计算机组成与工作原理电子教案第1章课件.ppt

2．硬盘 硬磁盘由硬质的合金材料构成的多张盘片组成，硬磁盘与硬盘驱动器作为一个整体被密封在一个金属盒内，合称为硬盘，硬盘通常又固定在主机箱内。硬盘具有使用寿命长、容量大、存取速度快等优点。如图1-10所示。 图1-10 硬盘 3．光盘驱动器 光盘存储器由光盘和光盘驱动器组成，光盘驱动器使用激光技术实现对光盘信息的写入和读出。光盘具有体积小、容量大、信息保存长久等特点，是多媒体技术获得快速推广的重要因素。光盘按读/写方式分为只读型光盘、一次写入型光盘和可重写型光盘三类。如图1-11所示。 4．移动存储设备 移动存储设备主要有闪存类存储器和活动硬盘。闪存类存储器的存储介质为半导体电介质，主要有U盘和各种存储卡。活动硬盘可分为两类：一类是机架内置式活动硬盘，可内置于机箱的5英寸机架上，硬盘安放在一个可抽取的硬盘盒中，可抽出并随意移动；另一类是外置式活动硬盘，外置于机箱之外，通过USB接口与主机连接。 1.2 输入/输出系统 1.2.1 常见输入/输出接口 计算机系统中常见的外设有很多，基本上所有的外设都是通过主板与主机进行连接的，所以在一块主板中会存在各种各样的外设接口，如键盘、鼠标接口，打印机接口、USB接口和IEEE 1394接口、网线接口，以及音视频输出/输入接口等。下图1-12给出了一些常见接口具体位置。 图1-12 常见接口类型 1.2.2 I/O接口的基本概念 无论外设采用何种方式与主机交换信息，都存在以下几个问题需要解决：⑴主机如何从众多的外设中找出要与之交换信息的外设；⑵如何解决异步工作的系统之间的信息交换问题，例如当外设工作速度与主机速度差异非常大时，如何使主机与外设之间的速度相互协调；⑶主机如何了解外设的工作情况，如何向外设发出控制命令，也是需要考虑的问题。解决以上问题的办法便是在主机与I/O设备之间设立输入输出接口。 接口即I/O设备适配器，具体是指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态连接的两个部件之间起着“转换器”的作用，以便实现彼此之间的信息传送。 1．接口的基本结构 ⑴ 数据输入寄存器 数据输入寄存器用于暂存外围设备送往CPU的数据或在DMA方式下送往内存的数据。 ⑵ 数据输出寄存器 数据输出寄存器用于暂存CPU送往外围设备的数据或在DMA方式下内存送往外围设备的数据。 ⑶ 状态寄存器 状态寄存器用于保存I/O接口的状态信息。CPU通过对状态寄存器内容的读取和检测可以确定I/O接口的当前工作状态。 ⑷ 控制寄存器 控制寄存器用于存放CPU发出的控制命令字，以控制接口和设备所执行的动作，如对数据传输方式、速率等参数的设定，数据传输的启动、停止等。 ⑸ 中断控制逻辑 当CPU与I/O接口以中断方式交换信息时，中断控制逻辑电路用于实现外围设备准备就绪时向CPU发出中断请求信号，接收来自CPU的中断响应信号以及提供相应的中断类型码等功能。 2．接口的功能 ⑴ 控制--接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作，如启动、关闭设备等。 ⑵ 缓冲—接口内部设有缓冲寄存器，可实现数据缓冲作用，使主机与外设在工作速度上达到匹配，避免数据丢失和错乱。 ⑶ 状态--接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。状态信息包括数据“准备就绪”、“忙”、“错误”等等，供CPU询问外围设备时进行分析之用。 ⑷ 转换--接口可以完成任何要求的数据转换，主机与接口间传输的数据是数字信号，但接口与外设间传输的数据格式却因外设而异，为满足各种外设的要求，接口电路中必须实现各种数据格式的相互转换。例如：并一串转换、串一并转换、模一数转换、数一模转换等。 ⑸ 整理--接口可以完成一些特别的功能，例如在需要时可以修改字计数器或当前内存地址寄存器。 ⑹ 程序中断--每当外围设备向CPU请求某种动作时，接口即发生一个中断请求信号到CPU。 1.2.3 输入/输出信息传送控制方式 主机和外设之间的信息传送控制方式，经历了由低级到高级、由简单到复杂、由集中管理到各部件分散管理的发展过程，按其发展的先后次序和主机与外设并行工作的程度，可以分为4种。 1．程序查询方式 程序查询方式是一种程序直接控制方式，这是主机与外设间进行信息交换的最简单方式，输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动之后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次I/O操作。 这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很