计算机组成原理与系统结构 马礼 第8章 输入输出设备及系统

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1、第8章输入输出设备及系统本章主要内容：输入输出设备也称为外部设备。本章讲述输入输出设备的分类、具体的输入输出设备以及CPU对外部设备的管理。外部设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备5大类。每一种设备，都是在各自的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器（接口）和主机相连，并受主机控制。在计算机系统中，CPU对外部设备的管理有以下5种方式：（1）程序查询方式；（2）程序中断方式；（3）直接存储器访问（DMA）方式；（4）通道方式；（5）外围处理机（PPU）方式。其中第一种对CPU的资源浪费最大，而第5种使CPU的效率得到

2、最大发挥，但是需要更多的硬件支持。本章将对这些外部设备和输入输出方式给出详细的阐述。8.1输入输出设备的概述8.2显示设备8.3输入设备8.4打印设备8.5输入输出系统8.6总　　线8.1输入输出设备的概述8.1.1输入输出设备的作用输入输出设备的作用就是指在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供的联系。8.1.2输入输出设备的分类根据设备完成任务的性质，输入输出设备一般可分为5类，即输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备。计算机系统中，输入/输出设备是通过接口，再经过总线和主机连接在一起的。如图8-1所示。图8-1主机与外设之间的连接

3、8.2显示设备8.2.1显示设备的概念与分类以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，显示设备是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管（CRT）显示器、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PD）等；按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。下面给出描述显示器时常用的几个概念：1．分辨率和灰度级2．刷新和刷新存储器3．随机扫描和光栅扫描8.2.2CRT显示器1．结构与工作原理CRT也称为显像管，是一种玻璃壳封装的电真空显示器件。它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。其功能是将电信号转

4、换成可见光信号。如下图所示。图8-3CRT的结构CRT是显示器的核心器件。（1）电子枪（2）偏转系统（3）荧光屏图8-43枪3束荫罩式彩色CRT2．扫描原理在CRT上显示字符或图形，是通过控制电子束在屏幕上的扫描来实现的。CRT显示器有如下两种扫描方式：（1）光栅扫描（2）随机扫描3．主要技术指标（1）点距（dotpitch）（2）水平扫描频率（3）垂直扫描频率（4）带宽（5）分辨率（6）数字信号输入和模拟信号输入（7）扫描方式（8）屏幕尺寸、可视区尺寸和可视面积（9）屏幕形状（10）能源消耗（11）屏幕控制8.2.3字符/图形显示设备1．字符显示原理显示字符的

5、方法以点阵为基础。点阵是由m×n个点组成的阵列，并以此来构造字符。在单色字符显示器中，以字符“A”为例，它在窗口中的位置如下图所示。图8-5“A”在字符窗口中的点阵格式2．字符显示器的构成字符显示器由以下六部分组成。图8-8字符显示器结构框图8.2.4图像显示设备图像显示器采用光栅扫描方式，其分辨率在256×256或512×512个香色，与图形显示器兼容的图像显示器可达1024×1024，有的甚至达到更高。灰度级也可达24位真彩（224）。8.2.5液晶显示器1．液晶显示器特点低压且微功耗；平板型结构；被动型显示；显示的信息量大；易于彩色化；长寿命；无辐射且无污

6、染2．液晶显示原理3．液晶显示器件如图8-9所示。图8-9典型液晶显示器件的基本结构8.3输入设备常用的计算机输入设备分为图形输入、图像输入、声音输入等几类。8.3.1图形输入设备1.键盘输入2.光笔输入3.图形板和游动标输入4.鼠标器输入8.3.2图像输入设备最理想的图像输入设备是数字摄像机。8.3.3语音输入设备利用人的自然语音实现人--机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。图8-11语音输入系统的系统构成识别器信息获取（话筒）预处理特征提取分类学习分类决策计算机系统8.4打印设备8.4.1打印设备的分类按印字原理分，分为击打式和非击打式两大类。击打式打

7、印机又分为活字式打印和点阵针式打印两种。按工作方式分，可分为串行打印机与行式打印机两种。8.4.2点阵针式打印机图8-12针式打印机的结构8.4.3激光打印机1．激光打印机的组成图8-13激光打印机的组成电子扫描部分接口字形发生器高频驱动器光调制器激光器同步器光扫描与偏转器感光体电子照相机构主机接口部分电子照相部分打印纸2．激光打印机的工作原理图8-14激光打印机的工作原理8.5输入输出系统8.5.1输入输出系统的概述1．接口的概念接口技术是把由处理器等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外设通信的一门技术。2．CPU和外设之间必须通过接口电路来连

8、接3．接口的功能7个功能