輸入輸出設(shè)備專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)課件

1、輸入輸出設(shè)備專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)課件6.1 概述I/O設(shè)備的功能完成信息的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互儲(chǔ)存信息資源促進(jìn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展6.1 概述I/O設(shè)備的類(lèi)型輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲(chǔ)器過(guò)程控制設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)通訊設(shè)備6.2 鍵盤(pán)及接口需解決：采用硬件掃描方法查找按鍵位置，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)代碼。按鍵的定位、轉(zhuǎn)換。6.2.2 硬件掃描鍵盤(pán)1.定義2.組成列譯碼振蕩器計(jì)數(shù)器ROM接 口 鍵盤(pán)8行16列比較器行譯碼鎖定信號(hào)(1)鍵盤(pán)矩陣128鍵8行16列每鍵7位位置碼掃描碼列譯碼振蕩器計(jì)數(shù)器ROM接 口 鍵盤(pán)8行16列比較器行譯碼鎖定信號(hào)(2)計(jì)數(shù)器7位在振蕩器控制下對(duì)所有字鍵輪流掃描查詢(xún)，查找按鍵。(3)符合比較器鍵

2、盤(pán)矩陣列線輸出與列譯碼輸出比較，以確定按鍵位置。(4)ROM實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換：ROM單元地址：字鍵位置碼ROM單元內(nèi)容：字鍵ASCII碼3.轉(zhuǎn)換過(guò)程計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)值等于按鍵位置碼比較器送出鎖定信號(hào)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)按計(jì)數(shù)值掃描碼訪問(wèn)ROM獲得按鍵ASCII碼接口通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序識(shí)別按鍵位置，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)代碼。6.2.3 軟件掃描鍵盤(pán)1.定義2.掃描方法(1)逐行掃描法例.簡(jiǎn)易掃描式鍵盤(pán)1鍵盤(pán)矩陣+5V0 1 2 301232掃描流程按鍵后產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)，執(zhí)行掃描子程序：行線送全0列線中有0？ i = 0第i行送0，其余行送1列線中有0？獲得按鍵行列位置位置碼 ASCII碼轉(zhuǎn)顯示程序YNYNi

3、=i+1(2)行列掃描法例.IBM PC鍵盤(pán)1鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)（送譯碼器） 列譯碼 鍵 盤(pán)16行8列 行譯碼8048計(jì)數(shù)信號(hào)掃描碼（送接口） 初始化2工作過(guò)程 掃描鍵盤(pán)8048控制行列掃描：判哪列有按鍵判哪行有按鍵先逐列為1步進(jìn)掃描，再逐行為1步進(jìn)掃描，獲得按鍵位置碼掃描碼 串行傳送掃描碼8048 串行掃描碼接口移位R并行掃描碼接口申請(qǐng)中斷 中斷處理CPU執(zhí)行鍵盤(pán)中斷子程序,從接口取掃描碼ASCII碼存入鍵盤(pán)緩沖區(qū)。硬件組成 6.3 顯示設(shè)備及接口顯示器適配器 顯示器件 控制器、接口 CRT、LED、PDP、LCD 本節(jié)主要討論： CRT顯示器 成象原理、 屏幕顯示與顯示緩存的對(duì)應(yīng)關(guān)系 顯示方式、 屏

4、幕顯示與顯示緩存的對(duì)應(yīng)關(guān)系 控制器接口顯示器適配器顯示器件CPU6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見(jiàn)顯示規(guī)格 相關(guān)術(shù)語(yǔ)圖形-用攝像機(jī)輸入，數(shù)字化后逐點(diǎn)存儲(chǔ)，占用空間大；圖像-存儲(chǔ)繪圖命令和坐標(biāo)分辨率-顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)；灰度級(jí)-黑白顯示器中所顯示的像素點(diǎn)的亮暗差異分辨率和灰度級(jí)決定了圖的質(zhì)量6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見(jiàn)顯示規(guī)格 相關(guān)術(shù)語(yǔ)刷新-為了得到穩(wěn)定的圖像顯示，電子束必須不斷重復(fù)掃描整個(gè)屏幕；刷新/視頻存儲(chǔ)器-為了不斷提供刷新圖像的信號(hào)，必須把一幀圖像信息存儲(chǔ)在刷新存儲(chǔ)器中。幀-1秒鐘時(shí)間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù)，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次。 隨機(jī)掃描-電子束

5、只在需要作圖的地方掃描，不必全屏掃描；光柵掃描-TV中，要求圖像充滿整個(gè)畫(huà)面，全屏掃描6.3.1 CRT顯示器的顯示方式與常見(jiàn)顯示規(guī)格 顯示方式 字符/數(shù)字(A/N)方式： 圖形(APA)方式： 以字符為顯示單位 以點(diǎn)(象素)為顯示單位 顯示規(guī)格 顯示方式 分辨率 顏色 A/N：一幀畫(huà)面顯示的字符數(shù) 字符行數(shù)列數(shù) APA：一幀畫(huà)面顯示的象點(diǎn)數(shù) 每線點(diǎn)數(shù)線數(shù) 分辨率 2580 640200 適配器提供顯示規(guī)格如VGA卡： A/N：APA： 2540、2580， 320200、 2色、4色 800600， 2色、256色 顯示器本身的分辨率應(yīng)滿足顯卡提供的分辨率。 1.CRT結(jié)構(gòu) 6.3.2 光柵

6、掃描成象原理 熒光屏電子槍聚焦系統(tǒng)水平偏轉(zhuǎn)垂直偏轉(zhuǎn)顯示頭視頻放大掃描控制視頻信號(hào)水平同步信號(hào)垂直同步信號(hào)2.掃描方式 電子束無(wú)固定掃描路徑，隨機(jī)掃描：控制電路復(fù)雜。光柵掃描：電子束掃描路徑固定自上而下，從左向右全屏掃描，控制電路簡(jiǎn)單。3.光柵的形成 水平正掃水平回掃垂直回掃水平偏轉(zhuǎn)線圈加鋸齒波電 流,形成水平掃描線 行掃描 垂直偏轉(zhuǎn)線圈加鋸齒波電 流,使水平線垂直移動(dòng) 場(chǎng)掃描 行掃描電流： 場(chǎng)掃描電流： 4.掃描頻率 fx = fy 行頻 fx： fy： 場(chǎng)頻 s： 一幀線數(shù) s 幀頻不低于25HZ 掃描順序 逐行掃描：隔行掃描：水平、垂直同步分別控制電子束X向與Y向偏轉(zhuǎn) I R G B 顏色

7、 5.象點(diǎn)存在的因素視頻=0，點(diǎn)暗 紅 象點(diǎn) 一幀一遍掃完 位置： 一幀一場(chǎng) 場(chǎng)頻=幀頻 一幀兩遍掃完 一幀兩場(chǎng) 場(chǎng)頻=2幀頻 亮度： 顏色： 視頻信號(hào)控制電子束通、斷 視頻=1，點(diǎn)亮 紅、綠、藍(lán)三基色控制 紅點(diǎn) 綠點(diǎn) 藍(lán)點(diǎn) 0 1 0 0 1 1 0 0 淡紅 0 0 1 0 綠 1 0 1 0 淡綠 0 1 1 1 白 一幀畫(huà)面-由一定數(shù)量的平行的掃描線形成，這些掃描線在一個(gè)垂直的場(chǎng)掃描控制下均勻地、自上而下地分布于整個(gè)畫(huà)面。例.2513字符發(fā)生器， 6.字符點(diǎn)陣的形成與屏幕組織可提供64種字符點(diǎn)陣 字符點(diǎn)陣圖形： 1字符發(fā)生器 產(chǎn)生字符點(diǎn)陣代碼。 79 58點(diǎn)陣 .字符點(diǎn)陣代碼： 111

8、1111 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 ROM字符譯碼648單元 行譯碼字符編碼ROM高6位地址 掃描線序號(hào)ROM低3位地址輸出例. A B C D E F 2屏幕組織 每行字符逐線掃描。 字符79，字符區(qū)9141掃描順序 2間隔 橫向間隔2點(diǎn)消隱縱向間隔5線消隱橫向間隔-為使屏幕上顯示的字符不擠在一起，一排的各字符之間留出假設(shè)干點(diǎn)的位置。縱向間隔：排與排之間留出假設(shè)干條掃描線作為排間的縱向間隔。6.3.3 屏幕顯示與顯示器緩存(VRAM)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 顯存功能 數(shù)據(jù)緩沖 屏幕刷新 對(duì)顯存的操作直接

9、影響屏幕顯示。 對(duì)應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)在： 顯存內(nèi)容和容量確實(shí)定、顯存地址組織、信息轉(zhuǎn)換、 同步控制。 假設(shè)顯示規(guī)格為25行80列，1A/N方式 VRAM內(nèi)容： 根本容量=2580=2KB1.顯存內(nèi)容和容量 字符的編碼ASCII碼 VRAM容量： 一字節(jié)存放一字符編碼假設(shè)考慮字符屬性，顯存容量增加。分辨率：C列*L行，一個(gè)字符的編碼與屬性、顏色占n字節(jié)那么VRAM的總?cè)萘緾*L*n字節(jié)2APA方式 圖形的象點(diǎn)代碼 VRAM內(nèi)容： 一位存放一點(diǎn)，單色VRAM容量： 假設(shè)顯示規(guī)格為640點(diǎn)200線，根本容量=8640200=16KB假設(shè)考慮顏色分辨率不變：顏色容量容量不變：顏色分辨率分辨率：C列*L行像素，

10、每個(gè)像素的顏色用n位2進(jìn)制代碼表示那么VRAM的總?cè)萘緾*L*n位屏幕顯示從左向右，自上而下，顯存地址從低到高安排。2.顯存地址組織 P330 3.信息轉(zhuǎn)換 能實(shí)現(xiàn)將A從屏幕左上角逐漸移向屏幕右下角嗎？ 顯存單元的地址由屏幕顯示的行、列號(hào)決定。0 1 2 7901224ABGF行號(hào)決定高位地址列號(hào)決定低位地址AAAAAA能實(shí)現(xiàn)在屏幕上將一行字符自下而上地滾動(dòng)嗎？ 能實(shí)現(xiàn)讓一個(gè)圖形在屏幕上旋轉(zhuǎn)嗎？ 如何將顯存中的信息字符編碼/圖形點(diǎn)代碼轉(zhuǎn)換為字符/圖形顯示在屏幕上。 1A/N VRAM A編碼 N編碼 D編碼VRAM A點(diǎn)陣 B點(diǎn)陣 C點(diǎn)陣 D點(diǎn)陣 N點(diǎn)陣ROM屏幕 移位存放器并行串行AND字符

11、編碼 字符發(fā)生器 掃描時(shí)序 一行點(diǎn)陣代碼(并) 移位器 視頻信號(hào)(串) 顯示頭 2APA VRAM 屏幕 移位存放器并行串行一字節(jié)點(diǎn)代碼(并) 移位器 視頻信號(hào)(串) 顯示頭 00001111 00000000000010010VRAM000000000000100100001111 視頻的發(fā)送與電子束掃描嚴(yán)格同步： 4.同步控制 P331 電子束掃描到某點(diǎn)位置，相應(yīng)視頻應(yīng)同時(shí)送到，控制點(diǎn)亮或不亮。需解決： 何時(shí)訪問(wèn)顯存，取字符編碼或圖形點(diǎn)代碼？ 以控制產(chǎn)生視頻信號(hào)。 何時(shí)發(fā)水平同步信號(hào)？ 何時(shí)發(fā)垂直同步信號(hào)？ 以控制電子束掃描。 在顯示器中設(shè)置假設(shè)干級(jí)計(jì)數(shù)器，對(duì)顯示器點(diǎn)頻進(jìn)行假設(shè)干級(jí)分頻，產(chǎn)

12、生相應(yīng)控制信號(hào)。 例.顯示規(guī)格25行80列， 1A/N方式 字符79,字符區(qū)914 7299點(diǎn)514線80字符25行設(shè)置4級(jí)計(jì)數(shù)器1點(diǎn)計(jì)數(shù)器： 點(diǎn)計(jì)數(shù)器字符 計(jì)數(shù)器 線計(jì)數(shù)器 行計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)字符的一行點(diǎn)計(jì)數(shù)。 點(diǎn)頻 9：1 一次點(diǎn)計(jì)數(shù)循環(huán)訪問(wèn)一次VRAM、ROM。 2字符計(jì)數(shù)器： 對(duì)一幀的字符列計(jì)數(shù)。 (80+l)：1 一次字符計(jì)數(shù)循環(huán)發(fā)一次水平同步信號(hào)。 3線計(jì)數(shù)器： 對(duì)一行字符的掃描線計(jì)數(shù)。 14：1 線計(jì)數(shù)值提供ROM行地址。 4行計(jì)數(shù)器： 對(duì)一幀的字符行計(jì)數(shù)。 (25+m)：1 幀頻 一次行計(jì)數(shù)循環(huán)發(fā)一次垂直同步信號(hào)。 字符計(jì)數(shù)值提供VRAM列地址低地址。 行計(jì)數(shù)值提供VRAM行地址高

13、地址。 例.顯示規(guī)格800點(diǎn)200線、單色 1APA方式 8點(diǎn)200線100字節(jié)設(shè)置幾級(jí)計(jì)數(shù)器？何時(shí)訪問(wèn)VRAM？何時(shí)發(fā)水平、垂直同步信號(hào)？如何提供VRAM行、列地址？8點(diǎn) 點(diǎn)計(jì)數(shù)器字節(jié) 計(jì)數(shù)器 線計(jì)數(shù)器點(diǎn)頻 8：1 (640/8+l)：1 480+m：1 設(shè)彩色圖形顯示器的分辨率：640*480，可顯示16種顏色那么VRAM總?cè)萘?640*480*4=150KB6.4 打印設(shè)備及接口 P3366.4.1 打印機(jī)分類(lèi) 工作方式 串行打?。?并行打印： 逐字打印 逐行打印 每次打印一行字符或一行中的相同字符。印字方式 擊打式： 非擊打式： 通過(guò)機(jī)械擊打?qū)⒆址蛴≡诩埳稀?通過(guò)非機(jī)械方式印字。 字

14、符產(chǎn)生方式 字模式： 點(diǎn)陣式： 用固定字模表示字符。 用點(diǎn)的矩陣表示字符。 6.3.2 點(diǎn)陣針式打印機(jī) 1.打印方式 字符方式： 字符編碼 2.根本結(jié)構(gòu) 字符發(fā)生器 按列組織 一列點(diǎn)陣代碼(并行) 打印針 圖形方式： 圖形點(diǎn)代碼(并行) 打印針 控制器 打印頭 印字機(jī)械裝置打印機(jī)子系統(tǒng) 接口 1打印頭 電磁鐵 導(dǎo)向管 打印針 導(dǎo)板 銜鐵 彈簧 紙 色帶 滾筒 印字原理：在電磁鐵線圈中加電流，驅(qū)動(dòng)打印針移動(dòng)。2打印機(jī)控制器 微處理器： 局部存儲(chǔ)器 執(zhí)行打印機(jī)主控程序。 RAM： 入/出端口： 字符緩沖區(qū)(存放一行打印字符) 字符發(fā)生器 代碼=1,加電流,針移動(dòng)。 3.打印過(guò)程字符方式 ROM：

15、輸入數(shù)據(jù)，輸出狀態(tài)。 數(shù)據(jù)鎖存： 將一列點(diǎn)陣代碼送打印頭，控制打印 針的移動(dòng)代碼=0,不加電流,針不動(dòng)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 控制打印頭橫移，走紙。 1初始化 設(shè)置入/出端口工作狀態(tài)，檢測(cè)某些關(guān)鍵部件是否正常。 2接收代碼主控程序調(diào)用打印中斷子程序，完成打印。 3打印處理 初始化完成，打印機(jī)申請(qǐng)中斷。 主機(jī)執(zhí)行中斷處理程序，向打印機(jī)傳送字符代碼。 控制字符：轉(zhuǎn)功能碼處理程序。字符打印字符：送RAM，滿一行(或收到一個(gè)字符)轉(zhuǎn)入打印。打印完一行字符(或一個(gè)字符)，打印機(jī)申請(qǐng)中斷。 主機(jī)響應(yīng)，繼續(xù)向打印機(jī)傳送字符代碼。 6.5 磁盤(pán) P349記錄信息分布在盤(pán)片的兩個(gè)記錄面上，每道分為假設(shè)干磁道，每道分為假

16、設(shè)干扇區(qū)相關(guān)術(shù)語(yǔ)磁道：讀/寫(xiě)時(shí)，盤(pán)片旋轉(zhuǎn)而磁頭固定不動(dòng)。盤(pán)片旋轉(zhuǎn)一周，磁頭的磁化區(qū)域形成一個(gè)磁道。道密度：沿徑向，單位距離的磁道數(shù)。扇區(qū)：一個(gè)磁道沿圓周劃分為假設(shè)干扇區(qū)。位密度：沿磁道圓周，單位距離可記錄的位數(shù)。各道位密度不同，道容量相同磁盤(pán)存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)非格式化容量=面數(shù)*道數(shù)/面*內(nèi)圈周長(zhǎng)*最大位密度格式化容量=面數(shù)*道數(shù)/面*扇區(qū)/道*字節(jié)數(shù)/扇區(qū) 尋道 對(duì)磁道進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)，磁盤(pán)控制器發(fā)出命令使磁頭臂移動(dòng)到指定位置。 尋道時(shí)間 平均尋道時(shí)間各種可能的尋道所需時(shí)間的平均值。 旋轉(zhuǎn)延遲 磁頭移動(dòng)到指定磁道上后，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等待磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)到指定的扇區(qū)所需的時(shí)間。 平均旋轉(zhuǎn)延遲 磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間。

17、數(shù)據(jù)傳輸率 廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列RAID 并行處理原理引入磁盤(pán)系統(tǒng)；采用溫盤(pán)，多臺(tái)磁盤(pán)構(gòu)成同步化的磁盤(pán)陣列，數(shù)據(jù)展開(kāi)存儲(chǔ)在多臺(tái)磁盤(pán)上，數(shù)據(jù)傳輸帶寬，冗余技術(shù)提高可靠性；對(duì)多臺(tái)磁盤(pán)機(jī)同步控制，緩沖器使數(shù)據(jù)同步。 RAID容量大、數(shù)據(jù)傳輸率高、功耗低、體積 小、成本低、便于維護(hù)。 磁盤(pán)陣列組成控制CPU控制存儲(chǔ)器串行口數(shù)據(jù)通路主機(jī)接口主機(jī)磁盤(pán)接口磁盤(pán)接口磁盤(pán)接口磁盤(pán)接口1磁盤(pán)接口2磁盤(pán)接口N磁盤(pán)陣列的控制中心，由微處理器實(shí)現(xiàn)接收和分析主機(jī)操作命令，調(diào)度和管理磁盤(pán)陣列數(shù)據(jù)通路，組織和執(zhí)行設(shè)備命令直接連接磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的接口數(shù)據(jù)的分配與集中，緩沖，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)校正和通道重構(gòu)磁盤(pán)陣列和主機(jī)的接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)和磁盤(pán)

18、陣列的通信，數(shù)據(jù)傳送和控制信號(hào)的傳送 驅(qū)動(dòng)器主軸旋轉(zhuǎn)分類(lèi)同步異步 陣列中所有驅(qū)動(dòng)器主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)按位/字節(jié)組織，各驅(qū)動(dòng)器同時(shí)存取數(shù)據(jù)中的1位/1個(gè)字節(jié)； 陣列中各驅(qū)動(dòng)器主軸不同步，數(shù)據(jù)按塊組織，各驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立存取同一文件中各塊數(shù)據(jù)。 同步磁盤(pán)陣列控制復(fù)雜，成本高； 異步磁盤(pán)陣列需要較大容量的緩存。 RAID分類(lèi)RAID-1是鏡象磁盤(pán)冗余陣列RAID-2是采用海明碼糾錯(cuò)冗余的磁盤(pán)陣列將每一數(shù)據(jù)塊重復(fù)存入鏡象磁盤(pán)；冗余度=100%有效容量下降了一半，本錢(qián)較高；鏡象盤(pán)是磁盤(pán)陣列的簡(jiǎn)單形式。 將數(shù)據(jù)按位交叉寫(xiě)入幾個(gè)磁盤(pán)中，并用幾個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器按位出錯(cuò)檢查。 冗余度RAID-1，數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作與陣列中各磁盤(pán)有關(guān)，影響小文件的傳輸速率。 適合大量順序數(shù)據(jù)訪問(wèn) 不斷進(jìn)行備份改善磁盤(pán)機(jī)的可靠性RAID-3是采用奇偶校驗(yàn)冗余的磁盤(pán)陣列RAID-4是獨(dú)立傳送磁盤(pán)陣列 數(shù)據(jù)位交叉寫(xiě)入幾個(gè)磁盤(pán)，只用1個(gè)校驗(yàn)盤(pán)檢查數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 各磁盤(pán)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，陣列中的驅(qū)動(dòng)器數(shù)量可擴(kuò)展； 采用數(shù)據(jù)位交叉，冗余度小。 適合大量順序數(shù)據(jù)訪問(wèn) 數(shù)據(jù)塊交叉寫(xiě)入多個(gè)磁盤(pán)，用1個(gè)校驗(yàn)盤(pán)。 數(shù)據(jù)塊交叉存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)不沖突時(shí)，并行讀數(shù)據(jù)，小塊數(shù)據(jù)傳輸速度比RAID-3快。 適合小塊數(shù)據(jù)讀寫(xiě)RAID-5是獨(dú)立傳送磁盤(pán)陣列 采用數(shù)據(jù)塊交叉和分布的冗余校驗(yàn)，數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位分布在各磁盤(pán)，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的奇偶校驗(yàn)