计算机组成_ 输入输出接口(InputOutput System)_
计算机组成：输入输出接口的基本组成，功能和分类
计算机组成：输⼊输出接⼝的基本组成，功能和分类输⼊/输出接⼝的基本组成、功能和类型1．接⼝的类型在实际应⽤中，按照外部设备的⼯作原理和应⽤⽅式的不同，开发出了多种多样的输⼊/输出接⼝，可以按照不同标准对其进⾏分类。
（1）按通⽤性分类，有通⽤接⼝和专⽤接⼝。
通⽤接⼝是可供多种外设使⽤的标准接⼝，专⽤接⼝则是为某类外设或应⽤专门设计的。
（2）按外设与接⼝间的数据传送⽅式，可分为串⾏接⼝和并⾏接⼝。
主机与接⼝由内部的系统总线负责数据传输，数据总是并⾏传送的。
在并⾏接⼝中，外设和接⼝间传送数据的宽度是⼀个字节（或字）的所有位，⼀次传输的信息量⼤，但数据线的根数将随着数据宽度的增加⽽增加。
在串⾏接⼝中，外设和接⼝间的数据是⼀位⼀位串⾏传送的，⼀次传输的信息量⼩，但只需⼀根数据线。
所以，并⾏接⼝适合近距离设备与主机间的传输；串⾏接⼝⽐较适合在远程终端和计算机⽹络等设备离主机较远的场合下使⽤。
（3）按主机访问外设的控制⽅式，可分为程序查询式接⼝、程序中断接⼝、DMA接⼝，以及更复杂⼀些的通道控制器等。
（4）按功能的灵活性，可分为可编程接⼝和不可编程接⼝。
可编程接⼝的功能是可变的，通过编程可使同⼀接⼝执⾏多种不同的功能；不可编程接⼝则只能⽤硬连线逻辑来实现固定的功能。
（5）按输⼊/输出的信号类型不同，可分为数字接⼝和模拟接⼝。
数字接⼝的输⼊/输出全为数字信号，以上列举的并⾏接⼝和串⾏接⼝都是数字接⼝。
⽽模/数转换器和数/模转换器中包含模拟信号，则属于模拟接⼝。
2．接⼝的基本组成（3）按数据处理的功能进⾏分类。
除了输⼊设备和输出设备外，还有外存储器设备、多媒体设备、⽹络通信设备和外围处理机设备等多种类型。
2．⼯作特点输⼊/输出接⼝电路的内部的基本组成和外部的连接⽅式可以⽤如下图所⽰的框图来表⽰。
由图可见，主机对外部设备的控制信息看成输出数据，外部设备提供给主机读取的状态和数据信息则是输⼊数据，若在接⼝中为数据信息、控制信息和状态信息分设相应的寄存器，赋以不同的端⼝地址，这些信息便按照I/O控制信息的要求分时地由主机或外设使⽤数据总线传送到各⾃的寄存器中去，再由对⽅读取并进⾏后续操作。
输入输出接口(计算机组成)期末测试练习题
一、单选题1、下列哪条x86指令实现了把寄存器AL的内容写入端口70H？A.IN AL， 70HB.OUT 70H，ALC.OUT AL，70HD.IN 70H，AL正确答案：B2、8086系统中，假设同时发生了溢出中断，单步中断和可屏蔽中断，则哪个中断会被优先处理？A.溢出中断B.可屏蔽中断C.任意中断都有可以被优先处理D.单步中断正确答案：A二、多选题1、I/O接口的主要功能有哪些？A.设备选择B.提供联络信息C.数据缓冲D.提高处理器工作频率正确答案：A、B、C2、现代个人计算机中，哪些设备可以看做是I/O接口？A.网卡B.并口控制芯片C.南桥D.显卡正确答案：A、B、C、D3、下列哪些是无条件传送方式的特点？A.CPU不需要参与数据传输B.只适用于简单外设的操作C.控制程序简单D.操作流程较为复杂正确答案：B、C4、下列哪些是程序查询方式的特点？A.查询外设状态占用了大量的时间B.比无条件传送方式准确可靠C.CPU不需要参与数据传输D.只适用于简单外设操作正确答案：A、B5、下列关于中断控制方式的描述哪些是正确的？A.CPU不再需要参与数据传输B.需要反复检查状态位C.一定程度上满足了I/O处理的实时性要求D.CPU可以和外设并行工作，提高了工作效率正确答案：C、D6、DMA控制器初始化时，至少要配置哪些参数？A.源地址的初始值及传送时的地址增减方式B.目的地址的初始值及传送时的地址增减方式C.待传送数据的长度D.CPU的工作频率正确答案：A、B7、现代个人计算机中，哪些设备通常是自带DMA控制器的？A.键盘B.声卡C.内存D.网卡正确答案：B、D三、填空题1、请按照正确的程序查询数据输入过程，给下列各个步骤排序，正确的顺序是（）。
（答案直接填写数字，如123456）1 外设将数据发到“并行数据输入”信号线上，并将“输入准备好”信号置为有效2 接口将“输入回答”信号置为无效，等待外设输入新数据3 接口将“状态寄存器”中的状态位“输入缓冲满”置为有效4 系统初始化时，CPU执行指令，将控制字写入接口的“控制寄存器”，设置接口的工作模式5 在上述过程中，CPU反复执行指令从“状态寄存器”中读出状态字，直到发现“输入缓冲满”，然后执行指令从“输入缓冲寄存器”中读出数据6 接口发现“输入准备好”信号有效后，从“并行数据输入”信号线上接收数据，放入“输入缓冲寄存器”，并将“输入回答”信号置为有效，阻止外设输入新数据正确答案：4163522、x86 CPU的外部中断有两大类：可屏蔽中断和（）中断？正确答案：非屏蔽。
微机原理基本输入输出接口
微机原理基本输入输出接口微机原理是指计算机系统的核心部分，它包括了计算机的硬件系统和软件系统。
基本输入输出接口（Basic Input/Output System, BIOS）是计算机系统中一种重要的软件组件，它提供了计算机启动时的底层控制和管理功能，负责完成计算机硬件的初始化和自检等任务。
BIOS是存储在计算机主板上的一块ROM芯片中，它具有独立于操作系统的特点，可以提供计算机启动的基本功能。
在计算机启动时，BIOS会首先进行硬件自检，检测主要硬件设备的状态和配置情况，从而确保计算机系统的正常运行。
然后，BIOS会加载操作系统，并将控制权转交给操作系统，从而完成计算机的启动。
在计算机系统中，基本输入输出接口主要包括以下几个方面：1.键盘和显示器接口：计算机通过键盘接口接收用户的输入，通过显示器接口向用户展示计算机系统的状态和结果。
BIOS负责键盘和显示器的初始化和管理，确保键盘和显示器正常工作。
2.磁盘接口：计算机通过磁盘接口与硬盘、光盘、软盘等外部存储设备进行数据交换。
BIOS负责硬盘、光盘、软盘的初始化和管理，使它们能够被操作系统正确识别并使用。
3.串口和并口接口：计算机通过串口和并口接口与外部设备进行数据交换，如打印机、调制解调器等。
BIOS负责串口和并口的初始化和管理，确保它们能够正确地与计算机通信。
4.时钟和定时器接口：BIOS通过时钟和定时器接口提供计算机系统的日期、时间和时钟信号等。
这些信息在操作系统运行过程中起着重要的作用，如文件时间戳、进程调度等。
5.中断和DMA接口：计算机系统中有许多硬件设备需要及时响应，如键盘输入、网络数据传输等。
BIOS通过中断和DMA接口实现硬件设备与操作系统的交互，确保及时处理硬件设备的请求。
基本输入输出接口通过这些接口与计算机系统的其他部分进行交互，提供了计算机系统的基本输入和输出功能。
它是计算机启动和运行的基础，保证了计算机系统的正常工作。
同时，基本输入输出接口也是计算机硬件设备和操作系统之间的桥梁，实现了二者之间的交互和通信。
输入输出接口
可以在一些专业级视频工作站/编辑卡专业级视频设备或高档影碟机等家电上看到有YUV YCbCr Y/B-Y/B-Y 等标记的接口标识，虽然其标记方法和接头外形各异但都是指的同一种接口色差端口(也称分量视频接口)。它通 常采用YPbPr和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。由上述关系可知，我 们只需知道Y Cr Cb的值就能够得到G的值(即第四个等式不是必要的)，所以在视频输出和颜色处理过程中就统一 忽略绿色差Cg而只保留Y Cr Cb，这便是色差输出的基本定义。作为S-Video的进阶产品色差输出将S-Video传输 的色度信号C分解为色差Cr和Cb，这样就避免了两路色差混合解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大 带宽，只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，这就最大限度地缩短了视频源到显示器 成像之间的视频信号通道，避免了因繁琐的传输过程所带来的图像失真，所以色差输出的接口方式是各种视频输 出接口中最好的一种。
S-Video(S端子，Separate Video)，S端子也叫二分量视频接口，一般采用五线接头，它是用来将亮度和色 度分离输出的设备，主要功能是为了克服视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰。S端子的亮度和色度分离 输出可以提高画面质量，可以将电脑屏幕上显示的内容非常清晰地输出到投影仪之类的显示设备上。
DVI数字端子比标准VGA端子信号要好，数字接口保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到监视器的 传输过程中数据的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的图像。
（RCA）接口
也称AV接口，通常都是成对的白色的音频接口和黄色的视频接口，它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接， 使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相应接口连接起来即可。AV接口实现了音频和视频的分离传输，这就避 免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降，但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频 信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号 的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。AV还具有一定生命力， 但由于它本身Y/C混合这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。
计算机组成原理基础知识-输入输出系统
计算机组成原理基础知识-输⼊输出系统四.输⼊输出系统--输⼊输出系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成--I/O设备 输⼊设备：完成输⼊程序、数据、命令等功能：键盘、⿏标、触摸屏、其他 输出设备：显⽰设备、打印设备 其他I/O设备：终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备等--I/O接⼝ 接⼝可以看做是两个系统或两个部件的交接部分 接⼝的功能：选址功能、传送命令的的功能、传送数据的功能、反应I/O设备状态的功能 接⼝类型：按不同⽅式分类有以下⼏种： 按数据传送⽅式分类：有并⾏接⼝和串⾏接⼝ 按功能选择的灵活性分类：有可编程接⼝和不可编程接⼝ 按通⽤性分类：有通⽤接⼝和专⽤接⼝ 按数据传送的控制⽅式分类：有程序型接⼝和DMA型接⼝--I/O设备与主机交换信息（信息传送）的控制⽅式 共五种：程序查询⽅式、程序中断⽅式、直接存储器存取⽅式（DMA）、I/O通道⽅式、I/O处理机⽅式（此处只了解前三种） -程序查询⽅式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从⽽控制I/O设备与主机交换信息 -程序中断⽅式：计算机在执⾏程序的过程中、当出现异常情况或特殊请求时，计算机停⽌现⾏程序的运⾏，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后在返回到现⾏程序的中断处，继续执⾏原程序，这就是中断。
把实现中断所需的软硬件技术统称为中断技术 中断服务程序流程：保护现场、中断服务、恢复现场、中断返回 -DMA：直接存储器存取⽅式 在DMA⽅式中，主存与I/O设备之间有⼀条数据通路。
主存与I/O设备交换信息时，⽆需调⽤中断服务程序 通常DMA与主存交换数据时采⽤如下三种⽅式 停⽌CPU访存、周期挪⽤（或周期窃取）、DMA与CPU交替访问。
了解电脑的输入输出接口
了解电脑的输入输出接口电脑作为现代人类生活中不可或缺的工具，已经成为了人们日常办公、学习、娱乐等各方面的必需品。
但是，电脑的输入输出接口却是一个常常被忽视的问题。
本文将会对电脑输入输出接口进行深入的了解和分析。
一、什么是电脑输入输出接口？电脑所谓的输入输出接口，简单可以理解为电脑与外界设备进行信息交互的口。
也就是说，数据交换要通过这些“口”去实现。
电脑可以通过各种口与其他设备进行数据传输和信息交互。
通俗一点说，输入接口即接受外设输入数据的接口，如键盘、鼠标等。
输出接口即输出数据的接口，如显示器、打印机等。
这些接口让我们能够更方便地使用电脑，提高了效率和体验。
二、电脑的常见输入接口1. USB 接口USB（Universal Serial Bus）是电脑中最为常见的输入接口之一，由于其性价比高，适用范围广等优点，在各类电子产品中得到了广泛应用。
目前，USB 接口的标准已经发展到了 USB 3.2 Gen 2x2 ，可传输速率高达20 Gbps。
2. 鼠标和键盘接口鼠标和键盘是电脑输入设备的重要组成部分，它们传统上都是通过PS/2 接口与电脑连接的。
不过在现代电脑中，大部分都已经转为 USB 接口。
另外，蓝牙连接也是键鼠设备的新方向。
3. 音频线音频线是一种连接电脑音频输出和音响设备之间的接口。
现在电脑中一般都有几个音频接口，用于耳机、音响的连接。
音频线的接口有3.5毫米和6.35毫米两种。
三、电脑的常见输出接口1. HDMI 接口HDMI（High Definition Multimedia Interface）是常用的一种影音接口标准，可传输高清视频和多声道音频信号，能够将电脑的高清画面传输到电视或投影仪等输出设备上。
2. DVI 接口DVI（Digital Visual Interface）是一种数字化的视频输出接口，是目前传输图像质量最好的显示输出接口之一。
DVI 接口被广泛应用于液晶显示器和投影机的连接。
计算机英语组成原理
计算机组成原理中英对照COMPUTER HARDWARE 计算机硬件Computer systems consist of hardware and software. Hardware is the physical part of the system. Once designed，hardware is difficult and expensive to change. Software is the set of programs that instruct the hardware and is easier to modify than hardware.计算机系统由硬件和软件组成。
硬件是系统的物理部分。
硬件一旦设计完毕，要修改是困难的，并且花费也大。
软件是指挥硬件的程序集合，比硬件容易修改。
Every computer has four basic hardware components：每台计算机都有如下4种基本硬件部件：•Input devices．输入设备•Output devices.输出设备•Main memory.主存储器•Central processing unit（CPU）．中央处理器A PROCESSOR 处理器A processor is composed of two functional units—a control unit and an arithmetic/logic unit—and a set of special workspaces called registers．处理器由两个功能部件（控制部件和算术逻辑部件）与一组称为寄存器的特殊工作空间组成。
The Control Unit控制部件The Arithmetic and Logic Unit算术逻辑部件Registers寄存器MEMORY SYSTEMS 存储系统Memory Devices存储器RANDOM-ACCESS MEMORY随机存储器READ-ONLY MEMORY只读存储器MAGNETIC DISKS磁盘CD-ROMS只读光盘MAGNETIC TAPE磁带INPUT/OUTPUT SYSTEM 输入输出（I/O系统）Programmed I/O（程序控制I/O）Programmed I/O，also known as direct I/O，is accomplished by a program executing on the processor itself to control the I/O operations and transfer the data．程序控制I/O，又称直接I/O，由在处理器上执行的程序去控制I/O操作和传送数据。
输入输出系统设备
输入输出系统设备输入输出系统设备（Input/Output System Devices，简称I/O设备）是计算机系统中起到输入和输出数据的作用的硬件组件。
这些设备使得用户可以与计算机进行交互，并将数据从计算机系统中传输到外部设备，或将数据从外部设备输入到计算机系统中。
本文将介绍一些常见的输入输出系统设备。
键盘键盘是最常见的输入设备之一。
它包含一系列按键，用于输入字符和命令。
键盘通过与计算机主机进行连接，将按键所产生的电信号传输到计算机系统中。
计算机系统会将这些电信号转换为对应的字符或命令，并将其发送到应用程序中进行处理。
键盘通常具有标准键盘布局，包括字母键、数字键、功能键等。
鼠标鼠标是另一个常见的输入设备，它通过控制光标的移动来实现与用户的交互。
鼠标通常包含左键、右键和滚轮，可以通过点击和拖动来选择和操作屏幕上的对象。
鼠标通过与计算机主机进行连接，将鼠标的移动和点击动作转换为计算机能够理解的指令。
计算机系统根据这些指令的输入来完成相关操作。
显示器显示器是输出设备，用于将计算机系统中的图像和文字显示给用户。
显示器通常采用液晶显示技术，可以显示高分辨率的图像。
用户可以通过显示器来观看视频、浏览网页、编辑文档等。
显示器通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的图像和文字数据，并将其显示在屏幕上。
打印机打印机是一种输出设备，用于将计算机系统中的图像和文字打印到纸张上。
打印机通常通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的打印指令，并将其转换为实际的打印输出。
打印机可以打印单页文档，也可以打印多页文档。
打印机的类型包括喷墨打印机、激光打印机等。
扫描仪扫描仪是一种输入设备，用于将纸质文档转换为数字化的图像。
扫描仪通过与计算机主机进行连接，接收计算机系统发送的扫描指令，并将扫描得到的图像数据传输到计算机系统中。
扫描仪可以扫描纸质文档、照片等，并将其转换为计算机系统可以识别和处理的数字化数据。
音频输入输出设备音频输入输出设备用于处理和控制计算机系统中的声音。
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◦ ……
本节小结
输入输出接口 的编址方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
本节主题
中断控制方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
问题举例
如何及时发现并 收到键盘的输入： 1、不断地查询？ 2、间歇地查询？ 3、其它方法？
I/O控制方式
I/O控制方式的含义
◦ 主机与外设之间的数据传送控制方式
MOV DX, 288 IN AL, DX IN AX, DX OUT DX, AL OUT DX, AX
I/O指令的地址译码过程示例
示例指令：OUT 21H, AL
地址：00000H~7FFFFH 地址：00H~1FH 地址：20H~3FH
存储器1 I/O接口1
M/IO=0; A=21H
微处理器
100 …… 011 …… 010 …… 001 …… 000 存储单元
I/O 地址空间
存储器 地址空间
整个 地址空间
模型机采用了统一编址的方式
存储器
0000 01010101
.…
……..
0111 01010101
控制 逻辑 地址 译码器
MAR MDR
输入输出
8个小灯泡
1110 xxxxxxxx 1111 xxxxxxxx
I/O控制方式的分类
1. 程序控制方式 2. 中断控制方式 3. 直接存储器访问(DMA)方式
数据输入过程（中断控制方式）
① 系统初始化时，CPU执行指令，将控制字写入接口的“控制寄存器”，设置 接口的工作模式
② 外设将数据发到“并行数据输入”信号，并将“输入准备好”信号置为有效 ③ 接口发现“输入准备好”信号有效后，从“并行数据输入”信号接收数据，
本节主题
输入输出接口 的编址方式
北京大学 · 慕课 计算机组成
制作人：陆俊林
输入输出接口（I/O接口）的基本结构
地址总线ABus
I/O 微处理器（CPU）
存储器
数据输入寄存器 数据输出寄存器
接 状态寄存器 口 控制寄存器
中断控制逻辑
数据总线DBus
控制总线CBus
外设
I/O端口及其编址方式
I/O端口
端口地址大于255
◦ 间接寻址：用DX的内容指定端口地址
IN：直接寻址 IN：间接寻址 OUT：直接寻址 OUT：间接寻址
76543210 1110010w
1110110w 1110011w 1110111w
76543210 port
port
IN AL, 80H IN AX, 80H OUT 80H, AL OUT 80H, AX
I/O端口和存储器分开编址
假设地址宽度为3，一个分开编址的地址空间划分示例
111 存储单元 110 …… 101 ……
100 …… 011 ……
010 …… 001 …… 000 存储单元
存储器 地址空间
11 I/O端口
10 …… 01 …… 00 I/O端口
I/O 地址空间
I/O指令说明
IN指令（输入）
缺点
◦ 由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而使存储地址空间减小 ◦ 由于利用访问存储器的指令来进行I/O操作，指令的长度通常比单独I/O
指令要长，因而指令的执行时间也较长
分开编址的特点
优点
◦ I/O端口不占用存储器地址，不会减少用户的存储器地址空间 ◦ I/O指令编码短，执行速度快 ◦ I/O指令的地址码较短，地址译码方便 ◦ 采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解
系统总线
（CPU）
存储器2 I/O接口3
I/O 2
0:数据输入寄存器
1:数据输出寄存器
接 2:状态寄存器 口 3:控制寄存器
4:中断控制逻辑
地址：80000H~FFFFFH
地址：40H~5FH
I/O端口和存储器统一编址
假设地址宽度为3，一个统一编址的地址空间划分示例
111 I/O端口 110 I/O端口 101 存储单元控制 逻辑 地址 译码器
MAR MDR
8个手动开关
控制电路 指令译码
IR PC MAR MDR R0
Rn-1 Y
X
B
ALU
CPU
内 部 总 线
FZ
统一编址的特点
优点
◦ 可以用访问存储器的指令来访问I/O端口，访问存储器的指令功能比较齐 全，可以实现直接对I/O端口内的数据进行处理
◦ 可以将CPU中的I/O操作与访问存储器操作统一设计为一套控制逻辑，简 化内部结构，同时减少CPU的引脚数目
口
控制寄存器
中断控制逻辑
常见的I/O端口编址方式
I/O端口和存储器分开编址
◦ I/O映像的I/O方式，I/O Mapped I/O ◦ x86体系结构采用该方式
I/O端口和存储器统一编址
◦ 存储器映像的I/O方式，Memory Mapped I/O ◦ ARM、MIPS、PowerPC等体系结构采用该方式
◦ 格式：IN AC, PORT ◦ 操作：把外设端口的内容输入到AL或AX
OUT指令（输出）
◦ 格式：OUT PORT, AC ◦ 操作：把AL或AX的内容输出到外设端口
微
存储器
I/O 接口
外设
处
理
系统总线
器
IN/OUT指令的寻址方式和示例
端口地址为0~255
◦ 直接寻址：用一个字节立即数指定端口地址 ◦ 间接寻址：用DX的内容指定端口地址
◦ I/O接口内部包含一组称为I/O端口的寄存器 ◦ 每个I/O端口都需有自己的端口地址（或称端口号），以便CPU访问
I/O端口的编址方式
◦ 在计算机系统中，如何编排I/O接口的端口地址？
微处理器 （CPU）
存储器1
I/O接口1
系统总线
存储器2
I/O接口3
数据输入寄存器
I/O 2
数据输出寄存器
接
状态寄存器
⑤ CPU收到中断请求后，进入中断服务程序，执行指令从“状态寄存器”中 读出状态字，发现“输入缓冲满”，因此执行指令，从“输入缓冲寄存器” 中读出数据
⑥ 接口将“输入回答”信号置为无效，等待外设输入新数据
CPU
系统 总线
并 0:输入缓冲寄存器
行 接
1:输出缓冲寄存器
口 2:状态寄存器
电 3:控制寄存器
放入“输入缓冲寄存器”，并将“输入回答”信号置为有效，阻止外设输入 新数据
外设 （输入设备）
CPU
系统 总线
并 0:输入缓冲寄存器
行 接
1:输出缓冲寄存器
口 2:状态寄存器
电 3:控制寄存器
路 4:中断控制逻辑
并行数据输入 输入准备好
输入回答
数据输入过程（中断控制方式）
④ 接口通过“中断控制逻辑”向CPU发出中断请求信号，并将“状态寄存器” 中的状态位“输入缓冲满”置为有效