6.1 输入输出
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输入输出系统简称IO系统(与“系统”有关的文档共6张)
第六章 输入/输出系统
6.1 引 言
1. 输入/输出系统简称I/O系统
包括： I/O设备 I/O设备与处理机的连接
2. I/O系统的重要性
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 ◆ 衡量指标
第一页，共6页。
1／6
6.1 引 言
响应时间（Response Time）
够减少系统响应时间。 仍然会导致CPU处于空闲状态。 CPU性能浪费在I/O上。
第三页，共6页。
3／6
6.1 引 言
例6.1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性 能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什 么变化？
如果CPU的性能提高10倍 如果CPU的性能提高100倍
仍I/O然设会备导与致处C理P机U处的于连空接闲◆状态可。 切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
仍然会导致CPU处于空闲状态。 ◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 1 I/O系统性能与CPU性能 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： CPU性能浪费在I/O上。 ◆ 多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果 CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时 间为：
(1 - 10%)/10 + 10% = 0.19
第四页，共6页。
4／6
6.1 引 言
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的
CPU性能浪费在I/O上。 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109
6.1 引 言
1. 输入/输出系统简称I/O系统
包括： I/O设备 I/O设备与处理机的连接
2. I/O系统的重要性
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 ◆ 衡量指标
第一页，共6页。
1／6
6.1 引 言
响应时间（Response Time）
够减少系统响应时间。 仍然会导致CPU处于空闲状态。 CPU性能浪费在I/O上。
第三页，共6页。
3／6
6.1 引 言
例6.1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性 能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什 么变化？
如果CPU的性能提高10倍 如果CPU的性能提高100倍
仍I/O然设会备导与致处C理P机U处的于连空接闲◆状态可。 切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
仍然会导致CPU处于空闲状态。 ◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 1 I/O系统性能与CPU性能 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： CPU性能浪费在I/O上。 ◆ 多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果 CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时 间为：
(1 - 10%)/10 + 10% = 0.19
第四页，共6页。
4／6
6.1 引 言
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的
CPU性能浪费在I/O上。 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109
第6章 基本输入输出接口(jkbs)--0173页PPT
IN AX,DX
第6章：OUT指令实例（向300H端口输出一个字节）
；唯一的方法：间接寻址，字节量输出 MOV AL,BVAR ；BVAR是字节变量 MOV DX,300H OUT DX,AL
第6章：输入/输出指令（IN、OUT）特点
（1） 累加器AL、AX的专用指令 对输入指令IN ，目的操作数只能为AL, 或AX IN AL, 21H IN AX, DX IN BX, 21H 对输出指令OUT ，源操作数只能为AL, 或AX OUT 20H, AL OUT DX, AX OUT DX, CX
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传 送和控制任务的逻辑电路，是CPU与外界进行信息 交换的中转站。
PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路 板（适配器）都是接口电路
CPU
接口 电路
I/O 设备
第6章：6.1.1 I/O接口的主要功能
⑴ 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 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
；方法3：直接寻址，字节量输入
IN AL,21H
MOV AH,AL
IN AL,20H
；方法4：间接寻址，字节量输入
MOV DX,21H
IN AL,DX MOV AH,AL DEC DX IN AL,DX
；方法1：直接寻址，字量输入 IN AX,20H
；方法2：间接寻址，字量输入 MOV DX,20H
OUT 20H, AL
E620
IN AL, DX
输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX）
IN AL,i8 ;字节输入
IN AL,DX ;字节输入
IN AX,i8;字输入
JAva第 6 章 Java的输入输出.ppt
"rwd" 文件可读可写，并且要求每次更改 文件内容时同步写到存储设备中。
2020/8/16
2020/8/16
Java面向对象程序设计教程
9
输入输出类的分类
文件I/O ：FileInputStream 内存缓冲区I/O ：BufferedInputStream 存取I/O ：DataInputStream 管道I/O ：PipedInputStream 过滤器I/O ：FilterInputStream
2020/8/16
Java面向对象程序设计教程
10
标准流及其重定向
System.out是标准的输出流，默认情况下， 它是一个控制台。
System.in是标准输入流，默认情况下， 它指的是键盘。
System.err指的是标准错误流，它默认是 控制台。
这些流可以重定向到任何兼容的输入/输出 设备。
6.3 数据持久化
• 6.3.1 对象串行化 • 6.3.2 XML文件的输入输出 • 6.3.3 JDBC入门
6.4 文件类的应用
• 6.4.1 File类 • 6.4.2 File类应用举例
2020/8/16
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2
6.1 流输入/输出类的层次结构
流的概念
流（Stream）是有序的数据序列，它有源（输入流）与 目的（输出流）。
举例：RedirectSample.java
2020/8/16
Java面向对象程序设计教程
11
IOException及其子类
在java.io中，每一个特定的I/O错误都是 用异常IOException及其子类来报告的。
最常见的I/O异常有 FileNotFoundException、 EOFException、 InterruptedIOException、 UTFDataFormatError等。
2020/8/16
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输入输出类的分类
文件I/O ：FileInputStream 内存缓冲区I/O ：BufferedInputStream 存取I/O ：DataInputStream 管道I/O ：PipedInputStream 过滤器I/O ：FilterInputStream
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10
标准流及其重定向
System.out是标准的输出流，默认情况下， 它是一个控制台。
System.in是标准输入流，默认情况下， 它指的是键盘。
System.err指的是标准错误流，它默认是 控制台。
这些流可以重定向到任何兼容的输入/输出 设备。
6.3 数据持久化
• 6.3.1 对象串行化 • 6.3.2 XML文件的输入输出 • 6.3.3 JDBC入门
6.4 文件类的应用
• 6.4.1 File类 • 6.4.2 File类应用举例
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6.1 流输入/输出类的层次结构
流的概念
流（Stream）是有序的数据序列，它有源（输入流）与 目的（输出流）。
举例：RedirectSample.java
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11
IOException及其子类
在java.io中，每一个特定的I/O错误都是 用异常IOException及其子类来报告的。
最常见的I/O异常有 FileNotFoundException、 EOFException、 InterruptedIOException、 UTFDataFormatError等。
微机原理与接口技术输入输出接口技术
Annual Work Summary Report
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
2021
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本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)
第6章 输入/输出接口技术
2．端口编址方式 既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口 的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存 器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理， 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不 允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻 状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能 通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符，通常为8位。
第6章-并行输入输出接口
R1 R2
数据
状态 控制
CPU
I/O 接口 „
Rn
外设
图6-1
I/O接口的基本结构
根据I/O接口的功能，接口电路的典型结构如图6-1所示。接口作为 一个“桥梁”，一边连着系统总线，另一边连着外部设备，是CPU与 外设进行信息交换的中转站。
正如上图所示，每个接口部件都包含一组寄存器，CPU与外设之间 进行数据传输时，各种不同的信息（数据信息、状态信息和控制信息） 进入不同的寄存器。
数据总线（DB ） 中央 处理器 CP U 控制总线（C B ） 地址总线（AB ） I/O 接口 I/O 接口
内存储器
I/O 设备
图1-1
I/O 设备
微机系统结构示意图
一. I/O接口的定义
伴随着计算机技术的飞速发展，各种功能繁多的外设不断出现。这些 外设的组成及工作原理千差万别（机械式、电子式、光电式），所采用的 信号形式也各不相同（数字量、模拟量、开关量），工作速度差异也很大 （高速、中速、低速），„ „ 。由于它们的多样性和复杂性，使得这些 外设不可能像存储器那样直接连在系统总线上，CPU也无法直接对所有外 设进行管理与控制。因此，CPU与外设之间必须有某个中间环节，这就是
2. 独立编址方式 这种方式中，内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的。比 如在8086/8088CPU中，其内存地址是从00000H～FFFFFH连续的 1M字节，而I/O地址范围从0000H ～FFFFH ，它们相互独立，互不 影响。同时，设置了专门的IN、OUT等I/O指令。 优点： 不占用内存空间；访问I/O端口的指令格式较短，速度 快，程序可读性强。 缺点：需设置专用指令，这些指令功能较弱； CPU的I/O 控制 逻辑相对比较复杂。
数据
状态 控制
CPU
I/O 接口 „
Rn
外设
图6-1
I/O接口的基本结构
根据I/O接口的功能，接口电路的典型结构如图6-1所示。接口作为 一个“桥梁”，一边连着系统总线，另一边连着外部设备，是CPU与 外设进行信息交换的中转站。
正如上图所示，每个接口部件都包含一组寄存器，CPU与外设之间 进行数据传输时，各种不同的信息（数据信息、状态信息和控制信息） 进入不同的寄存器。
数据总线（DB ） 中央 处理器 CP U 控制总线（C B ） 地址总线（AB ） I/O 接口 I/O 接口
内存储器
I/O 设备
图1-1
I/O 设备
微机系统结构示意图
一. I/O接口的定义
伴随着计算机技术的飞速发展，各种功能繁多的外设不断出现。这些 外设的组成及工作原理千差万别（机械式、电子式、光电式），所采用的 信号形式也各不相同（数字量、模拟量、开关量），工作速度差异也很大 （高速、中速、低速），„ „ 。由于它们的多样性和复杂性，使得这些 外设不可能像存储器那样直接连在系统总线上，CPU也无法直接对所有外 设进行管理与控制。因此，CPU与外设之间必须有某个中间环节，这就是
2. 独立编址方式 这种方式中，内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的。比 如在8086/8088CPU中，其内存地址是从00000H～FFFFFH连续的 1M字节，而I/O地址范围从0000H ～FFFFH ，它们相互独立，互不 影响。同时，设置了专门的IN、OUT等I/O指令。 优点： 不占用内存空间；访问I/O端口的指令格式较短，速度 快，程序可读性强。 缺点：需设置专用指令，这些指令功能较弱； CPU的I/O 控制 逻辑相对比较复杂。
输入输出设备 IO接口
§6.1
接口概念
CPU寻址外设的两种方式： 寻址外设的两种方式： 寻址外设的两种方式 1. 存储器映射方式 存储器映射方式 端口和存储器单元同等看待， 将I/O端口和存储器单元同等看待，统一编址。 端口和存储器单元同等看待 统一编址。 即一个端口占用一个存储单元地址。 即一个端口占用一个存储单元地址。可以使用 访问内存的指令访问端口。 访问内存的指令访问端口。 优点：可以使用的访问指令类型多，使用方便， 优点：可以使用的访问指令类型多，使用方便，另 端口的地址空间较大。 外，端口的地址空间较大。 缺点：占用内存空间，访问速度慢。 缺点：占用内存空间，访问速度慢。
§6.2 CPU和I/O设备之间的接口信息 和 设备之间的接口信息
1、数据信息 、 数字量信息：离散的二进制形式数据， 数字量信息：离散的二进制形式数据，最小单位 位为一个字节(B)。 为“位(b)”，8位为一个字节 。 ， 位为一个字节 模拟量信息： 模拟量信息：用模拟电压或模拟电流幅值大小表 示的物理量。 示的物理量。 开关量：只有两个状态， 开关量：只有两个状态，“开”和“关”，用一 位二进制数即可表示。 位二进制数即可表示。
AB
控制输出寄存器 状态输入寄存器
状态
CB
接口
§6.2 CPU和I/O设备之间的接口信息 和 设备之间的接口信息
访问接口的过程描述： 访问接口的过程描述： 1. CPU先将地址信息发送到地址总线，将确定 先将地址信息发送到地址总线， 先将地址信息发送到地址总线 的控制信息发送到控制总线(打开相应端口 打开相应端口); 的控制信息发送到控制总线 打开相应端口 2. CPU传输数据信息到数据总线上等待相应端 传输数据信息到数据总线上等待相应端 口接收，或者CPU等待接口把指定端口的内 口接收，或者 等待接口把指定端口的内 容送到数据总线上(收发数据 收发数据)。 容送到数据总线上 收发数据 。
STM32通用输入输出之GPIO(STM32神舟I号开发板)
I/O
表 3：端口 C GPIO 管脚描述 描述
通用输入/输出 PC1 到 PC12 通用输入/输出 PC13 到 PC15 的 I/O 口功能有限制（同一时间内只有 一个 I/O 口可以作为输出，速度必须限制在 2MHZ 内，而且这些 I/O
口不能当作电流源（如驱动 LED））
管脚名称 PD[1:0]
6.1 通用输入/输出（GPIO） ............................................................................................1 6.1.1 管脚特性...........................................................................................................1 6.1.2 GPIO应用领域 .................................................................................................1 6.1.3 管脚分配...........................................................................................................1 6.1.4 GPIO管脚内部硬件电路原理剖析..................................................................2 6.1.5 STM32 的GPIO管脚深入分析 ........................................................................5 6.1.6 在STM32 中如何配置片内外设使用的IO端口............................................10 6.1.7 例程 01 单个LED点灯闪烁程序 ..................................................................11 6.1.8 例程 02 LED双灯闪烁实验 ........................................................................14 6.1.9 例程 03 LED三个灯同时亮同时灭 ............................................................16 6.1.10 例程 04 LED流水灯程序 ...............................................................................17
表 3：端口 C GPIO 管脚描述 描述
通用输入/输出 PC1 到 PC12 通用输入/输出 PC13 到 PC15 的 I/O 口功能有限制（同一时间内只有 一个 I/O 口可以作为输出，速度必须限制在 2MHZ 内，而且这些 I/O
口不能当作电流源（如驱动 LED））
管脚名称 PD[1:0]
6.1 通用输入/输出（GPIO） ............................................................................................1 6.1.1 管脚特性...........................................................................................................1 6.1.2 GPIO应用领域 .................................................................................................1 6.1.3 管脚分配...........................................................................................................1 6.1.4 GPIO管脚内部硬件电路原理剖析..................................................................2 6.1.5 STM32 的GPIO管脚深入分析 ........................................................................5 6.1.6 在STM32 中如何配置片内外设使用的IO端口............................................10 6.1.7 例程 01 单个LED点灯闪烁程序 ..................................................................11 6.1.8 例程 02 LED双灯闪烁实验 ........................................................................14 6.1.9 例程 03 LED三个灯同时亮同时灭 ............................................................16 6.1.10 例程 04 LED流水灯程序 ...............................................................................17
微机原理 第6章 输入和输出
14
⒈无条件传送的输入方式
数据 三 来自 外设 态 缓冲器 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
当执行： 当执行： IN AL , n
IO/M RD 图6-2 无条件传送的输入方式
15
⒉无条件传送的输出方式
74LS273 锁存器 到外设 CLK n IO/M WR 无条件传送的输出方式 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
第6章 输入和输出
6.1 概述 6.2 输入和输出的寻址方式 6.3 CPU与I/O之间的接口信号 与 之间的接口信号 6.4 CPU与外设之间数据的传送方式 与外设之间数据的传送方式
1
6.1 概 述
输入和输出设备是计算机系统的重要 输入和输出设备是计算机系统的重要 组成部分。 组成部分。
程序 原始 数据 信息
25
1. 查询输入方式
数据口 • o 输 数据 入 > 装 +5V • oR
D 数据 M / IO
o
o o
CS
RD 地址译码
A7~ A0
数据端口
去DB 状态信息
Q
状态端口 地址 译码
Ready(D4) o 状态口 o CS o o
选通 信号
›
M / IO
RD
图6-5 查询式输入接口电路
26
当输入装置数据准备好① 当输入装置数据准备好①发出一个选通信 一面把数据锁存起来,一面送 号,一面把数据锁存起来 一面送 触发器的 一面把数据锁存起来 一面送D触发器的 CLK端,将D=1打入 端,使Q=1；②CPU读入状 打入Q端 使 端将 打入 ； 读入状 态信息READY(D4) ；③当READY=1,输入数据； 输入数据； 态信息 输入数据 读入数据同时,将状态信号清零 将状态信号清零。 ④读入数据同时 将状态信号清零。 程序段如下： 程序段如下：
输入和输出设备
6.1.2 指標器
6.1.2.1 滑鼠 (2)
滑鼠的運動 是相對的 是相對的 根據「移動及點擊」的原則進行 根據「 根據 移動及點擊」 無線滑鼠 使用電池 使用電池 利用無線電波或紅外線傳送數據。 利用無線電波或紅外線傳送數據。 利用無線電波或紅外線傳送數據
6.1.2 指標器
6.1.2.2 追蹤球 (Trackball)
6.1.7.1 磁卡閱讀機
磁卡閱讀機 (Magnetic card reader) 閱讀銀行 ATM 卡背面的磁帶 閱讀銀行 磁卡只存貯客戶的帳號代碼 磁卡只存貯客戶的帳號代碼 資訊存取或更新必須在銀行的電腦中進行 資訊存取或更新必須在銀行的電腦中進行
6.1.7 鑒別設備
6.1.7.2 智能卡閱讀機
6.1 輸入設備
6.1.2 指標器 (2)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 滑鼠 追蹤球 控制桿和駕駛盤 圖形輸入板 輕觸式屏幕 觸式墊 指標棒子
6.1.2 指標器
6.1.2.1 滑鼠 (Mouse) (1)
放在手掌下移動的指標器 放在手掌下移動的指標器 兩個按鈕及中間一個小輪子 兩個按鈕及中間一個小輪子
6.1.3 掃描器/閱讀機
6.1.3.1 影像掃描器
影像掃描器 (Image scanner) 讀取印刷文件和相片 讀取印刷文件和相片 發出光線照射文件 發出光線照射文件 感應從文件反射過來的光 感應從文件反射過來的光 然後將文件轉換成數碼影像 然後將文件轉換成數碼影像 光符識別 (OCR) 分析數碼影像 分析數碼影像 翻譯成文本字元 翻譯成文本字元
6.1.3 掃描器/閱讀機
6.1.3.2 OCR 閱讀機
光符識別閱讀機 部份光符識別設備只能閱讀 OCR 字型 部份光符識別設備只能閱讀 常用的 OCR 字型是 OCR-A。 常用的 。
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CPU 接口 电路 I/O 设备
2014-5-3
6
1、接口功能
I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起信 息转换作用。应具备： ◆ 接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称 为I/O端口； ◆ 接口应有地址译码功能； ◆ 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种 信息。
2014-5-3
10
2、接口传递的信息
从0333H状态端口 读入外设状态信息
D0=1, 外设准备好？
N
Y
将一字节数据送至 0333H数据端口
2014-5-3
36
当CPU需要对多个设备 进行操作时，则CPU按 一定顺序依次查询（轮 询）。所谓的优先级问 题。先查询的外设将优 先进行数据交换。 缺点： • 不能对设备进行实时 处理 •查询过程大大降低CPU 的效率 • 外设接口始终处于被 动状态
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
2014-5-3 5
6.1.1 I/O接口（电路）
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路
PC机系统板的可编程接口芯片、 I/O总线槽的 电路板（适配器）都是接口电路
I/O接口的特点：通用性和可编程性
2014-5-3 40
4、直接存储器存取方式(DMA)
DMA（Direct Memory Access）意为直接 数据访问。它是在内存的不同区域之间，或 者在内存与外设端口之间直接进行数据传送， 而不经过CPU中转的一种数据传送方式，可以 大大提高数据的传送速度。
2014-5-3
41
(1)DMA方式与其它方式比较
2014-5-3
49
1.中断的定义
CPU在执行 主程序 程序中，被内部 或外部的事件所 打断，转去执行 中断请求 一段预先安排好 的中断服务程序； 断点 服务结束后，又 返回原来的断点， 继续执行原来的 程序.
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）
2014-5-3 43
(3)DMA传输的工作过程
由外设向DMAC 发出DMA请求 通过HOLD信号 线发出DMA请求 通过HLDA信号 发出DMA DMA 线发出DMA响应 应答信号 外 控 设 制 与内存传送数据 器 （在DMA控制器 通过HOLD信号 控制下） 线撤消DMA请求 使HLDA信号无效
2014-5-3 3
多种多样的外设
工作原理不同
机械、电子、机电、电磁……
传送信息类型多样
数字量、模拟量、开关量同
串行、并行
编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码……z
2014-5-3
4
6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
◆ I/O端口按字节（8位、16位）组织； ◆小系统中，I/O端口不超过256，可用8位地址编址；
2014-5-3 22
输入输出指令示例
【例】向300H端口输出一个字节
唯一的方法：间接寻址
mov al,n；n是字节变量 mov dx,300h out dx,al
2014-5-3
23
6.3 I/O的基本方式
8088只能通过输入输出指令与外设进行数据 交换；呈现给程序员的外设是端口（Port）， 即I/O地址 8088用于寻址外设端口的地址线为16条，端 口最多为216＝65536（64K）个，端口号为 0000H ~ FFFFH 地址线上的地址信号用 IO / M*来区分 每个端口用于传送一个字节的外设数据 IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
⑴ 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪
输入状态 N 就绪？ Y 数据交换
⑵ 传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据
2014-5-3
34
【例6.2】P140 查询方式输出数据
18
I/O端口单独编址
FFFFFH
优点： FFFFH I/O端口的地址空间独立 I/O 控制和地址译码电路相对简单 0 空间 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富
内存 空间
80x86采用I/O端口独立编址
2014-5-3
19
8088的I/O端口地址
2014-5-3 11
6.1.2 I/O接口的典型结构
I/O接口电路
数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB
数据寄存器
状态寄存器 控制寄存器
数据 状态 控制
CPU
外设
××寄存器 —— 端口
三种信息：数据信息、状态信息、控制信息。 通过数据总线DB传输。
2014-5-3
12
1. 接口电路的内部结构
2014-5-3 27
特点
例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的 I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令： MOV AL, 0
OUT
DB
80H, AL
+5V I/O 接口 (80H)
CP U
CB
2014-5-3
…
AB
30
无条件传送：实例
例6.1 P139
2014-5-3
2014-5-3 17
I/O端口与存储器统一编址
优点：
不需要专门的I/O指令 I/O 数据存取与存储器数 据存取一样灵活
00000H
缺点：
I/O 端口要占去部分内存 空间 程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
存 储 器 空 间 F0000H
FFFFFH
内存 部分
I/O 部分
2014-5-3
无条件传送 查询方式 中断方式
直接存储器存取（DMA）方式
( Direct Memory Access )
2014-5-3
25
1 无条件传送方式
实现方法
CPU不查询外设工作状态 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 程序中直接用I/O指令，完成数据传送 这种传送有前提：外设必须随时就绪 适合于简单设备 ，如开关 、发光二极管 、 LED数码管、 继电器、按键或按纽等设备。 无条件传送的接口和操作均十分简单
31
2. 查询方式
实现方法： 在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当 外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送。 外设接口与外设有三种信息交换： （1）进行传送的数据（数据端口） （2）外设的控制信号（控制端口） （3）外设的状态信息（状态端口）
2014-5-3
32
查询传送的两个环节
第6章 输入输出技术
输入输出的基本方法 如何使两者高效、可靠地进行数据传送， 中断概念、中断响应过程 是本章讨论的问题。 8088中断系统、中断向量表
2014-5-3 1
—— CPU与外设的工作速度不一致，
6.1 概述
为什么需要I/O接口（电路）？
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
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。 状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输 出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。 控制信息：CPU通过接口传递给I/O设备的信息，用 以控制I/O设备的工作，如启动、停止等。
2014-5-3
；(AL) ← (DX) ；(AL) ← (DX) ；(AH) ← (DX+1)
21
（2）输出指令 直接寻址 OUT PORT , AL OUT PORT , AX
；(PORT) ← (AL) ；(PORT) ← (AL) ；(PORT+1) ← (AH)
间接寻址 OUT DX , AL ；(DX) ← (AL) OUT DX , AX ；(DX) ← (AL) ；(DX+1) ← (AH)
主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
2014-5-3
15
6.2 I/O端口的编址
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式
I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
CPU通过不断查询外设状态，
实现与外设的速度匹配，
3、中断控制方式
CPU在启动外设开始某一操作之后，继续执行它本 身的程序。当外设数据准备就绪，向CPU提出请求， CPU在接到请求后暂时中断原来执行的程序，转去 待服务结束后又返回原程序继续执行。 主程序 中断服务程序 中断请求
主程序 中断服 务程序
1）I/O设备的功能多种多样； 2）I/O设备工作速度不同； 3）I/O设备处理的信号不同 (模拟或数字信号、 并行或串行) ； 4）I/O设备所需的控制信号不同。
2014-5-3
6
1、接口功能
I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起信 息转换作用。应具备： ◆ 接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称 为I/O端口； ◆ 接口应有地址译码功能； ◆ 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种 信息。
2014-5-3
10
2、接口传递的信息
从0333H状态端口 读入外设状态信息
D0=1, 外设准备好？
N
Y
将一字节数据送至 0333H数据端口
2014-5-3
36
当CPU需要对多个设备 进行操作时，则CPU按 一定顺序依次查询（轮 询）。所谓的优先级问 题。先查询的外设将优 先进行数据交换。 缺点： • 不能对设备进行实时 处理 •查询过程大大降低CPU 的效率 • 外设接口始终处于被 动状态
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
2014-5-3 5
6.1.1 I/O接口（电路）
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路
PC机系统板的可编程接口芯片、 I/O总线槽的 电路板（适配器）都是接口电路
I/O接口的特点：通用性和可编程性
2014-5-3 40
4、直接存储器存取方式(DMA)
DMA（Direct Memory Access）意为直接 数据访问。它是在内存的不同区域之间，或 者在内存与外设端口之间直接进行数据传送， 而不经过CPU中转的一种数据传送方式，可以 大大提高数据的传送速度。
2014-5-3
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(1)DMA方式与其它方式比较
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1.中断的定义
CPU在执行 主程序 程序中，被内部 或外部的事件所 打断，转去执行 中断请求 一段预先安排好 的中断服务程序； 断点 服务结束后，又 返回原来的断点， 继续执行原来的 程序.
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）
2014-5-3 43
(3)DMA传输的工作过程
由外设向DMAC 发出DMA请求 通过HOLD信号 线发出DMA请求 通过HLDA信号 发出DMA DMA 线发出DMA响应 应答信号 外 控 设 制 与内存传送数据 器 （在DMA控制器 通过HOLD信号 控制下） 线撤消DMA请求 使HLDA信号无效
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多种多样的外设
工作原理不同
机械、电子、机电、电磁……
传送信息类型多样
数字量、模拟量、开关量同
串行、并行
编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码……z
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6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
◆ I/O端口按字节（8位、16位）组织； ◆小系统中，I/O端口不超过256，可用8位地址编址；
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输入输出指令示例
【例】向300H端口输出一个字节
唯一的方法：间接寻址
mov al,n；n是字节变量 mov dx,300h out dx,al
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6.3 I/O的基本方式
8088只能通过输入输出指令与外设进行数据 交换；呈现给程序员的外设是端口（Port）， 即I/O地址 8088用于寻址外设端口的地址线为16条，端 口最多为216＝65536（64K）个，端口号为 0000H ~ FFFFH 地址线上的地址信号用 IO / M*来区分 每个端口用于传送一个字节的外设数据 IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
⑴ 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪
输入状态 N 就绪？ Y 数据交换
⑵ 传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据
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【例6.2】P140 查询方式输出数据
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I/O端口单独编址
FFFFFH
优点： FFFFH I/O端口的地址空间独立 I/O 控制和地址译码电路相对简单 0 空间 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富
内存 空间
80x86采用I/O端口独立编址
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8088的I/O端口地址
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6.1.2 I/O接口的典型结构
I/O接口电路
数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB
数据寄存器
状态寄存器 控制寄存器
数据 状态 控制
CPU
外设
××寄存器 —— 端口
三种信息：数据信息、状态信息、控制信息。 通过数据总线DB传输。
2014-5-3
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1. 接口电路的内部结构
2014-5-3 27
特点
例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的 I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令： MOV AL, 0
OUT
DB
80H, AL
+5V I/O 接口 (80H)
CP U
CB
2014-5-3
…
AB
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无条件传送：实例
例6.1 P139
2014-5-3
2014-5-3 17
I/O端口与存储器统一编址
优点：
不需要专门的I/O指令 I/O 数据存取与存储器数 据存取一样灵活
00000H
缺点：
I/O 端口要占去部分内存 空间 程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
存 储 器 空 间 F0000H
FFFFFH
内存 部分
I/O 部分
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无条件传送 查询方式 中断方式
直接存储器存取（DMA）方式
( Direct Memory Access )
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1 无条件传送方式
实现方法
CPU不查询外设工作状态 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 程序中直接用I/O指令，完成数据传送 这种传送有前提：外设必须随时就绪 适合于简单设备 ，如开关 、发光二极管 、 LED数码管、 继电器、按键或按纽等设备。 无条件传送的接口和操作均十分简单
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2. 查询方式
实现方法： 在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当 外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送。 外设接口与外设有三种信息交换： （1）进行传送的数据（数据端口） （2）外设的控制信号（控制端口） （3）外设的状态信息（状态端口）
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查询传送的两个环节
第6章 输入输出技术
输入输出的基本方法 如何使两者高效、可靠地进行数据传送， 中断概念、中断响应过程 是本章讨论的问题。 8088中断系统、中断向量表
2014-5-3 1
—— CPU与外设的工作速度不一致，
6.1 概述
为什么需要I/O接口（电路）？
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
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。 状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输 出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。 控制信息：CPU通过接口传递给I/O设备的信息，用 以控制I/O设备的工作，如启动、停止等。
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；(AL) ← (DX) ；(AL) ← (DX) ；(AH) ← (DX+1)
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（2）输出指令 直接寻址 OUT PORT , AL OUT PORT , AX
；(PORT) ← (AL) ；(PORT) ← (AL) ；(PORT+1) ← (AH)
间接寻址 OUT DX , AL ；(DX) ← (AL) OUT DX , AX ；(DX) ← (AL) ；(DX+1) ← (AH)
主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
2014-5-3
15
6.2 I/O端口的编址
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式
I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
CPU通过不断查询外设状态，
实现与外设的速度匹配，
3、中断控制方式
CPU在启动外设开始某一操作之后，继续执行它本 身的程序。当外设数据准备就绪，向CPU提出请求， CPU在接到请求后暂时中断原来执行的程序，转去 待服务结束后又返回原程序继续执行。 主程序 中断服务程序 中断请求
主程序 中断服 务程序
1）I/O设备的功能多种多样； 2）I/O设备工作速度不同； 3）I/O设备处理的信号不同 (模拟或数字信号、 并行或串行) ； 4）I/O设备所需的控制信号不同。