計(jì)算機(jī)外部設(shè)備培訓(xùn)課程

計(jì)算機(jī)外部設(shè)備計(jì)算機(jī)外部設(shè)備

張鈞良

編著

清華大學(xué)出版社

第一頁，共四十五頁?？偰夸?/p>

第1章計(jì)算機(jī)外部設(shè)備概述 第2章輸入設(shè)備 第3章輸出設(shè)備 第4章外存儲設(shè)備 第5章多媒體設(shè)備 第6章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 第7章其他設(shè)備

第二頁，共四十五頁。第一章計(jì)算機(jī)外部設(shè)備概述第三頁，共四十五頁。1.1什么是計(jì)算機(jī)外部設(shè)備1.2分類1.3作用1.4與計(jì)算機(jī)的連接1.4.1與中央處理器之間的信息傳送1.4.2與PC機(jī)連接的接口1.5發(fā)展方向第四頁，共四十五頁。外部設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用戶在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，接觸最多的是外部設(shè)備。外部設(shè)備是計(jì)算機(jī)和外部世界聯(lián)系的橋梁。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求外部設(shè)備的種類越來越多。本章先介紹涉及外部設(shè)備的有關(guān)概念。1.1計(jì)算機(jī)外部設(shè)備第五頁，共四十五頁。1.1計(jì)算機(jī)外部設(shè)備一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。

計(jì)算機(jī)的硬件是指組成一臺計(jì)算機(jī)的各種物理裝置,由主機(jī)和輸入/輸出子系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)主機(jī)包括中央處理器、存儲器和附屬線路，輸入/輸出子系統(tǒng)包括輸入/輸出接口和外部設(shè)備。

第六頁，共四十五頁。什么是計(jì)算機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備（peripheraldevice）過去常稱外圍設(shè)備（externaldevice）。在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，外部設(shè)備是相對于計(jì)算機(jī)主機(jī)來說的，凡在計(jì)算機(jī)主機(jī)處理數(shù)據(jù)前后，把數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)主機(jī)、對數(shù)據(jù)進(jìn)入加工處理及輸出處理結(jié)果的設(shè)備都稱為外部設(shè)備，而不管它們是否受中央處理器的直接控制。一般說來，外部設(shè)備是為計(jì)算機(jī)和它的外部環(huán)境提供通信手段的設(shè)備。因此，除了計(jì)算機(jī)主機(jī)以外的設(shè)備原則上都叫外部設(shè)備。外部設(shè)備一般由媒體、設(shè)備和設(shè)備控制器組成。第七頁，共四十五頁。第八頁，共四十五頁。主板第九頁，共四十五頁。中央處理器（CPU）第十頁，共四十五頁。硬盤第十一頁，共四十五頁。內(nèi)存條第十二頁，共四十五頁。顯示器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的輸出設(shè)備，它主要用來將計(jì)算機(jī)的各種信息顯示在屏幕上提供給用戶。第十三頁，共四十五頁。鍵盤鍵盤是計(jì)算機(jī)最基本的，也是不可缺少的輸入設(shè)備。第十四頁，共四十五頁。鼠標(biāo)鼠標(biāo)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)的，特別是Windows操作系統(tǒng)中鼠標(biāo)用的很廣泛。第十五頁，共四十五頁。1.2分類按設(shè)備功能的不同，將多媒體計(jì)算機(jī)外部設(shè)備分為：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外部存儲設(shè)備和終端設(shè)備四大類。(1)輸入設(shè)備輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入信息的外部設(shè)備。它將程序、數(shù)據(jù)或命令等信息按一定的要求轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的二進(jìn)制代碼，并輸送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理的外部設(shè)備。按輸入信息的形態(tài)不同，把輸入設(shè)備分為：字符輸入、圖形輸入、圖象輸入和語音輸入。輸入設(shè)備包括字符輸入設(shè)備（如鍵盤、條形碼閱讀器、磁卡機(jī)）、圖形輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)器、圖形數(shù)字化儀、操縱桿）、圖像輸入設(shè)備（如掃描儀、傳真機(jī)、攝像機(jī)）、模擬量輸入設(shè)備（如模-數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器、話筒等）。由于需要輸入到計(jì)算機(jī)的信息多種多樣，如字符、圖形、圖像、語音、光線、電流、電壓等等，各種形式的輸入信息都需要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼，才能為計(jì)算機(jī)所利用，因此不同輸入設(shè)備在工作原理、工作速度上相差很大。第十六頁，共四十五頁。(2)輸出設(shè)備輸出設(shè)備是把處理器運(yùn)算處理后的最終結(jié)果或中間結(jié)果，用人所能識別的各種信息形式表示出來的外部設(shè)備。常用的外部設(shè)備有：打印輸出設(shè)備、顯示設(shè)備、繪圖儀。打印機(jī)：典型的分類是分成：擊打式打印機(jī)和非擊打式打印機(jī)。顯示設(shè)備：典型的分類：字符顯示設(shè)備和圖形顯示設(shè)備。繪圖設(shè)備：繪圖設(shè)備主要有筆式繪圖儀和靜電式繪圖儀。第十七頁，共四十五頁。(3)外存儲器設(shè)備

外存儲器用來存儲大量的暫時(shí)不參加運(yùn)算或處理的數(shù)據(jù)和程序,因而允許速度較慢。一旦需要，可成批地與內(nèi)存交換信息。它是主存儲器的后備和補(bǔ)充，因此叫它為“輔助存儲器”。外存的特點(diǎn)是存儲容量大、可靠性高、價(jià)格低,在脫機(jī)情況下可以永久地保存信息，進(jìn)行重復(fù)使用。外存按存儲介質(zhì)可分為磁表面存儲器和光存儲器?，F(xiàn)在人們使用的磁表面存儲器主要是磁盤和磁帶。微機(jī)上使用的主要是硬磁盤存儲器和軟磁盤存儲器。光盤存儲器作為一種新型的信息存儲設(shè)備已經(jīng)在微機(jī)上普及使用。目前，可移動磁盤已開始在微機(jī)系統(tǒng)中使用，為用戶提供了很大的方便。

第十八頁，共四十五頁。外部存儲設(shè)備式用來存儲計(jì)算機(jī)中不直接與處理器發(fā)生關(guān)系的程序和數(shù)據(jù)等信息的外部設(shè)備。常用外部存儲設(shè)備有：磁帶、磁鼓、磁盤、光盤和U盤等。(4)多媒體設(shè)備除了CD-ROM或DVD-ROM外，還應(yīng)有調(diào)制解調(diào)器、聲卡和視頻卡等，此外，多媒體設(shè)備還包括數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MIDI樂器等。第十九頁，共四十五頁。現(xiàn)代社會是信息爆炸的時(shí)代，文字、圖形、圖像、語音等各種信息大量產(chǎn)生，人類要利用各種各樣的信息，要求計(jì)算機(jī)能夠處理各種不同形式的信息，多媒體設(shè)備就應(yīng)運(yùn)而生。多媒體設(shè)備的功能就是使計(jì)算機(jī)能夠直接接受、存儲、處理各種形式的多媒體信息?，F(xiàn)在市場上出售的微型計(jì)算機(jī)（PC）幾乎都是多媒體計(jì)算機(jī)，都配置了若干多媒體設(shè)備。多媒體計(jì)算機(jī)必須配置的基本多媒體設(shè)備，除已列在外存儲器中的CD-ROM或DVD-ROM外，還應(yīng)有調(diào)制解調(diào)器(modem)、聲卡和視頻卡。其他多媒體設(shè)備還有數(shù)字相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、MIDI樂器等。第二十頁，共四十五頁。(5)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備21世紀(jì)人類將進(jìn)入信息社會。從20世紀(jì)90年代中期開始，世界各國都開始努力進(jìn)行信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。Internet迅速普及，政府上網(wǎng)、企業(yè)上網(wǎng)、學(xué)校上網(wǎng)，…，網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)獲得了前所未有的大發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享，要求有專門的設(shè)備把計(jì)算機(jī)聯(lián)接起來，實(shí)現(xiàn)這種功能的設(shè)備就是網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備。目前的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備包括調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡，以及中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等。第二十一頁，共四十五頁。(5)網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備主要有調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器及網(wǎng)關(guān)等。(6)輸入/輸出處理機(jī)又稱外圍處理機(jī)，用于分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。用于系統(tǒng)中輸入/輸出通道所要完成的I/O控制，還可進(jìn)行碼制變換，格式處理，數(shù)據(jù)塊的檢查糾錯等。但它不是獨(dú)立于主機(jī)工作，是主機(jī)的一個(gè)部件。第二十二頁，共四十五頁。1.3作用1.提供人機(jī)對話2.完成數(shù)據(jù)媒體的變化3.存儲系統(tǒng)軟件和大型應(yīng)用軟件4.為各類計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域提供應(yīng)用手段第二十三頁，共四十五頁。1.4與計(jì)算機(jī)的連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的外部設(shè)備種類繁多，數(shù)量不同，它們不僅在工作速度上與CPU相差很大，在數(shù)據(jù)表示形式上也與主機(jī)內(nèi)部的形式不同。1.4.1與中央處理器之間的信息傳送外部設(shè)備與CPU之間傳送的信息種類包括：設(shè)備地址信息、數(shù)據(jù)信息、設(shè)備狀態(tài)信息和控制信息。數(shù)據(jù)傳送的控制方式分為同步和異步兩種。同步傳送是指各個(gè)外部設(shè)備都在統(tǒng)一的節(jié)拍下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，而異步傳送則根據(jù)回答信號決定傳送周期。對于傳送時(shí)間短于一個(gè)節(jié)拍的同步傳送，是一種浪費(fèi)；而異步傳送卻能充分利用I/O通道上的工作時(shí)間。外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，應(yīng)在設(shè)備與CPU之間配置設(shè)備控制器和接口控制器。在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有些I/O控制與CPU結(jié)合成一體，有些與設(shè)備結(jié)合成一體，但對大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它們一般是各自獨(dú)立的。第二十四頁，共四十五頁。

傳送的方式有程序查詢傳送、程序中斷傳送、直接存儲器傳送和I/O處理機(jī)傳送。早期的計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器控制器（簡稱運(yùn)控）為中心，傳送方式是程序查詢傳送和程序中斷傳送，程序查詢傳送使計(jì)算機(jī)經(jīng)常處于等待狀態(tài)，計(jì)算機(jī)使用的效率極低，程序中斷傳送雖然解決了計(jì)算機(jī)等待浪費(fèi)時(shí)間的問題，但一些高速外部設(shè)備在與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)，常常會因中斷次數(shù)過于頻繁，致使計(jì)算機(jī)的效率仍然不高。

第二十五頁，共四十五頁。以存儲器為中心的計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送方式是直接存儲器傳送（DMA）方式，實(shí)行外部設(shè)備與內(nèi)存儲器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種數(shù)據(jù)傳送方式是由一個(gè)DMA控制器從CPU處接管對總線的控制權(quán)，指揮外部設(shè)備（如硬盤）與內(nèi)存儲器之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結(jié)束后，再把總線控制權(quán)交還給CPU，這就簡化了CPU對I/O的控制。為了進(jìn)一步減輕中央處理器對I/O系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，將管理和控制I/O操作和數(shù)據(jù)交換的功能從中央處理機(jī)獨(dú)立出來，即可組成I/O處理機(jī)。第二十六頁，共四十五頁。

I/O處理機(jī)又可分為通道方式和外部處理機(jī)方式。通道具有處理機(jī)的特征，但它只是面向外部設(shè)備控制和數(shù)據(jù)交換的指令系統(tǒng)，而輸入輸出過程中的前處理和后處理仍由中央處理器來實(shí)現(xiàn)。外部處理機(jī)實(shí)際上是一臺獨(dú)立的作為管理和控制系統(tǒng)的專用計(jì)算機(jī)，它具有通道的功能，還能完成碼制變換、檢錯糾錯和格式變換等操作和運(yùn)算，這樣，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率就大為提高。第二十七頁，共四十五頁。

在小型機(jī)和微型機(jī)中，多采用程序查詢傳送、程序中斷傳送和直接存儲器傳送方式；而在大型機(jī)、中型機(jī)和高檔小型機(jī)中一般采用I/O處理機(jī)傳送方式。無論采用哪一種控制方式和傳送方式，都需要相應(yīng)的控制邏輯電路和信息通道來實(shí)現(xiàn)。外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的一般模式如下圖所示。

第二十八頁，共四十五頁。主機(jī)與外部設(shè)備之間是通過“接口”來交換信息的，每一臺外部設(shè)備都有各自的接口，所謂“接口”，也稱適配器（adapter）、設(shè)備控制卡（devicecontrolcard），或輸入輸出控制器。下圖為主機(jī)與外部設(shè)備連接的一般原理圖。從圖中可以看出，主機(jī)（包括CPU、內(nèi)存的RAM和ROM）是通過總線與外設(shè)接口相連接的。通過這個(gè)原理圖可以分析接口的基本功能和工作過程。1.4.2與PC機(jī)連接的接口第二十九頁，共四十五頁。圖1-4主機(jī)與外部設(shè)備連接的一般原理圖

第三十頁，共四十五頁。⒈外設(shè)接口的基本功能盡管不同外設(shè)的接口的組成及任務(wù)各不相同，但它們要實(shí)現(xiàn)的基本功能大致相同。一般說，任何外設(shè)的接口都必須具有下列基本功能：⑴實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。在外設(shè)的接口中，一般都設(shè)置若干各數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主機(jī)與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)暫存在該緩沖寄存器中，然后再輸出到外部設(shè)備或輸入到主機(jī)中去。⑵記錄外設(shè)的工作狀態(tài)。在設(shè)備的接口中必須有記錄該設(shè)備工作狀態(tài)的狀態(tài)寄存器。外設(shè)的狀態(tài)一般設(shè)“空閑”、“忙”、“就緒”三種。第三十一頁，共四十五頁。⑶能夠接收主機(jī)發(fā)來的各種控制信號，以實(shí)現(xiàn)對該設(shè)備的控制操作。為此，在設(shè)備中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制寄存器，用以存儲主機(jī)發(fā)送來的控制字。⑷能夠判斷主機(jī)是否選中本接口及本接口所連接的外部設(shè)備。一臺計(jì)算機(jī)所連接的外部設(shè)備可能很多，每臺設(shè)備各有自己的設(shè)備號，也稱設(shè)備地址。主機(jī)就是通過發(fā)送設(shè)備地址來選擇設(shè)備的。因此，在接口中有識別該設(shè)備地址的設(shè)備譯碼器。⑸實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)之間的通信控制。包括同步控制、中斷控制等。為此，在接口中必須包含有實(shí)現(xiàn)這些控制功能的控制邏輯電路。第三十二頁，共四十五頁。⒉外設(shè)接口的工作過程（以打印機(jī)打印輸出為例，來說明外設(shè)接口的工作過程。）⑴主機(jī)通過地址總線向接口發(fā)送設(shè)備號，經(jīng)設(shè)備譯碼器譯碼，選中該打印機(jī)接口。⑵主機(jī)測試打印機(jī)接口狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，以判斷打印機(jī)所處的工作狀態(tài)。若測得打印機(jī)處于“忙”狀態(tài)，則表明打印機(jī)正在執(zhí)行一個(gè)打印任務(wù)，不能接收新的打印任務(wù)，直到正在執(zhí)行的打印任務(wù)結(jié)束，打印機(jī)就轉(zhuǎn)到“就緒”狀態(tài)。若測得打印機(jī)處于“就緒”狀態(tài)，則表明打印機(jī)前一個(gè)打印任務(wù)已完成，可以接收新的打印任務(wù)。第三十三頁，共四十五頁。若測得打印機(jī)處于“空閑”狀態(tài)，則表明打印機(jī)尚未啟動，這時(shí)需要主機(jī)啟動打印機(jī)，使打印機(jī)處于“就緒”狀態(tài)，才能接收新的打印任務(wù)。⑶當(dāng)確定打印機(jī)可以接收新的打印任務(wù)后，主機(jī)通過數(shù)據(jù)總線向打印機(jī)接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器發(fā)送要打印的數(shù)據(jù)。⑷主機(jī)向接口的控制寄存器發(fā)送控制字，通過控制邏輯電路發(fā)出打印輸出所需要的控制命令。在該控制命令的控制下，驅(qū)動打印機(jī)把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的內(nèi)容打印在紙上。在打印過程中，打印機(jī)轉(zhuǎn)入“忙”狀態(tài)，直到打印任務(wù)結(jié)束，再轉(zhuǎn)入“就緒”狀態(tài)。第三十四頁，共四十五頁。各種外部設(shè)備只有與計(jì)算機(jī)連接才能發(fā)揮作用，連接則必須通過接口。1.COM接口：串行接口，連接串行鼠標(biāo)或調(diào)制解調(diào)器2.PS/2接口：連接鼠標(biāo)或鍵盤3.LPT接口：連接打印機(jī)或掃描儀4.USB接口：USB2.0接口最高傳輸速率達(dá)480Mbps5.IEEE1394接口:從數(shù)碼攝像機(jī)直接采集影像6.MIDI接口7.SCSI接口PS2鍵盤、鼠標(biāo)接口并行接口串行接口四個(gè)USB接口RJ45LAN接口第三十五頁，共四十五頁。1.5發(fā)展方向隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)朝著巨、微、網(wǎng)、智、多的方向發(fā)展，這就需要計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備與其相匹配。當(dāng)前，外部設(shè)備發(fā)展的方向可以歸納為：1.大型高性能與小型、微型的高可靠性、易維護(hù)、低價(jià)格。2.電子化與智能化。3.多種技術(shù)并存。電腦外部設(shè)備介紹第三十六頁，共四十五頁。

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