计算机原理第9章输入输出IO设备
计算机组成原理——输入输出（IO）系统考研题
计算机组成原理——输⼊输出（IO）系统考研题（⼀） I/O系统基本概念（⼆）外部设备1. 输⼊设备：键盘、⿏标2. 输出设备：显⽰器、打印机3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三） I/O接⼝（I/O控制器）1. I/O接⼝的功能和基本结构2. I/O端⼝及其编址3．I/O地址空间及其编码（四） I/O⽅式1. 程序查询⽅式2. 程序中断⽅式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念。
3. DMA⽅式DMA控制器的组成；DMA传送过程。
4. 通道⽅式（2009）22. 下列选项中，能引起外部中断的事件是A. 键盘输⼊B. 除数为0C. 浮点运算下溢出D. 访存缺页答案：A考点：内部中断和外部中断的区别外中断:I/O设备等来⾃主机外部设备的中断。
内中断：CPU内部的异常、例外、陷⼊内中断（2010）21、单级中断系统中，中断服务程序执⾏顺序是（）I保护现场II开中断III关中断IV保存断点V中断事件处理VI恢复现场VII中断返回A、I->V->VI->II->VIIB、III->I->V->VIIC、III->IV->V->VI->VIID、IV->I->V->VI->VII答案：A考点：单级中断的概念该题的⼀个特点是单级中断，不会出现多重中断的中断嵌套问题，由于是单级中断，断点也不需要保存了，CPU直接返回中断前的位置就可以了！同时关中断是由硬件⾃动实现的，并不属于中断服务程序。
⽽恢复断点、恢复现场之后需要开中断才能返回断点这⾥给出⼀般的中断处理的过程：22、假定⼀台计算机的显⽰存储器⽤DRAM芯⽚实现，若要求显⽰分辨率为1600*1200，颜⾊深度为24位，帧频为85HZ，现实总带宽的50%⽤来刷新屏幕，则需要的显存总带宽⾄少约为（ )A、245MbpB、979MbpsC、1958MbpsD、7834Mbps答案：D考点：1600*1200*24*85/0.51M约为106(2010)21．某计算机有五级中断L4 ~ L0，中断屏蔽字为M4M3M2M1M0，Mi=1（0≤i≤4）表⽰对Li级中断进⾏屏蔽。
计算机组成原理-输入输出设备
❖ 外部设备概述
CPU和主存构成计算机的主机，主机之外的大部分硬件设备称
为外部设备或外围设备，简称外设。外设包括输入设备、输出设 备和外存储器。
❖ 输入设备
键盘
图形输入设备（鼠标，图形板，光笔等）
图像输入设备（扫描仪、数码相机 、摄像机、摄像头等）
条形码
光学字符识别（OCR）
阴极：发出电子； 栅极：控制电子束的强度； 加速阳极：对电子束进行加速； 将电子束的动能转化为光能。
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CRT的工作原理
❖ P306 图9.4
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平板显示器
❖ 液晶显示器（LCD）
利用液态晶体调制(折射)外照光实现显示。本身不发光。 主要应用于便携式电子产品、监视器、消费类电子产品。
❖ 显示器的分类：
按显示设备所用的显示器件分类：CRT、LCD、PDP显示器。 按所显示的信息内容分类：字符、图形、图像显示器。 按设备功能分类：普通显示器和显示终端。
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CRT（阴极射线管）显示器
❖ CRT （cathode ray tube）：由电子枪、偏转装置、 荧光屏组成。
❖ 电子枪：由灯丝、阴极、栅极、加速阳极、聚焦极 组成。
❖ ASCII：美国标准信息交换码，每个字符用7 位二进制代码表示，是由128个字符组成的 字符集。见207页表9.1。用8位二进制代码表 示时是扩展ASCII码，也有128个。
❖ 汉字编码为16位二进制代码，叫机内码（区
位码）。
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输入设备——键盘
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输入设备——鼠标
❖ 鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和选择 能力而受欢迎，目前已经成为微机必备的输入 设备。
❖ 彩色等离子显示器 PDP(Plasma Display Panel)
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术资料
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1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
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1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
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1.2 接口控制原理
2. 传送控制方式 传送控制方式有查询、中断和DMA3种。 （1）查询方式
在查询方式下，CPU需要完成以下操作： (1)CPU向接口发出传送命令，输入数据或输出数据； (2)中央处理器查询外设是否允许传送？
在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去不 断地“询问” 外设，外设的接口电路处于被动状态。
1.1 接口的功能
1.接口的一般定义
接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入 输出设备等外设之间协调动作的控制电路。 接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设 之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取 DMA接口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。
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1.1 接口的功能 2.
接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号
状态设置和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
1.2 接口控制原理
1.数据传送方式 （1）并行数据传送 在微机系统内，如，大系统部件之间的数据传送 都采用并行数据传送方式。 并行数据的每一位都对应独立的传输线路，所以 数据传送速度快，但线路多，一般只用于较短距离的 数据传送。
计算机组成原理与系统结构课件ch9 输入输出系统
° 假定每个扇区512字节， 磁盘转速为5400 RPM，广告声称寻道时间为12 ms, 数 据传输率为40 MB/s, 磁盘控制器开销为1 ms, 不考虑排队时间，则磁盘响应时间 为多少？
Disk Response Time= Seek time + Rotational Latency + Transfer time
扇区
磁道
磁盘表面被 分为许多同 心圆，每个 同心圆称为 一个磁道。 每个磁道都 有一个编号， 最外面的是 0磁道
注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在
扇区中填写扇区号等信息的过程
io.14
2020年4月5日星期日
如何增大磁盘片的容量？
° 提高盘片上的信息记录密度！ • 增加磁道数目——提高磁道密度 • 增加扇区数目——提高位密度，采用可变扇区数 道密度
2020年4月5日星期日
磁盘响应时间计算举例 （续）
° 假定每个扇区4K字节， 其它条件不变
Disk Response Time= Seek time + Rotational Latency + Transfer time + Controller Time + Queuing Delay
= 12 ms + 0.5 / 5400 RPM + 4 KB / 40 MB/s + 1 ms + 0 = 12 ms + 5.5 ms + 0.1 ms + 1 ms + 0 ms = 18.6 ms
• 数据记录方式按照写电流波形的极性、频率和相位的不同有：
- 归零制（RZ）：写1用正脉冲，写0用负脉冲，一位信息写完后，电流总 回到零，又叫双向归零制或典型归零制
计算机组成原理输入输出系统
2007.7.2
计算机组成原理
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预置传送参数 启动外设
取外设状态
外设准备
N
就绪?
Y
传送一次数据
修改传送参数 Y
N
传送完
否?
结束
图8-5 程序查询方式流程
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计算机组成原理
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8.2.2 中断方式
在程序查询方式使CPU循环等待，造成了CPU 资源的浪费。中断传送方式很好地解决了这个问题， 在外设没有做好数据传送准备时，CPU可以运行与 传送数据无关的其他指令，外设做好传送准备后， 主动向CPU提出申请，若CPU响应这一申请，则暂 停正在运行的程序，转去执行数据输入/输出操作的 指令，数据传送完毕后返回，CPU继续执行原来运 行的程序，这样使得外设与CPU可以并行工作，提 高了系统的效率。如今，中断已经是现代计算机普 遍采用的—项技术。
07.7.2
计算机组成原理
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程序查询方式的工作过程大致为：
(1)预置传送参数。在传送数据之前，由CPU 执行一段初始化程序，预置传送参数。传送参数包 括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。
(2)向外设接口发出命令字。当CPU选中某台 外设时，执行输出指令向外设接口发出命令字启动 外设，为接收数据或发送数据做应有的操作准备。
九章节输入输出原理-PPT精品
接 口1
接 口2
…
接 口n
计算机组成原理 Slide 37
中断向量法
A向量 B向量 C向量
… … … …
A入口AA B入口BA C入口CA
AA: PUSH… IRET
BA: PUSH… IRET
CA: PUSH… IRET
向量表
A设备中断 处理程序
B设备中断 处理程序
C设备中断 处理程序
计算机组成原理 Slide 38
1. 设备准备好一个数据的传送后，接口向主机发出DMA请求。 2. CPU中DMA控制逻辑响应DMA请求，将主存使用权让给DMA。DMA送
移到该设备中断服务子程序 中断服务子程序结束以后，CPU回到原来的
主程序
计算机组成原理 Slide 31
中断处理过程
主程序指令
是否有中断请求
Y
N
主程序指令
计算机组成原理 Slide 32
中断响应 中断识别 保护现场 中断服务 恢复现场 中断返回
中断处理
中断处理中的问题
中断时机 保存现场 中断屏蔽 中断过程由软硬件结合完成
计算机组成原理 Slide 3
查询方式CPU处理过程
N 计算机组成原理 Slide 4
启动设备
查询设备状态
准备好
Y 传送数据
内存地址递增
传送量计数
传送完
N
Y 关闭设备
程序中断方式
外围设备主动通知CPU，准备数据传输 当中断发生时，CPU中断当前的工作，转向
中断处理子程序，该程序用于数据传输。 提高了CPU的使用效率。 适合随机出现的服务 硬件结构相对复杂，服务开销时间大
主程序
计算机基础知识什么是输入输出(IO)操作
计算机基础知识什么是输入输出（IO）操作计算机基础知识：什么是输入输出（IO）操作计算机是一种用于处理数据的工具，而输入输出（IO）操作是计算机与外部世界进行数据交流的方式。
通过输入，我们可以将外部的数据传递给计算机进行处理，而输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境。
在本文中，我们将探讨输入输出操作的基础知识。
一、输入输出（IO）的概念输入输出是计算机与外部环境进行数据交流的方式。
输入是指将外部数据传递给计算机，供计算机进行处理和分析；输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境，供人们观察和使用。
在计算机系统中，输入输出设备起到了极为重要的作用。
例如，键盘、鼠标和触摸屏等输入设备用于接收用户的命令和数据，显示器、打印机等输出设备则用于向用户展示计算机处理的结果。
二、输入输出的分类1. 人机交互输入输出：这种输入输出方式主要是通过外部设备与人进行交互。
例如，使用键盘输入文字、鼠标点击图标进行操作、触摸屏选择菜单等。
同时，显示器将结果输出给人们观察。
2. 设备驱动程序输入输出：这种输入输出方式是通过设备驱动程序进行的。
计算机通过设备驱动程序与各类外部设备进行通信。
例如，打印机通过打印机驱动程序与计算机通信，将计算机处理的文档输出。
3. 文件输入输出：文件是计算机中存储数据的一种形式，也是计算机与外部世界交流的一种方式。
我们可以将数据存储在文件中，进行读取和写入操作。
三、输入输出的基本操作在计算机基础中，我们了解到输入输出操作的基本函数包括读取和写入。
读取是指从外部获取数据并传递给计算机进行处理；写入则是将计算机处理的结果传递给外部。
读取函数的基本形式如下：input(data)：从外部读取数据，存储在变量data中。
写入函数的基本形式如下：output(data)：将变量data中的数据写入外部设备，供外部环境使用。
四、输入输出的应用输入输出操作在计算机中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的输入输出操作应用场景：1. 数据采集：许多科学实验、气象观测等需要收集大量外部数据，通过输入输出操作，这些数据可以传递给计算机进行进一步的分析和处理。
清华计算机组成原理课件09输入输出设备
键盘的工作原理是将用户的按键操作转换为电信号，通过接口电路将电信号传递给计算 机。键盘的按键通常由机械结构支撑，当按键被按下时，机械结构会触发相应的电信号 。现代键盘技术不断发展，出现了各种不同类型的键盘，如机械键盘、薄膜键盘、静音
键盘等，以满足不同用户的需求。
显示器的工作原理与技术发展
总结词
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
打印机的工作原理与技术发展
要点一
总结词
要点二
详细描述
打印机作为计算机的输出设备，其工作原理是将计算机内 部的数据以纸质的形式输出。随着技术的进步，打印机的 打印速度、打印质量、打印成本等方面也在不断提升。
打印机的工作原理是利用打印头将墨水或碳粉喷射到纸张 上，形成图像。打印机的类型有很多种，如喷墨打印机、 激光打印机、热转印打印机等。随着技术的发展，打印机 的打印速度越来越快，打印质量越来越高，打印成本也越 来越低。同时，随着3D打印技术的出现和发展，打印机已 经可以用于制造各种复杂的三维物体。
输入输出设备的性能指标
传输速率
输入输出设备的传输速率是指 单位时间内传输数据的量，是
衡量设备性能的重要指标。
精度
输入输出设备的精度是指其传 输数据的准确性，精度越高， 数据失真越小。
可靠性
输入输出设备的可靠性是指其 稳定性和持久性，能够保证长 时间的正常工作。
兼容性
输入输出设备的兼容性是指其 能够支持的设备和软件范围， 兼容性越高，适用范围越广。
分类
输入输出设备可以根据其功能和传输介质的不同，分为多种类型，如键盘、鼠 标、显示器、打印机、扫描仪、摄像头等。
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⒉光笔,图形板和画笔(或游动标)输入
– 光笔拾取某光点ຫໍສະໝຸດ 显示器屏幕上的X,Y坐标.– 画笔触到图形板上的某一位置时,画笔在图形板上的位置坐 标就会自动传送到计算机中.图形板和画笔结合构成二维坐 标的输入系统。
(refresh).
为了不断提供刷新图像的信号,必须把图像存储起来,存储图像 的存储器叫“帧存储器”或“视频存储器”(VRAM). 容量和存取 周期是幀存储器的两个重要技术指标. VRAM芯片中实现了移位功 能,双端口VRAM能同时读,写图形数据.
SXGA
分辨率 640×200 640×350 640×480 800×600 1024×768 1280×1024
⒊刷新和帧存储器
CRT器件的发光是由电子束射在荧光粉上引起的,其发光亮度只 能维持大约几十毫秒.为了使人眼能看到稳定的图像,就必须在图像 消失之前使电子束不断地重复扫描整个屏幕. 这个过程叫做刷新
标准版是由13位数字组成，称为EAN-13码或长码；
缩短版EAN码是由8位数字组成，称为EAN-8码或者短码。
左手奇字符
左手偶字符
右手偶字符
E0
1
A2 N3
-4
15
36
码
7 8
9
787302 040958(见书后条形码)
0111011 0001001 0010001 0111101 0100111 0010011
1110010 1011100 1110010 1110100 1001110 1001000
说明:左侧的条形码用左手码,以“0”开始,它有两种,一种左手码它 “1”的个数是奇数,另一种为偶数.
右側的条形码只有一种右手码,以“1”开始,“1”的个数必定是 偶数.
⒎光学字符识别(OCR)技术和语音文字输入系统 – ⒈光学字符识别技术 – ⒉语音与文字输入系统 – ⒊语音识别
第九章 输入输出(I/O)设备
9.1外部设备概述 CPU和主存储器构成计算机的主体,称为主机. 主机以外 的大部分硬设备都称为外部设备或外围设备,简称外设. 它包 括常用的输入输出设备,外存储器,脱机输入输出设备. 输入输出设备
–输入设备 –输出设备 –终端设备(键盘+显示器) –数/模, 模/数转换 –多媒体 –脱机输入输出设备(软磁盘数据站)
⒈CRT
栅极: 控制电子束的强度；阳极: 对电子束进行加速； 阴极: 发出电子；聚焦极: 电子束的聚焦； 偏转线圈: 改变电子束的运动方向.
⒉平板显示器
⑴液晶显示(LCD) ⑵彩色等离子体显示(plasma display panel 简称 PDP)
二、显示技术中的有关术语
⒈图形和图像
图形(graphics): 最初是指没有亮暗层次变化的线条图. 图形学: 研究如何用计算机表示现实世界的各种事物,并且形象逼 真地加以显示
输入设备: – 键盘 – 图形输入设备(鼠标,图形板,跟踪球,操纵杆,光笔) – 图像输入设备(摄像机扫描仪,数字相机) – 条形码 – 光学字符识别 – 语言与文字输入 输出设备
– 显示器(字符,汉字,图形,图像) – 打印设备(针式打印机,激光打印机,喷墨打印机,热转
印打印机) – 绘图仪(平板式,滚筒式) – 语音输出
触摸屏根据其所采用的技术可分成5类: 电阻式,电容式,红外线式, 表面声波技术和底座式矢量压力测力技术。
⒌图像输入设备(摄像机和数字照相机) ⒈摄像机: 摄像机摄取的景物,经数字化后变成数字图像. ⒉数字照相机
⒍条形码及其技术
条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示字
符、数字及符号组成的信息。条码系统是由条码符号设计、制作 及扫描阅读组成的自动识别系统。常见的是EAN码。
9.3 输出设备—显示器
一、显示设备种类 从用途看，显示器有：
信号灯、数码管显示器、字符显示器、图形/图象显示器件。 从发展原理看，显示器件可分为： – 发光器件：阴极射线管CRT、发光二极管LED、 等离子显示器件PDP、场致发光板ELD等 – 光调制器件:液晶显示器LCD、电化学反应显示器件 等。
操纵杆:使用时用手指轻压小圆杆,显示器上的光标将按照圆杆 受力的方向在屏幕上移动。一般在底盘设置应变规片或压敏电阻 来感受圆杆所受的压力。
它们和显示器光标结合,可输入相对坐标 ⒋触摸屏
触摸屏是透明的,可安装在任何一种显示器的表面.只要用手指 (或其他东西)点一下所选择的项目,即可由触摸屏将此信息送到计 算机,显示屏上显示的项目或标题相当于“伪按键”。
– 图形板是一种二维的A/D变换器,因此图形板也称作数字化 板.坐标量测的方法有电阻式,电容式,电磁感应式和超声波式 几种.
– 游动标代替画笔与图形板配合使用时,可提高读图精度.
⒊鼠标、跟踪球和操纵杆输入
跟踪球它比较多地应用在笔记本电脑上，也称为轨迹球。这种 鼠标是典型的机械式鼠标器,跟踪球直接位于键盘上，它把这个滚 动球放在上面，通过手指对其进行转动来控制光标。
EAN码是国际物品编码协会（INTERNATIONAL ARTICLE NUMBERING ASSOCIATION）在全球推广应用的商品条码，是 定长的纯数字型条码，它表示的字符集为数字0~9。在实际应用中， EAN码有两种版本，标准版和缩短版。我国的通用商品条码与其 等效。我们日常购买的商品包装上所印的条码一般就是EAN码。
图像(image): 最初是指具有亮暗层次的图. 数字图像处理: 处理的对象多半来自客观世界.
2.分辨率和灰度级 分辨率(resolution): 显示设备所能表示的像素个数 灰度级(gray level): 所显示像素点的亮暗差别,在彩色显示器中则表 现为颜色的不同.
显示模式 CGA
EGA
VGA SVGA XGA
9.2 输入设备
⒈键盘
目前应用最普遍的一种输入设备,与CRT显示器组成终端设备.
ASCII码：每个字符是用7位二进制码表示。是128个字符组成的 字符集。其中32个控制字符,然后是空格,然后是数字,大写字母,小写 字母.
①数字0~9,高3位是011,低4位是0000~1001所以和二进制间进行转换 很容易.