輸入輸出系統(tǒng)課件

第五章輸入輸出系統(tǒng)

-

□概述

□外部設備

□I/O接口

□程序查詢方式

□程序中斷方式

□DMA方式

I/OSVRMI

5.1概述

、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況心經歷4個階

＞早期階段

＞接口模塊和DMA階段

＞通道階段

＞I/O處理機階段

i/lswtrai

1、--早-期階段

□CPU和外設分散連接、串行工作、耦合性

強，機器速度慢、價格高。

主存CPUL^>i/o設備

外設工作在查詢模式下。

while(busy==1);

Dosomething

Ssmm

2、接口模塊與DMA階段

□具有總線模式，主機通過各種接口連接外

還具有仲斷或DMAW鬧—

設備尋址

速度匹配

格式轉換

IZtsymni電平轉換

2、接口模塊與DMA階段

l/lsymni電平轉換

3、通道結構

□通）是用來負責管理I/O設備以及實現主存

與1/Q設備"或交換信息的而TFW?從

屬于CP而專用處理器L

□通道具有專門指令，能獨立執(zhí)行由通道指

令編寫的輸入輸出程序。

1/1amm

3、通道結構

□通道是用來負責管理I/O設備以及實現主存

與I/O設備之間交換信息的部件，可視為從

屬于CPU的專用處理器。

□通道具有專門指令，能獨立執(zhí)行由通道指

令編寫的輸入輸出程序。

通道并不能完全把CPU解放出來，

CPU還要進行諸如碼制轉換之類的工作。

1/11syatenr

4、外圍處理機

□外圍處理機又稱為I/O處理機，獨立于主機

工作，除了具備通道功能之外，還具備碼

制轉換、格式處理、數據校驗等功能。

1/lsNtm

查詢

i/lsvnm

外設外設

外設

DMA

外設

i/lsvnm

通道

i/lsmr

外圍處理機

1/?smiw

二、輸入輸出系統(tǒng)的組成

操作碼地址碼

□!/0軟件，人＞(—

丁兩旨令:CPU指令操作碼命令碼設備碼

/操作碼：I/O指令標志

/命令碼：指令功能，讀、寫、檢測、控制命令

/設備碼：地址碼

＞通道指令：

通道自身的指令，用于執(zhí)行I/O操作，存放于主

存，由通道執(zhí)行，完成輸入輸出功能

＞在具有通道的計算機中，I/O指令不負責數

、據輸入輸出，而主要完成啟停設備、通道控

制，實際數據傳輸由通道完成。

UISMStUT

:、輸入輸出系統(tǒng)的組成

□I/O硬件：通--道--。-設-備--控制_-器-。_設備

CPU一一十—一：-?^右^

［-I一存儲總線

<A|數?墨j———^提一:一'］［^數=據>

選擇通道1數向多路通道|--1--字萩多路病至

磁

設

設

盤

備

磁盤外設備外設

控

控

控

制

制

制―|外設

器

器

磁盤外設器

磁

設

設

盤

備

磁盤T外設I備—|外設

控

控

控

制

制

制

器

器

磁盤外設器外設

三、I/O設備與主機的聯系方式

□I/O設備編址方式

＞統(tǒng)一編址：I/O占用存儲器地址空間，無須

專門的I/O指令。減少了存儲器最大容量。

＞獨立編址：I/O地址與存儲器地址分開，采

用專門指令來訪問I/O。不占用主存容量。

□設備尋址

A每百做備都有設備號,啟動設備時，由I/O

指令的設備碼字段直接指出設備號，經接口

中的設備選擇電路選中設備。

I/O操作碼命令碼設備碼

三、I/O設備與主機的聯系方式

□傳送方式

＞并行：多位同時傳送，需要多條數據線，速

度快。

＞串行：一條數據線和一條地線，逐位傳送，

速度慢，適用于遠距離傳送。

□聯絡方式

＞立即響應式：簡單的外設，例如指示燈、繼

電器等設備，隨時處在待命狀態(tài)，只要收到

CPU的信號，立刻做出響應。

!?l/BSWtHT

三、I/O設備與主機的聯系方式

□聯絡方式

＞異步工作采用應答信號聯絡

__——

＞同步工隹采用同步時標嶺：要求外設與

CPU的工作速度完全一致

三、I/O設備與主機的聯系方式

□I/O設備與主機的連接方式

＞輻射式：每臺設備都配有一套控制線路和

一組信號線

＞總線式：

便于增刪設備

ssmn

四、I/O設備與主機信息傳送控制方式

□I/O設備與主機信息傳jg的控制方式如下:

＞程序查詢方/一

＞中斷方式

＞DMA方式

＞通道方式

＞外圍處理機方式

1/1SIMM

1、程序查詢方式

□CPU和I/O串行

工作，I/O工作

時CPU原地踏步。

否

完成否

l/lsymni

2、中斷方式■

□CPU和I/O部分并行工作，在中斷服務子

程序中完成數據的傳送。

中斷服繼續(xù)執(zhí)行中斷服

CPU—>1/0

I/O一CPU

I/O—CPU

CPU一主存

CPU向I/O發(fā)讀指令CPU一I/O

I/O設備工作

ICPU做其他事情I

準備就緒

中斷程序消除了CPU原地踏步的情況，但

是，CPU在響應中斷請求后，必須暫?，F程

序，轉而去執(zhí)行中斷服務子程序，消耗了

CPU資源，并且，中斷處理過程是有開銷的。

T是

i/.syrasor

3、DMA方式

□在主存和i/o之間建立數據傳送的直接通道,

由BMA控制器來莞成信息傳送F需要中

斷CPU的運行。進一步提高了CPU和I/O

的并行程度。

□CPU周期竊取

|/1sm

CPU執(zhí)行CPU執(zhí)行

程序現行程序-CPU查詢等待并傳輸I/O數據―現行程序

查詢

方式啟動I/O、,

I/O準備及傳送

間

CPU執(zhí)行現行程序斷CPU執(zhí)行現行程序

程序指令執(zhí)行周期結束I

中斷

啟動I/OI中斷請求

方式

1I/O準備DO準備

cp/^b理中斷服務程序

實現I/O與主機之間的傳送

一個存取周期

CPU執(zhí)行現行程序CPU執(zhí)行現行程序

DMA存取周期結束

啟動I/O1

方式DMA請求

J實現I/O與主存

I/O準備卜1/0準備/之間的傳送

5.2I/O設備

□計算機中罐匝E的其余部分,稱為外部

設備（I/O覆器、外設）

機

I/O電

、

光

設備磁

、

接部

mr^仁F控制器分

口

外部設備

1I

外設分類

□分為三類

＞人機交互設備：鍵盤、鼠標、打印機、顯示

—OoO

＞信息存儲設備：磁盤、光盤、磁帶。。。

＞機■■機通信設備：調制解調器、A/D、

D/Aooo

i/ismBMi

鼠標器激光

輸

輸打印機

入

語音輸入出

設

設行式

備

光筆備打印機

控

控

制

制點陣

器

掃描儀器

打印機

圖像輸入彩色

設備打印機

其他音箱

鍵盤

□鍵盤輸入信息流程：按鍵、判斷按下哪個

鍵、得到按鍵ASCII碼

□按鍵確認：

＞圖5.15,帶有只讀存儲器的編碼鍵盤原理

＞軟件判斷按鍵：行列反轉法

□按鍵去抖

＞軟件方法

才硬件方法

i/lsymr

顯示器

□按顯示設備所用的顯示器件分類

CRT-陰極射線管(cathoderaytube)顯示器

LCD-液晶顯示器(liquidcrystaldisplay)

PDP-等離子顯示器(PlasmadisplayPanel)o

□按所顯示的信息內容分類

字符顯示器、圖形顯示器和圖像顯示器。

□按顯示設備的功能分類

普通顯示器、顯示終端兩大類

陰極射線管（CRT）顯示器

1/1smi

CRT顯示器參數

15寸

飛利浦105E圖庫評論評測荒涼報價

□SRCI

比較尺寸：15寸/帶寬:帶寬80MHM最高分辨率及刷新率：最高分辨率1024*768

飛利浦1。5G7圖庫評論評測商冢報價

□850

比較尺寸：15寸/帶寬:帶寬75MHz/最高分辨率及刷新率:最高分辨率1024X768@60Hz

飛利浦105s7圖庫評論評測商家報價

□840

比較尺寸：15寸/帶寬:帶寬75M也/最高分辨率及刷新率:最高分辨率1。24X768X60

17寸

飛利浦107B5圖庫評論評測商家報價

□1099—

比較尺寸：17寸/帶寬:帶寬185MHz/最高分辨率及刷新率:最高分辨率最大分辨率1600

X1200

飛利浦107C5圖庫評論評測商家報價

n1180_

b破尺寸：17寸/帶寬:帶寬108MHz/最高分辨率及刷新率:最高分辨率1280*1024

飛利浦107C6國庫評論評測商家報希

□1139—

比較尺寸:17寸/帶寬:帶寬120MH〃最高分辨率及刷新率:最高分辨率最大分辨率1280

X1024X60

—1

I/Osystem'

平板顯示器

□平板顯示器(FPD)：一般是指顯示器的深

度小于顯示屏幕對角線1/4長度的顯示器件。

□分類：有液晶顯示(LCD)、等離子體顯示

(PDP)、場發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示

(ELD)等。

□特點：LCD本身不發(fā)光，靠調制外光源實

現顯示，其余各類顯示均自身發(fā)光。

I/O

液晶顯示器(LCD)

□液晶是液態(tài)晶體的簡稱，它是一種有機化合物。

□具有明顯的光學各向異性，它本身不發(fā)光，但能夠調制

外照光實現信息顯示，使用時需要背光源。

□液晶顯示具有低工作電壓、微功耗、體積輕薄，

易于實現大畫面顯示，顯示色彩優(yōu)良等特點。

□應用領域

薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)

□發(fā)展方向一超薄、高亮、寬視角

i/|smeM

LCD顯示器參數

IV寸

素足SDM-E76D圖庫評論怦測商冢報價

O1999

比較尺寸：17寸/接口類型：15針D-Sub,24針DVI-D接口/亮度:300c?m2/對比度:70

01/分辯率:1280*1024/響應速度:8ms

索尼SDM-E76A圖庫評論怦測商冢報價

□

1849

比較尺寸：17寸/接口類型：15針D-Sub接口/亮度:300cd/m2/對比度:600:1/分辯率:1

280*1024/響應速度:8ms

索尼SDM-X73/HE或白1圖庫評論評測商家報價

□

3990-

比較17寸/。.264mm/15針D-Sub,24針DVI-D接口/300cd/n>2/500:1/1280*1024/16m

$/160度/140度/1。099

索尼SDM-X73/BK曙色J圖庫評論評測商察報價

□

3990

比較17寸/。.264mm〃5針D-Sub,24針DVI-D接口/300c"m2/5。。：l/1280*1024/16m

s/16。度/140度/TC099

索尼SDM-S74/ST詼日?圖庫評論評測商家報價

品

17寸/0.264mm/15針DTub,24針DVI-D接口/250cd/m2/500：1/1280x1024/16m2699

$/160度/160度/1匚099,3c認證

索尼SDM-S74/BC強色）圖庫評論評測商家報價

n

,比較,17寸/0.264mm/15針『Sub,24針DVI-D接口/250cd/m2/500：1/1280x1024/16m

s/16。度〃60度/TCO9g.3c認證

■1/?SVMM

等離子（PDP）顯示器

□等離子體顯示利用惰性氣體在一定電壓作

用下產生氣體放電現象而實現的一種發(fā)光

型平板顯示技術。

□彩色PDP技術與熒光燈顯示原理相同，利

用氣體放電產生紫外線，紫外線激發(fā)光致

熒光粉，熒光粉發(fā)射可見光，使用三基色

熒光粉實現紅、綠、藍三色，并使每基色

單元實現256級灰度，再進行混色達到彩

色顯示的目的。

I/O

PDP顯示器特點

□易于實現大面積顯示（可達70英寸）。

□全色顯示。利用紅、綠、藍三基色，可實

現256級灰度和2563種顏色。色純度與CRT

相當。

□視角達160。，在所有顯示技術中最佳。

□壽命長（3萬小時）。

□需要在功耗、發(fā)光效率、對比度方面進行

改進，像素的間距有待進一步縮小。價格

?高

路明集團?關于防on?路曲產fl*?新阿中他?A力責做?電子HH刊聯系我們|IIGLISH

LUMINQGROUF

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路明經典案例

，Ulib：，

顯示技術中的相關概念

□圖形(graphics)

指由線和面構成的，沒有亮暗層次變化的線條圖，

如建筑、機械所用的工程設計圖、電路圖等。

早期的圖形顯示和處理只是局限在二值化的范圍，

只能用線條的有無來表示簡單的圖形。

□圖像(image)

指由象素描繪的，具有亮暗層次的圖。

自然界的圖像經計算機處理后顯示的圖像稱作數字

圖像，就是將圖片上連續(xù)的亮暗變化變換為離散的

.▲一^藪字量,并以點陣列的形式顯示輸出。

?l/lswonr

photoshop

版本8,0,1b

構建TWAIN菜單項目,?.d

o

q

s

o

ThomasKnoll,SeetharamanNarayanan,RussellWilliams

)l

AndrewCoven,ScottByer〉MarcPawliger,CrisRys；SauTam,

StephanieSchaefer,DaveHowe,SandraAlves.,JoeAuk,o

VinodBalakrishnan,JeffChien>ChrisCox,AlanErickson,q

PaulFerguson,TodorGeorgie%JerryHarris,EdwardKandrot,d

SarahKong,TaiLuxon,JohnPennII,JohnPeterson,

TomPinkerton,TomRuark,DelSchneiderJohnWorthingtonju

MichaelScarafone,ShigOnira^JackieLincoln-Owyang^'q

KellyDavis,MarkKawano^DaveRau?GreggWilensky,

ScottCoherrRickWulff,KevinConnor,KarenGauthier.o

JohnNack,bwynWeisbergp

v

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trademarksortrademarksofAdobeSystemsIncorporatedin

theUnitedStatesand/orothercountries.

ss

10450502971584715218

Adobe

幾個研究熱門領域

□數字水印

＞易損數字水印、魯棒數字水印

＞圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用

于三維網格模型的網格水印

□模式識別

＞模式識別(PatternRecogn幣on)是指對表征事物或

現象的各種形式的(數值的、文字的和邏輯關系的)

信息進行處理和分析，以對事物或現象進行描述、

辨認、分類和解釋的過程，是信息科學和人工智能

的重要組成部分。

＞指紋識別、人臉識別、虹膜識別、人耳識別

1/1usteim

分辨率和灰度級

分辨率和灰度級決定了所顯示圖的質量

□象素pixels

在顯示屏幕上，圖形和圖像都是由稱作像素的光點組成的。

口分辨率resolution

顯示設備所能表示的像素個數，即光點的個數。

取決于熒光粉的粒度，屏的尺寸和電子束的聚焦能力。

□灰度級graylevel

所顯示像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現為顏色的不

同。

1/1SHStenH

刷新和幀存儲器

□視覺暫留與余暉效應

□刷新refresh

為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，就必須在圖像消失之

前使電子束不斷地重復掃描整個屏幕。

每秒刷新的次數稱刷新頻率或掃描頻率。

□視頻存儲器VRAM

不斷提供刷新圖像的信號，必須把圖像存儲起來，

存儲圖像的存儲器叫“幀存儲器”或“視頻存儲器”。

VRAM的容量由圖像分辨率和灰度級決定。

1/ISyMHI

隨機掃描和光柵掃描

□電子束在熒光屏上按某種軌跡運動稱為掃描，控

制電子束掃描軌跡的電路叫掃描偏轉電路。

口掃描方式有兩種，隨機掃描和光柵掃描。

＞隨機掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從

而產生圖形和字符。電子束只在需要作圖的地方掃描,

而不必掃描全屏幕，所以這種掃描方式畫圖速度快，

圖象清晰。

＞光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中，要求

圖像充滿整個畫面，因此要求電子束掃過整個屏幕。

、、光柵掃描是從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行

■1/1system^掃描兩種方式。

漢字處理技術

漢字編碼標準

□國家技術監(jiān)督局公布國家標準：GB2312-80

《信息交換用漢字編碼字符集—基本集》，

收集了常用漢字6763個，其中一級漢字3755個。

i/ismBMi

漢字的輸入方法

□鍵盤輸入方式

□漢字編碼可歸納成音碼、形碼和音形碼

□語音輸入方式：

□手寫輸入方式

□印刷體掃描識別

1/eSVBfflMI

漢字的存儲

口漢字內碼

?用于漢字信息的存儲、交換、檢索等的機內代

碼

?內碼比字形點陣碼占用空間少，一般用兩個字

節(jié)就可以表示漢字。

?漢字內碼表示有許多種，要考慮的因素：

碼位盡量短；表示的漢字要足夠多；碼值要

連續(xù)有序，以便于操作運算。

i/|smem

字形碼

□也稱字模碼，目前計算機顯示器和打印機都用點

陣表示漢子字形代碼，它是漢字的輸出形式。根

據輸出漢字的要求不同，點陣的多少也不同。

□字模點陣的信息量是很大的，所占存儲空間也很

大。只能用來構成“字庫”，而不能用于機內存

儲。

□漢字字形最初就是采用上述的點陣字形，為了提

高字形質量，以后開始采用矢量表示，繼而采用

輪廓曲線，或同時采用矢量和曲線來表示數字和

拼音字母

I/Osyatemi

字模舉例

1/?smt

字模舉例

1/?smt

輸出設備一打印機

□打印輸出是計算機系統(tǒng)最基本的輸出形式,

可將打印在紙上的信息長期保存。人們將

一切可以產生永久性記錄的設備統(tǒng)稱為硬

拷貝設備，如打印機、繪圖機、靜電印刷

機以及紙帶穿孔機、卡片穿孔機等。

□打印機的分類

A印字原理一擊打式/非擊打式

＞工作方式一串行打印機/行式打印機

/圖形/圖像打印機，黑白/彩色打印機

l/tsmmT打印機部分內容請大家自己閱讀

針式打印機

□結構

/打印頭

/字車

/輸紙機構

/色帶機構

色帶保護片色帶

/拴制器

i/tswtmiii

激光打印機

□激光打印機工作步驟

＞帶電

＞曝光

＞顯影（顯像）

＞轉印

＞定影（固定）

＞清除殘像

□打印速度：每分鐘輸出的頁數（pagesperminute,簡

稱PPM）o

□印字分辨率：每英寸象素點個數表示（DotsperInch,

DPI）

激光發(fā)生器

柵極

擦除燈掃描反射鏡

I」

初級電暈II

紅光濾除器放電極

刮刀

新墨粉

橡膠刮刀顯影軋輻

定影軋輻顯影磁鐵

、墨盒

清掃器定影燈感光鼓

清掃器?一取紙軋螺

打印紙用過的墨粉

/

宗影卜曲輯傳送帶鄢電清除器轉換電暈進紙軋輻

ZE彩上札福放電極

定影下軋輻

激光照射

該處介質導電，

初級電暈柵極

放電極電壓降至一100V

均勻充電

-600V混合電壓一600V?一I00V

（—I00V處是全黑墨點）

擦除燈泡

刮刀

鼓上均勻

新墨粉

分布的電荷

顯影軋輯

光敏涂層將電荷引入地

磁鐵

鼓上殘留的一^鋁制內鼓面

非均勻電荷

/接地

剩余墨粉直流電壓

被刮刀刮去

打印紙

墨粉留在打印紙上

墨粉微粒被吸

D向T00V區(qū)域

靜電消除器

墨粉微粒被吸向打印紙

轉印電暈放電極

噴墨打印機

□連續(xù)式噴墨打印機

墨水回收機制，圖5.25

□隨機式噴墨打印機工作原理

系統(tǒng)供給的墨滴只在需要印字時才噴出

I/OSHtemi

5.3I/O接口

□接口可以看做兩個系統(tǒng)或部件之間的交接

部分，它既是兩種硬件設備之間的連接電

路，也可以看做兩個軟件之間的共同邏輯

邊界。

機

I/O電

、

光

設備磁

、

接部

<^>控制器分

口

外部設備

i/|smem

?、為什么要采用I/O接口

□實現設備的選擇

□實現數據緩沖，達到速度匹配

□實現數據串“并格式轉換

□實現電平轉換

□傳送控制命令

□反映設備的狀態(tài)（“忙”、“就緒”、

“中斷請求”）

l/ISWOMr

:、接口的功能與組成

□總線連接方式的i/o接口電路

I/O總線

命

狀

＞設備選擇線設

令

態(tài)

數備

線

線

＞數據線據選

線擇

＞命令線線

＞狀態(tài)線I/O接口

設備

I/O接口

i/llsy-nr設備

I/O接口的基本組成

I/O接口

數據線

數據線

《數據緩沖設備選擇

控外

地址線?寄存器DBR電路

制

=>命令部

邏

命令線;輯設

=>!電

備

路

狀態(tài)線［設備狀態(tài)命令寄存器狀態(tài)

標記和命令譯碼器

1/lSHteffli

三、接口類型

□按數據傳送方式

>并行接口：intel8255

>串行接口：intel8251

□按功能選擇的靈活性分類

>可編程接口：intel8255、intel8251

>不可編程接口：intel8212

i/|smeM

三、接口類型

□按通用性分類

>通用接口：intel8255、intel8251

>專用接口：intel8279、intel8275

□按數據傳送的控制方式分類

>中斷接口：intel8259

>DMA接口：intel8257

i/lsvmifli

5.4程序查詢方式

單

個

設

備

r

轉

移

指

令

:、程序流程

傳送一個數據塊

ssmn

三、查詢方式的接口電路

CPU端外設端

數據線⑥③輸入數據

DBR

②

準備就％

B啟動設備

0

啟動命令「①j

□④

SEL設備工作

結束

設備選擇電路

以輸入為例

5.5程序中斷方式

□計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現異常

情況或特殊請求時，計算機停止現行程序

的運行，轉向對這些異常情況或特殊請求

的處理，處理結束后再返回到現行程序的

間斷處，繼續(xù)執(zhí)行原程序，這就是中斷。

i/|smem

二、中斷的產生

執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序