰，程序可讀性強(qiáng)。缺點(diǎn)：微處理器對存儲器及I/O 端口采用不同控制線進(jìn)行選擇，接口電路較復(fù)雜。 存儲存儲 單元單元 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址 I/O端口端口 220 1M 內(nèi)存單元內(nèi)存單元 216 64K I/O端口端口 獨(dú)立編址方式獨(dú)立編址方式 7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址 端口地址譯碼端口地址譯碼 ：獨(dú)立編址時(shí)，一般用地址線的高 位部分

58、和控制信號(如RD、WR、M/IO)進(jìn)行組合(譯 碼)產(chǎn)生 I/O接口電路的片選信號(CS)，用地址線的 低位部分直接連到 I/O接口芯片實(shí)現(xiàn)端口的選擇。 常用譯碼方法常用譯碼方法 ： 1）邏輯門電路譯碼，適用口地址單一或固定的 2）譯碼器譯碼，適用電路需多個(gè)口地址。 3）比較器譯碼，適合口地址可變的 4）可編程邏輯器件，適用口地址保密，可變靈活，如PAL、 GAL （1）門電路譯碼 最基本、最簡單的地址譯碼方法通常采用各種門電路，如 與門、或門、非門等電路的組合。設(shè)計(jì)時(shí)首先分配好地址， 然后寫成二進(jìn)制形式，再根據(jù)地址總線數(shù)分配各與非門輸 入管腳地址。門電路譯碼需要芯片種類較多，且譯出的端 口

59、地址單一，接口中用到的端口地址不能更改。 【例7-2】 使用74LS20/30/32和74LS04設(shè)計(jì)I/O端口地址為 2E2H的只讀譯碼電路。若要產(chǎn)生2E2H端口地址，則譯碼 電路的輸入地址線就應(yīng)具有如表7-1所示的值 。 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址 地址線地址線0 0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 二進(jìn)制二進(jìn)制0 0 1 01 1 1 00 0 1 0 十六進(jìn)制十六進(jìn)制2E2 例7-1設(shè)計(jì)：按照表7-1中地址線的值，采用門電路就可以設(shè)計(jì)出譯碼 電路，如圖7-3所示 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址 （2）譯碼器譯碼 若接口電路使用多個(gè)

60、端口地址，采用譯碼器譯碼較方便。 譯碼器的型號很多，如3-8譯碼器74LS138；4-16譯碼器 74LS154；雙2-4譯碼器74LS139、74LS155等。 譯碼器通常由三個(gè)部分組成：譯碼控制端，選擇輸入端，譯碼 輸出端 。 【例7-3】：使用74LS138設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)板上接口芯片的I/O端口 地址譯碼電路，并且讓每個(gè)接口芯片內(nèi)部的端口數(shù)目為32個(gè) 分析：由于系統(tǒng)板上的I/O端口地址分配在000-0FFH范圍內(nèi)， 故只使用低8位地址線，A9和A8兩位應(yīng)賦0值。為讓每個(gè)被選 中的芯片內(nèi)部擁有32個(gè)端口，只要留出5根低位地址線不參加 譯碼，其余高位地址線作為74LS138輸入線，參加譯碼，或