第七章计算机输入输出系统与接口技术PPT课件
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输入和输出设备及接口技术概论(PPT 72页)
Vout
I1 =D1*Vref/128R
I2 =D2*Vref/64R
D1 R2
加法器电路
I3 =D3*Vref/32R
D0 R1 R0
………… 开关控制电路的I7作=用D：7*Vref/2R
开关控 将“0”值对应的开关打到地，
制电路 将“1”值对应的开关接通Vref
I= Vref*（D7/R7+D6/R6+……+D0/R0） = Vref*（D7/2R+D6/4R+……+D0/256R）
使用时要注意2个问题： 一是转换精度 二是转换时间
另外注意转换得到的模拟量是电流量还是电压 量。
分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述， 与输入数字量的位数有关。
如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2n。 意味着数/模转换器能对满刻度的2n输入量做出反应。
例如8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为 1/1024等。因此数字量位数越多，分辨率也就越高，
转换速度较快（比较次数等于A/D的位数）通常在几 S至几百S数量级。精度较高，
被转换的模拟量若频率很高（变化较快）则要加S/H电 路。
注意： 被转换的模拟量一般要通过信号调理电路，进行信号放
大、滤波。
采样/保持器
在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结 束的数字量输出，需要一定的时间，即A／D转换器的孔径 时间
一、D/A转换器及接口技术
D/A转换即是将数字量转换成对应的模拟量 常用于控制系统中。如单片机输出不同的数 字量经D/A转换后控制直流电机的转速
D/A转换的一般工作原理: D/A转换器将数字信息转换成与数值成正比的电
压/电流 常用电阻分压/分流来实现D/A转换 有权电阻解码网络与 T型解码网络两种构建方法,
输入和输出设备及接口技术概述(PPT 45页)
• 二、PP40微型打印机
• 1、PP40的接口信号
针位 信号
针位 信号 针位 信号 针位 信号
1 STROBE 10 ACK
19
GND*
28
GND*
2
DATA1
11
BUSY
20
GND*
29
GND*
3
DATA2
12
GND
21
GND* 30
GND
4
DATA3
5
DATA4
6
DATA5
7
DATA6
8
DATA7
9
DATA8
13
NC
22
GND*
31
NC
14
GND
23
GND* 32
NC
15
GND
24
GND* 33
GND
16
GND
25
GND* 34
NC
17
GND
26
GND* 35
NC
18
NC
27
GND*
36
NC
• 2、PP40的操作方式
PP40具有两种工作模式 • 文本模式 • 图案模式 • 初始加电后，为文本模式。 • 在文本模式状态下，主机将回车符（0DH）和控制2编
83H
11000110
C6H
10100001
A1H
01111001
86H
01110001
8EH
00000000
FFH
共阴极 段选码
3FH 06H 5BH 4FH 06H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 00H
《输入输出接口》课件
01 传输速率
衡量数据传输速度的重要指标，决定设备的数据处 理效率。
02 数据稳定性和可靠性
保证数据传输过程中数据稳定性和可靠性，避免数 据丢失或损坏。
03 兼容性和扩展性
设备与不同设备之间的兼容性，以及接口的扩展性， 是影响设备互通性的重要因素。
总结
输入输出接口在计算机系统中扮演着至关重要的角色，其技 术原理涉及物理连接、通信协议、数据处理和性能指标等多 个方面。只有深入了解和掌握输入输出接口的技术原理，才 能更好地应用于实际生产和工作中。
未来输入输出接口的趋势
个性化定制接 口
根据不同用户需求 定制接口功能
多功能集成接 口
整合多种接口功能， 提升设备性能
01 技术标准的统一和整合
不同设备间的兼容性与统一标准问题
02 硬件与软件协同发展
接口硬件与软件的协同设计与优化
03
创新技术的应用推 不动断探索新技术，推动输入输
出接口的创新与发展
输入输出接口的分类
并行接口
同时传输多个数据 位
通用接口
具有多种功能
串ห้องสมุดไป่ตู้接口
逐位传输数据
● 02
第2章 输入输出接口的技术 原理
输入输出接口的 物理连接
输入输出接口的物理连接包括插口、插槽等连接方式。这 些连接方式在设备之间传输数据起着至关重要的作用，而 接口标准及接口规范则规定了各种设备之间通信的准则和 规范。
输入输出接口的通信协议
数据传输方式
串行传输
通信协议
USB
通信协议
RS232
数据传输方式
并行传输
数据缓冲与缓存
数据缓冲用于临时存储数据， 以平衡不同速度设备之间的数 据传输。缓存则用来提高数据 访问速度和性能。
8071第七章输入输出接口技术第一节内容2009.01.20(第三稿)
2.I/O端口独立编址
优点：
I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 I/O指令没有存储器指令丰富
缺点：
80x86采用I/O端口独立编址
2013年8月1日星期四 中北大学《微机原理及接口技术》 37
Байду номын сангаас
2.I/O端口独立编址
特点：
00000H 内存 地址
12
7.1.3 I/O接口的主要功能
对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络
中北大学《微机原理及接口技术》 24
2013年8月1日星期四
外设接口
输入接口 输出接口 并行接口 串行接口
数字接口
模拟接口
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中北大学《微机原理及接口技术》
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输入输出接口的特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）
输出接口：
要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）
中北大学《微机原理及接口技术》
6
7.1.2 I/O接口概述
为什么需要I/O接口（电路）？
多种外设
微机的外部设备多种多样
工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作 速度方面彼此差别很大
它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路
sta_lda
基本概念
中断源：凡能向CPU提出中断请求的各种因素，同称 为中断源 CPU在任何瞬间只能接受一个中断源的请求 中断请求触发器和中断屏蔽触发器 完成触发器D：当设备欲提出中断请求时，设备本 身准备就绪，也即完成触发器D必须为“1” 中断请求触发器：发出中断请求信号 中断屏蔽触发器：屏蔽优先级较低设备的中断请 求
G1 G2A G2B
设计一个I/O端口译码器，使用一个3-8译码器给出8位 I/O端口地址20H、22H、24H、26H、28H、2AH、
2CH、2EH的译码信号。
A1 A2 A3 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 A5 G1 G2A Y4 Y5 Y6 Y7
20H 22H 24H 26H 28H 2AH 2CH 2EH
接口的分类—按传输二进制位数进行分类
并行接口 一次传送一个字节或一个字 例如：打印机 串行接口 一次传送一位二进制代码 主要用于驱动传输距离较远的设备
接口的分类 – 按I/O与主机信息传送的控制方式
程序查询方式 传输方式简单 工作中一直要占用CPU，极大地影响了CPU的工作 效率 中断 消除了程序查询方式中CPU”踏步”的现象，提高 了CPU的工作效率 CPU相应中断后，必须要停止现在运行的程序， 转入中断服务程序 为了完成I/O与主存之间交换信息，还要占用CPU 内部的一些寄存器，也是对CPU资源的浪费
I/O总线
I/O接口
………….
I/O接口
设备
：数据线 ：状态线
设备
：地址线 ：命令线
I/O总线和接口部件
接口的功能和组成
识别设备
计算机硬件基础7计算机输入输出(对应教材第7章)PPT课件
DMAC提供。
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DMA控制方式
优点： ❖ 数据传输由DMA硬件来控制，数据直
接在内存和外设之间交换，可以达到 很高的传输速率（可达几MB/秒）
21
DMA控制方式
MEM BUS
… 控制信号
HOLD
DRQ
CPU
DMAC
HLDA
外设 接口
DACK 22
DMA控制方式的工作过程
❖ 外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； ❖ DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信
❖ 例：从外设向内存传送一个字节
DMAC向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储 器的地址和存储器写信号和AEN信号。
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DMA控制方式的工作过程
❖ DMA控制器自动修改地址和字节计数 器，并判断是否需要重复传送操作。当 规定的数据传送完后，DMA控制器就 撤销发往CPU的HOLD信号。CPU检测 到HOLD失效后，紧接着撤销HLDA信 号，并在下一时钟周期重新开始控制总 线。
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五、输入输出处理机控制方式
❖ 具有自己的指令系统的专用主机 ❖ 专门负责外部设备的控制 ❖ 常用于大、中型计算机
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7.3 中断控制技术
掌握： ❖ 中断的基本概念 ❖ 中断响应的一般过程 ❖ 中断向量表及其初始化 ❖ 8088/8086中断系统
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7.3.1 中断的基本概念
❖ CPU执行程序时，由于发生了某种随机 的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中 断正在运行的程序，转去执行一段特殊 的服务程序(称为中断服务程序或中断 处理程序)，以处理该事件，该事件处 理完后又返回被中断的程序继续执行， 这一过程称为中断。
6
第7章--控制系统接口技术——输入输出通道ppt课件(全)
1. DAC0832芯片及接口电路
DAC0832是采用CMOS工艺制成的双列直插式单片8位D/A转换器，它可
直接与CPU相连，也可同单片机相连，以电流形式输出；当需要转换为电压
输出时，可外接运算放大器。DAC0832由两个数据锁存器、一个8位D/A转换
器和控制电路等组成，DAC0832内部结构如图7.14所示。
(MSB)
DI7
13 D Q
DI6
14
DI5 DI4
15 16
8位
DI3 DI2
4 5
输入
DI1 DI0
6 7 寄存器
DQ
(LSB)
ILE 19
1 2 17 18
DQ 8位 DAC 寄存器 DQ
当 当
8
12 8位
11 D/A
VREF IOUT2 IOUT1
寄存器 9
Rfb
3
AGND
Q=D 10 锁存数据
外接
图7.5 仪表放大电路图
7.1.4 前置放大器（续）
当多路输入的电平相差较悬殊时，用放大器去放大高电平和低电平的信 号，可能使低电平信号测量精度降低，而高电平则有可能超出A/D转换器的 输入范围。因此，可以设计可变增益放大器，对于各路不同大小的输入信号 ，测量放大电路的增益不相同。具有这种性能的放大器称为可变增益放大器 或者可编程放大器，如图7.6所示。常用的集成电路芯片有AD612/AD614等。
有源电流-电压变换电路是利用有源器件运算放大器和电阻电容来实现 ，如图7.3所示。利用同相放大电路，把电阻R上产生的输入电压变换为标准 的输出电压。该同相电路的放大倍数为：
A 1 Rf R1
I
0～10mA
A
《输入输出系统》课件
4 HDMI接口
HDMI接口是高清多媒体接口，用于连接显示 器、电视和其他多媒体设备。
输入输出流
1
标准输入输出流
标准输入输出流是计算机与外部世界进行基本信息交流的通道。它包括键盘输入 和屏幕输出。
2
文件输入输出流
文件输入输出流用于将数据存储到文件中或从文件中读取数据，常用于数据持久 化和数据共享。
数码相机
数码相机用于拍摄照片和录制视频，将现实世 界的图像转化为数字数据，方便存储和处理。
输出设备
显示器
显示器是最常见的输 出设备，用于显示计 算机处理后的图像、 文字和视频。
打印机
打印机将计算机中的 文档转化为纸质输出， 方便用户在无互联网 环境下查阅和分享信 息。
投影仪
投影仪可将计算机中 的图像或视频投射到 大屏幕上，方便大型 演示、教学和娱乐活 动。
喇叭
喇叭用于播放计算机 中的音频内容，为用 户提供更好的听觉体 验。
输入输出接口
1 并口接口
并口接口是传输并行数据的接口，常用于连 接打印机、扫描仪等设备。
2 串口接口
串口接口是传输串行数据的接口，常用于连 接鼠标、键盘等设备，也可连接外部设备。
3 USB接口
USB接口是通用串行总线接口，可连接各种 设备，如存储设备、音频设备和外围设备。
发展趋势
随着科技的不断进步，输入输出 系统将更加智能、便捷和高效， 给人们的生活带来更多的便利和 乐趣。
总结
通过本《输入输出系统》PPT课件，您了解了计算机的输入输出系统的定义、组成部分、各个设备和接口的分 类和作用，以及输入输出流和应用。 期望这些知识能帮助您更好地理解计算机系统，并在实际应用中发挥更大的作用。
输入输出系统由输入设备和输出设备构成，它们共同协作，使计算机能够与 人类进行信息交流，完成各种任务。
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计算机的输入/输出系统
输入输出系统的基本组成
适配器电路
适配器电路及其相应的程序称为接口
接口管理程序
将用户编制的程序（或数据）输入主机内 将运算结果返回给用户 实现I/O系统与主机之间协调地工作
输入/输出设备
CPU 和 主存
外存设备接口 显示/声音设备接口
工业控制接口 通信设备接口 输入设备控制器 输出设备控制器
控制总线：主要用于发出各种控制命令，如存储 器的读/写命令
总线的分类
数据传输线：包括地址线、数据线、控制线 中断信号线：中断请求线、中断认可线 总线仲裁信号线：总线请求线、总线请求允许线 系统线：电源线、地线、复位线 待扩充线：用于一些特殊的功能，系统扩展或保
留给用户使用
总线性能指标
总线复用：地址总线和数据总线共用一组线路， 某一时刻传输地址信号，另一时刻传送数据。
信号线数：地址总线、数据总线、控制总线的总 和
总线控制方式：包括并发工作方式、仲裁工作方 式
其它：如总线是否能扩展到64位，电源电压是 5V还是3.3V
总线的连接方式
单总线结构
I/O独立编址
主存的地址和I/O的地址是分开的，需要专门的指令进 行访问，如IN，OUT
特点 不占用主存空间 但需要专用的I/O指令
I/O接口电路
I/O接口电路的作用
实现设备的辨识和选择 实现主机和设备之间的速度匹配 实现串 -- 并格式的转换 实现电平的转换 计算机对设备的使用是通过接口发送命令实现的，
一般来讲，一次只能选择一个设备，该设备被选择后， 系统总线由该设备占用
将命令通过接口送到设备
CPU发送命令，接口中设有命令缓冲寄存器和命令译 码器。
传送数据的功能
接口处于主机和外部设备之间，通过接口才能实现主 给与外部设备之间的数据传送
接口中设置有数据缓冲寄存器，用以将数据暂存在接 口内
总线带宽：数据总线的根数，体现了总线本身能 达到的最高数据传输率
总线的传输率：总线上每秒能传输的最大字节数， 用MB/s来表示。
例如：总线的工作频率为33MHz，假设总线的宽度为 32位，则总线的传输率为 33M * 32 = 132 MB/s
时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作 的总线，称为同步总线，否则为异步总线
硬盘、磁盘、磁带、光盘 显示器、音箱 数/模、模/数转换器 调制解调器、网卡 键盘、鼠标、光笔 激光打印机、针式打印机
计算机 I/O 系统结构图
设备编码的方法
统一编址
用主存的低地址中256个字节作为设备访问的地址，采 用一般的访存指令LDA，STA就可以实现对设备的访问
特点 占用一部分存储空间，减少了用户使用主存的范围 不需要专用的I/O指令
DMA
CPU工作效率近一步提高
实现了主存和I/O设备之间的直接数据传输。
通道
用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之 间交换信息的部件，它可视为一种具有特殊功能 的处理器
通道有专用的通道指令，它能独立地址行用通道 指令编写的输入输出程序
不是一个完全独立的处理器，受CPU的I/O指令启 动、停止或改变其工作状态，是从属于CPU的一 个专用处理器
程序查询的工作方式
保存寄存器的内容 进行初始化的设置：如主机和设备之间交换数据
的数目，设置欲传输数据在主存中的首地址 取设备状态标记，看设备是否准备就绪 CPU执行I/O指令，将数据送入到设备接口中的
数据缓冲区内，同时将设备的输出状态标记复位 修改内存缓冲区地址计数器 判断数据是否传送完毕，未完成，则重新启动设
反映设备工作状态的功能
接口内设置一些反映设备工作状态的触发器，将设备 的运行情况及时地反馈到系统
接口电路的数据传送方式
接口的分类—按传输二进制位数进行分类
并行接口 一次传送一个字节或一个字 例如：打印机
串行接口 一次传送一位二进制代码 主要用于驱动传输距离较远的设备
接口的分类 – 按I/O与主机信息传送的控制方式
程序查询方式
传输方式简单
工作中一直要占用CPU，极大地影响了CPU的工作 效率
中断
消除了程序查询方式中CPU”踏步”的现象，提高 了CPU的工作效率
CPU相应中断后，必须要停止现在运行的程序， 转入中断服务程序
为了完成I/O与主存之间交换信息，还要占用CPU 内部的一些寄存器，也是对CPU资源的浪费
接口需支持系统的命令 接口监视设备的工作状态，并保存状态信息，供
CPU查询
总线连接方式的接口电路
数据线：是I/O与主机之间数据代码的传送线， 根数一般等于存储字长的位数或字符的位数
设备选择线：又称为地址线（设备号可以看作是 地址号），可以有一组，也可以有两组，一组用 于主机向设备发送设备码，另一组用于设备向主 机回送设备码。
第七章 计算机输入输出系统与 接口技术
பைடு நூலகம்
整体概况
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概况2
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概况3
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2
本章主要内容
计算机的输入输出系统 微型计算机的外部设备 微型计算机的总线技术 基本输入/输出接口 微型计算机的中断技术 微型计算机中的DMA通道
控制线：包括命令线和状态线
命令线：用以传输CPU向设备发送的各种命令 状态线：I/O设备的状态报告给主机。
I/O总线
I/O接口
………….
I/O接口
设备
：数据线 ：状态线
设备
：地址线 ：命令线
I/O总线和接口部件
接口的功能和组成
识别设备
CPU发送一个设备码，各设备的接口电路将该设备码 和自身的设备码进行比较，如果一致的话，向CPU回 送该设备码，然后系统总线由该设备占用。
备继续传输 结束打印传输，执行其它的程序
微型计算机的外部设备
键盘 鼠标 打印机 显示器 多媒体外部设备
微型计算机的总线技术
总线：CPU、主存、I/O各大部件之间的数 据传输线
系统总线的组成
数据总线：双向，用于传送数据，一般为8位、 16位、32位
地址总线：单向，指定数据所在存储单元的地址 或I/O地址