第5章输入输出系统2014
计算机组成原理考试重点
计算机组成原理第一章计算机系统概论1.概念：存储单元，存储字长,存储容量P17，机器字长P17,指令字长（P19—1.7)2.什么是指令？3.P8，冯诺依曼计算机特点，计算机结构框图，图1。
7.（P19—1。
5)第二章计算机发展及应用1。
什么是摩尔定律?第3章系统总线1．总线的概念P412．总线的分类，系统总线分类?通信总线分类？3．了解总线结构,尤其是双总线和三总线（P53）4．总线控制（重点）P57（1）总线判优控制：集中式,分布式，特点是什么呢？集中式控制：●链式查询,计数器定时查询，独立请求方式；●分别采用怎样的控制方式?（2)总线通信控制(P59）●什么是总线周期？可以分为哪些阶段？●申请分配阶段，寻址阶段,传数阶段，结束阶段各自有哪些功能？●总线通信控制的主要功能:解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调，如何配合的问题。
●四种通信方式：同步通信，异步通信,半同步通信和分离式通信。
●同步通信特点？●异步通信特点？根据应答方式的不同进行分类：不互锁方式，半互锁方式，全互锁方式.●例题:3。
2, 例题3.35课后题3.2, 3.4 3。
5 3。
6 3。
7 3。
13 3.14 3.16第4章存储器1了解主存的基本组成P722。
了解主存存储单元地址分配, 存储字长:一个存储单元存放一串二进制代码的位数。
P73 3。
概念:存储容量,存储速度，存取时间，存取周期, 存储器带宽。
4. 动态RAM的三种刷新方式：P86●集中刷新●分散刷新●异步刷新5存储器容量的扩展方式：位扩展，字扩展,位字扩展P916存储器与CPU连接（设计题）P93 例题4。
17存储器校验：汉明码校验方法P100 例题4。
4 例题4.58 Cache—主存地址映射方式: 直接映射，全相联映射、组相连映射，各自特点，例题4.8，例题4.99替换策略: 先进先出算法，近期最少用算法，随即算法10. 辅助存储器章节的概念：磁表面存储器主要技术指标：记录密度,存储容量，平均寻址时间，数据传输率,误码率P12511 循环冗余校验码CRC编码P145 例题4。
第05章IO接口
（2）状态信号
• • • • • 状态信号表明外部设备当前的工作状态，用来协调 CPU与外部设备之间的操作。 典型的状态信号：READY, BUSY 有的设备有指示出错状态的信号，如打印机的纸尽 （Paper Out），故障（Fault）。 不同的外设可以有不同的状态信号。 状态信号总是从外部设备发往CPU。
3. 数据锁存器与缓冲器
数据(状态)输入端口：
• • 必须通过三态缓冲器与系统总线相连，保证数据总线 能够正常地进行数据传送。 输入设备在完成一次输入操作后，在输出数据的同 时，产生数据选通信号，把数据打入八位锁存器 74LS273 锁存器的输出信号通过三态八位缓冲器74LS244连接 到系统数据总线。 数据端口读信号由地址译码电路产生。
端口地址在0～65535之间： 端口地址在0～65535之间： MOV DX，21H ；端口地址放入DX MOV DX，21H ；端口地址放入DX IN IN AL，DX AL，DX ；把地址为21H的端口数据 ；把地址为21H的端口数据 ；（8位）送AL中 ；（8位）送AL中 ；端口地址放入DX ；端口地址放入DX ；把地址为312H的端口数据 ；把地址为312H的端口数据 ；（16位）送AX中 ；（16位）送AX中
（2） 数据传输中的覆盖错误
输入设备完成一次输入操作后，把所获得的数据暂存 在接口内 如果在该设备完成下一次输入操作之后，CPU还没有 从接口取走数据，那么，在新的数据送入接口后，上 一次的数据被覆盖，从而导致数据的丢失 输出操作中也可能产生类似的错误 覆盖错误导致数据的丢失，易发生在高速数据传输的 场合
CPU通过地址代码来标识和选择不同的外部设备 接口对系统总线上传输的外设地址进行译码，在检测 到本设备地址代码时，产生相应的“选中”信号
第五章 5.7节 模拟电路接口技术ADC0809
2、主要性能指标 （1）、分辨率
分辨率反映A/D 转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输
出最低位(LSB)所对应的模拟输入的电平值表示。n 位A/D 能反应 1/2^n 满量程的模拟输入电平。
由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字
量的位数来表示分辨率，即n 位二进制数，最低位所具有的权值，就 是它的分辨率。
值得注意的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混
淆。即使分辨率很高，也可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其 精度不够高。
例如，ADC输出为八位二进制数， 输入信号最大值为 5V，其分辨率为： U m 19 .61mV 8
2 1
（2）、转换时间
转换时间是指完成一次A/D 转换所需的时间，即由发出启动转换
/**********(C) ADC0809.C**************/ #include <reg51.h> #include "1602.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit ADC_START=P2^0; //四个控制引脚的定义 sbit ADC_ALE =P2^1; sbit ADC_EOC =P2^2; sbit ADC_OE =P2^3; sbit D0=P0^0; //八盏灯的定义 sbit D1=P0^1; sbit D2=P0^2; sbit D3=P0^3; sbit D4=P0^4; sbit D5=P0^5; sbit D6=P0^6; sbit D7=P0^7;
AD转换速度： 500K频率：130us 640K频率：100us 分辨率：8位
4、ADC0809接口电路
bachmann操作手册翻译
与M1的控制系统,简单到复杂的控制系统可以放在一起。
此外,终端可以集成在系统和多个控制器可以通过一个控制中心联网。
下图示意性地示出的M1控制系统各部件之间的连接。
图2：M1控制系统原理图工具M1控制器一个M1控制器自主工作。
如果多个M1控制器在同一网络中,他们可以互相交流。
开发的PC开发计算机用于控制器的配置和调试开发上位机与控制器通过网络进行通信。
.终点站终端和巴赫曼电子工业电脑用于呈现信息和应用和操作机器。
该连接是由一个控制器或通过在网络中的集成。
进一步的信息：硬件〔产品说明〕> 15章"操作和观察装置〔可视化〕"单独的终单独的终端手册端手册控制站控制站是用于监视从一个中央位置的多个控制器。
先决条个人电脑和控制器之间的网络通信必须是可能的件：控制站电脑必须设置适当的软件网络> 4章"控制室联网"2M-BASE V3.91M1 control system2 Hardware structure本章提供了一个概述的各个组成部分,与控制系统可以放在一起。
个别组件的详细描述：--- 硬件〔产品说明〕背板背板用于安装单独的模块和处理器模块与其他模块之间的通信。
电源单元电源或电源模块提供硬件模块通过背板的电源。
每个背板需要电源模块。
这可以是一个自治的模块〔如nt255〕或集成电源模块〔如bes212 / N〕。
处理器模块控制器有一个处理器模块。
通过处理器模块的完整的通信和配置的控制器发生。
处理器模块的软件结构：M1控制系统> 3章"软件结构"输入/输出模块传感器或执行器与输入/输出模块连接到控制器。
总线模块对于分布式控制系统,主站和从站通过总线系统联网。
具体的模块,必须的使用取决于总线系统使用。
M1控制系统>第2.2.2"分布式控制系统"特殊模块在M1控制系统、专用模块可用于特定的应用程序。
实例：网格测量〔gmp2xx〕振动测量〔aic212〕温度测量〔ti214〕2.2不同的应用程序的变种,可根据控制系统的复杂性和应用程序。
第5章 数字信号的输入与输出
第五章数字信号的输入与输出智能仪器的信息输入、输出，可以分为数字量与模拟量。
数字量的输入输出相对较简单，对于模拟量的输入，一般信号都比较微弱，需要放大，A/D转换等。
一、常见的数字信号数字量输入信号：开关、按钮，数字式传感器，方波信号，正弦波信号等。
数字量输出：LED显示、指示灯、液压阀、继电器控制、步进电机控制等。
二、数字量信号的输入特点：1、信号的放大与变换，对于许多数字信号，是信号很弱的周期性信号，如正弦信号，三角波信号。
而输入单片机或微机中的信号一般有一定的电压幅值要求。
如光栅输出的信号就很小的正弦波。
常用的方法，先放大，然后处理。
当电压较高时，也不能直接输入，需要进行分压。
如图所示：2、隔离，对于一些输入信号，由于波动等，很容易对系统产生影响，需要采取隔离输入，常见的是光电隔离。
下图为光耦合器的结构与特性图4-16光耦合器结构与特性a)耦合器结构b)输入特性c)输出特性3、缓冲驱动，为了提高信号的驱动能力，改善信号性能，经常在输入单片机或微机前加一级缓冲，常用的是74HC244等。
4、安全保护，当输入电压变大到一定量时，会对系统造成破坏，因此，对于输入信号变化较大的情况，需要考虑安全保护。
常用稳压二极管等。
5、开关信号输入单片机中的常见方法：按键信号TLP-521-4是4路光耦，光耦前要接限流电阻，不同的光耦由于允许电流不同，限流电阻也不同。
进入单片机前，一般加驱动器74LS244。
三、数字信号的输出1、输出信号的几个问题1）功率匹配问题，单片机或微机的输出信号功率较小，要驱动不同的负载，要求的功率不同，电压不同，所以在在输出驱动时，首先关心输出的电压与功率。
如驱动发光二极管，正向电压为2－2.5V，最大电流为2－20mA，对于AT89C51，I/O口的最大灌电流10mA，因此可以直接驱动发光二极管。
8mA，则：R＝（5－2.2）/0.008=350(Ω)因此R一般选取200Ω－500Ω。
现代控制理论课后习题答案
绪论为了帮助大家在期末复习中能更全面地掌握书中知识点，并且在以后参加考研考博考试直到工作中，为大家提供一个理论参考依据，我们11级自动化二班的同学们在王整风教授的带领下合力编写了这本《现代控制理论习题集》（刘豹第三版），希望大家好好利用这本辅助工具。
根据老师要求，本次任务分组化，责任到个人。
我们班整体分为五大组，每组负责整理一章习题，每个人的任务由组长具体分配，一个人大概分1~2道题，每个人任务虽然不算多，但也给同学们提出了要求：1.写清题号，抄题，画图（用CAD或word画）。
2.题解详略得当，老师要求的步骤必须写上。
3.遇到一题多解，要尽量写出多种方法。
本习题集贯穿全书，为大家展示了控制理论的基础、性质和控制一个动态系统的四个基本步骤，即建模、系统辨识、信号处理、综合控制输入。
我们紧贴原课本，强调运用统一、联系的方法分析处理每一道题，将各章节的知识点都有机地整合在一起，力争做到了对控制理论概念阐述明确，给每道题的解析赋予了较强的物理概念及工程背景。
在课后题中出现的本章节重难点部分，我们加上了必要的文字和图例说明，让读者感觉每一题都思路清晰，简单明了，由于我们给习题配以多种解法，更有助于发散大家的思维，做到举一反三！这本书是由11级自动化二班《现代控制理论》授课老师王整风教授全程监管，魏琳琳同学负责分组和发布任务书，由五个小组组组长李卓钰、程俊辉、林玉松、王亚楠、张宝峰负责自己章节的初步审核，然后汇总到胡玉皓同学那里，并由他做最后的总审核工作，绪论是段培龙同学和付博同学共同编写的。
本书耗时两周，在同学的共同努力下完成，是二班大家庭里又一份智慧和努力的结晶，望大家能够合理使用，如发现错误请及时通知，欢迎大家的批评指正！2014年6月2日第一章 控制系统的状态空间表达式1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式 解：系统的模拟结构图如下： 系统的状态方程如下： 令y s =)(θ，则1x y =所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为1-2有电路如图1-28所示。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行
第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。
题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。
2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。
题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。
按功能和机构可分为单片机和多片机。
按组装方式可分为单板机和多板机。
单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。
单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。
题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。
运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。
题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。
Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。
题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。
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进一步提高效率，避免 在I/O时占用CPU
processor memory
需要解决访存时总线冲 突问题
CPU在总线周期结束时让 出总线
I/O Interface （DMA Controller）
I/O device
时钟周期 总线周期 指令周期
批量数据传输
总线周期
指令周期
直接内存访问DMA方式
“接口（interface）” vs. “端口（port）” 端口＝寄存器组（数据、控制、状态…） 接口＝N个端口＋控制逻辑
5.1.1 I/O接口组成
CPU MEM
数据 状态
Data Register
地址
Status Register
控制
Contral Register
Data Buffer
统仍有使用。
2、程序中断方式
中断的概念
暂停当前程序的执行，转而执行其他程序，在它们执 行完成后再恢复被中断程序的执行。
允许一个处理器“同时”执行多个任务 中断服务程序
中断方式I/O
处理器继续执行自己的任务 外设Ready后，通过接口向CPU发中断请求 CPU在当前指令执行完成后响应中断 完成数据传输后，恢复被中断程序的执行
并行，效率高，但仍然占用CPU 应用：数据采集，键盘接口，打印程序
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
3、DMA方式
“Strobe”
串行
命令字
数据字
9.09ms
0 1 1 0 1 000
起 始 位
命令字
终 止 位
2× 9.09ms
5.1.4 外围设备的定时方式
外围设备种类繁多，不同设备在速度上差异 甚远，信号格式也不尽相同，如何将不同速 度的设备与高速运转的主机相连？如何同步?
输入输出设备与CPU交换数据的基本过程
小结
内容
外设原理 I/O系统组成 I/O接口的基本特征
编址方式 同步方式 控制方式
要求
基本工作原理、流程、结构框图
课堂练习与思考：
课堂练习
1. 在统一编址方式下，下面哪一个说法正确（D ）。
A. 一个具体地址只能对应输入输出设备 B. 一个具体地址只能对应内存单元 C. 一个具体地址既可对应内存单元又可对应输入输出设备 D. 一个具体地址只对应I/O设备或者只对应内存单元。
I/O处理机方式
1、程序查询方式
检查状态标记
N Ready?
Y 传输数据
设置计数、内存首址 N
Ready?
传输一个数据 修改计数、内存首址
N 传送完？
END
由CPU控 制数据传 输的过程
一次传输 一个字节
多个设备 优先级： 查询的顺 序
处理器等 待，效率 低
程序查询方式
数据传输完全依赖于程序控制 CPU与外设之间的操作能够同步 硬件结构简单 频繁的查询动作浪费了大量宝贵的CPU时间 最古老的一种方式，目前很少使用，单片系
计算机组成原理
第五章 输入输出系统
2014年3月6日
5.1 I/O系统概述
I/O系统功能 为数据传输操作选择I/O设备 连接I/O设备与主机，完成数据交换
I/O系统组成 软件：可由系统软件（OS）或应用软件承担 输入输出过程控制：发送读写指令，检查设备状态等 用户界面 硬件：I/O接口 主机与外设之间通信：速度匹配、同步、指令、状态、 差错控制... 数据缓存
用于成组交换数据的场合 中断方式不适合于成组数据交换 由硬件执行I/O交换的工作方式 DMA控制器从CPU接管总线控制，数据交换无须
CPU干预，直接在内存以及外围设备之间进行，节 约了中断开销 需要更多硬件。
4、I/O通道方式
对大型系统，设备多，数据 传输频繁，DMA造成的总线 冲突仍然影响CPU的效率。
processor
I/O通道方式
执行专用指令，完成数据交换 I/O channel
专用处理器，受主CPU控制 （启停等）
应用：网络控制器?
Device Device
memory
I/O channel Device Device
通道方式
分担CPU的I/O 处理的功能； 通道是一个具有特殊功能的处理器IOP; 可以实现外围设备的统一管理和DMA操作 大大提高了CPU工作效率； 花费更多的硬件代价；
Contral Logic
数据 控制 状态
Peripheral Device
I/O
速度匹配、同步、指令、状态、差错控制、数据格式转换
5.1.2 I/O编址方式
计算机系统中I/O端口的编址方式 独立编址方式（direct I/O） 专用I/O端口地址，与存储器地址空间分开 采用专用I/O指令 Intel处理器所使用的方式 8086：存储空间1M(20条地址线)，I/O空间64K(16 条地址线) 存储器映射编址方式（Memory Mapped I/O） I/O端口占用一部分存储空间 使用统一的访存指令对I/O端口进行读写 某些嵌入式处理器（Embedded Processor）采用的方式 利弊：编程，指令译码
输入过程 输出过程
不同设备的定时
如何判断数据有效是外设定时的关键； 速度不同的外围设备共有三种定时；
速度极慢或简单的外围设备 慢速或中速的外围设备(异步定时) 高速的外围设备（同步定时）
定时方式
主机较外设速度快，必须同步
异步方式： Handshaking protocol
应答式（acknowledge）
Ready：就绪
Strobe：选通
I/O
串行，速度慢
接口
同步式：主机与外设采用同步时标
并行，速度快
Ready I/O 设备
Strobe
5.1.5 数据传输控制方式
程序查询方式 程序中断方式
CPU控制传递过程
直接内存访问方式（Direct memory access）
I/O通道方式
存储器映射I/O编址
CPU
单存储器-I/O总线，
没有独立的I/O指令
CPU存储器I/O控制 外设I/O控制器Cache 存储总线
外设
I/O总线
存储器
I/O适配器
ROM RAM I/O
外设
5.1.3 数据传输方式
数据传输方式
串行 并行
串行
并行
并行 CPU
I/O
I/O
接
设
口
“Ready”
备