計算機組成原理第9章輸入輸出

第５章輸入輸出系統(tǒng)5.6DMA方式5.5程序中斷方式5.4程序查詢方式5.3I/O接口5.2外部設(shè)備5.1概述5.1概述一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況1.早期分散連接CPU和I/O設(shè)備串行工作程序查詢方式2.接口模塊和DMA階段總線連接CPU和I/O設(shè)備并行工作3.具有通道結(jié)構(gòu)的階段4.具有I/O處理機的階段中斷方式DMA方式二、輸入輸出系統(tǒng)的組成1.I/O軟件(1)

I/O指令(2)通道指令CPU指令的一部分通道自身的指令指出數(shù)組的首地址、傳送字數(shù)、操作命令如IBM/370通道指令為64位2.I/O硬件設(shè)備I/O接口設(shè)備設(shè)備控制器通道操作碼命令碼設(shè)備碼5.1三、I/O設(shè)備與主機的聯(lián)系方式1.I/O設(shè)備編址方式(1)統(tǒng)一編址(2)不統(tǒng)一編址用取數(shù)、存數(shù)指令有專門的I/O指令2.設(shè)備選擇用設(shè)備選擇電路識別是否被選中3.傳送方式(1)串行(2)并行5.1數(shù)據(jù)字命令字命令字01101000起始位終止位9.09ms2×

9.09ms4.聯(lián)絡(luò)方式(1)立即響應(yīng)(2)異步工作采用應(yīng)答信號“Ready”“Strobe”I/O接口I/O設(shè)備CPU(3)同步工作采用同步時標5.1并行串行起始位終止位9.09ms2×

9.09ms5.I/O設(shè)備與主機的連接方式(1)輻射式連接(2)總線連接外設(shè)Ⅰ外設(shè)Ⅱ外設(shè)Ⅲ主機不便于增刪設(shè)備每臺設(shè)備都配有一套控制線路和一組信號線5.1便于增刪設(shè)備四、I/O設(shè)備與主機信息傳送的控制方式1.程序查詢方式CPU和I/O串行工作踏步等待CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)未準備就緒出錯從I/O接口中讀一個字到CPU從CPU向主存寫入一個字CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否未準備就緒現(xiàn)行程序是出錯已準備就緒否5.1優(yōu)點：簡單，經(jīng)濟；缺點：CPU和外設(shè)只能串行工作，CPU利用率和系統(tǒng)效率很低（CPU的速度比I/O設(shè)備的速度快得多，CPU大量時間都處于等待、空閑狀態(tài)）。適用于傳送率高的外設(shè)或一些簡單的場合。2.程序中斷方式I/O工作CPU不查詢CPU暫?，F(xiàn)行程序自身準備與主機交換信息CPU和I/O并行工作

啟動I/O設(shè)備現(xiàn)行程序

……中斷服務(wù)程序KK+1…沒有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序5.1程序中斷方式流程CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？CPU做其他事情I/O設(shè)備工作準備就緒CPUI/O從CPU向主存寫入一個字CPU主存從I/O接口中讀一個字到CPUI/OCPU中斷請求I/OCPU出錯是否未錯5.1優(yōu)點：可大大提高計算機系統(tǒng)的工作效率。在一定程度上實現(xiàn)了CPU和外設(shè)的并行工作；可以實現(xiàn)外設(shè)之間的并行工作。缺點：接口邏輯相對復(fù)雜；服務(wù)開銷時間較大，每次中斷僅傳送一個數(shù)據(jù)，需要保護斷點、現(xiàn)場，恢復(fù)斷點、現(xiàn)場。若外設(shè)工作頻率較高，容易造成信息丟失。適用于中慢速設(shè)備。3.DMA方式主存和I/O之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。〤PU和I/O并行工作存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求啟動I/OI/O準備I/O準備一個存取周期實現(xiàn)I/O與主存之間的傳送5.1中斷服務(wù)程序DMACCPU啟動設(shè)備(準備)就緒申請總線讓出總線(傳送1個數(shù)據(jù))歸還總線(保持：1個總線周期)(準備)就緒申請總線讓出總線(傳送1個數(shù)據(jù))歸還總線(準備)(前處理：初始化)INT(數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束)(后處理:校驗)(保持：1個總線周期)優(yōu)點：除了在數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時需要CPU進行前處理和后處理外,無需CPU的頻繁干預(yù)。進一步減輕了CPU的負擔(dān)，提高了CPU與外設(shè)并行工作程度。缺點：DMAC只能完成簡單的數(shù)據(jù)傳送，對外設(shè)的管理和某些操作的控制仍需由CPU承擔(dān)。適用于高速外設(shè)。如磁盤、磁帶等。三種方式的CPU工作效率比較存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求啟動I/OI/O準備I/O準備一個存取周期實現(xiàn)I/O與主存之間的傳送CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動I/OI/O準備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動I/O中斷請求I/O準備I/O準備CPU處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)I/O與主機之間的傳送間斷啟動I/O啟動I/OI/O準備中斷請求啟動I/OI/O準備一個存取周期DMA請求程序查詢方式程序中斷方式DMA方式5.1I/O準備及傳送間斷I/O準備I/O準備5.3I/O接口一、概述為什么要設(shè)置接口？1.實現(xiàn)設(shè)備的選擇2.實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達到速度匹配4.實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換5.傳送控制命令6.反映設(shè)備的狀態(tài)（“忙”、“就緒”、“中斷請求”）3.實現(xiàn)數(shù)據(jù)串并格式轉(zhuǎn)換二、接口的功能和組成(1)設(shè)備選擇線(2)數(shù)據(jù)線(3)命令線(4)狀態(tài)線I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線I/O總線設(shè)備選擇線總線連接方式的I/O接口電路5.32.接口的功能和組成功能組成選址功能傳送命令的功能傳送數(shù)據(jù)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能設(shè)備選擇電路命令寄存器、命令譯碼器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備狀態(tài)標記完成觸發(fā)器D工作觸發(fā)器B中斷請求觸發(fā)器INTR屏蔽觸發(fā)器MASK5.33.I/O接口的基本組成命令寄存器和命令譯碼器設(shè)備選擇電路設(shè)備狀態(tài)標記數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBR控制邏輯電路I/O接口外部設(shè)備數(shù)據(jù)線命令狀態(tài)數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線CPU地址線5.3三、接口類型并行接口串行接口可編程接口不可編程接口通用接口專用接口1.按數(shù)據(jù)傳送方式分類2.按功能選擇的靈活性分類3.按通用性分類4.按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分類中斷接口DMA接口5.3Intel8255Intel8251Intel8255、Intel8251Intel8212Intel8255、Intel8251Intel8279、Intel8275Intel8259Intel82575.4程序查詢方式一、程序查詢流程檢查狀態(tài)標記1設(shè)備1準備就緒？檢查狀態(tài)標記N設(shè)備N準備就緒？…處理設(shè)備1是否否處理設(shè)備N是1.查詢流程檢查狀態(tài)標記交換數(shù)據(jù)準備就緒?是否單個設(shè)備多個設(shè)備測試指令轉(zhuǎn)移指令傳送指令2.程序流程設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置計數(shù)值啟動外設(shè)傳送一個數(shù)據(jù)修改主存地址修改計數(shù)值結(jié)束I/O傳送準備好？傳送完？未完是完否5.4

保存寄存器內(nèi)容

恢復(fù)寄存器內(nèi)容②設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線準備就緒啟動命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束①③④⑤⑥D(zhuǎn)B二、程序查詢方式的接口電路①②③⑤1010④5.4以輸入為例⑥5.5程序中斷方式一、中斷的概念…KK+1QQ+1……中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序2入口1入口25.5程序中斷方式一、中斷的概念為了實現(xiàn)中斷功能而設(shè)置的各種硬件和軟件所構(gòu)成的子系統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。中斷源是指引起中斷的事件，即發(fā)出中斷請求的來源。

外中斷：來自處理機外部設(shè)備如I/O設(shè)備、定時器等的中斷。

內(nèi)中斷：由處理機內(nèi)部的硬件故障或程序“出錯”引起的中斷。例如：電源故障中斷、算術(shù)運算溢出、除數(shù)為零、用戶程序執(zhí)行非法指令或特權(quán)指令以及虛擬存儲器頁面失效等。

軟中斷：由“Trap”（陷阱）指令產(chǎn)生的中斷。與前兩種不同，軟中斷是在程序中預(yù)先安排好的，而前兩種中斷都是相應(yīng)的硬件隨機產(chǎn)生的。二、I/O中斷的產(chǎn)生以打印機為例發(fā)中斷請求空閑接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)準備發(fā)中斷請求打印打印打印機執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序響應(yīng)中斷中斷返回響應(yīng)中斷中斷返回啟動打印機傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)CPUCPU與打印機并行工作5.5三、程序中斷方式的接口電路1.配置中斷請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器DQ&1INTR中斷請求觸發(fā)器INTR=1有請求MASK中斷屏蔽觸發(fā)器MASK=1被屏蔽來自CPU的中斷查詢信號受設(shè)備本身控制INTRDMASKQD完成觸發(fā)器5.5中斷請求2.排隊器排隊在CPU內(nèi)或在接口電路中（鏈式排隊器）硬件軟件5.5詳見第八章INTP1′INTP2′INTP3′INTP4′INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTR1設(shè)備1#、2#、3#、4#優(yōu)先級按降序排列INTRi

=1有請求即INTRi=01INTP11INTP21INTP31INTP4&&&&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTP1′INTP2′INTP3′INTP4′INTR2INTR1INTR1INTR25.51&INTP22.排隊器排隊在CPU內(nèi)或在接口電路中（鏈式排隊器）硬件軟件詳見第八章3.中斷向量地址形成部件入口地址…向量地址…排隊器輸出由軟件產(chǎn)生硬件向量法

顯示器服務(wù)程序

打印機服務(wù)程序JMP400JMP300JMP200…………主存12H13H14H200300向量地址入口地址入口地址中斷向量地址形成部件設(shè)備編碼器1000…000100100100…00010011詳見第八章由硬件產(chǎn)生向量地址再由向量地址找到入口地址5.5設(shè)備選擇電路DBR

DQ&數(shù)據(jù)線啟動命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束&1QQDINTRBQQMASK

設(shè)備編碼器排隊器中斷查詢來自高一級的排隊器至低一級的排隊器向量地址中斷響應(yīng)INTA中斷請求命令譯碼4.程序中斷方式接口電路的基本組成5.5四、I/O中斷處理過程1.CPU響應(yīng)中斷的條件和時間(1)條件(2)時間允許中斷觸發(fā)器EINT=1用開中斷指令將EINT置“1”用關(guān)中斷指令將EINT置“0”或硬件自動復(fù)位當(dāng)D=1（隨機）且MASK=0

時在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前CPU發(fā)中斷查詢信號（將INTR置“1”）5.5設(shè)備選擇電路DBRDQ&數(shù)據(jù)線啟動命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束&1QQDINTRBQQMASK設(shè)備編碼器排隊器中斷查詢來自高一級的排隊器至低一級的排隊器向量地址中斷響應(yīng)INTA中斷請求命令譯碼①②③④⑤⑥⑦⑧2.I/O中斷處理過程①10&DBR④⑤⑦⑧設(shè)備選擇電路01以輸入為例②5.5③⑥五、中斷服務(wù)程序流程1.中斷服務(wù)程序的流程(1)保護現(xiàn)場(2)中斷服務(wù)(3)恢復(fù)現(xiàn)場(4)中斷返回對不同的I/O設(shè)備具有不同內(nèi)容的設(shè)備服務(wù)中斷返回指令2.單重中斷和多重中斷不允許中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序單重中斷多重中斷允許級別更高的中斷源中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序中斷隱指令完成進棧指令出棧指令程序斷點的保護寄存器內(nèi)容的保護5.53.單重中斷和多重中斷的服務(wù)程序流程中斷否？保護現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場開中斷中斷返回取指令執(zhí)行指令中斷服務(wù)程序

中斷響應(yīng)程序斷點進棧關(guān)中斷向量地址PC中斷周期是中斷返回保護現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場開中斷開中斷開中斷中斷隱指令中斷隱指令否取指令執(zhí)行指令中斷否？否

中斷響應(yīng)程序斷點進棧關(guān)中斷向量地址PC中斷周期是中斷服務(wù)程序單重多重5.5主程序中斷處理程序1234中斷請求t②③④②①程序中斷接口芯片8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.5內(nèi)部總線緩沖器讀/寫邏輯級聯(lián)緩沖器/比較器優(yōu)先權(quán)比較器(PR)中斷服務(wù)寄存器(ISR)

中斷

請求

寄存

器(IRR)中斷屏蔽寄存器（IMR）控制邏輯INTINTAD7~D0A0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7內(nèi)部總線主程序和服務(wù)程序搶占CPU示意圖準備工作準備工作準備工作傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求I/O宏觀上CPU和I/O并行工作微觀上CPU中斷現(xiàn)行程序為I/O服務(wù)主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序啟動外設(shè)

服務(wù)程序（傳送數(shù)據(jù)）

服務(wù)程序（傳送數(shù)據(jù)）繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU5.55.6DMA方式一、DMA方式的特點1.DMA和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路CPU主存ACC中斷接口DMA接口I/O設(shè)備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入指令輸出指令DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路2.DMA與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式(1)停止CPU訪問主存控制簡單CPU處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)未充分發(fā)揮CPU對主存的利用率主存工作時間CPU不執(zhí)行程序DMA不工作DMA不工作DMA工作CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t5.6(2)周期挪用（或周期竊?。〥MA訪問主存有三種可能

CPU此時不訪存

CPU正在訪存

CPU與DMA同時請求訪存此時CPU將總線控制權(quán)讓給DMA主存工作時間CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t5.6(3)DMA與CPU交替訪問主存工作時間DMA控制并使用主存CPU控制并使用主存tCPU工作周期C1專供DMA訪存C2專供CPU

訪存所有指令執(zhí)行過程中的一個基準時間5.6不需要申請建立和歸還總線的使用權(quán)二、DMA接口的功能和組成1.DMA接口功能(1)向CPU申請

DMA傳送(2)處理總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)交(3)管理系統(tǒng)總線、控制數(shù)據(jù)傳送(4)保存數(shù)據(jù)傳送的首地址和長度(5)DMA傳送結(jié)束時，給出操作完成信號修正傳送過程中的數(shù)據(jù)地址和長度5.6DMA接口主存CPU2.DMA接口組成DMA控制邏輯

中斷機構(gòu)設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請求數(shù)據(jù)線地址線+1+1溢出信號DREQDACKBR5.6三、DMA的工作過程1.DMA傳送過程預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、后處理(1)預(yù)處理通過幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息通知DMA控制邏輯傳送方向（入/出）設(shè)備地址DMA的DAR主存地址DMA的AR傳送字數(shù)DMA的WC5.6預(yù)處理：主存起始地址設(shè)備地址傳送數(shù)據(jù)個數(shù)啟動設(shè)備DMADMADMA數(shù)據(jù)傳送：繼續(xù)執(zhí)行主程序同時完成一批數(shù)據(jù)傳送后處理：中斷服務(wù)程序做DMA結(jié)束處理繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU(2)DMA傳送過程示意允許傳送？主存地址送總線數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備（或主存）修改主存地址修改字計數(shù)器數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束？向CPU申請程序中斷DMA請求否否是是數(shù)據(jù)傳送5.6BR設(shè)備DMA控制邏輯中斷機構(gòu)ARWCDARDMA接口主存CPU+1+1(3)數(shù)據(jù)傳送過程（輸入）DREQ②HRQ③HLDA④地址線⑤DACK⑥①數(shù)據(jù)線⑦溢出信號中斷請求ARWC+1+15.6BRBRBRBRBRBR設(shè)備DMA控制邏輯中斷機構(gòu)ARWCDARDMA接口主存CPU+1+1BRDREQ②HRQ③HLDA④地址線⑤DACK⑥①數(shù)據(jù)線⑦溢出信號中斷請求ARWC+1+1(4)數(shù)據(jù)傳送過程（輸出）5.6BRBRBRBR(5)后處理校驗送入主存的數(shù)是否正確是否繼續(xù)用DMA測試傳送過程是否正確，錯則轉(zhuǎn)診斷程序由中斷服務(wù)程序完成5.6例：一個DMA接口可采用周期竊取方式把字符傳送到存儲器，它支持的最大批量為400個字符。若存取周期為100ns，每處理一次中斷需要5s，現(xiàn)有的字符設(shè)備的傳輸率為9600bps。假設(shè)字符之間的傳輸是無間隙的，若忽略預(yù)處理所需時間，試問采用DMA方式每秒因數(shù)據(jù)傳輸需占用處理器多少時間？如果完全采用中斷方式，又需占用處理器多少時間？解：根據(jù)字符設(shè)備的傳輸率為9600bps，則每秒能傳輸

9600/8=1200B(1200個字符）

若采用DMA方式，傳送1200個字符共需1200個存取周期，考慮到每傳400個字符需中斷處理一次，因此DMA方式每秒因數(shù)據(jù)傳輸占用處理器的時間是

0.1sX1200+5sX(1200/400)=135s

若采用中斷方式，每傳1個字符需中斷處理一次，因此每秒因數(shù)據(jù)傳輸占用處理器的時間是

5sX1200=6000s例：假設(shè)磁盤采用DMA方式與主機交換信息，其傳輸速率為2MBps，而且DMA的預(yù)處理需1000個時鐘周期，DMA完成傳送后處理中斷需500個時鐘周期。如果平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度為4KB，試問在硬盤工作時，50MHz的處理器需用多少時間比率進行DMA輔助操作（預(yù)處理和后處理）？解：DMA傳送過程包括預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送和后處理3個階段。

傳送4KB的數(shù)據(jù)長度需要

(4KB)/(2MBps)=0.002s

若磁盤不斷進行傳輸，每秒所需DMA輔助操作的時鐘周期數(shù)為

(1000+500)/0.002=750000

所以DMA輔助操作占用CPU的時間比率為

(750000/50000000)X100%=1.5%2.DMA接口與系統(tǒng)的連接方式DMA接口1DMA接口2DMA接口nCPU…主存DMA響應(yīng)I/O總線數(shù)據(jù)線地址線DMA請求(1)具有公共請求線的DMA請求5.6(2)獨立的DMA請求DMA接口1DMA接口2DMA接口3CPU主存DMA響應(yīng)1DMA請求1DMA響應(yīng)2DMA請求2DMA響應(yīng)3DMA請求3I/O總線數(shù)據(jù)線地址線5.63.DMA方式與程序中斷方式的比較(1)數(shù)據(jù)傳送(2)響應(yīng)時間(3)處理異常情況(4)中斷請求(5)優(yōu)先級中斷方式DMA方式程序硬件指令執(zhí)行結(jié)束存取周期結(jié)束能不能低高傳送數(shù)據(jù)后處理5.6四、DMA接口的類型1.選擇型在物理上連接多個設(shè)備在邏輯上只允許連接一個設(shè)備設(shè)備地址寄存器控制狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器主存地址寄存器時序電路字計數(shù)器DMA接口CPU主存設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備n選擇線...系統(tǒng)總線5.62.多路型在物理上連接多個設(shè)備在邏輯上允許多個設(shè)備同時工作5.6設(shè)備設(shè)備設(shè)備DMA接口CPU主存…獨立請求式設(shè)備設(shè)備設(shè)備DMA接口CPU主存…鏈式……3.多路型DMA接口的工作原理T4T6T7T2為磁盤服務(wù)T5T8T3為磁帶服務(wù)為打印機服務(wù)T15s

5.6DMA請求打印機tDMA請求DMA請求DMA請求45s

磁帶tDMA請求DMA請求DMA請求DMA請求30s

磁盤t5.2外部設(shè)備一、概述主機設(shè)備控制器機、電磁、光部分I/O接口外部設(shè)備外部設(shè)備大致分三類鍵盤、鼠標、打印機、顯示器磁盤、光盤、磁帶1.人機交互設(shè)備2.計算機信息存儲設(shè)備3.機機通信設(shè)備調(diào)制解調(diào)器等二、輸入設(shè)備1.鍵盤2.鼠標3.觸摸屏按鍵判斷哪個鍵按下將此鍵翻譯成ASCII碼（編碼鍵盤法）機械式金屬球電位器5.2光電式光電轉(zhuǎn)換器三、輸出設(shè)備1.顯示器(1)字符顯示(2)圖形顯示(3)圖像顯示字符發(fā)生器主觀圖像客觀圖像2.打印機(1)擊打式(2)非擊打式點陣式（逐字、逐行）噴墨（逐字）激光（逐頁）5.2四、其他1.A/D、D/A2.終端3.漢字處理五、多媒體技術(shù)完成顯示控制與存儲、鍵盤管理及通信控制模擬/數(shù)字（數(shù)字/模擬）轉(zhuǎn)換器漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出1.什么是多媒體2.多媒體計算機的關(guān)鍵技術(shù)5.2由鍵盤和顯示器組成鍵盤鍵盤由一組排列成陣列形式的按鍵開關(guān)組成。每按下一個鍵，便產(chǎn)生一個相應(yīng)的位置碼）；將其轉(zhuǎn)換成ASCII碼或其他碼，送主機。目前常用的標準鍵盤有101個鍵：ASII碼字符鍵、功能鍵（由軟件定義其功能）、光標控制鍵以及編輯鍵（插入、清除字符）等。IBMPC機鍵盤內(nèi)裝Intel8048單片機來執(zhí)行鍵盤掃描功能(確定按鍵的位置碼)、鍵盤監(jiān)測、消去重鍵、自動重發(fā)、掃描碼緩沖以及與主機間通信等。顯示器顯示設(shè)備種類：按顯示器件分類：陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)等。按顯示內(nèi)容分類：字符顯示器、圖形顯示器和圖像顯示器。按功能分類：普通顯示器：或稱監(jiān)視器，功能簡單，僅接收視頻信號；顯示控制邏輯和存儲邏輯都在主機接口板中。顯示終端：由顯示器和鍵盤組成的一套獨立完整的輸入/輸出設(shè)備，其結(jié)構(gòu)比普通顯示器復(fù)雜得多，能完成顯示控制與存儲、鍵盤管理以及通信控制等功能，也可完成簡單編輯操作；可遠離主機，通過標準通信接口連接。陰極射線管（CRT）CRT是一個電真空器件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)裝置和熒光屏構(gòu)成。如圖5.17所示（p172）。電子槍：包括燈絲、陰極、柵極、加速陽極和聚焦極。在加電后，燈絲發(fā)熱，陰極受熱便發(fā)射電子，電子束射到熒光屏上形成光點，由光點組成圖像。(控制)柵極：根據(jù)亮度信號來控制電子束的強弱。加速陽極：對電子束加速，以保證電子束有足夠的能量轟擊熒光屏，使熒光屏發(fā)出相當(dāng)強的光。聚焦極：將激光束聚集得很細，確保圖像清晰。偏轉(zhuǎn)裝置：控制電子束的運動方向，使電子束能掃描到熒光屏的任何位置。熒光屏：內(nèi)壁涂有熒光粉，其作用是將電子束的動能轉(zhuǎn)換成光能，從而顯示出光點。熒光粉由多種金屬的化合物構(gòu)成，不同材料維持亮度的時間不同，稱為“余輝時間”。要求熒光粉的顆粒精細，確保圖像像素清晰。像素間距為0.31mm，0.28mm。熒光屏尺寸：用對角線的長度表示。14、15、17、21英寸等。彩色CRT有三個電子槍，熒光屏內(nèi)壁涂彩色熒光粉(紅、綠、藍)，按三基色迭加原理形成彩色圖像。液晶顯示器（LCD）液晶：即液態(tài)晶體(有機化合物)。具有液體的流動性，以及分子排列有序的晶體特性。本身不發(fā)光，但能夠調(diào)制外照光實現(xiàn)信息顯示，因此使用時需要背光源。液晶顯示的特點:低電壓、微功耗、體輕薄、適于LSI驅(qū)動、易實現(xiàn)大畫面顯示、顯示色彩優(yōu)良等。應(yīng)用領(lǐng)域：便攜式電子產(chǎn)品：筆記本PC、PDA、手機等。監(jiān)視器。消費類電子產(chǎn)品:數(shù)字電視、攝錄機、數(shù)字相機。等離子體顯示器（PDP）利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象而實現(xiàn)顯示。顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語：分辨率：顯示設(shè)備所能顯示的像素個數(shù)。分辨率取決于熒光粉的粒度、屏幕的尺寸和電子束的聚焦能力。如12、14、16英寸彩色CRT的分辨率分別為640×480、800×600、1024×768。（4:3）灰度級（graylevel）：所顯示像素點的亮暗差別，在彩顯中則表現(xiàn)為不同的顏色。灰度級取決于每個像素對應(yīng)刷新存儲器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。單色(黑白)、彩色、多灰度級黑白顯示器。IBM針對不同的分辨率，制定了不同的顯示器接口標準（或適配器）。見p177。刷新和幀存儲器：刷新：電子束掃過之后，其發(fā)光亮度只能維持短暫一瞬(大約幾十ms)便消失。為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，就必須在圖像消失之前使電子束不斷地重復(fù)掃描整個屏幕。這個過程稱為刷新（refresh）。刷新頻率或掃描頻率:每秒刷新的次數(shù)。應(yīng)大于30次/秒。選用電視中的標準，即每秒刷新50幀(frame).幀存儲器或視頻存儲器（VRAM）：用于存儲圖像的存儲器（即為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把圖像存儲起來）。其容量由圖像分辨率和灰度級決定；其存取周期必須滿足刷新頻率的要求。如1024*768，32位真彩色，需要1024*768*32/8=3MB。隨機掃描和光柵掃描掃描：電子束在熒光屏上按某種軌跡的運動，其控制電路稱為掃描偏轉(zhuǎn)電路。隨機掃描：隨機運動，僅在需要作圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕。畫圖速度快，圖像清晰。驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴。光柵掃描：從上而下順序掃描整個屏幕。電視系統(tǒng)采用隔行掃描（一幅圖像分為偶數(shù)場和奇數(shù)場），計算機中采用逐行掃描。易配套，易維修；顯示冗余時間多，分辨率較低，線段和圓弧不夠光滑。字符顯示設(shè)備：p173-174圖形顯示設(shè)備：p175字符/圖形顯示器：1、字符顯示器原理顯示系統(tǒng)由顯示卡和顯示器組成顯示字符的方法以點陣為基礎(chǔ)

字符點陣存放于字符發(fā)生器（ROM）中見下圖字符窗口：字符點陣和字符間隔80列*25行=2000個字符窗口每個字符窗口為9*14，字符點陣為7*9屏幕上所有字符窗口的ASCII均存放于VRAM中字符發(fā)生器的高位地址來自于ASCII碼，低位地址來自于光柵地址計數(shù)器的輸出RA3~RA004H---00H---10HD4H---3DH---20H1FH---00H---7FH點計數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出第一個字的第一行；水平地址計數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出所有字個字的第一行，開始第二行的顯示。光柵地址計數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出第一行字；開始第二行字的顯示。垂直地址計數(shù)器循環(huán)一周后，顯示一整屏。水平消隱（點陣顯示一行結(jié)束，回到下一行）行間消隱（點陣顯示某行字符結(jié)束，行間不顯示內(nèi)容）垂直消隱（點陣顯示一屏結(jié)束，回到第一行、第一列）VRAM的地址由水平地址計數(shù)器和垂直地址計數(shù)器決定VRAM輸出的ASCII碼作為ROM的高位地址，低位地址來自于光柵地址計數(shù)器2、圖形顯示器（1）隨機圖形顯示器工作原理：將所顯示圖形的一組坐標點和繪圖命令組成顯示文件存放在緩沖存儲器，緩存中的顯示文件送矢量(線段)產(chǎn)生器，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動。

優(yōu)點：分辨率高(可達4096×4096個像素)，顯示的曲線平滑。

缺點：當(dāng)顯示復(fù)雜圖形時，會有閃爍感。

（2）光柵圖形顯示器工作原理:相鄰像素串接法刷新存儲器與分辨率及灰度的關(guān)系VRAM中存放一幀圖形的形狀信息,其地址和屏幕上的地址一一對應(yīng)。VRAM＝分辨率×灰度級如:1024×1024,24位色，VRAM的容量

1024×1024×24/8＝3MDDA(DigitalDifferentialAnalysis)數(shù)據(jù)插補,將顯示文件變成象素信息優(yōu)點：通用性強，灰度層次多，色調(diào)豐富，顯示復(fù)雜圖形時無閃爍現(xiàn)象；所產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能。目前流行的顯示器。圖像顯示原理：p176圖像顯示設(shè)備：圖像顯示器簡單圖像顯示器:僅僅顯示計算機送來的數(shù)字圖像.顯示器不作處理圖形處理子系統(tǒng):專用計算機,圖形工作站.IBMPC系列的顯示系統(tǒng)顯示標準MDA,CGA,EGA,VGA,VESA,SVGA,TVGAVESA顯示模式顯示適配器(顯示卡)刷新存儲器ROMBIOS(用在DOS)顯示控制器給顯示器提供GRB三色信號及同步信號CPU將主存已經(jīng)修改好的內(nèi)容在掃描回程的消隱期送到刷新存儲器.圖形加速能力:位和塊傳送;畫線;顏色填充.【例4】刷存的重要性能指標是它的帶寬。實際工作時顯示適配器的幾個功能部分要爭用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)若顯示工作方式采用分辨率為1024×768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計算刷存總帶寬應(yīng)為多少?(2)為達到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施?【解】(1)∵刷新所需帶寬=分辨率×每個像素點顏色深度×刷新速率∴1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s×100/50=324MB/s(2)為達到這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)措施：①使用高速的DRAM芯片組成刷存；②刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；③刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由32位提高到64位,甚至128位；④刷存采用雙端口存儲器結(jié)構(gòu)，將刷新端口與更新端口分開。IBMPC機漢字顯示原理通過鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成漢字機內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時要用輸入碼到碼表中檢索機內(nèi)碼，得到兩個字節(jié)的機內(nèi)碼，字形檢索程序用機內(nèi)碼檢索字模庫，查出表示一個字形的32個字節(jié)字形點陣送顯示輸出。打印機硬拷貝設(shè)備：打印機、繪圖機、靜電印刷機等，可（在紙上）產(chǎn)生永久性記錄。打印機的分類：按印字原理：擊打式和非擊打式。擊打式：利用機械作用使印字機構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符。點陣針式打印機。（成本低；噪聲大，速度慢）非擊打式：采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符。如激光打印機、噴墨打印機、靜電印字機等。（速度快，噪聲小，印字質(zhì)量好；成本高）按工作方式:串行打印機,行式打印機,頁式打印機。寬（窄）行打印機、圖形/圖像打印機、彩色打印機點陣針式打印機由打印針印出的n(橫向)×m(縱向)點陣組成字符圖形。西文字符：5×7，7×7，7×9等；漢字：16×16，24×24等。為了減少制造的難度，打印頭一般只裝有一列m根打印針，均可單獨驅(qū)動，印完一列后打印頭沿水平方向移動一步微小距離打印下一列，n步之后即可形成一個n×m點陣的字符圖形；然后留出字符間隔，按同樣方式打印下一個字符，…，直到把一行字符打印完畢，然后在換行、回車后，再打印下一行字符。換行：打印紙在輸紙機構(gòu)控制下前進一行；回車：在換行的同時，使打印