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1、1,第6章 输入输出设备与输入输出系统,2,6.1 输入输出设备概述6.1 输入输出设备人机交互设备输入设备人们可以通过它把要执行的命令和 数据等信息送入计算机。输出设备人们可以从计算机得到所需要的结 果。,3,输入输出设备简明列表 键盘 图形输入设备：鼠标器、图形板、光笔 图象输入设备：扫描仪、传真机、摄象机、数字相机 条形码阅读器 显示器（字符、图形、图象）打印机（针式、喷墨、激光）绘图仪,输入设备,输出设备,4,5.1.2 点阵式设备运行原理 以点阵式运行的设备，通常都是把某些信息例如字形、图形、图像等，以计算机用户可见的某种形式表示出来。在计算机显示器，屏幕上，这些被显示的内容是以可见
2、光的形式表现出来的。在打印纸上，通常是以“印刷”（染色）的效果表现出来。,5,点阵式设备运行共同特点：要表示的信息，最终要以平面上以可见的“形状”体现出来。而这些“形状”不管其简单还是复杂，原理上，又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的。当一些点彼此之间靠得很近时，使人看上去就像连在一起的样子。例如：把一些点安排在一条直线上，人们可看见一条直线的形状，把这些点安排在一个方框内，人们可看见一个方框的形状；若在一个英文字母字形的各位上布满点，人们就可以看见英文字母。,6,从组成各种形状的点的布局规律看，有两种情况：（1）每个被表示的对象有确定的形状（如中、西文字符、标点符号、简单的几何形状）。要
3、表示这样一些对象，可设法把这些对象的点的布局设置保存在存储器中，需要时再把它们复现出来。（2）被表示对象的点的布局没有确定的规律（如油画、照片）。要表示这样一类对象，可设法把油画或照片上所表现的连续变化的内容，在计算机指定的平面上用离散的点表示出来。简单的应用方式只需为每点分配一个二进制位来区别点的有无，例如 1表示有点，0表示无点。,7,处理一幅图中各处不同的亮暗层次的办法（单一颜色的情况）：用各处不同亮度（灰度级）来体现一幅图的层次感，即每一点可用几种不同的亮度显示。必须用多个（例如b个）二进制位（bit）来表示亮度等级S，其关系是：S=2b 亮度等级越多，表示同一幅图的数据量就越大。,8
4、,处理多种颜色图像的办法：不同颜色是用3基色按不同比例关系混合而呈现出来的。例如，为表示 256种颜色，要用8位二进制位。若希望每种基色都有256种亮度，要用38=24 个二进制位（3字节）。每个点有256256 256种颜色（真彩色）。,9,两个简单的例子：,10,11,作业4.1.点阵式设备得以广泛应用的原因是什么?答：以点阵式运行的设备，通常都是把某些信息例如字形、图形、图像等，以计算机用户可见的某种形式表示出来。其共同特点是：要表示的信息，最终要以平面上以可见的“形状”体现出来。而这些“形状”不管其简单还是复杂，原理上，又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的。当一些点彼此之间靠得很近
5、时，使人看上去就像连在一起的样子。这样的事实很容易被人接受，也不会有原理上的争议。所以点阵式设备得以广泛应用。,12,6.2 显示器设备的组成与运行原理 6.2.1 显示器设备概述 显示器设备是以可见光形式显示信息的输出设备。当前使用最多的是阴极射线管（CRT）为主体的显示器，其次是液晶显示器。按显示内容分，可分为字符显示器和图形显示器。显示器属于以点阵方式运行的设备。显示器是矩形的。沿水平方向和垂直方向分成许多像素。全部像素的数目称为分辨率。常用的分辨率有640480，800600，1024768。,13,6.2.2 CRT阴极射线管的组成和运行原理,14,显示屏阴极射线管的组成 电子枪 偏
6、转控制装置 显示屏显示信息的主体部分，由玻璃屏和涂在内壁的荧光粉薄层组成。荧光粉在电子的撞击下发处不同颜色和亮度的亮点。,15,电子枪产生电子束的部件 灯丝通电后产生热量，使阴极加热 阴极受热后释放大量电子 栅极控制电子通过栅极进入阳极的数量。构成 即控制打向荧光屏电子束的强弱，从而控制亮度 阳极加速电子束，使其有足够的动能，提高荧光屏的亮度 聚焦极对电子束聚焦，使其打在荧光屏上形成很小的亮点，保证显示的清晰度,16,偏转控制装置偏转线圈 控制电子束沿水平和垂直方向的运动轨迹，使电子束能打到屏幕的任意位置。对彩色显示器，屏幕上每一像素有3种颜色的小荧光粉组成，有3个电子枪发出来的电子束能准确打
7、到各自对应的小荧光粉点上。,17,6.2.3 CRT显示器的组成和运行原理 阴极射线管 扫描控制逻辑组成 显示存储器 字符发生器（1）扫描控制逻辑部件扫描电子束在显示屏上按某种轨迹运动。扫描控制逻辑部件控制电子束扫描轨迹的电路。逐行扫描 光栅扫描扫描方式 隔行扫描 随机扫描,在显卡上,18,光栅扫描方式 电子束在显示屏上按某种轨迹运动被称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路被称为扫描控制逻辑部件。在光栅扫描方式下，电子束要从左到右、从上到下扫描整个屏幕，扫描控制本身不必区分什么位置上有点要显示、什么位置上的点不显示，它只是控制电子束在整个屏幕上重复移动，显示的具体内容则通过另外的逻辑线路提供。,1
8、9,逐行扫描,逐行扫描是从屏幕顶端开始，依次连续扫描所有各行。,20,21,随机扫描方式 在随机扫描方式下，电子束只扫描在屏幕上有显示内容的位置，而不是整个屏幕。所以这种扫描方式画图速度快，分辨率高，主要用于高质量的图形显示器。其缺点是：它的扫描控制逻辑比较专用、复杂、产品生产批量不够大，价格较高。,22,余辉时间 电子束打在荧光粉上发出的光所持续的时间，被称为余辉时间。余辉时间的长短主要决定于荧光粉材料的特性，显示器中通常使用余辉时间比较短的这一种。为了在屏幕上有稳定的、至少人们看上去无明显闪烁感的画面，就要把显示的内容不断重复显示，每秒显示的次数，用“场”来说明，电子束扫描完整个屏幕一遍为
9、一场。目前计算机中一般选用每秒50场来显示画面。,23,显示存储器VRAM 功能：保存将显示在整个屏幕上的全部字符。保存一个字符要占用2字节：一个字节为字符ASCII码；一个字节为字符的属性（颜色、亮度等）例：若屏幕上每行显示80个字符，每屏显示25行，则要占用VRAM 80252=4000字节。在屏幕上显示字符，显示的应该是字符的字形，而表示字符的ASCII码，必须有办法从字符的ASCII码找出组成相应字符字形的点阵数据。,24,字符发生器 功能：用于保存每个可显示字符字形的点阵数据。通常ROM构成。若每个字符的字形用79个点阵表示，则每个字符数据要占有9 个字节。为能显示95个ASCII码
10、字符（含空格字符），那么应由9 95=855个字节组成。若以ASCII码为地址，就能找到保存相应字符点阵的那片存储区。从扫描过程看，每次从字符发生器读出一个字符的一个点阵行的数据（字节），当先后9 次读完9 个存储单元之后，就得到一个字符的全部点阵数据。,25,字符显示器的显示控制过程,26,屏幕像素的显示控制 VRAM、字符发生器、移位寄存器放在显示卡上，由主机CPU控制。显示控制过程:根据当前被显示字符在屏幕上的位置为地址，到VRAM中找出被显示字符的ASCII码；再用字符ASCII码和电子束所处的字符点阵行位置为地址，到字母发生器中读出该字符的点阵行数据；把字符点阵行数据送到移位寄存器，
11、通过逐位移位操作，输出被显示内容的显示点控制信号，送CRT栅极实现对屏幕像素的显示控制.,27,（2）显示器的扫描控制 扫描控制电路是显示器的重要组成部分，是整机的定时制电路。功能：控制电子束重复扫描整个屏幕，产生多种时序控制信号。组成：点振荡器 点计数器 水平地址计数器 光栅地址计数器 垂直地址计数器,28,点振荡器 是驱动源，以一定的频率提供连续的脉冲信号，每个脉冲周期对应一个像素的显示过程，故它的输出既作为视频信号移位寄存器的控制信号，又用于驱动扫描控制逻辑按照扫描的时序要求，提供不同频率关系的时序控制信号，包括在屏幕上一个点阵行中区分字符分界控制信号（由点计数器提供），正在显示的字符位
12、置控制信号及点阵行扫描结束及水平回扫控制信号（由水平计数器提供），还包括用于区分字符行和行间距的控制信号（由光栅地址计数器提供），正在显示的字符行位置控制信号及“场”扫描结束及垂直回扫控制信号（由垂直地址计数器提供）。,29,字符显示器的显示控制过程,25行，每行25字符，每字符914点阵,30,该图表示的是分辨率为720350的例子，每行显示80个字符，一屏显示25行，每个字符在屏幕上占据914个点阵（像素）位置，在这样一个区域被称为一个字符窗口，点计数器中的9和行计数器的14，用于确定窗口的大小。若一个字符用79个像素显示，则字符间距为2个像素，行间距为5个像素。水平回扫和垂直回扫过程不应
13、有任何像素，这被称为水平消隐和垂直消隐。水平回扫中的18是指水平回扫要占用显示18个字符点阵行的时间，垂直地址计数器中的1，是指垂直回扫要占用显示一行字符的时间。,31,RA3RA0,移位 寄存器 S L,字符发生器（ROM）,VRAM,&,OSC,加载控制,水平同步电路,水平消隐,行间消隐,垂直消隐,垂直同步电路,字符时钟,水平同步信号,水平同步信号,CPU控制,ASCII代码,定时控制电路,点振荡器,点计数器,光栅地址计数器,垂直地址计数器,字符显示器的显示控制过程,水平地址计数器,25行，每行80字符，每字符914点阵,32,点计数器 对点振荡器进行9 分频，提供屏幕上一个点阵行中区分字
14、符分界的控制信号和字符时钟。水平地址计数器 对点计数器进行（80+18）分频，提供正在显示的字符位置控制信号，点阵行扫描结束及水平回扫信号，水平同步信号。扫描完80个字符后，用18个字符点阵行的时间回扫到下一行的起始点。回扫期间向CRT栅极加水平消隐脉冲。,33,RA3RA0,移位 寄存器 S L,字符发生器（ROM）,VRAM,&,OSC,加载控制,水平同步电路,水平消隐,行间消隐,垂直消隐,垂直同步电路,字符时钟,水平同步信号,水平同步信号,CPU控制,ASCII代码,定时控制电路,点振荡器,点计数器,光栅地址计数器,垂直地址计数器,字符显示器的显示控制过程,水平地址计数器,25行，每行8
15、0字符，每字符914点阵,34,光栅地址计数器 对水平地址计数器的输出进行（9+5）分频，提供区分字符行和行间距控制信号。每扫描了字符点阵的9行后，形成5 行的行间消隐信号送CRT栅极。垂直地址计数器 对光栅地址计数器的输出进行（25+1）分频，提供正在显示的字符行位置控制信号、场扫描结束及垂直回扫控制信号。每扫描完25行字符后，用1行的时间回扫到屏幕左上角的起始点。回扫期间提供垂直消隐信号和垂直同步信号。,35,RA3RA0,移位 寄存器 S L,字符发生器（ROM）,VRAM,&,OSC,加载控制,水平同步电路,水平消隐,行间消隐,垂直消隐,垂直同步电路,字符时钟,水平同步信号,水平同步信
16、号,CPU控制,ASCII代码,定时控制电路,点振荡器,点计数器,光栅地址计数器,垂直地址计数器,字符显示器的显示控制过程,水平地址计数器,25行，每行80字符，每字符914点阵,36,工作过程：开始时，电子定位在屏幕左上角位置，首先去取VRAM中对应屏幕第一行第一个字符的ASCII码，接下来到字符发生器取来该字符的第一个点阵的数据并送到移位寄存器，移位过程中的输出就是显示要用的视频信号，显示完9 个像素的内容（包括字符间距）之后，再到VRAM中对应屏幕第一行的第二个字符ASCII码，接下来到字符发生器中取来该字符的第一个点阵行的数据并送到移位寄存器，如此等等，直到显示完80个字符的第一个点阵
17、行的内容，接着水平回扫；,37,再到VRAM中取对应屏幕第一行第一个字符ASCII码，接下来到字符发生器取来该字符第二个点阵行的数据送移位寄存器；，重复显示完80 个字符的第二个点阵行的内容；当显示完9 个点阵行全部数据后，第一行80个字符就被显示在第一行位置；接着执行5 个点阵行的字符行间消隐，并开始第二行的显示过程；当显示完25行之后，再执行一次垂直回扫，从而完成一屏字符的显示过程，这样的显示每秒重复50次。（每秒扫描50场）,38,2002年1月试题 一、66.对西文输出的字符设备，在计算机的内存储器中存储的是字符数据的每个字符的 码，输出（包括显示或打印）的则是每个字符的，设备在的字符
18、发生器的主要功能是解决从字符的 码和字符 间的对应关系。答案：ASCII 点阵信息 ASCII 点阵信息,39,2003年7月试题 三、3 在PC机系统中，为了使选用的CRT器件的显示器既能显示字符又能显示简单的图形，在显示接口卡中包括哪些功能部件？显示字符和显示简单的图形的运行过程的主要区别是什么？答案：包括显示存储器，字符发生器，产生视频信号的移位寄存器等。显示字符时，是通过从显示存储器取得被显示字符的ASCII码和显示属性信息，再从字符发生器找到该字符字形的相应点阵信息，并经过移位寄存器给出视频信号送到CRT器件。而显示图形时，显示存储器中存放的是图形中的每个显示点（像素）的显示属性，要
19、求显示存储器的容量足够大，它不再使用字符发生器，而是直接把图形的点阵信息经移位寄存器送到CRT器件。,40,6.2.4 CRT图形显示器（了解，自学）6.2.5 计算机终端（了解，自学）6.2.6 液晶显示器的组成和运行原理（了解，自学）,41,6.3 打印机设备的组成和运行原理 针式打印机 打印机 喷墨式打印机 激光式打印机,42,三种打印机的比较,43,6.3.1.针式打印机的组成和它打印过程 针式打印机的构成（1）机械部分：走纸机构 色带机构 打印头（2）打印控制逻辑电路：字形发生器 缓冲存储器,44,走纸机构 由步进电机驱动走纸，有压轮磨檫走纸和链式纸孔走纸两种驱动方式，每打印完一行字
20、符，走纸机构带动打印纸走一定距离。使用中切勿让两种驱动方式（如果都有）同时起作用。链式纸孔走纸驱动方式下，打印纸不会走斜。,45,色带机构 色带机构的作用是提供打印色源。色带通常被安装在色带盒内，在打印过程中，色带在传动机构的带动下不停地移动，以便使打印针比较均匀地撞击在整条色带的各个位置，减少对某一个局部的磨檫，延长色带的使用时间。,46,打印头 打印头是针式打印机中形成打字字形的关键机构。通常由纵向排列的9个打印针（多用于西文打印）或24个打印针（多用于中文打印）两种类型。（参见教材P241图）每根打印针是由具有刚性和韧性都很好的金属材料制成，可以沿着导轨前后运动；运动的动力来自电磁铁的正
21、向（前进）推动和机械弹簧的反向（后退）推动。当电磁铁的线圈中给出一个脉冲电流时将产生磁场，电磁衔铁会在这一磁场的作用下向前移动，推动打印针也向前冲击色带；当线圈中的电流消失后，磁场消失，电磁衔铁也失去作用，机械弹簧的反向推力把打印针推回原位置。,47,（2）打印控制逻辑电路 字形发生器 存放字符的点阵信息 构成 缓冲存储器 存储被打印字符的编码 字符发生器存放字符的点阵信息，包括西文、中文的点阵信息库。缓冲存储器存储CPU送来的被打印字符的编码，容量至少存储一行字符的编码。由字符的编码找到它的点阵信息是在打印机控制逻辑电路之内完成的，并用这些点阵信息控制打印针的运动。针式打印机和CRT字符显示
22、器工作原理有许多相同之处。,48,针式打印机和CRT字符显示器的差别：针式打印机用打印针撞击色带产生印染点；CRT字符显示器以整屏信息为单位连续扫描以维持稳定的显示画面，故它需要显示存储器VRAM，而针式打印机接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了；光栅扫描的CRT显示器，电子束在整个屏幕上按逐个横行的扫描方式重复，扫描完多个横行才完整显示出一行字符，针式打印机则是按逐列打印方式打印出字符的点阵列，几次后打印出一个完整的字符。,49,作业4.4.针式打印机由哪些部件组成？简述打印头的结构和打印出一个字符的原理性过程。答：针式打印机由属于机械部分的走纸机构、色带机构
23、和打印头以及属于打印控制逻辑电路的字形发生器缓冲存储器组成。打印头是针式打印机中形成打字字形的关键机构。通常由纵向排列的9个打印针或24个打印针两种类型。每根打印针是由具有刚性和韧性都很好的金属材料制成，可以沿着导轨前后运动；运动的动力来自电磁铁的正向（前进）推动和机械弹簧的反向（后退）推动。,50,打印控制逻辑电路中的字符发生器用于存放字符的点阵信息，缓冲存储器用于存储CPU送来的被打印字符的编码。由字符的编码找到它的点阵信息，并用这些点阵信息控制打印针的运动。针式打印机用打印针撞击色带产生印染点；在它接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了；它按逐列打印方式打印
24、出字符的点阵列，几次后打印出一个完整的字符。,51,2003年1月试题 三、4简要说明常规针式打印机的组成和打印一个字符的工作过程。（9分）答案：针式打印机由属于机械部分的走纸机构、色带机构和打印头以及属于打印控制逻辑电路的字形发生器缓冲存储器组成。打印控制逻辑电路中的字符发生器有于存放字符的点阵信息，缓冲存储器用于存储CPU送来的被打印字符的编码。由字符的编码找到它的点阵信息，并用这些点阵信息控制打印针的运动。针式打印机用打印针撞击色带产生印染点；在它接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了；它按逐列打印方式打印出字符的点阵列，几次后打印出一个完整的字符。,52,
25、6.3.2.喷墨印字机的组成和它的印字过程 喷墨头 充电电极 字符发生器构成 偏转电极 高压电源 纸及走纸机构 墨水泵 墨水循环流动系统：墨水容器 过滤器 收集槽,53,喷墨印字机的打印过程：墨水在墨水泵的高压作用下及压电陶瓷的高频伸缩作用下，通过喷嘴喷出墨水滴射流；墨水滴通过受字符发生器控制的充电电极区，被充电到一定的电量；充电后的墨水滴在接有高压的偏转电极的作用下，喷射到打印纸在垂直方向的位置，墨水滴在垂直方向的偏转距离取决于其充电量；水平方向的位置则由移动喷墨头完成；不偏转的墨水经回收器、过滤器、墨水容器、墨水泵循环流动。,54,6.3.3.激光印字机的组成和它的打印过程 激光印字机是激
26、光技术和电子照相技术相结合的产物。激光印字机的原理组成：走纸机构 激光扫描系统 电子照相部分 印字字形发生器 控制器,55,激光扫描系统 功能：控制激光束能扫描到字形鼓（又称光导鼓）柱面的任何位置。它由激光器、偏转调制器、扫描器和光路组成。激光器提供印字机运行所使用的光源。偏转调制器通常用声光器件（在器件内，用超声波改变媒体对光的衍射特性来改变光的传播方向）调制激光束的传播方向，扫描器实现激光束沿字形鼓的轴线重复做横向移动，激光书的纵向运动是靠字型鼓的旋转完成的。这样，通过字形鼓的旋转和激光束的水平移动，就可以扫描到柱面的任何位置。,56,电子照相部分 核心部件是字形鼓，又称光导鼓，这是一个圆
27、柱形（鼓形）的物体，柱面高度光洁，镀有一层由硒-碲合金组成（P型半导体材料）的具有良好光导特性（光线照射后电阻率降低为原来的1/100到1/1000）的材料，用于完成对打印内容的照相、显影和转印。,57,电子照相的全过程：准备阶段 照相阶段 显影阶段 转印阶段 定影阶段,58,准备阶段：开始时，通过电晕放电装置（用于使附近的空气电离）对光导鼓表面均匀地充上一层正电荷（离子化的空气分子），其表面电位可达几百伏。光导材料的内层感应出负电荷的电子，在没有光照的情况下，二者隔着光导层互相吸引，既不会中和也不会离去。,59,照相阶段：在由被打印信息控制而提供出来的激光束扫描光导鼓时，光导鼓的不同部位发生
28、了变化。在激光束照射到的部分电阻率降低，该处的电荷将被放掉；激光束未被照射到的部分的带电情况不变，这些剩下来的静电区就是被打印信息的潜像。,60,显影阶段：用的是墨粉和表面涂有树脂薄膜、直径为几百微米的玻璃珠为载体的混合物，运动中它们互相摩檫产生静电，墨粉被吸引在载体表面。当这些载体流过正经过这里的带有经典潜像信息的光导体表面时，载体表面的墨粉被潜像的静电电荷所吸引，离开载体而留到了光导体表面，从而形成了由墨粉显示出来的字形。,61,转印阶段：完成把光导体表面的字形墨粉转移到打印纸上，多数采用在打印纸的背面（打印纸的另一面贴到光导体表面）通过电晕放出与墨粉所带电荷极性相反、电位更高的电荷，通过
29、强力电场把墨粉抢到打印纸上来，这就在打印纸上有了静电吸附着的墨粉字形。,62,定影阶段：是把墨粉牢靠永久固定在打印纸上的工作。这是通过红外光加热或辐射加热的办法，要100oC的温度把墨粉熔化并凝沾在打印纸上，从而完成完整的打印过程。,63,作业4.5说明激光印字机打印一页文字的原理性的工作过程。答案：打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面充一层电荷，印字机控制器把要打印的内容（如字符）的点阵信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，当带有碳粉字形的记录鼓转动到转印装置处时，打印纸正处在记
30、录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上，加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。,64,试题一 四、2.比较针式、喷墨式、激光3类打印机各自的优缺点和主要应用场所。,65,模拟试题 四、2（试题五 三、3）（5分）说明激光打印机原理性组成和完成打印操作的运行过程；答案：激光打印机原理性组成，记录鼓，带电器，印字机控制器，碳粉盒，打印纸及其走纸机构，转印装置，加热部分等；,66,打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面充一层电荷，印字机控制器把要打印的内容（如字符）的点阵信息以激光束的形式照射到已带电
31、的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，当带有碳粉字形的记录鼓转动到转印装置处时，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上，加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。,67,6.4 计算机的输入设备 6.4.1 计算机键盘的运行原理 机械部分 组成 电子线路部分 电子线路部分的功能：识别按下的是哪一个键，并产生该键的编码；将编码从并行格式转换换为串行格式，逐位传送给计算机主机。,68,并行接口,并行接口,+5
32、V,10k,键盘,0行,1行,n行,0列,1列,2列,m列,键盘中识别闭合键的逻辑线路,69,识别闭合键的工作原理：运行时，轮流为n行中的一行接通低电位，其它行给高电位，并检查m行的各列的电位值。若所有的键都未按下，则没一列都不会与行连通，各列均为高电位。若只有一键按下，即进入闭合状态，就会把它所连接的行线和列线连通，此列线变成低电位。因此，可以一个行线和列线同时为低电位来表明一个闭合键的位置。再用行线和列线的编码去查表，就得到闭合键的编码值。实际应用中，由键盘线路板上的CPU通过并行接口为行线轮流输出一位0值，再通过另一并行接口读入列线的值以判断列线的电位情况，最后，再由CPU用行线和位线的
33、编码去查闭合键的编码码值。,70,6.4.2 鼠标设备（自学）,71,6.5 计算机输入输出系统概述主要作用：连通计算机各个功能部件和设备，在它们 之间实现数据交换。计算机总线 硬件部分输入输出系统 输入输出接口 软件部分依靠操作系统软件 的支持,72,输入输出系统应解决的问题：（1）建立系统总线，协调各部件和设备相互连通与交换信息。（2）用接口卡解决不同CPU和不同输入输出设备之间的连通、沟通、匹配、缓冲等种种需求。（3）引进程序中断方式和存储器直接访问方式，支持多个I/O设备并发（同时）执行输入输出操作，减少在输入输出操作过程中对CPU的干预，提高CPU的工作效率。,73,2004年7月试
34、题 二、填空题,3计算机输入输出子系统，通常由、和 等3个层次的逻辑部件和设备共同组成，用于连接计算机的各个部件为一体，构成完整的整机系统，在这些部件之间实现信息的相互沟通与传送。答案：计算机总线 输入输出接口 操作系统 计算机总线,74,2004年1月试题 二、填空题,2计算机输入输出系统的硬件部分主要由 和 两部分组成，软件方面则需要有 软件的支持。答案：计算机总线 输入输出接口 操作系统,75,6.6 计算机总线 6.6.1.计算机总线概述 计算机总线是在计算机各功能部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据（信息）信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。每次传输时，总线可以
35、从多个信息来源中选择其一并传输的一个（或多个）信息接收部件。对总线的要求：由于总线上往往要连接许多部件或设备，传输的距离较长，故要求总线线路有足够强的驱动能力。,76,总线的硬件组成通常用集电极开路输出的电路或输出端有高阻态输出支持的电路构成。这样的线路的输出端可以直接连接在一起，实现把多路输出中的某一路信息送到总线上。,77,总线按功能分类:数据总线（data bus，DB）地址总线（address bus，AB）控制总线（control bus，CB）,78,各种总线的功能及位数对计算机性能的影响：数据总线在计算机部件之间传送数据（指令）信息。数据总线的时钟频率和宽度（位数）的乘积正比于它
36、所支持的最大的数据输入输出能力。,79,各种总线的功能及位数对计算机性能的影响：地址总线在计算机部件之间传送地址（内存地址，I/O设备地址）信息。地址总线的宽度（位数）决定了系统可寻址的最大内存空间。若地址总线的位数为n，则最大可寻址空间为2n。例：n=20，则最大可寻址空间为220=1MB n=30，则最大可寻址空间为230=1GB,80,各种总线的功能及位数对计算机性能的影响：控制总线 给出总线周期类型、I/O操作完成的时刻、DMA周期、中断等有关控制信号。,81,总线周期：总线周期指的是通过总线完成一次内存操作或一次输入输出设备的读写操作所必需的时间。依据具体的操作性质，可以把一个总线周
37、期区分为内存读周期，内存写周期，I/O读周期，I/O写周期4种类型。更具体地讲，总线周期由两个时间段组成：地址时间，数据时间。地址时间CPU向内存I/O设备送出地址信息高地址总线。数据时间CPU完成数据读写。,82,0等待状态与等待状态 0 等待状态 被读写的内存和外设运行速度足够快，可以在一个数据周期内完成读写操作。等待状态 被读写的内存和外设的运行速度低，不能在一个数据周期内完成读写操作，须再增加一个到几个数据周期时间用于继续完成读写操作，之后才结束总线周期。,83,总线正常传送方式与Burst（急促）传送方式 正常传送方式 通过一次地址时间紧跟一次数据时间完成一个数据传送过程。Burst
38、传送方式（成组数据传送方式）通过一次地址时间跟多次数据时间，高速完成一组（多)个数据传送。例：利用主存的并行读写技术 利用一体多字结构或交叉编址技术,84,2001年7月试题 一、5.在计算机系统中，地址总线的位数新决定了内存储器 空间，数据总线的位数与它的工作频率的乘积 该总线最大的输入/输出能力。答案：最大可寻址 正比于,85,6.2.2 计算机总线构成 单总线结构总线结构方案 双总线结构 三总线结构,86,87,单总线结构 计算机使用唯一的一组总线（DB、AB、CB），计算机系统中所有的部件都连接到这组总线上。优点：结构简单，成本低，易于接入新的设备。缺点：不利于提高总线上的数据传输率。
39、因为所有部件、设备都连接到并争用这唯一的一组总线每次只能在两个部件之间传输数据（不支持对总线的并发传输操作），不同的数据传输只能串行完成。,88,在计算机中配置两组总线，即在处理机总线上通过一块扩展总线的控制线路，提供出另外一组总线（输入输出总线）,处理机总线时钟频率高，数据线位数多，实现CPU与主存间的高速数据传送；输入输出总线时钟频率较低，数据线位数较少。优点：两组总线可并发执行输入输出操作。大大提高了总线的输入输出能力和计算机的总体性能。,89,90,（3）三总线结构 计算机中配置了3组总线。处理机总线通过PCI桥控制总线，提供一组高性能的局部总线（PCI总线），PCI总线再通过扩展总线
40、控制线路提供输入输出总线。优点：三总线可并发执行输入输出操作，使总线的输入输出能力和计算机系统的总体性能得到更大的提高。,91,2002年1月试题 二、3.在计算机硬件系统中，3总线的结构比单总线的结构可以提供（A）的输入输出性能，其中处理机总线的运行脉冲频率（C），例如（H），PCI总线的脉冲频率（F），例如（I），而慢速IO总线的脉冲频率（E），例如ISA总线的脉冲频率为（K）。A.更高 B.不可比 C.最高 D.相同 E.最低 F.居中 G.更低 H.66MHz或更高 I.33MHz J.1000MHz K.8.33MHz L.4.77MHz答案：A C H F I E K,92,6.3
41、.3.总线仲裁和数据传输控制 总线仲裁：由总线仲裁逻辑线路解决多个设备竞争使用总线的管理问题。数据传输过程：总线主设备（如CPU、动态存储器的刷新逻辑、DMA接口）申请总线使用权并发出命令控制总线运行；总线从设备（如终端设备、内存储器、I/O设备）响应主设备发出的命令并执行读写操作。当多个总线并发申请总线，需由总线仲裁器（总线控制器）决定哪一个主设备取得总线使用权。但必须通过判断主设备使用总线的优先级来完成。,93,94,查询方式（仲裁办法）：每个设备都可发出使用总线的请求信号，当总线控制器检测到有总线请求且总线空闲时，则响应总线请求并送出总线可用应答信号。总线可用应当信号依次传送到各设备接口
42、。首先接到应答信号的设备若正在申请，则取得了总线使用权，并停止总线可用信号的继续传送，发出总线忙信号，撤消自己的总线申请开始数据传输。总线忙信号将维持总线可用信号，直到这次数据传输完成，由设备撤消总线忙信号，总线可用信号随之消失。当首先接收到应答信号的设备没有申请总线，它就把这一信号继续传送给下一设备，直到遇到一个正在申请总线的设备。,95,（2）数据传送控制（总线通讯控制）解决通讯双方交换数据过程中在时间上的配合关系，即同步问题。同步通信 数据传送控制 异步通信,96,同步通信 在总线上传送数据时，通信双方使用同一时钟信号进行同步。时钟信号可由CPU总线控制逻辑部件提供，称为总线时钟。可用一
43、个或几个时钟周期构成一个总线周期，每个周期完成一次数据传输。总线周期的长短，需要与被读写的部件配合好。通信双方送出与接收地址信号、控制命令信号和数据信号，都是使用这一时钟信号完成定时的，可以有比较高的数据传输率。,97,异步通信 在总线上传输数据时，允许通信双方使用自己的时钟信号，采用“应答方式”（握手方式）解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步。例如CPU有把一个通用寄存器中的内容传送给某台输出设备，必须给出I/O地址，把数据内容写进接口的输出数据寄存器（其输出端已与接收方设备的数据输入端接通），但相应的设备却无法知道数据送来的准确时刻，CPU就必须再提供一个
44、时钟信号，通知接收设备数据已发送过去，接收方设备还将用这一时钟信号作为自己接收数据的选通信号。接收设备在接收到数据之后，再向发送方送回一个回答信号，表示数据已收到。发送方将用这一回答信号结束传输过程，以便开始下一次传输。异步通信方式适用于在存取周期不同的部件之间完成数据交换。,98,作业4.6.计算机总的功能是什么？通常用什么类型的器件构成总线？为什么？从功能区分，总线由哪三部分组成？各自对计算机性能有什么影响？答：计算机总线的功能是在计算机各功能部件之间传输信息，包括传输数据（信息）信号和管理信息传输协议。通常用集电极开路输出的电路或输出端有高阻态输出支持的电路构成。这样的线路的输出端可以直
45、接连接在一起，实现把多路输出中的某一路信息送到总线上。,99,从功能区分，总线由数据总线、地址总线、控制总线三部分组成。数据总线在计算机部件之间传送数据（指令）信息，其时钟频率和宽度（位数）的乘积正比于它所支持的最大的数据输入输出能力。地址总线在计算机部件之间传送地址（内存地址，I/O设备地址）信息，其总线的宽度（位数）决定了系统可寻址的最大内存空间。控制总线给出总线周期类型、I/O操作完成的时刻，DMA周期、中断等有关控制信号，总线周期的长短决定一次内存操作或一次输入输出设备的读写操作所必需的时间。,100,7.解释下列术语：总线周期，总线周期类型，总线的等待状态，正常总线周期，burst总
46、线周期，同步传输控制，异步传输控制。总线周期：总线周期指的是通过总线完成一次内存操作或一次输入输出设备的读写操作所必需的时间。总线周期类型：依据具体的操作性质，可以把一个总线周期区分为内存读周期，内存写周期，I/O读周期，I/O写周期4种类型。,101,总线的等待状态：如果被读写的内存和外设的运行速度低，不能在一个数据周期内完成读写操作，须再增加一个到几个数据周期时间用于继续完成读写操作，之后才结束总线周期。正常总线周期：通过一次地址时间紧跟一次数据时间完成一个数据传送过程。burst总线周期：通过一次地址时间跟多次数据时间，高速完成一组（多）个数据传送。,102,同步传输控制：在总线上传送数
47、据时，通信双方使用同一时钟信号进行同步。异步传输控制：在总线上传输数据时，通信双方使用自己的时钟信号，采用“应答方式”（握手方式）解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步。,103,BIO,104,（1）数据总线 数据总线宽度为16位，用带有3态逻辑输出的门线路或触发器线路提供数据来源。数据总线通过双向3态逻辑门线路74LS245被划分为两段：分别被称为内部数据总线IB和外部数据总线OB。外部数据总线OB与静态主存的16位数据入/出管脚连接，和2路串行口Intel 8251的8位数据入/出管脚连接，串行接口使用外部数据总线的低8位。主存储器和2路串行接口向数据总线
48、送数据，都是由它们的片选信号/CS为低来控制的。,105,可以向外部数据总线送数据的还有BIO部件（2片74LS245），当控制信号/MIO和/WE都为低电平时，内部数据总线的内容将被传送到外部数据总线，提供出用于写主存或写I/O接口的数据，此时主存储器或串行口必须有一个处于写操作状态。,106,内部数据总线接收5路数据来源：指令寄存器低8位的内容，可以是I/O端口地址和相对变址的变址偏移量，送运算器的输入端，经ALU完成寻址计算送地址寄存器。8位程序状态字（C、Z、V、S、P2、P1、0、0），用于在响应中断时保护现场操作，即将其写入堆栈。运算器ALU的输出，用于指示灯显示或写入主存储器或串
49、行接口。,107,BIO,108,内部数据总线接收5路数据来源：手拨开关的状态内容，用于向ALU提供手拨数据内容或地址内容；地址可以经ALU送地址寄存器，或把手拨微指令地址直接送到Am2910的输入端。中断向量，用于把一个十六进制的跳线数据作为高12位拼接上低4位上的中断优先级（P2，P1，0，0）以形成16位的中断向量。,109,BIO,110,BIO部件的作用：保护CPU部分线路的安全。它隔断内、外部数据总线的直接连接，当进行扩展内存容量或增加新的接口芯片的教学实验时，扩展用到的芯片都接在外部数据总线上，很可能出现接线等错误。BIO部件能有效地防止这些错误烧坏CPU部分的芯片。,111,向
50、内部数据总线提供数据来源的5个部件的控制信号：由DC1 3-8译码器芯片提供。该译码器译码的控制信号G1是/MIO或WE，即仅在/MIO为高（DIO不工作）或者/WE为低（DIO不是从外部总线向内部数据总线传送数据）时，译码器正常译码，会从5路数据来源中选择一路送内部总线，否则内部总线只能接收外部总线送来的数据。,112,BIO,113,选择内部数据总线的数据来源的控制信号,114,从内部数据总线接收数据的8个部件：运算器（通过D输入端）指令寄存器IR 8 位程序状态字寄存器（用于中断返回）,115,116,117,118,3计算机CPU通常直接提供并使用3种总线，分别说明地址总线的位数、数据
