第9章：輸入輸出系統(tǒng)

1、 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及各種信息數(shù)據(jù)的不斷膨脹，為處理大量復(fù)雜且多樣化的信息數(shù)據(jù)，外設(shè)的種類也越來(lái)越多，且結(jié)構(gòu)各異。為了實(shí)現(xiàn)主機(jī)和這些外設(shè)之間速度的匹配、不同數(shù)據(jù)格式的成功轉(zhuǎn)換以及滿足人們對(duì)容量與速度永無(wú)止境的追求，輸入輸出系統(tǒng)也在不斷地改進(jìn)與發(fā)展。輸入輸出系統(tǒng)已在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占有非常重要的地位，直接涉及到一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合處理能力和性價(jià)比。 I/O系統(tǒng)一般由： （1）I/O設(shè)備（外設(shè)） （2）I/O接口 （3）I/O管理部件（設(shè)備控制器） （4）有關(guān)軟件。四個(gè)部分組成。從而實(shí)現(xiàn)兩大功能：（1）為數(shù)據(jù)傳輸操作選擇I/O設(shè)備。（2）在選定的I/O設(shè)備和主機(jī)之間交換

2、信息。 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，外設(shè)種類繁多，各類設(shè)備的組成、工作原理也各不相同，與主機(jī)的連接方式也千差萬(wàn)別。因此，外設(shè)成了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最具有復(fù)雜性和多樣性的部分。第第9 9章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng) 1 1 概述概述 一、I/O系統(tǒng)的發(fā)展和分類1、分類 （1）外存 （2）常規(guī)I/O設(shè)備 （3）自控、程控和各種檢測(cè)設(shè)備（工廠） （4）數(shù)據(jù)通信設(shè)備和遠(yuǎn)程終端（網(wǎng)絡(luò)）2、發(fā)展（1）早期的I/O設(shè)備比較簡(jiǎn)單，每個(gè)設(shè)備都有一套獨(dú)立的線路與CPU相連，完全受CPU控制，與CPU串行工作。由于它們獨(dú)自與CPU相連，設(shè)備的增刪都較為困難。（）于是出現(xiàn)了接口模塊。（如下圖） 從圖中可以看出：每一個(gè)設(shè)備通過(guò)接口

3、電路與CPU相連。設(shè)備與CPU交換信息時(shí)，以中斷方式進(jìn)行，提高了CPU的效率，但仍需CPU干預(yù)。（3）DMA方式在內(nèi)存和I/O 設(shè)備之間專門開辟一條通道，讓它們直接交換信息而不受CPU干預(yù)，從而進(jìn)一步提高了CPU的利用率，但要增設(shè)專門的控制硬件DMAC（DMA控制器），增加了成本。（4）通道方式專門設(shè)計(jì)一個(gè)通道控制器來(lái)代替CPU管理I/O工作，這樣CPU的效率更高，后來(lái)又出現(xiàn)了I/O處理機(jī)。以上是從提高CPU效率方面看I/O設(shè)備的發(fā)展。從主機(jī)與I/O設(shè)備的價(jià)格比，也可以看出I/O的發(fā)展：從上表可以看出：（1）在計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，I/O設(shè)備所起的作用越來(lái)越重要（2）I/O設(shè)備的發(fā)展跟不上主機(jī)的

4、發(fā)展，要花費(fèi)相當(dāng)大的成本在I/O設(shè)備上。年代主機(jī)價(jià)格I/O設(shè)備價(jià)格60年代初3170年代1180年代1310二、I/O子系統(tǒng)的組成1、I/O軟件（1）I/O指令：專門的I/O指令，格式如下圖其中：操作碼（OP）:區(qū)分I/O指令與其它指令 命令碼（CMD）：具體的I/O操作 設(shè)備碼（Dn）：設(shè)備的具體編號(hào)。設(shè)備碼可視為地址碼 在接口電路中，通常有多個(gè)可由CPU進(jìn)行讀寫操作的寄存器，叫做“端口”，不同計(jì)算機(jī)對(duì)端口的編址方式不同。與內(nèi)存統(tǒng)一編址：訪內(nèi)指令 將端口地址與存儲(chǔ)單元統(tǒng)一編址。使用訪存指令就可訪問(wèn)端口，尋址類型多，但要占用存儲(chǔ)器空間，速度慢。獨(dú)立編址：專門的I/O指令 給各端口提供與存儲(chǔ)器空

5、間完全分開，完全獨(dú)立的I/O地址空間。使用專門的I/O指令，與訪存分開；指令執(zhí)行快；不占內(nèi)存地址空間。因采用專門指令，所以尋址方式少。（2）通道指令具有通道的I/O子系統(tǒng)要由專門的通道指令來(lái)工作。 2、I/O硬件 （1）I/O設(shè)備 （2）I/O接口：接口是計(jì)算機(jī)與I/O設(shè)備或其它系統(tǒng)之間所設(shè)置的邏輯控制部件，也稱為I/O控制器。3、I/O接口的功能 （1）能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)鎖存 （2）能完成信息格式和電平的轉(zhuǎn)換 （3）能進(jìn)行地址譯碼和設(shè)備選擇 （4）能保證數(shù)據(jù)傳送的定時(shí)與協(xié)調(diào)4、I/O接口的結(jié)構(gòu)（如下圖）（1）寄存器組DR、SR、CR（2）控制邏輯電路（3）主機(jī)與接口的信號(hào)連接線（4）接口與

6、I/O設(shè)備之間的信號(hào)連接線（5）數(shù)據(jù)地址線（6）控制狀態(tài)信號(hào)線三、I/O設(shè)備與主機(jī)間的通信1、傳送方式 （1）串行：一次傳一位，速度慢，成本低 （2）并行：一次傳幾位，速度快，成本高 （3）串并結(jié)合：2、與主機(jī)的連接方式 （1）輻射型：每一個(gè)設(shè)備與主機(jī)都有數(shù)據(jù)通路。這種方式控制簡(jiǎn)單，但聯(lián)線多，造價(jià)大，兩設(shè)備之間無(wú)法通信。 （2）總線型：所有設(shè)備都掛在一條總線上，分時(shí)使用總線。這種方式速度慢，但易擴(kuò)展。 （3）結(jié)合型（通道型）（如下圖）主機(jī)與通道以輻射型連接，通道與設(shè)備通過(guò)總線連接。3、聯(lián)絡(luò)方式（定時(shí)方式） CPU與I/O設(shè)備之間通信，何時(shí)開始？何時(shí)結(jié)束？二者如何聯(lián)絡(luò)？根據(jù)I/O設(shè)備的工作速度，

7、一般有三種方式：（1）立即響應(yīng)方式（任意定時(shí)） 適于極其慢速或簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備。如指示燈，開關(guān)等。這類設(shè)備因工作速度極慢，只要與CPU發(fā)生聯(lián)系就一直處于“就緒”狀態(tài)，只要CPU的I/O指令一到，就能馬上響應(yīng)，故無(wú)需特殊的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。（2）異步應(yīng)答方式 適于慢速或中速I/O設(shè)備。如電傳打字機(jī)，這類設(shè)備的工作速度與CPU不匹配，故需通過(guò)應(yīng)答信號(hào)來(lái)聯(lián)絡(luò)。過(guò)程如下： CPU首先詢問(wèn)I/O設(shè)備是否準(zhǔn)備好 I/O設(shè)備回答，未準(zhǔn)備好，CPU等待 CPU發(fā)“傳送完成”信號(hào) I/O設(shè)備復(fù)位“準(zhǔn)備好”（一問(wèn)一答）（3）同步定時(shí)方式 用于高速I/O設(shè)備。速度與CPU匹配，以固定速率交換信息，用同步時(shí)鐘來(lái)控制。在這種方

8、式下，外設(shè)要與CPU工作必須步調(diào)一致，要配合好，否則會(huì)丟失數(shù)據(jù)。 2 2 主機(jī)與主機(jī)與I/OI/O設(shè)備的信息交換方式設(shè)備的信息交換方式 一、程序控制方式：在程序控制下進(jìn)行信息傳送的方式。 1、無(wú)條件傳送方式 如果計(jì)算機(jī)能夠確信一個(gè)外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，那就不必查詢外設(shè)的狀態(tài)而直接進(jìn)行信息傳輸。2、條件傳送方式（也稱為查詢方式） CPU通過(guò)執(zhí)行程序不斷讀取并測(cè)試玩設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)或者空閑狀態(tài)，則CPU執(zhí)行I/O指令與外設(shè)交換信息。 I/O操作在一段程序的控制下進(jìn)行，一般由I/O指令選中并啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備。此后，主機(jī)就查詢?cè)O(shè)備的狀態(tài)，若外設(shè)未準(zhǔn)備好，CPU就等待，若已準(zhǔn)備好，則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳

9、送（如右圖）特點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)單省硬件（2）CPU效率低（工作ns,等待ms）（3）不能響應(yīng)設(shè)備提出的隨機(jī)請(qǐng)求。每步操作須通過(guò)I/O管理，現(xiàn)一般較少使用，只在一些特殊場(chǎng)合使用，以求她的簡(jiǎn)單。二、程序中斷方式利用中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送。 在這種方式中，通常在程序中安排一條指令啟動(dòng)外設(shè)，外設(shè)去準(zhǔn)備。機(jī)器則繼續(xù)執(zhí)行程序，外設(shè)準(zhǔn)備好后，向CPU提出中斷申請(qǐng)，CPU響應(yīng)中斷后，去執(zhí)行一段“中斷服務(wù)程序”，完成傳送數(shù)據(jù)工作，傳送完后，則返回。一次中斷只傳送一個(gè)單位的數(shù)據(jù)一個(gè)字或一個(gè)字節(jié)。 由于系統(tǒng)啟動(dòng)外設(shè)后到外設(shè)準(zhǔn)備好這段時(shí)間，CPU一直在執(zhí)行原程序而不是在等待，僅在外設(shè)準(zhǔn)備好后才中止原程序，進(jìn)行

10、數(shù)據(jù)傳送，因此，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了CPU和外設(shè)的并行工作。 此外，有多臺(tái)外設(shè)依次啟動(dòng)后，可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)備工作。若在某一時(shí)刻有幾臺(tái)外設(shè)同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU可根據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備好的優(yōu)先順序，按輕重緩急去處理幾臺(tái)外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送，從而實(shí)現(xiàn)了外設(shè)的并行工作，因此，中斷方式大大提高了系統(tǒng)的工作效率。特點(diǎn)：（1）能響應(yīng)外設(shè)的隨機(jī)請(qǐng)求。（2）CPU與外設(shè)在一定程度上并行工作，效率高。（3）對(duì)于高速外設(shè)（如磁盤、磁帶），頻繁中斷CPU會(huì)使其效率下降，CPU若不馬上響應(yīng)請(qǐng)求，將造成信息丟失（快速外設(shè)，數(shù)據(jù)交換是成批的且單位數(shù)據(jù)間的時(shí)間間隔較短）。三、直接存儲(chǔ)器存取方式（DMA）1、基本概念 DMA是一種

11、完全由硬件實(shí)現(xiàn)的I/O信息交換方式。是在I/O設(shè)備與主存之間建立一條直接傳送數(shù)據(jù)的通路，并在有關(guān)硬件電路（）的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不需CPU干預(yù)。 在正常工作時(shí)，所有工作周期都用于執(zhí)行CPU的程序，當(dāng)外設(shè)將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，占用總線一個(gè)工作周期和知己交換一個(gè)單位數(shù)據(jù)，這個(gè)周期過(guò)后，CPU繼續(xù)控制總線，執(zhí)行原程序。如此重復(fù)，直至整個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完畢。、DMA的工作方式（訪內(nèi)沖突的處理） DMA技術(shù)的出現(xiàn)，使得外設(shè)可以通過(guò)DMA控制器直接訪問(wèn)內(nèi)存，此時(shí)，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行原程序，CPU繼續(xù)執(zhí)行程序時(shí)要要訪問(wèn)內(nèi)存，DMA傳送時(shí)也要訪問(wèn)內(nèi)存，這樣就會(huì)出現(xiàn)訪問(wèn)內(nèi)存沖突。如何處理？ （1）CPU停機(jī)法

12、 DMA訪內(nèi)時(shí)，CPU不訪內(nèi)，無(wú)沖突；CPU訪內(nèi)時(shí)，DMA優(yōu)先擁有總線使用權(quán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，直至一批數(shù)據(jù)傳送完畢，才交給CPU。（DMA操作時(shí)，CPU空閑）特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，適于數(shù)據(jù)傳輸速率極高的設(shè)備進(jìn)行成組數(shù)據(jù)傳送.CPU 與內(nèi)存效率低。（CPU低等待；內(nèi)存低外設(shè)傳送兩個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔大于存取周期）（2）周期竊取法（Cycle Stealing） DMA訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，CPU不訪內(nèi)，無(wú)沖突；CPU訪內(nèi)時(shí)，DMA優(yōu)先，竊取12個(gè)存取周期。CPU在執(zhí)行指令過(guò)程中，插入了DMA請(qǐng)求，為何要DMA優(yōu)先？因操作有時(shí)間要求，前一個(gè)數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)I/O數(shù)據(jù)的訪內(nèi)請(qǐng)求到來(lái)之前完成，否則造成數(shù)據(jù)丟失。特點(diǎn)：既實(shí)現(xiàn)

13、了I/O傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和CPU的效率，是一種廣泛采用的方法。（3）交替訪存法 若系統(tǒng)中系統(tǒng)工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)的多，則可把系統(tǒng)周期分成兩部分：一部分給CPU，另一部分給DMA。 在這種方式中，CPU和DMA各有內(nèi)存地址寄存器，數(shù)據(jù)緩沖寄存器，讀寫電路等，故DMA對(duì)CPU沒(méi)有影響。特點(diǎn)：這種方式既不停止原程序的執(zhí)行，又能保證DMA的完成，是一種高效的方式。但硬件邏輯復(fù)雜。3、DMA接口的組成及功能 （1）功能：指揮某臺(tái)I/O設(shè)備完成操作；指出被傳送信息在主存的首地址；指出要傳送的字節(jié)數(shù)。 （2）組成IOCR：I/O控制寄存器，來(lái)自CPU的命令碼，設(shè)備碼，來(lái)自I/O設(shè)備的狀態(tài)字。IO

14、AR：I/O地址寄存器，要交換信息在內(nèi)存的首地址，自動(dòng)加1WC：字計(jì)數(shù)器，存放要成批交換的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，自動(dòng)減1IOIR：準(zhǔn)備與內(nèi)存交換的信息BC：字節(jié)計(jì)數(shù)器，一次只能傳送一個(gè)字節(jié)時(shí)用。控制邏輯以上各部分組成DMAC4、DMA工作過(guò)程 （1）I/O指令I(lǐng)OCR,命令碼啟動(dòng)DMA，設(shè)備碼選中所需設(shè)備 （2）DMA啟動(dòng)后，賦初值：內(nèi)存首址IOCR，交換字?jǐn)?shù)WC (字節(jié)BC)，有關(guān)狀態(tài)及控制信息DMA （3）被啟動(dòng)的設(shè)備準(zhǔn)備就緒，向CPU發(fā)DMA請(qǐng)求，CPU響應(yīng)，便交換數(shù)據(jù)。 （4）從I/O接口輸入一數(shù)據(jù)（從內(nèi)存輸出一數(shù)據(jù)）到IOIR，IOARMAR，IOIRMIR ,完成一個(gè)數(shù)據(jù)的傳送，同時(shí)修改IO

15、AR和WC（BC） （5）又一數(shù)據(jù)從I/O接口（從內(nèi)存）IOIR，重復(fù)（4），直到所有數(shù)據(jù)傳送完畢。 5、DMA服務(wù)方式的特點(diǎn) （1）I/O與內(nèi)存交換信息時(shí)，不占用CPU，CPU效率高；無(wú)需保護(hù)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，CPU效率高。 （2）用DMA交換一批數(shù)據(jù)的開始前和結(jié)束后，仍需以中斷方式進(jìn)行前后處理。 開始前：主存地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、傳送方向、外設(shè)狀態(tài)等需CPU用中斷方式告訴DMA 開始后：停止外設(shè) 出錯(cuò)：故障處理（3）DMA方式與中斷方式既有區(qū)別，又相互配合。比較如下： 四、通道控制方式DMA方式存在以下問(wèn)題：（1）DMA數(shù)據(jù)傳送速率高，須以專門硬件為代價(jià)，若為眾多的外設(shè)都配DMAC，硬件成本太高。（2

16、）眾多外設(shè)都有DMA方式，訪內(nèi)沖突的幾率會(huì)增加，連續(xù)挪用CPU周期會(huì)降低CPU效率。（3）每一臺(tái)外設(shè)的DMA都要用I/O指令初始化，也會(huì)占用太多的CPU時(shí)間。 因此，在大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常設(shè)置專門的硬件裝置通道 通道控制方式是在DMA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最早用于IBM370型機(jī)中，但近幾年，在一些中小型機(jī)，甚至一些微機(jī)中也用上了這一技術(shù)。1、基本概念 I/O通道是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中代替CPU管理控制外設(shè)的獨(dú)立部件，是一種能執(zhí)行有限I/O指令集通道命令的I/O處理機(jī)，其實(shí)質(zhì)也是實(shí)現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存間的直接數(shù)據(jù)傳送。 在通道方式下，一個(gè)主機(jī)可以連多個(gè)通道，一個(gè)通道又可連多臺(tái)外設(shè)。 采用這種方式組織I/O系

17、統(tǒng)，多用主機(jī)通道設(shè)備控制器I/O設(shè)備四級(jí)連接方式。通道通過(guò)執(zhí)行通道程序?qū)嵤?duì)I/O系統(tǒng)的同意管理和控制。CPU啟動(dòng)通道后，通道自動(dòng)去內(nèi)存取出通道指令并執(zhí)行，知道數(shù)據(jù)交換過(guò)程結(jié)束向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，進(jìn)行通道結(jié)束處理工作。 2、通道的類型（1）選擇通道（2）數(shù)組多路通道（3）字節(jié)多路通道3、通道的功能（1）接受CPU的指令（2）讀取并執(zhí)行通道程序（3）控制數(shù)據(jù)傳送（4）讀取外設(shè)的狀態(tài)信息提供給CPU（5）發(fā)出中斷請(qǐng)求4、DMA與通道的比較DMA通道完全借助硬件完成數(shù)據(jù)傳送通過(guò)通道程序和硬件一起完成數(shù)據(jù)傳送，功能更強(qiáng)通常只控制一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)同類設(shè)備可以控制多臺(tái)同類或不同類的設(shè)備由CPU來(lái)初始化CPU

18、僅通過(guò)I/O指令啟動(dòng)通道，有通道本身初始化都是實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)間的直接數(shù)據(jù)傳送；I/O傳送的前后處理都需CPU干預(yù)，都利用了程序中斷功能3 3 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 一、輸入設(shè)備的分類1、字符輸入設(shè)備：鍵盤2、光學(xué)閱讀設(shè)備：光學(xué)標(biāo)記閱讀機(jī)（評(píng)卷記分，條形碼）、光學(xué)字符閱讀機(jī)3、圖形輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、光筆、操縱桿4、圖形輸入設(shè)備：掃描儀、傳真機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼像機(jī)5、模擬輸入設(shè)備：語(yǔ)音、模數(shù)轉(zhuǎn)換二、鍵盤：鍵盤是常用的輸入設(shè)備。目前PC機(jī)上用的鍵盤是掃描式的，常見的有101、102、104鍵三種。 鍵盤的每一個(gè)按鍵都有唯一的掃描碼。當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，鍵盤接口將該鍵的二進(jìn)制代碼送給計(jì)算機(jī)的主機(jī)，并將按鍵字符顯示

19、在顯示器上。 當(dāng)計(jì)算機(jī)操作人員擊鍵速度過(guò)快，CPU來(lái)不及處理時(shí)，CPU先將鍵入的內(nèi)容送往內(nèi)存的鍵盤緩沖區(qū)，然后再?gòu)脑摼彌_區(qū)中進(jìn)行分析和執(zhí)行。 三、鼠標(biāo)（MOUSE） 是一種手持式屏幕坐標(biāo)定位設(shè)備，常用來(lái)點(diǎn)擊菜單和輔助作圖。 Mouse有機(jī)械式和光電式兩種。 機(jī)械式mouse的底座上裝有一個(gè)可以滾動(dòng)的金屬球，當(dāng)Mouse在桌面上移動(dòng)時(shí)，金屬球與桌面進(jìn)行摩擦，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬球與四個(gè)方向的電位器接觸，可測(cè)量四個(gè)方向的相對(duì)位移量，用以控制屏幕上光標(biāo)的移動(dòng)。光標(biāo)和Mouse的移動(dòng)方向一致的，而且移動(dòng)的距離也成比例。 光電式mouse的底部裝有兩個(gè)單行放置的發(fā)光二極管，當(dāng)它在特定的反射板上移動(dòng)時(shí)，光源發(fā)出

20、的光經(jīng)反射板反射后被mouse接收為移位信號(hào)，該移位信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，使屏幕上的光標(biāo)隨之移動(dòng)。三、光學(xué)標(biāo)記閱讀機(jī)： 是一種利用光電原理讀取紙上標(biāo)記的輸入設(shè)備。條形碼讀入器： 用粗細(xì)不同的明暗條紋表示號(hào)碼，當(dāng)條形碼讀入器頂端的光源掃描明暗條紋時(shí)，便產(chǎn)生長(zhǎng)短不同的電壓波形經(jīng)編碼后就是所讀條紋的編碼。因此，只要把數(shù)字符號(hào)，字母變成條形碼，就可以很方便地將它讀入到計(jì)算機(jī)。4 4 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 常用的計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備有下列幾種：（1）打印機(jī)（針式、噴墨、激光三種）（2）顯示器（字符、圖形、液晶、等離子四種）（3）繪圖儀（平板式和滾筒式兩種）一、打印機(jī) 打印機(jī)是計(jì)算機(jī)最基本的輸出設(shè)備之一，它將要輸出的結(jié)果

21、打印在紙上。1、針式打印機(jī)（點(diǎn)陣式打印機(jī)） 打印頭上有兩列平行鋼針，打印機(jī)在打印驅(qū)動(dòng)程序的控制下，使每個(gè)鋼針在適當(dāng)?shù)奈恢蒙蟿?dòng)作，擊打在色帶上黑點(diǎn)就印在紙上。 如: 一個(gè)字母由78點(diǎn)陣組成（7行8列）。每打印一個(gè)字符要打印8次，顯然點(diǎn)陣點(diǎn)數(shù)越多，打出來(lái)的字越漂亮，一般漢字由2424點(diǎn)陣組成。 針式打印機(jī)常以打印頭上的鋼針數(shù)目命名：如9針打印機(jī)，24針打印機(jī)，目前最常用的是24針打印機(jī)。 特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（僅靠機(jī)械傳動(dòng)即可），打印內(nèi)容不受限制（字符、漢字和各種圖形），但噪音大，速度慢，而耗材便宜。2、激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī) 激光打印機(jī)接收來(lái)自CPU的信息，然后進(jìn)行激光掃描，將要輸出的信息在磁鼓上

22、形成靜電潛像，并轉(zhuǎn)換成磁信號(hào)，使碳粉吸附到紙上，經(jīng)加熱定影后輸出。 噴墨打印機(jī)是靠墨水通過(guò)精制的噴墨頭噴到紙面上形成字符和圖形。 這一類非擊打式打印機(jī)，具有打印速度快，質(zhì)量高，無(wú)噪音，但價(jià)格貴，耗材貴等特點(diǎn)。二、顯示器顯示器常用的有（1）陰極射線管顯示器 （2）液晶顯示器 （3）等離子顯示器 1、陰極射線管顯示器（CRT） 可分為字符和圖形兩種。字符顯示器一般只有黑白兩種顏色，只能顯示字符，不能顯示圖像，而圖形顯示器不僅可以顯示字符，而且可以顯示圖形（指工程圖，由點(diǎn)、線、面體組成）圖像（景物圖）。 不僅是圖形還是圖像都是由顯示器上的光點(diǎn)（像素）所組成，其工作原理和電視機(jī)相似。 工作原理工作原理

23、 燈絲在高壓的作用下發(fā)射電子，進(jìn)入電場(chǎng)加速后，進(jìn)入磁場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后擊打在屏幕產(chǎn)生光點(diǎn)。 我們只需控制電子的電荷多少，就能控制在屏幕上形成不同亮度，不同點(diǎn)陣的光點(diǎn)。電子束從左向右，從上而下地逐行（或隔開）掃描熒光屏。每掃描一遍屏幕稱為刷新一次，只要兩次刷新的時(shí)間間隔少于0.01S，人們看到的就是一個(gè)穩(wěn)定的面。 兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)（1）一屏有多少個(gè)光點(diǎn)（像素）稱為顯示器分辨率（2）光點(diǎn)亮度的深淺變化層次，（灰度）：用顏色多少表示 顯示器必須通過(guò)顯示卡（也叫顯示適配器）和總線與主機(jī)相連。顯示信息的過(guò)程如下：信息 顯示緩沖區(qū)（占16KB內(nèi)存） 顯示卡顯存 字符發(fā)生器 控制燈絲發(fā)射電子束

24、2、等離子顯示器（PDP的全稱是Plasma Display Panel） 它是在兩張超薄的玻璃板之間注入混合氣體，并施加電壓利用熒光粉發(fā)光成像的設(shè)備。與CRT顯像管顯示器相比，具有分辨率高，屏幕大，超薄，色彩豐富、鮮艷的特點(diǎn)。與LCD相比，具有亮度高，對(duì)比度高，可視角度大，顏色鮮艷和接口豐富等特點(diǎn)。 工作原理：工作原理：是一種利用氣體放電的顯示技術(shù)，其工作原理與日光燈很相似。它采用了等離子管作為發(fā)光元件，屏幕上每一個(gè)等離子管對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，屏幕以玻璃作為基板，基板間隔一定距離，四周經(jīng)氣密性封接形成一個(gè)個(gè)放電空間。放電空間內(nèi)充入氖、氙等混合惰性氣體作為工作媒質(zhì)。在兩塊玻璃基板的內(nèi)側(cè)面上涂有金屬氧

25、化物導(dǎo)電薄膜作激勵(lì)電極。 當(dāng)向電極上加入電壓，放電空間內(nèi)的混合氣體便發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象。氣體等離子體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)射出可見光，顯現(xiàn)出圖像。當(dāng)使用涂有三原色（也稱三基色）熒光粉的熒光屏?xí)r，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)出的光則呈紅、綠、藍(lán)三原色。當(dāng)每一原色單元實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度后再進(jìn)行混色，便實(shí)現(xiàn)彩色顯示。等離子體顯示器技術(shù)按其工作方式可分為電極與氣體直接接觸的直流型PDP和電極上覆蓋介質(zhì)層的交流型PDP兩大類。 目前研究開發(fā)的彩色PDP的類型主要有三種：?jiǎn)位迨剑ㄓ址Q表面放電式）交流PDP、雙式（又稱對(duì)向放電式）交流PDP和脈沖存儲(chǔ)直流PDP。 等離子的特點(diǎn)：等離子的特

26、點(diǎn)： 等離子是一種自發(fā)光顯示技術(shù)，不需要背景光源，因此沒(méi)有LCD顯示器的視角和亮度均勻性問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了較高的亮度和對(duì)比度。而三基色共用同一個(gè)等離子管的設(shè)計(jì)也使其避免了聚焦和匯聚問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)非常清晰的圖像。與CRT和LCD顯示技術(shù)相比，等離子的屏幕越大，圖像的色深和保真度越高。除了亮度、對(duì)比度和可視角度優(yōu)勢(shì)外，等離子技術(shù)也避免了LCD技術(shù)中的響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題，而這些特點(diǎn)正是動(dòng)態(tài)視頻顯示中至關(guān)重要的因素。因此從目前的技術(shù)水平看，等離子顯示技術(shù)在動(dòng)態(tài)視頻顯示領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)更加明顯，更加適合作為家庭影院和大屏幕顯示終端使用。等離子顯示器無(wú)掃描線掃描，因此圖像清晰穩(wěn)定無(wú)閃爍，不會(huì)導(dǎo)致眼睛疲勞。等離子也無(wú)X射

27、線輻射。由于這些突出特點(diǎn)，等離子堪稱真正意義上的綠色環(huán)保顯示產(chǎn)品，是替代傳統(tǒng)CRT彩電的理想產(chǎn)品。 3、液晶顯示器、液晶顯示器(LCD)英文全稱為L(zhǎng)iquid Crystal Display 它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。由于通過(guò)控制是否透光來(lái)控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無(wú)須考慮刷新率的問(wèn)題。對(duì)于畫面穩(wěn)定、無(wú)閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定。LCD顯示器還通過(guò)液晶控制透光度的技術(shù)原理讓底板整體發(fā)光，所以它做到了真正的完全平面。一些高檔的數(shù)字LCD顯示器采用了數(shù)字方式傳輸數(shù)據(jù)、顯示圖像，這樣就不會(huì)產(chǎn)

28、生由于顯卡造成的色彩偏差或損失。完全沒(méi)有輻射的優(yōu)點(diǎn)，即使長(zhǎng)時(shí)間觀看LCD顯示器屏幕也不會(huì)對(duì)眼睛造成很大傷害。體積小、能耗低也是CRT顯示器無(wú)法比擬的，一般一臺(tái)15寸LCD顯示器的耗電量也就相當(dāng)于17寸純平CRT顯示器的三分之一。 目前相比CRT顯示器，LCD顯示器圖像質(zhì)量仍不夠完善。色彩表現(xiàn)和飽和度LCD顯示器都在不同程度上輸給了CRT顯示器，而且液晶顯示器的響應(yīng)時(shí)間也比CRT顯示器長(zhǎng)，當(dāng)畫面靜止的時(shí)候還可以，一旦用于玩游戲、看影碟這些畫面更新速度塊而劇烈的顯示時(shí)，液晶顯示器的弱點(diǎn)就暴露出來(lái)了，畫面延遲會(huì)產(chǎn)生重影、脫尾等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量。 LCD顯示器的工作原理顯示器的工作原理： 從液晶

29、顯示器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，無(wú)論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，其間由包含有液晶材料的5m均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。 背光板發(fā)出的光線在穿過(guò)第一層偏振過(guò)濾層之后進(jìn)入包含成千上萬(wàn)液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過(guò)改變

30、電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過(guò)第二層過(guò)濾層的過(guò)濾在屏幕上顯示出來(lái)。 液晶顯示技術(shù)也存在弱點(diǎn)和技術(shù)瓶頸，與CRT顯示器相比亮度、畫面均勻度、可視角度和反應(yīng)時(shí)間上都存在明顯的差距。其中反應(yīng)時(shí)間和可視角度均取決于液晶面板的質(zhì)量，畫面均勻度和輔助光學(xué)模塊有很大關(guān)系。 對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，亮度往往和他的背板光源有關(guān)。背板光源越亮，整個(gè)液晶顯示器的亮度也會(huì)隨之提高。而在早期的液晶顯示器中，因?yàn)橹皇褂?個(gè)冷光源燈管，往往會(huì)造成亮度不均勻等

31、現(xiàn)象，同時(shí)明亮度也不盡人意。一直到后來(lái)使用4個(gè)冷光源燈管產(chǎn)品的推出，才有很大的改善。 信號(hào)反應(yīng)時(shí)間也就是液晶顯示器的液晶單元響應(yīng)延遲。實(shí)際上就是指的液晶單元從一種分子排列狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另外一種分子排列狀態(tài)所需要的時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間愈小愈好，它反應(yīng)了液晶顯示器各像素點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)的速度，即屏幕由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度。響應(yīng)時(shí)間越小則使用者在看運(yùn)動(dòng)畫面時(shí)不會(huì)出現(xiàn)尾影拖拽的感覺(jué)。有些廠商會(huì)通過(guò)將液晶體內(nèi)的導(dǎo)電離子濃度降低來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速響應(yīng)，但其色彩飽和度、亮度、對(duì)比度就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的降低，甚至產(chǎn)生偏色的現(xiàn)象。這樣信號(hào)反應(yīng)時(shí)間上去了，但卻犧牲了液晶顯示器的顯示效果。有些廠商采用的是在顯示電路中加入了一片IC

32、圖像輸出控制芯片，專門對(duì)顯示信號(hào)進(jìn)行處理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。IC芯片可以根據(jù)VGA輸出顯卡信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)響應(yīng)時(shí)間。由于沒(méi)有改變液晶體的物理性質(zhì)，因此對(duì)其亮度、對(duì)比度、 色彩飽和度都沒(méi)有影響，這種方法的制造成本也相對(duì)較高。 由上便可看出，液晶面板的質(zhì)量并不能完全代表液晶顯示器的品質(zhì)，沒(méi)有出色的顯示電路配合，再好的面板也不能做出性能優(yōu)異的液晶顯示器。隨著LCD產(chǎn)品產(chǎn)量的增加、成本的下降，液晶顯示器會(huì)大量普及。液晶和等離子顯示器是單板式的，體積小，功耗小，主要用于筆記本電腦。三、繪圖儀 是輸出圖形的重要設(shè)備，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)獲得了廣泛的應(yīng)用。 常用的繪圖儀有平板式和滾桶式兩種： （1）

33、 平板式繪圖儀 它是將繪圖紙固定在平板上，繪圖儀收到繪圖指令，驅(qū)動(dòng)X、Y兩個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)的脈沖，使繪圖筆在X、Y平面上運(yùn)動(dòng)，并控制繪圖筆的起落，從而在圖紙上繪出圖形。 （2）滾桶式繪圖儀 它是將圖紙卷在一個(gè)滾桶上，在計(jì)算機(jī)的控制上，圖紙沿垂直方向隨滾桶卷動(dòng)，繪圖筆則沿水平方向移動(dòng)，圖紙卷動(dòng)一行，繪圖筆繪制一行。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，繪圖速度快，但對(duì)紙要求高。4 4 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 例1：已知一些模塊：CPU、DMA控制器、硬盤和接口控制器、內(nèi)存。（1）請(qǐng)將這幾個(gè)模塊連成一個(gè)單總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)。分別畫出3條總線。（2）該計(jì)算機(jī)用DMA方式將硬盤上的多塊數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。CPU通過(guò)中斷初始化DMA控制器，DMA每次初始化只能讀出一塊數(shù)據(jù)。請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明這一過(guò)程。解：（1）單總線結(jié)構(gòu)如下圖所示CPUDMAHARDDISKINTERFACEHARDDISKMEMORYCPUMEMORYDMAHARDDISKINTERFACEHARDDISK地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線（2）DMA過(guò)程： DMA操作可以分為3個(gè)主要步驟：傳輸前初始化（預(yù)處理）、正式傳送、傳送后處理。因?yàn)槊看纬跏蓟荒軅魉鸵粔K數(shù)據(jù)，所以要反復(fù)重復(fù)以上3個(gè)步驟，直到多塊數(shù)據(jù)都被傳送完。初始化階段：通過(guò)中斷通知CPU初始化。由CPU執(zhí)行幾條輸入輸出指令，測(cè)試設(shè)備狀態(tài)。向DMA控制器的設(shè)備地址寄存