计算机组成原理电子教案第8章

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1、第八章输入输出系统计算机组成原理电子教案陆遥8.1输入输出系统概述8.2输入设备8.2.1键盘8.2.2鼠标8.2.3触摸屏8.2.4扫描仪8.3输出设备8.3.1显示器8.3.2打印机8.4辅助存储器8.4.1磁记录原理与记录方式8.4.2硬磁盘存储器8.4.3磁盘阵列存储器8.4.4光盘存储器8.5输入输出接口8.5.1输入输出接口的功能和基本结构8.5.2I/O端口的编址方式8.6输入输出数据传送方式8.6.1程序查询方式8.6.2程序中断方式8.6.3直接存储器访问（DMA）方式8.6.4通道方式8.6.5I/O处理机方式8.1输入输出系统概述输入输出（I/O）系统的作

2、用，是把计算机系统外的数据输入到计算机主机中，并将计算机主机处理后的数据输出到计算机系统外。I/O系统是一个硬、软件结合的系统，硬件部分包括外围设备及其与主机的接口，软件部分则包括接口的初始化程序及具体的输入输出操作程序等。计算机系统中，除主机（由CPU和主存组成）外的其他硬设备都称为计算机的外围设备。外围设备种类繁多，功能各异，包括有输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备等几大类。输入设备和输出设备统称为人机交互设备，用来实现计算机与其使用者之间的信息交流。外存储器既能以文件形式保存主机输出的程序和数据，也能将所保存的程序和数据输入主机。各种外围设备都有自己

3、的设备控制器，用来控制设备本身的操作，而设备控制器又通过I/O接口与主机相连，接受主机的控制，如下图所示。I/O接口是主机与外围设备之间的连接电路，主要起到控制、缓冲与转换的作用。主机与外围设备之间的数据传送方式有程序查询方式、程序中断方式、直接存储器访问（DMA）方式、通道方式和外围处理机方式等5种。不同的I/O数据传送方式需要I/O接口有不同的功能和不同的设计。对程序查询方式和程序中断方式，其I/O数据传送过程需要CPU执行I/O程序来控制；对DMA方式，数据传送过程由DMA控制器控制，但DMA控制器需要由CPU执行初始化程序来设置各种初始条件。在采用通道和I/O处理机的I

4、/O系统中，通道和I/O处理机取代了一般意义上的I/O接口，并具有智能化和很高的独立控制能力，能够代替CPU完成输入输出控制，从而提高了CPU的工作效率。主机在与不同速度的外围设备进行数据传送时，所采用的定时方式是不一样的；在与中、低速度的外围设备传送数据时，通常采用异步定时方式，而在与高速外围设备传送数据时，则采用同步定时方式。8.2输入设备8.2.1键盘键盘是一种字符输入设备，用来输入文字、符号和操作命令等。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成，每个键都被赋以明确的含义。目前，绝大多数键盘上使用的都是ASCII字符。由键盘进行一次输入的过程大致是：⑴按下一个键；⑵扫描按键

5、的位置，产生所按键的位置码；⑶将位置码转换成按键所对应的字符的ASCII码，并由主机接收。键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘和非编码键盘两种基本类型。编码键盘本身带有实现接口主要功能所必须的硬件电路，能自动检测被按下的键，能实现去抖动、防串键等功能，并且能向主机提供被按键所对应的ASCII码。编码键盘与主机的接口简单，但硬件电路较复杂，价格较高。非编码键盘只简单地提供一个按键开关阵列，而识别按键（包括按键扫描、去抖动、防串键等）、形成位置码及转换为ASCII码等功能均由CPU运行专门的软件来实现。非编码键盘价格较低，但其与主机的接口较复杂。实际使用的键盘通常介于这两种基本类型

6、之间，即由键盘完成一部分操作，再由CPU执行程序完成另一部分操作。例如，PC机的键盘内装有Intel8048单片机来完成键盘扫描、去抖动、防串键等操作，能自动形成被按键的位置码，并能将位置码以串行方式发送到主机；CPU接收到位置码后，再执行专门的转换程序，将位置码转换成ASCII码（通常采用查表的方式进行转换）。8.2.2鼠标鼠标是一种坐标定位设备，是随着图形操作界面出现而发明的一种输入设备。常用的鼠标有机械式和光电式两种，它们与主机的通信和控制原理完全相同，只是在移动检测方面有些差异，可以直接替换使用。鼠标一般都有两个按键（左键和右键），通过串行接口或USB接口与计算机主机相

7、连。机械式鼠标的底部有一个圆形的凹坑，里面装有一个表面裹着橡胶的金属球，球的侧面呈正交方向（即二维坐标的X和Y方向）装有两个转轴，转轴与球的表面接触。通过转轴所连接的移动检测电路，就可以测出鼠标在X和Y方向上的位移。光电式鼠标的底部装有发光二极管和光敏接收器。现在的光电式鼠标可以直接在各种反光率不是很高的平面上使用。无论哪种类型的鼠标，在移动一个最小位移单位后，都要向主机发送一个3字节的串。其中，第一个字节表示鼠标在最近的100ms内沿X方向的位移量；第二个字节为鼠标沿Y方向的位移量；第三个