青島科技大學計算機組成與系統(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 外部設備外部設備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)是計算機硬件系統(tǒng)的重要組成部分，又稱作輸入輸是計算機硬件系統(tǒng)的重要組成部分，又稱作輸入輸出模塊。隨著計算機系統(tǒng)的的不斷發(fā)展，應用范圍出模塊。隨著計算機系統(tǒng)的的不斷發(fā)展，應用范圍的不斷擴大，的不斷擴大，I/O設備的數(shù)量和種類也越來越多，設備的數(shù)量和種類也越來越多，他們與主機的聯(lián)絡方式及信息

2、交換方式也各不相同。他們與主機的聯(lián)絡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、常用外部設備、系統(tǒng)的基本概念、常用外部設備、各種各種I/O接口以及四種外設和主機交換信息的控制接口以及四種外設和主機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)由外部設備由外部設備(輸入輸出設備和輔助存輸入輸出設備和輔助存儲器儲器)及其與主機及其與主機(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算機總線構(gòu)成，其作用是實現(xiàn)外部設備與主機之計算機總線構(gòu)成，其作用是實現(xiàn)外部設備與主機之間的數(shù)據(jù)交換間的數(shù)據(jù)交換 。 輸入設備輸入

3、設備是向計算機中送入程序和數(shù)據(jù)的具有一定是向計算機中送入程序和數(shù)據(jù)的具有一定獨立功能的設備，通過接口和總線與計算機主機連獨立功能的設備，通過接口和總線與計算機主機連通，用于人機交互聯(lián)系，如計算機鍵盤和鼠標等。通，用于人機交互聯(lián)系，如計算機鍵盤和鼠標等。 輸出設備輸出設備是計算機中用于送出計算機內(nèi)部信息的設是計算機中用于送出計算機內(nèi)部信息的設備，例如打印機、顯示器等。備，例如打印機、顯示器等。7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 常用的輸入設備常用的輸入設備：鍵盤、圖形輸入設備：鍵盤、圖形輸入設備(鼠標器、鼠標器、圖形板、操縱桿、光筆圖形板、操縱桿、光筆)、圖像輸入設備、圖像輸入設備(掃描儀、

4、掃描儀、傳真機、攝像機、數(shù)碼相機傳真機、攝像機、數(shù)碼相機)、條形碼閱讀器、語、條形碼閱讀器、語音與文字輸入設備等。音與文字輸入設備等。 常用的輸出設備常用的輸出設備：顯示器：顯示器(字符、圖形、圖像字符、圖形、圖像)、打、打印機印機(針式、噴墨、激光針式、噴墨、激光)、繪圖儀、語音輸出設備、繪圖儀、語音輸出設備等等 。7.1 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 總線總線是計算機各個部件之間傳輸信息的公共通路，是計算機各個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)議的邏輯線路和物理連線的邏輯線路和物理連線 。 根據(jù)承擔功能的不同

5、，總線可以分為以下三種：數(shù)根據(jù)承擔功能的不同，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的連接關系如圖的連接關系如圖7.1 。7.2 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 在計算機中，在計算機中，輸入設備輸入設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，也是進行人機對話的主據(jù)和操作命令等功能，也是進行人機對話的主要部件。當實現(xiàn)人工輸入時，往往與顯示器要部件。當實現(xiàn)人工輸入時，往往與顯示器(輸輸出設備出設備)聯(lián)用，以便及時檢驗并修正輸入時的錯聯(lián)用，以便及時檢驗并修正輸入時的錯誤。也

6、可利用軟盤、磁帶等可脫機錄入的介質(zhì)誤。也可利用軟盤、磁帶等可脫機錄入的介質(zhì)進行輸入進行輸入 。 常見的輸入設備常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、操作桿、手寫有鍵盤、鼠標、操作桿、手寫筆、掃描儀等，本節(jié)主要介紹鍵盤和鼠標。筆、掃描儀等，本節(jié)主要介紹鍵盤和鼠標。 7.2 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 鍵盤鍵盤：鍵盤是應用最普遍的輸入設備之一。：鍵盤是應用最普遍的輸入設備之一。 鍵盤是由一組排列成陣列形式的按鍵開關組成鍵盤是由一組排列成陣列形式的按鍵開關組成的，每按下一個鍵，產(chǎn)生一個相應的字符代碼，的，每按下一個鍵，產(chǎn)生一個相應的字符代碼，然后將它轉(zhuǎn)換成碼或其他碼送主機。目前常用然后將它

7、轉(zhuǎn)換成碼或其他碼送主機。目前常用的標準鍵盤有的標準鍵盤有101個鍵，它除了提供通常的個鍵，它除了提供通常的ASCII字符以外，還有多個功能鍵、光標控制字符以外，還有多個功能鍵、光標控制鍵與編輯鍵等。鍵與編輯鍵等。 7.2 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 鍵盤的功能鍵盤的功能：計算機的鍵盤是通過手工輸入字符，用：計算機的鍵盤是通過手工輸入字符，用于向計算機送入操作命令、源程序語句、運行程序所于向計算機送入操作命令、源程序語句、運行程序所使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設備使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設備 。 鍵盤的基本組成鍵盤的基本組成： （1）機械部分：按鍵）機械部分：按鍵(導電件導電件)彈簧

8、金屬件彈簧金屬件(由導電由導電件控制實現(xiàn)電信號連通與斷開件控制實現(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。由鍵盤上專門的把編碼送給主機。由鍵盤上專門的CPU完成完成 7.2 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 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接口接入計算接口接入計算機，也有無線接入方式。機，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現(xiàn)方法：采用行列掃描的方法，識別閉合鍵的具體實現(xiàn)方法：采用行列掃描的方法，即把每個鍵分配在一個即把每

9、個鍵分配在一個m列列*n行矩陣的一個交叉點上，行矩陣的一個交叉點上，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。當該列上的取值。當該值不為值不為 FFH (全全1碼碼)時，表明有鍵按下，若該值僅含一時，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、列的交叉點的鍵被按下，的行、列的交叉點的鍵被按下，用一個對照表即可得到相應鍵的編碼。用一個對照表即可得到相應鍵的編碼。 圖7.3 鍵盤工作原理圖 矩陣連接式鍵盤電路示例7.2 外部設備外部設備 7.

10、2.1 輸入設備輸入設備 鼠標鼠標：鼠標是應用最普遍的輸入設備之一。：鼠標是應用最普遍的輸入設備之一。 鼠標是計算機顯示系統(tǒng)縱橫坐標定位的指示器，鼠標是計算機顯示系統(tǒng)縱橫坐標定位的指示器，因形似老鼠而得名因形似老鼠而得名“鼠標鼠標”（港臺作滑鼠）。鼠（港臺作滑鼠）。鼠標的使用是為了使計算機的操作更加簡便快捷，標的使用是為了使計算機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。 鼠標是鼠標是1964年由年由Douglas Engelbart發(fā)明的，當時發(fā)明的，當時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

11、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 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 鼠標的功能鼠標的功能：根據(jù)鼠標的移動，在屏幕上移動位置：根據(jù)鼠標的移動，在屏幕上移動位置(定定位位)；選中某個對象，進而執(zhí)行某些操作；選中某個對象，進而執(zhí)行某些操作 。 鼠標種類鼠標種類：機械式鼠標：機械式鼠標 、光電式鼠標、光電式鼠標 7.2 外部設備外部設備 7.2.1 輸入設備輸入設備 鼠標種類鼠標種類： （1）機械式鼠標機械式鼠標 ：底部有：底部有1圓球，接有兩個滑動變阻圓球，接有兩個滑動變阻器，圓球在移動時帶動

12、變阻器，使器，圓球在移動時帶動變阻器，使X和和Y方向電流產(chǎn)生方向電流產(chǎn)生變化，計算機由此計算出變化，計算機由此計算出X和和Y方向位移，在屏幕上進方向位移，在屏幕上進行相應的移動，鼠標命令由鼠標表面的按鍵決定行相應的移動，鼠標命令由鼠標表面的按鍵決定 。 （2）光電式鼠標光電式鼠標 ：沒有機械滾動部分，代之以兩個互：沒有機械滾動部分，代之以兩個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)感應的高低脈沖來計算鼠標的位移量，根據(jù)感應的高低脈沖

13、來計算鼠標的位移量，鼠標命令由鼠標表面的按鍵決定。鼠標命令由鼠標表面的按鍵決定。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 點陣式設備運行原理點陣式設備運行原理：把字形、圖形、圖像等信把字形、圖形、圖像等信息以不同的點陣布局方式表現(xiàn)出來，在計算機顯息以不同的點陣布局方式表現(xiàn)出來，在計算機顯示器屏幕上；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。特點是，要表示的信息，的效果表現(xiàn)出來的。特點是，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

14、續(xù)的點的原理上又都是以許多斷續(xù)的點的不同布局表示出來的。不同布局表示出來的。 點陣式設備需要解決的問題點陣式設備需要解決的問題 ：點陣布局規(guī)律點陣布局規(guī)律 、點陣的密度、點陣中點的屬性。點陣的密度、點陣中點的屬性。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 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備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具，也被設備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具，也被稱為監(jiān)視器，常用的計算機輸出設備。稱為監(jiān)視器，常用的計算機輸出設備。 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

15、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 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 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。發(fā)光產(chǎn)生亮點。 (2)基本組成：電子槍、顯示屏和偏轉(zhuǎn)控制裝置?；窘M成：電子槍、顯示屏和偏轉(zhuǎn)控制裝置。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 顯示器相關指標顯示器相關指標： (1)分辨率分辨率 ：沿

16、水平和垂直兩個方向把屏幕分成許：沿水平和垂直兩個方向把屏幕分成許多小區(qū)域，一個小區(qū)域?qū)粋€發(fā)光點多小區(qū)域，一個小區(qū)域?qū)粋€發(fā)光點(稱為像素稱為像素)，屏幕上所提供的全部像素數(shù)目稱為分辨率屏幕上所提供的全部像素數(shù)目稱為分辨率 。 (2)掃描：電子束在顯示屏上按某種軌跡運動被稱掃描：電子束在顯示屏上按某種軌跡運動被稱為掃描，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 。 (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)一段時間，該時間稱余暉時間；為得到穩(wěn)定圖像，一段時間，該時間稱余暉時間；為得到穩(wěn)定

17、圖像，需重復掃描整個屏幕需重復掃描整個屏幕(每秒每秒50場場)，稱為刷新。，稱為刷新。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 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)有一個字符顯示器內(nèi)有一個顯示存儲器顯示存儲器VRAM，用于保，用于保存將顯示在整個屏幕的全部字符，顯示存儲器中存將顯示在整個屏幕的全部字符，顯示存儲器中保存這些字符的保存這些字符的ASCII碼和顯示屬性，每個字符碼和顯示屬性，每個字符都配有一個屬性字節(jié)，用來描述字符的顯示屬性，都配有一個屬性字節(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

18、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算機主機以兩個字節(jié)字符將由計算機主機以兩個字節(jié)(ASCII碼和顯示碼和顯示屬性屬性)的方式提供并寫進該存儲器中，由顯示器的的方式提供并寫進該存儲器中，由顯示器的控制邏輯按需要從中讀出準備顯示的一個字符的控制邏輯按需要從中讀出準備顯示的一個字符的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 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 字符發(fā)生器字符發(fā)生器：用于保存每個可顯示字符字形的點陣數(shù)用于保存每個可顯示字符字形的點陣數(shù)據(jù)的邏輯部件，通常是一個只讀存儲器，如果每個字據(jù)的邏輯部件，通常是一個只讀存儲器

19、，如果每個字符的字形用符的字形用7(橫向橫向)9(縱向縱向)的點陣表示，則每個字符的點陣表示，則每個字符字形的點陣數(shù)據(jù)要占用字形的點陣數(shù)據(jù)要占用9個存儲器字節(jié)個存儲器字節(jié)(橫向的橫向的7個點的個點的布局用一個字節(jié)表示布局用一個字節(jié)表示) 。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 CRT顯示器特點顯示器特點： (1)大的顯存大的顯存 ：要求顯示存儲器的容量大，設分辨：要求顯示存儲器的容量大，設分辨率為率為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

20、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備將采用專用專用接口：分辨率更高的圖形設備將采用專用接口。接口。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 液晶顯示器液晶顯示器： (1) 顯示原理：利用液晶的光學特性，平板后面設顯示原理：利用液晶的光學特性，平板后面設置光源，通過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：平板顯示，功率小，移動方便，輻射小，特點：平板顯示，功率小，移動方便，輻射小，畫面柔和不

21、傷眼，價格較高畫面柔和不傷眼，價格較高 。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 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，每個像素光粉發(fā)光，在玻璃板之間隔開成像素，每個像素點內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制點內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制 。 (2) 特點：易于實現(xiàn)大畫面顯示，全色顯示，色純特點：易于實現(xiàn)大畫面顯示，全色顯示，色純度與度與CRT相當，視角達相當，視角達160度

22、，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 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 LED顯示器顯示器：是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、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

23、格也比較昂貴，因為集成度更的分辨率一般較低，價格也比較昂貴，因為集成度更高。高。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 打印機打印機：用于將計算機處理結(jié)果打印在相關介質(zhì)上用于將計算機處理結(jié)果打印在相關介質(zhì)上 ，常用的計算機輸出設備。常用的計算機輸出設備。 常見打印機類型常見打印機類型 ：針式打印機、噴墨打印機、激光針式打印機、噴墨打印機、激光打印機等。打印機等。 打印設備與計算機主機的連接方式打印設備與計算機主機的連接方式：串行接口、并串行接口、并行接口、行接口、USB接口。接口。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 針式打印機針式打印機：（1）打印原理：

24、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，完成一個點的輸出，完成全部點陣后輸印到打印紙上，完成一個點的輸出，完成全部點陣后輸出完畢。出完畢。（2）基本組成：打印頭、輸紙機構(gòu)、色帶機構(gòu)及打印控制）基本組成：打印頭、輸紙機構(gòu)、色帶機構(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、時器。打印控制器包括字符緩沖存儲器、字型發(fā)生器、時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到打印起始位置，）輸出過程：字車將打印頭橫向移動到打印起始位置，取出輸出對象點陣的第一列，驅(qū)動打印針撞擊色帶，字取出

25、輸出對象點陣的第一列，驅(qū)動打印針撞擊色帶，字車移動一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢，回車，車移動一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢，回車，輸紙機構(gòu)進紙，輸出下一行。輸紙機構(gòu)進紙，輸出下一行。7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 針式打印機與針式打印機與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，產(chǎn)生發(fā)光點，針式打印機是用針式打印機是用打印針撞擊色帶打印針撞擊色帶產(chǎn)生印染點；產(chǎn)生印染點；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

26、，需要有示畫面，需要有顯示存儲器顯示存儲器VRAM，針式打印機接收，針式打印機接收到要打印的一縱列點陣信息并完成打印之后，這些點到要打印的一縱列點陣信息并完成打印之后，這些點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，電子束在整個屏幕上按逐個橫行的電子束在整個屏幕上按逐個橫行的掃描方式重復掃描方式重復，掃，掃描完多個橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機則描完多個橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機則是按逐列打印方式依此打印出字符的點陣列，幾次后是按逐列打印方式依此打印出字符的點陣列，幾次后打印出一個完整的字符打印出一個完整的字符 。7.2 外部設備

27、外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 激光打印機激光打印機：（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，由走紙機構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機控制器等機構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機控制器等部分組成。激光掃描系統(tǒng)控制激光束能掃描到光導鼓柱部分組成。激光掃描系統(tǒng)控制激光束能掃描到光導鼓柱面的任何位置，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，又稱光導鼓，是一個圓柱型物體，柱面高度光潔，鍍有一層光導鼓，是

28、一個圓柱型物體，柱面高度光潔，鍍有一層由硒碲合金組成的具有良好光導特性的材料，用于完成由硒碲合金組成的具有良好光導特性的材料，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 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 激光打印機激光打印機：7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 激光打印機激光打印機：（2）輸出過程：）輸出過程： 準備階段：電暈放電裝置使光導鼓表面充電，對光導鼓表面均勻的準備階段：電暈放電裝置使光導鼓表面充電，對光導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鼓表面被使光導鼓表面被照射照射的部

29、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：光導鼓表面帶電部分吸附顯影階段：光導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：光導鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上；轉(zhuǎn)印階段：光導鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上； 定影階段：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：清掃器清除光導鼓表面上剩余墨粉，消電燈消除光導鼓上殘清除階段：清掃器清除光導鼓表面上剩余墨粉，消電燈消除光導鼓上殘存電荷存電荷 。7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸

30、出設備 噴墨打印機噴墨打印機：（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來完成打印輸出功能的。主要問題集印紙上形成打印點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供出很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的噴射速度，如何準確控制墨水滴落到打印紙上的位置，如射速度，如何準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)流動和過濾。何處理墨水的循環(huán)流動和過濾。 7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出設備 噴墨打印機噴墨打印機：7.2 外部設備外部設備 7.2.2 輸出設備輸出

31、設備 噴墨打印機噴墨打印機：（2）輸出過程：壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵產(chǎn)生電致伸）輸出過程：壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵產(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，電量多少決定，電量多少決定了偏轉(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，噴墨頭移動控制墨滴水平方向。頭移動控制墨滴水平方向。 7.2 外部設備外部設備 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

32、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，能脫機保存信息，彌補了主存的不足。機保存信息，彌補了主存的不足。 (3) 技術(shù)指標：技術(shù)指標： 存儲密度：單位長度或單位面積上存儲的二進制信息數(shù)量存儲密度：單位長度或單位面積上存儲的二進制信息數(shù)量 存儲容量：一臺設備能存儲的總信息量，以字節(jié)為單位存儲容量：一臺設備能存儲的總信息量，以字節(jié)為單位 尋址時間：找到所要訪問數(shù)據(jù)的時間尋址時間：找到所要訪問數(shù)據(jù)的時間 數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量 誤碼率：一個輪次讀操作過程中，出錯的比例誤碼率：一個輪次讀操作過程中，出錯的比例 價格：總價格和存

33、儲單位信息的平均價格價格：總價格和存儲單位信息的平均價格7.2 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 外存儲器概述外存儲器概述：磁盤存儲器尋址時間磁盤存儲器尋址時間 ：采取直接存取方式，尋址時間包括兩：采取直接存取方式，尋址時間包括兩部分：部分： 一是磁頭尋找目標磁道所需的找道時間一是磁頭尋找目標磁道所需的找道時間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間要的等待時間tw 。 磁帶存儲器尋址時間磁帶存儲器尋址時間 ：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

34、需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時間，實際上磁頭不動，但需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時間，實際上磁頭不動，磁帶移動，所以尋址時間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應訪問記錄磁帶移動，所以尋址時間指的是磁帶空轉(zhuǎn)到磁頭應訪問記錄區(qū)所在位置的時間。區(qū)所在位置的時間。 7.2 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤設備磁盤設備：（1）組成：主要由）組成：主要由磁盤驅(qū)動器、磁記錄介質(zhì)、磁盤接口電路磁盤驅(qū)動器、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）磁盤訪問時間包括以下四個時間：磁盤訪問時間包括以下四個時間： 尋道時間尋道時間 旋轉(zhuǎn)延遲旋轉(zhuǎn)延遲

35、 傳輸時間傳輸時間 磁盤控制器延遲磁盤控制器延遲 7.2 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤陣列技術(shù)與容錯支持磁盤陣列技術(shù)與容錯支持：（1）磁盤陣列）磁盤陣列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID )：把：把多個硬盤合并成多個硬盤合并成1個邏輯盤使用個邏輯盤使用 。 (2) RAID原理和特點：原理和特點： 多個統(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磁盤多個統(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，

36、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。 單個小盤徑磁盤成本低、功耗小、性能好，磁盤陣列需要單個小盤徑磁盤成本低、功耗小、性能好，磁盤陣列需要RAID卡卡的支持，但總體成本也不高。的支持，但總體成本也不高。 7.2 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 磁盤陣列技術(shù)與容錯支持磁盤陣列技術(shù)與容錯支持： (2)磁盤陣列對容錯的支持磁盤陣列對容錯的支持 ： 6級容錯：級容錯：RAID0 RAID5，其中，其中RAID2與與RAID3要求各個驅(qū)要求各個驅(qū)動器嚴格同步，不實用。動器嚴格同步，不實用。RAID0：數(shù)據(jù)散放，

37、并發(fā)讀寫，沒有容錯，可靠性差。：數(shù)據(jù)散放，并發(fā)讀寫，沒有容錯，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，對數(shù)據(jù)散放改進，增加專用奇偶校驗盤，：數(shù)據(jù)保護，對數(shù)據(jù)散放改進，增加專用奇偶校驗盤，出故障恢復數(shù)據(jù)費時，不支持多個數(shù)據(jù)磁盤并行寫。出故障恢復數(shù)據(jù)費時，不支持多個數(shù)據(jù)磁盤并行寫。RAID5：分布式數(shù)據(jù)保護，對：分布式數(shù)據(jù)保護，對RAID4改進，減少校驗盤負載，改進，減少校驗盤負載，將校驗位循環(huán)均勻分布到所有驅(qū)動器上，支持并行寫。將校驗位循環(huán)均勻分布到所有驅(qū)動器上，支持并行寫。7.2 外部設備外部設備 7.2.3

38、 外存儲器外存儲器 光盤設備光盤設備：（1）特點：存儲密度高，容量大，非接觸式讀寫；）特點：存儲密度高，容量大，非接觸式讀寫；可靠性好，價格便宜，廣泛使用可靠性好，價格便宜，廣泛使用 。 (2) 類型：類型：只讀型光盤只讀型光盤CD-ROM(CD-Read Only Memory)，標，標準容量準容量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 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 CD-ROM存儲原理存儲原理 ：

39、 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作用的表層，最后再打上標簽，整個層起保護作用的表層，最后再打

40、上標簽，整個CD就就完成了。完成了。 7.2 外部設備外部設備 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有一條有一條0.6mm寬的凹槽，寬的凹槽，用來引導激光進行刻盤。凹槽有用來引導激光進行刻盤。凹槽有0.3mm的正弦偏移，頻率為的正弦偏移，頻率為22.05kHz，準確控制，準確控制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現(xiàn)過在碳酸鹽脂和金質(zhì)反射層之間加一層染料來實現(xiàn)

41、 ?？讨?，。刻之前，染料層透明，激光束可穿過它后從金質(zhì)層反射回來。刻盤時，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，激光激光能量調(diào)高到能量調(diào)高到816mW，光束照射到染料的一個點上產(chǎn)生，光束照射到染料的一個點上產(chǎn)生的熱量使之發(fā)生化學反應，改變?nèi)玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一個黑的熱量使之發(fā)生化學反應，改變?nèi)玖戏肿咏Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一個黑點。讀出時激光束的能量為點。讀出時激光束的能量為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和未被照射過的透明區(qū)，并用這個區(qū)別來對被照射過的黑點和未被照射過的透明區(qū)，并用這個區(qū)別來對應普通光盤的凹區(qū)和凸區(qū)。應普通光盤的凹區(qū)和凸區(qū)。7.2 外部設

42、備外部設備 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)動器使用動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)，但不會導，但不

43、會導致狀態(tài)轉(zhuǎn)換致狀態(tài)轉(zhuǎn)換 。7.2 外部設備外部設備 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 Versatile Disk)，DVD的容量比普通光盤提高放多，最高可達的容量比普通光盤提高放多，最高可達4.7GB，單，單速速DVD驅(qū)動器的工作速度為驅(qū)動器的工作速度為1.4MB/秒。秒。 DVD的的4種標準種標準：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基本設計和基本設計和CD相同，也是相同，也是120mm直徑的注入碳酸鹽的盤模

44、，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。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 外部設備外部設備 7.2.3 外存儲器外存儲器 BD ：藍光光碟（藍光光碟（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。藍光光碟的命名是由于其采用波長據(jù)存儲。藍光光碟的命名是由于其采用波長405納米的納米的藍色藍色激光激光光束來進行讀寫操

45、作（光束來進行讀寫操作（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）。納米波長）。 BD存儲容量存儲容量：一個單層的藍光光碟的容量為：一個單層的藍光光碟的容量為25或或27GB。雙。雙層的藍光光碟容量可達到層的藍光光碟容量可達到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領導者東芝宣布在領導者東芝宣布在3月底退出月底退出所有所有HD DVD相關業(yè)務，持續(xù)多年的下一代光盤格式之爭正相關業(yè)務，持續(xù)多年的下一代光盤格式之

46、爭正式劃上句號，最終由式劃上句號，最終由SONY主導的藍光光碟勝出主導的藍光光碟勝出 。7.3 I/O接口接口(I/O控制器控制器) 存儲器是半導體電路，與存儲器是半導體電路，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工作方式，只要時序關系能相互滿足就可工作是同步定時工作方式，只要時序關系能相互滿足就可工作 。 計算機的計算機的I/O操作是比較復雜的，主要體現(xiàn)在以下方面操作是比較復雜的，主要體現(xiàn)在以下方面 ： (1) 外部設備種類繁多、性能各異。外部設備種類繁多、性

47、能各異。 (2) 外部設備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的。外部設備的數(shù)據(jù)信號是多種多樣的。 (3) 外設的數(shù)據(jù)傳送有近距離的，也有遠距離的。外設的數(shù)據(jù)傳送有近距離的，也有遠距離的。 (4) 外部設備的工作速度快慢差異很大外部設備的工作速度快慢差異很大 。 由于上述原因，在外部設備與由于上述原因，在外部設備與CPU之間往往無法直接進行數(shù)之間往往無法直接進行數(shù)據(jù)傳送，必須在據(jù)傳送，必須在CPU和外設之間擴展接口電路，通過接口電和外設之間擴展接口電路，通過接口電路對路對CPU與外設之間的數(shù)據(jù)傳送進行協(xié)調(diào)。與外設之間的數(shù)據(jù)傳送進行協(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

48、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 (或稱為設備控制器或稱為設備控制器)的基本功能的基本功能 ： (1)提供主機識別提供主機識別I/O設備的支持，為設備規(guī)定地址或編號設備的支持，為設備規(guī)定地址或編號 。 (2)建立主機和設備之間的控制與通信機制，接收處理器建立主機和設備之間的控制與通信機制，接收處理器(主主設備設備)的命令，并提交給外設，為主設備提供外設狀態(tài)的命令，并提交給外設，為主設備提供外設狀態(tài) 。 (3)提供主機和設備之間信息交換過程中的數(shù)據(jù)緩沖機構(gòu)，如提供主機和設備之間信息交換過程中的數(shù)據(jù)緩沖機構(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

49、存器等 。 (4)提供主機和設備之間信息交換過程中的其他特別需求支持，提供主機和設備之間信息交換過程中的其他特別需求支持，屏蔽外部設備的差異。屏蔽外部設備的差異。(例如，當主機和設備的信號幅度不例如，當主機和設備的信號幅度不同時的信號電平轉(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，設備和接口是將一個字節(jié)

50、在并行接口中，設備和接口是將一個字節(jié)(或字或字)的所有的所有位同時傳送。在串行接口中，設備和接口間的數(shù)據(jù)是一位同時傳送。在串行接口中，設備和接口間的數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而接口和主機之間是按字節(jié)或字并位一位串行傳送的，而接口和主機之間是按字節(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

51、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：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和外設進行數(shù)據(jù)傳輸時，各類信息在接口中進入和外設進行數(shù)據(jù)傳輸時，各類信息在接口中進入不同的寄存器，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，每個端口有端口，每個端口有一個端口地址。一個端口地址。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位的二進制數(shù)以及位的二

52、進制數(shù)以及ASCII碼的形碼的形式傳輸，主要指由鍵盤、磁盤、光盤等輸入的信息或主機送式傳輸，主要指由鍵盤、磁盤、光盤等輸入的信息或主機送給打印機、顯示器、繪圖儀等的信息給打印機、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，就要進行上述過程的逆轉(zhuǎn)換若需要輸出模擬控制量，就要進行上述過程的逆轉(zhuǎn)換 。 (3)模擬量模擬量：用：用“0”和和“1”來表示兩種狀態(tài)，如開關的通來表示兩種狀態(tài)，如開關

53、的通/斷、斷、電機的轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)/停、閥門的開停、閥門的開/關等關等 。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) 狀態(tài)信息：狀態(tài)信息：CPU在傳送數(shù)據(jù)信息之前，常需要先了解外設當前狀態(tài)。如輸入設備的數(shù)據(jù)是否準備好、輸出設備是否忙等。用于表征外設工作狀態(tài)的信息就叫做狀態(tài)信息，它總是由外設通過接口輸入給CPU的。狀態(tài)信息的長度不定，可以是1個二進制位或多個，含義也隨外設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、控制外設工作的信息，如A/D轉(zhuǎn)換器啟停信號。控制信息總是CPU通過接口發(fā)出的。 7.3 I/O接口接口(I/

54、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：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。每個端口有一個獨立的地址，CPU可以用端口地址代碼來區(qū)別各個不同的端口，并對它們分別進行讀/寫操作。 地址譯碼電路：地址譯碼電路：由譯碼器或能實現(xiàn)譯碼功能的芯片構(gòu)成。它的作用是進行設備選擇，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，要由用戶自行設計。 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質(zhì)上是對I/O接

55、口電路中相應的端口進行訪問。因此和存儲器一樣，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設備，把I/O接口中的端口當作存儲器單元一樣進行訪問，不設置專門的I/O指令 。優(yōu)點：訪問端口可實現(xiàn)輸入/輸出操作，還可對端口內(nèi)容進行算術(shù)邏輯運算、移位等等；能給端口較大的編址空間；缺點：端口占用存儲器地址空間，使存儲器容量減??；指令長度比專門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 獨立編址方式：獨立編址方式：I/O

56、端口和存儲器地址空間分開，I/O端口地址不占用存儲器地址空間。優(yōu)點：端口地址不占存儲器空間；使用專門I/O指令對端口進行操作，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。缺點：微處理器對存儲器及I/O端口采用不同控制線進行選擇，接口電路較復雜。 存儲存儲單元單元 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址I/O端口端口2201M內(nèi)存單元內(nèi)存單元21664KI/O端口端口獨立編址方式獨立編址方式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 ：獨立編址時，一般用地址線的高位部分和控制信號(

57、如RD、WR、M/IO)進行組合(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。設計時首先分配好地址，然后寫成二進制形式，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，且譯出的端口地址單一，接口中用到的端口

58、地址不能更改。 【例7-2】 使用74LS20/30/32和74LS04設計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 A0二進制二進制0 0 1 01 1 1 00 0 1 0十六進制十六進制2E2例7-1設計：按照表7-1中地址線的值，采用門電路就可以設計出譯碼電路，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端口地址，采用譯碼器譯碼較方便。 譯碼器

59、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設計一個系統(tǒng)板上接口芯片的I/O端口地址譯碼電路，并且讓每個接口芯片內(nèi)部的端口數(shù)目為32個 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A8兩位應賦0值。為讓每個被選中的芯片內(nèi)部擁有32個端口，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，或作為74LS138的控制線與AEN一起，控制74LS

60、138的譯碼是否有效?？傻玫阶g碼電路輸入地址線的值如表7-2所示 7.3.2 I/O端口及其編址端口及其編址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 A5A4A3 A2 A1 A0用用 途途控制控制片選片選片內(nèi)端口地址片內(nèi)端口地址十六進制十六進制0H0-7H0-1FH （3）比較器譯碼 將比較器的A(或B)輸入端輸入地址信號，B(或A)端接一組DIP(Dual In-line Package)開關。地址總線所送的地址與DIP所設置的地址相等時，產(chǎn)生一選通信號輸出。 特點:可以通過改變DIP開關的設置，很容易地改變接口的地址。不但同一功能的模塊在不同微