计算机组成原理电子教案第8章.ppt

第八章 输入输出系统 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 8.5.2 I/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 8.6.5 I/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/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Intel 8048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