第06章-IO系統(tǒng)設(shè)計

第6章I/O系統(tǒng)設(shè)計6.1輸入輸出(I/O)系統(tǒng)概述6.2程序查詢方式6.3中斷輸入輸出方式6.4DMA輸入輸出方式6.5I/O通道和處理機6.6總線結(jié)構(gòu)6.7外部設(shè)備6.8外設(shè)接口習題6第6章I/O系統(tǒng)設(shè)計6.1輸入輸出(I/O)系統(tǒng)概述6.1.1I/O系統(tǒng)需要解決的主要問題

輸入輸出系統(tǒng)，簡稱I/O(Input/Output)系統(tǒng)，是一個計算機系統(tǒng)中主機與外界進行數(shù)據(jù)交換的軟件、硬件系統(tǒng)。一般將主機以外的硬件設(shè)備稱為輸入輸出設(shè)備或外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。根據(jù)信息流入主機的方向不同，可將外設(shè)分為以下兩大類：輸入設(shè)備：向主機輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、圖形、圖像、聲音等信息。輸出設(shè)備：輸出主機的處理數(shù)據(jù)、操作提示、文字、表格、圖形、圖像、聲音等信息。

I/O接口也稱為輸入輸出控制器或I/O模塊，通常指設(shè)備硬件之間的界面，或指主機與外設(shè)(或系統(tǒng))之間的接口邏輯，即硬件接口。圖6.1常見外部設(shè)備

I/O系統(tǒng)常用的指標有：

數(shù)據(jù)傳輸速率：每秒的傳輸二進制信息位數(shù)，單位為位/秒、bps或b/s。

S=1/T·log2N(bps)(6.1)

式中，T為一個碼元的寬度，單位為秒；N為一個碼元中離散值個數(shù)。在數(shù)字通信中，常用時間間隔相同的信號來表示一位二進制數(shù)字，相應(yīng)的傳輸信號稱為碼元(symbol)。

信號傳輸速率：也稱波特率、調(diào)制速率或碼元速率，指單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特(Baud)。

B=1/T(Baud)(6.2)

式中，T為信號碼元的寬度，單位為秒。由(6.1)、(6.2)式得：

B=S/log2N(Baud)(6.3)

即帶寬越大，數(shù)據(jù)傳輸速率越大。

一個I/O接口的典型結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)寄存器（組）、狀態(tài)寄存器（組）、控制寄存器（組）、地址譯碼邏輯等。6.1.2I/O接口的結(jié)構(gòu)與功能圖6.2I/O接口的典型結(jié)構(gòu)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（1）并行接口和串行接口

按照數(shù)據(jù)傳送格式可將接口分為并行接口和串行接口兩類。在并行接口中，主機與接口、接口與I/O設(shè)備之間都是以并行方式傳送信息，即每次傳送一個字節(jié)(或一個字)的全部代碼。在串行接口中I/O設(shè)備與接口之間是一位一位地串行傳送數(shù)據(jù)的，而接口和主機之間則是按并行方式交換數(shù)據(jù)。（2）同步接口和異步接口

按時序的控制方式可將接口分為同步接口和異步接口。（3）程序控制和硬件控制由程序控制的數(shù)據(jù)傳送直接程序控制方式(ProgrammedDirectControl，PDC)程序中斷傳送方式(ProgramInterruptTransfer，PIT)。由專有硬件控制的數(shù)據(jù)傳送。6.1.3I/O接口的類型（4）總線型連接方式

這種連接方式是目前大多數(shù)中、小型計算機，包括微型計算機所采用的連接模式。

對I/O端口編址的方法分為兩種，一種是單獨編址方式，也稱獨立編址方式；另一種是存儲器映射方式，也稱存儲器統(tǒng)一編址方式。獨立編址方式指存儲單元與I/O接口寄存器的地址分別編址，各自有自己的譯碼部件。例如在IBMPC微型計算機系統(tǒng)中，內(nèi)存單元的地址最多有1M個，I/O端口地址有1024個，各自獨立編址。這種編址方法的優(yōu)點是：I/O端口與存儲器單元都有各自獨立的地址空間，各自的地址譯碼與控制電路會相對簡單一些，同時由于設(shè)置了I/O指令，程序的結(jié)構(gòu)比較清晰、便于閱讀、修改程序。

存儲器映射方式是從主存儲器地址空間中分出一部分地址作為I/O端口地址。由于能訪問存儲單元的指令都能夠訪問到I/O端口，不需要在CPU中設(shè)置專門的I/O指令及相應(yīng)的總線控制時序，I/O程序編制較為靈活。缺點是存儲器的空間被占用，源程序中的I/O部分難以閱讀、修改及維護。6.1.4輸入輸出設(shè)備的編址6.2程序查詢方式6.2.1程序查詢流程圖6.3程序查詢方式的程序流程設(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

程序查詢方式的核心問題在于每時每刻需不斷查詢I/O設(shè)備是否準備就緒。在程序的主動控制下，通過讀取狀態(tài)寄存器了解接口的情況，完成相應(yīng)的程序操作，如圖6.3所示。為了及時了解接口的狀態(tài)，需要時間密集的查詢操作，CPU效率低。6.2.2程序查詢方式的接口電路圖6.６

程序查詢方式接口電路（輸入）的基本組成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以輸入設(shè)備為例，該接口的工作過程如下：①當CPU通過I/O指令啟動輸入設(shè)備時，指令的設(shè)備碼字段通過地址線送至設(shè)備選擇電路。②若該接口的設(shè)備碼與地址線上的代碼吻合，其輸出SEL有效。③I/O指令的啟動命令經(jīng)過“與非”門將工作觸發(fā)器B置1，將完成觸發(fā)器D置0。④由B觸發(fā)器啟動設(shè)備工作。⑤輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)緩沖寄存器。⑥由設(shè)備發(fā)設(shè)備工作結(jié)束信號，將D置1，B置0，表示外設(shè)準備就緒。⑦D觸發(fā)器以“準備就緒”狀態(tài)通知CPU，表示“數(shù)據(jù)緩沖滿”。⑧CPU執(zhí)行輸入指令，將數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)送至CPU的通用寄存器，再存入主存相關(guān)單元。中斷技術(shù)：當接口出現(xiàn)需要程序干預(yù)的事件，通過中斷通知CPU，CPU再讀取狀態(tài)寄存器，確定事件的種類，以便執(zhí)行不同的代碼處理，效率高而且及時。中斷：指當出現(xiàn)需要時，CPU暫時停止當前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理新情況的程序和執(zhí)行過程。中斷源：凡是能夠引起中斷的原因、或提出中斷請求的設(shè)備和異常故障，均稱被稱為“中斷源”。中斷屏蔽：是指通過設(shè)置相應(yīng)的中斷屏蔽位，禁止響應(yīng)某個中斷。這樣作的目的，是保證在執(zhí)行一些重要的程序中不響應(yīng)中斷，以免造成遲緩而引起錯誤。因此，從中斷是否可以被屏蔽來看，可分為可屏蔽中斷（MaskableInterrupt）和不可屏蔽中斷（Non-maskableInterrupt，NMI）兩類。6.3中斷輸入輸出方式6.3.1中斷的作用、產(chǎn)生和響應(yīng)硬件中斷（硬中斷）：是一個異步信號，表明需要注意、或需要改變執(zhí)行一個同步事件。軟件中斷（軟中斷）：是利用硬件中斷的概念，用軟件方式進行模擬，實現(xiàn)宏觀上的異步執(zhí)行效果。外部中斷：一般是指由計算機外設(shè)發(fā)出的中斷請求，如：鍵盤中斷、打印機中斷、定時器中斷等。外部中斷是可以屏蔽的中斷。內(nèi)部中斷：是指因硬件出錯（如突然掉電、奇偶校驗錯等）或運算出錯（除數(shù)為零、運算溢出、單步中斷等）所引起的中斷。內(nèi)部中斷是不可屏蔽的中斷。圖6.6CPU與打印機并行工作的時間示意圖發(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)CPU6.3.2中斷處理流程

一般中斷服務(wù)程序的流程分四大部分：保護現(xiàn)場、中斷服務(wù)、恢復(fù)現(xiàn)場和中斷返回。（1）保護現(xiàn)場

保護現(xiàn)場有兩個含義，其一是保存程序的斷點；其二是保存通用寄存器和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。前者由中斷隱指令完成，后者由中斷服務(wù)程序完成。（2）中斷服務(wù)(設(shè)備服務(wù))

這是中斷服務(wù)程序的主體部分，對于不同的中斷請求源，其中斷服務(wù)操作內(nèi)容是不同的。（3）恢復(fù)現(xiàn)場（4）中斷返回

中斷服務(wù)程序的最后一條指令通常是一條中斷返回指令，使其返回到原程序的斷點處，以便繼續(xù)執(zhí)行原程序。

為處理I/O中斷，在I/O接口電路中必須配置相關(guān)的硬件線路。（1）中斷請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器6.3.3程序中斷設(shè)備接口的組成和工作原理圖6.8中斷接口電路DQ&1來自CPU的中斷查詢信號受設(shè)備本身控制INTRDMASKQ中斷請求圖6.9鏈式排隊器（2）排隊器221INTP11INTP21INTP31INTP4&&&&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTP1′INTP2′INTP3′INTP4′INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2圖6.10通過向量地址尋找入口地址（3）中斷向量地址形成部件(設(shè)備編碼器)

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入口地址由軟件產(chǎn)生硬件向量法圖6.12鏈式排隊線路和設(shè)備編碼器

直接存儲器訪問方式(DirectMemoryAccess，DMA)，是一種直接依靠硬件在主存與I/O設(shè)備間進行數(shù)據(jù)傳送，且在數(shù)據(jù)傳送過程中不需CPU干預(yù)的I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式。CPU與接口的數(shù)據(jù)傳送的具體過程由硬件（DMAController，DMAC，DMA控制器）完成，傳送速度比通過CPU快。（1）CPU暫停方式（2）周期挪用方式（周期竊取方式）（3）交替訪問內(nèi)存方式6.4DMA輸入輸出方式6.4.1DMA方式的特點與應(yīng)用場合圖6.12DMA控制器的基本組成框圖6.4.2DMA控制器組成DMA接口主存CPUDMA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DREQDACKBR

DMA傳送方式是指DMA控制器獲取或使用總線的方法。DMA控制方式下的數(shù)據(jù)傳送過程可分為三個階段：DMA傳送前預(yù)處理階段，數(shù)據(jù)傳送階段及傳送后處理階段。（1）DMA預(yù)處理

在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，需要CPU執(zhí)行一段程序，做一些必要的準備工作。（2）數(shù)據(jù)交換操作

DMA控制器獲取總線后，DMA控制器根據(jù)在DMA預(yù)處理階段CPU送來的DMA操作命令字所規(guī)定的傳送方式進行輸入或輸出操作，直到將所有數(shù)據(jù)傳輸完畢（WC為溢出狀態(tài)），DMA控制器交還總線，發(fā)出中斷請求。（3）DMA后處理

接到中斷請求后CPU響應(yīng)中斷，CPU停止原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，做一些DMA的結(jié)束處理工作。6.4.3DMA的數(shù)據(jù)傳送過程

I/O指令是計算機系統(tǒng)給用戶使用的指令系統(tǒng)的一部分，由CPU負責解釋執(zhí)行。I/O通道指令又稱為I/O通道控制字(ChannelCommandWord，CCW)，它是用來編制I/O通道程序的指令，專供I/O通道來解釋執(zhí)行，以實現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)傳輸?shù)菼/O操作。在早期的I/O通道實現(xiàn)中，I/O通道程序存放在主機的主存儲器中，例如IBM370系統(tǒng)。6.5I/O通道和處理機6.5.1通道的概述（1）字節(jié)多路通道用于連接多臺慢速外設(shè)，如鍵盤、打印機等以字節(jié)交叉方式傳送信息數(shù)據(jù)傳輸率等于各慢速外設(shè)速度之和6.5.2通道的類型圖6.15字節(jié)多路通道傳送方式示意圖A1A2…B1B2…C1C2…通道A1B1C1A2B2C2。。。（2）選擇通道可連接多臺高速外設(shè)，但一次只選擇一臺設(shè)備，成組傳送。待一批數(shù)據(jù)傳送完畢后，才能選擇另一臺設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸率等于所連接外設(shè)中速度最高的外設(shè)速率圖6.16選擇通道傳送方式示意圖A1A2…B1B2…C1C2…通道A1A2C1B2B1C2………（3）數(shù)組多路通道綜合前兩種通道的優(yōu)點，可連接多臺高速設(shè)備，允許幾臺設(shè)備并行工作，以成組交叉方式傳送。每個外設(shè)都有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。最大傳輸率為所連外設(shè)中傳輸率最大的一個。通道位于主機與設(shè)備控制器之間，圖中示意性的畫出了主要信息傳送途徑，不是實際的邏輯連接線。6.5.3通道的組成結(jié)構(gòu)（1）通道地址寄存器（CAWR）（2）通道指令寄存器(CCWR)（3）數(shù)據(jù)緩沖寄存器（4）設(shè)備地址寄存器（5）通道狀態(tài)字寄存器（CSWR）（6）通道控制器（微命令發(fā)生器）（7）時序系統(tǒng)圖6.18通道邏輯框圖其工作過程大致如下：①在編制通道程序時，應(yīng)根據(jù)I/O設(shè)備的需要在主存中開辟相應(yīng)的輸入輸出緩沖區(qū)，一般采取多緩沖區(qū)技術(shù)。啟動某通道與設(shè)備時，先將主存緩沖區(qū)首地址及傳送字節(jié)數(shù)填寫到通道程序中，并將通道程序首地址寫入某固定單元(IBM4300約定為77號單元)。之后，可執(zhí)行啟動通道指令SIO，在該指令中給出通道號及設(shè)備號。②被指定的通道接到啟動信號后，從主存某固定單元（如77號單元）取出通道地址字CAW，送入通道地址字寄存器CAWR。③通道將SIO指令送來的設(shè)備號送入設(shè)備地址寄存器，向I/O總線送出所要啟動的設(shè)備號。通道根據(jù)CAWR中的通道程序的首地址，從主存中取出第一條通道指令，開始執(zhí)行通道程序。6.5.4通道工作過程④當執(zhí)行第一條通道指令時，CPU還需判別這次啟動是否成功。如果設(shè)備在接到第一條通道指令發(fā)出的命令后，回送的狀態(tài)編碼為全0，表示接受命令。于是通道向CPU送出條件碼，表示啟動成功。CPU便可轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他程序，由通道獨立地執(zhí)行通道程序。若設(shè)備送回的狀態(tài)編碼不是全0，狀態(tài)編碼指示不能接受命令的原因，例如設(shè)備出錯。⑤在執(zhí)行完一條通道指令后，通道地址字寄存器中的內(nèi)容CAWR加2，以便讀取第二條通道指令。如果執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送指令，則每傳送一次數(shù)據(jù)相應(yīng)地修改通道指令字CCW中的數(shù)據(jù)地址與計數(shù)值。當計數(shù)值為0時表明本次數(shù)據(jù)傳送完畢。⑥如果所執(zhí)行的通道指令中數(shù)據(jù)鏈標志CD與命令鏈標志CC均為0，表明這是本通道程序中的最后一條。通道程序執(zhí)行結(jié)束后，通道向設(shè)備發(fā)出結(jié)束命令，也向CPU申請中斷，并將通道狀態(tài)字CSW寫入主存某指定單元中，供中斷處理程序分析，作結(jié)束處理。6.5.5I/O處理機

I/O處理機（I/Oprocessor，IOP）與通道相比，有更強的獨立性，它與主機中CPU所采用的體系結(jié)構(gòu)無關(guān)，可視為一種專用的CPU。I/O處理機一般都有自己的指令系統(tǒng)，可以通過編制程序?qū)崿F(xiàn)對I/O設(shè)備的控制，因而適應(yīng)性強、通用性好。其程序的執(zhí)行可與CPU并行進行，可使CPU徹底擺脫對I/O的控制任務(wù)。6.6.1總線概述和結(jié)構(gòu)形態(tài)6.6總線結(jié)構(gòu)按總線所承擔的任務(wù)，可分為內(nèi)部總線（InternalBus）和外部總線（ExternalBus）。按總線所處的物理位置，可分為(芯)片內(nèi)總線（ChipBus）、功能模塊（板）內(nèi)總線、功能模塊(板)間總線（即通常說的系統(tǒng)總線）、和外部總線。按總線所傳送的信息類型可分為數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）、地址總線AB（AddressBus）和控制總線CB（ControlBus）等。按總線一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)又分為串行總線(一次僅傳送一位二進制位，僅需設(shè)置一根數(shù)據(jù)信號線)，和并行總線(一次同時傳送多位二進制位，需設(shè)置多條平行數(shù)據(jù)信號線)。按總線操作的定時方式，又有同步總線和異步總線之分。按總線的數(shù)量多少還可以分成：單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)、三總線結(jié)構(gòu)等?？偩€的規(guī)范主要從以下四個方面來描述總線的功能和特性。（1）功能特性或邏輯規(guī)范（2）時間特性或時序規(guī)范（3）電氣特性或電器規(guī)范（4）物理特性或機械規(guī)范（5）通信協(xié)議6.6.2總線規(guī)范與性能總線的性能由多方面的因素決定，一個總線的性能水平主要有以下幾個因素決定：總線的帶寬：Dr＝D/T＝D×f

（6.4）在一個總線內(nèi)設(shè)置的用于傳送數(shù)據(jù)的信號線的數(shù)目，稱為數(shù)據(jù)總線寬度。同樣，用于傳送地址的信號線的數(shù)目稱為地址總線寬度?？偩€周期（BUSCycle）：也就是一個訪存儲器或I/O端口操作所用的時間?？偩€寬度數(shù)據(jù)總線的寬度決定了一次可以同時傳送的二進制信息的位數(shù)，地址總線的寬度決定計算機系統(tǒng)的尋址能力總線的時鐘頻率總線的負載能力圖6.19常見總線接口6.6.3總線的組成與結(jié)構(gòu)

一些關(guān)鍵的總線要素如下。（1）信號線類型

專用信號線是指在總線中，該信號線始終被指派實現(xiàn)一個規(guī)定功能或指派專門用于一類特定的計算機系統(tǒng)組件。復(fù)用信號線是指在一根信號線上定義多種意義的信號或者用于多個(多類)總線設(shè)備。（2）總線的仲裁方法

總線仲裁方法通?？梢苑殖杉兄俨煤头植贾俨脙深?。

（3）總線寬度（4）數(shù)據(jù)傳輸類型（5）總線的實現(xiàn)6.6.4總線的設(shè)計與仲裁集中仲裁：鏈式查詢方式總線控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG數(shù)據(jù)線地址線BS-總線忙BR-總線請求BG-總線同意I/O接口10BS-總線忙BR-總線請求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設(shè)備地址集中仲裁：計數(shù)器定時查詢方式I/O接口1

計數(shù)器設(shè)備地址1排隊器排隊器集中仲裁：獨立請求方式總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意BR-總線請求（1）總線定時方法

總線定時方法是指為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生的事件所采用的方法。在同步總線中，總線上所有事件的發(fā)生都要由一個時鐘脈沖序列來定時。在異步總線中，總線上一個事件的動作發(fā)生與否，依賴于前一個事件動作的執(zhí)行情況。（2）總線數(shù)據(jù)傳送模式

總線的基本功能是傳輸數(shù)據(jù)信息?？偩€上的一次數(shù)據(jù)傳輸包括兩個階段：地址/命令階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。由于總線及總線設(shè)備的多樣性，使得數(shù)據(jù)傳輸也存在多種模式。實際上所有的總線都會支持兩個最基本的總線操作：讀操作和寫操作。總線數(shù)據(jù)傳送模式（數(shù)據(jù)傳輸類型）就是指讀/寫操作在各種類型總線上的各種實現(xiàn)方法。6.6.5總線的定時和數(shù)據(jù)傳送模式6.7外部設(shè)備6.7.1輸入——鍵盤

鍵盤的分類比較多，主要有以下幾種：按接口分：串口、PS/2和USB。按結(jié)構(gòu)原理劃分：觸點式，無觸點式。按編碼信息劃分：編碼鍵盤，非編碼鍵盤。鼠標器是控制計算機顯示器上光標移動的輸入設(shè)備，一般有2到3個鍵。按接口分：串口、PS/2和USB。按工作原理分：機電式（機械式），光電式。按與計算機通信方式分：有線鼠標和無線鼠標（紅外線型和無線電型）6.7.2輸入——鼠標、跟蹤球和操作桿輸入6.7.3輸入——圖像輸入設(shè)備(攝像機、攝像頭和數(shù)碼相機)數(shù)碼相機（DigitalCamera）

數(shù)碼相機主要由鏡頭、液晶顯示屏、快門、閃光燈、數(shù)字信號處理器、存儲器等部件組成。（數(shù)字）攝像頭和攝像機

（數(shù)字）攝像頭和攝像機都屬于視頻輸入設(shè)備，可以捕捉連續(xù)的動態(tài)影像。語音錄入系統(tǒng)包括麥克風和聲卡，前者能夠?qū)⑷说恼Z音轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電信號，后者則能夠?qū)⒔?jīng)麥克風轉(zhuǎn)換的連續(xù)電信號變換為計算機可以處理的數(shù)字信號。電容式話筒具有頻率響應(yīng)寬、頻率響應(yīng)特性平直、非線性失真小、瞬態(tài)響應(yīng)好和靈敏度高等優(yōu)點。6.7.4輸入——語音錄入系統(tǒng)6.7.5輸入——光筆、手寫板、繪圖板

光筆也是一種輸入設(shè)備，其使用光感探測器在顯示屏上進行操作。

手寫板由一塊基板和一只專用手寫筆組成，用戶只需使用手寫筆在基板特定區(qū)域內(nèi)書寫文字，手寫板便能夠?qū)⑹謱懝P所經(jīng)過的軌跡和壓力記錄下來。

繪圖板也是計算機輸入設(shè)備的一種，主要針對設(shè)計類的辦公人士。6.7.6輸入——條形碼與二維碼圖6.33條形碼

20世紀20年代，美國威斯汀豪斯(Westinghouse)實驗室的發(fā)明家約翰·科芒德(JohnKermode)為實現(xiàn)郵政單據(jù)自動分檢而發(fā)明了最早的條碼標識。1974年的箭牌口香糖是最早被打上條形碼的產(chǎn)品。

條形碼校驗碼公式：首先，把條形碼從右往左依次編序號為“1，2，3，4……”從序號二開始把所有偶數(shù)序號位上的數(shù)相加求和，用求出的和乘3，再從序號三開始把所有奇數(shù)序號上的數(shù)相加求和，用求出的和加上剛才偶數(shù)序號上的數(shù)，然后得出和。再用10減去這個和的個位數(shù)，得出校驗碼。

快速響應(yīng)(QuicklyResponse，QR)碼是由日本DensoWave公司于1994年9月研制的一種矩陣二維碼符號，呈正方形，常見的是黑白兩色，相同面積碼圖上的存儲密度要大于PDF417碼。在3個角上印有“回”字形的定位圖符，用戶不需嚴格對準就能保證數(shù)據(jù)的正確讀取。

光學(xué)字符識別（OpticalCharacterRecognition，OCR），或智能字符識別（IntelligentCharacterRecognition，ICR），是指電子設(shè)備（如掃描儀或數(shù)碼相機）檢查紙上字符，通過檢測暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識別方法將形狀翻譯成計算機文字的過程。6.7.7輸入——OCR技術(shù)和文字輸入系統(tǒng)6.7.8輸出——顯示技術(shù)

顯示器（display，monitor），也稱為監(jiān)視器。根據(jù)制造材料的不同，可分為：陰極射線管顯示器CRT，等離子顯示器PDP，液晶顯示器LCD等。CRT顯示器液晶顯示器等離子顯示器顯示器的性能指標屏幕尺寸：用對角線測量屏幕源自第一代CRT顯示器，只需要用直徑來表示顯示管尺寸。分辨率：即顯示屏每列像素點數(shù)×行數(shù)，計算機可以單獨訪問每個像素點?？梢暯嵌龋簭淖畲蠼嵌壬夏芮逦赜^察屏幕上的所有內(nèi)容，常用單位是度。刷新率：顯示幀頻(framerate)，常用單位是赫茲。亮度(luminace)：發(fā)光物體外表發(fā)光強弱的度量，常用單位是坎德拉每平方米(cd/m2)。對比度：一幅圖像中可表示的最亮的白和最暗的黑之間的不同亮暗層次。響應(yīng)時間：即顯示器各像素點對輸入信號反應(yīng)的速度，單位常用毫秒(ms)。一般分為上升(rising)和下降(falling)兩個部分，一般用兩者之和表示。顯示色素：顯示器可表示色彩的豐富程度或顏色值的數(shù)量。3D全息投影投影儀6.7.9輸出——打印機、繪圖儀點陣針式打印機噴墨打印機激光打印機熱敏打印機/熱轉(zhuǎn)打印機

聲卡既能用于聲音輸入也能用于聲音輸出，它使計算機具有了“聽”和“說”的能力。6.7.10輸出——聲音輸出設(shè)備6.7.11交互式輸入/輸出——觸摸屏

觸摸屏（touchscreen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置?？煞譃槲孱悾菏噶繅毫鞲屑夹g(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。6.7.12交互式輸入/輸出——虛擬現(xiàn)實VR

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（VirtualRealitySystem，VR），是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，可以實時地感受三度空間內(nèi)的事物。6.7.13交互式輸入/輸出——腦波讀取和意念控制

腦波亦稱“腦電波”（electroencephalograph，EEG），人腦中有許多的神經(jīng)細胞在活動，而成電氣性的波動。隨著電子技術(shù)的進步，腦波的周波數(shù)也得以用儀器測定，國際腦波學(xué)會針對不同的周波數(shù)，定以α、β、δ、θ等名。最早的PC總線是IBM公司1981年在PC/XT電腦采用的系統(tǒng)總線，它基于8bit的8088處理器，被稱為PC總線或者PC/XT總線。而為了開發(fā)與IBMPC兼容的外圍設(shè)備，行業(yè)內(nèi)便逐漸確立了以IBMPC總線規(guī)范為基礎(chǔ)的ISA（工業(yè)標準架構(gòu)：IndustryStandardArchitecture）總線。6.8外設(shè)接口6.8.1ISA/EISAISA是8/16bit的系統(tǒng)總線，最大傳輸速率僅為8MB/s，允許多個CPU共享系統(tǒng)資源。由于兼容性好，它在上個世紀80年代是最廣泛采用的系統(tǒng)總線。

外設(shè)部件互連標準（PeripheralComponentInterconnect，PCI），從1992年創(chuàng)立規(guī)范到如今，已成為局部總線的標準，PCI插槽也是主板帶有最多數(shù)量的插槽類型。PCI總線是一種樹型結(jié)構(gòu)，并且獨立于CPU總線，可以和CPU總線并行操作。整個系統(tǒng)中存在著3種不同的總線：HostBus為整個系統(tǒng)中最基本設(shè)備之間高性能連接PCIBus為系統(tǒng)高性能局部總線LegacyBus為傳統(tǒng)的性能較低的總線6.8.2PCI/PCI-E

ATA技術(shù)是一個關(guān)于IDE（IntegratedDeviceElectronics）的技術(shù)規(guī)范族。傳統(tǒng)的并行高級技術(shù)附件PATA（ParallelATA）使用單模信號放大系統(tǒng)（singleendsignalamplifiedsystem），噪聲會隨著正常信號一起傳輸、放大，不易被抑制，在高速時尤其嚴重。6.8.3ATA(IDE)/PATA/SATA接口串行高級技術(shù)附件SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）使用了差動信號系統(tǒng)（differentialsignalamplifiedsystem），能有效的將噪聲從正常訊號中濾除，良好的噪聲濾除能力使得SATA只要使用低電壓操作即可。小型計算機系統(tǒng)接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）使用50針接口，速度快，主要用于服務(wù)器，CPU占用率低，擴展性遠優(yōu)于IDE硬盤，并且支持熱插拔。

SAS（SerialAttachedSCSI）即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術(shù)，可以向下兼容SATA。SAS和SerialATA(SATA)相似，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過縮短連結(jié)線改善內(nèi)部空間等。6.8.4并行IO標準接口SCSI和SAS光纖通道（FibreChannel）最初也不是為硬盤設(shè)計的，是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的。光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性才開發(fā)的。光纖通道提供點對點的、轉(zhuǎn)換的環(huán)路接口，連接設(shè)備多達126個，CPU占用率低，支持熱插拔，在主機系統(tǒng)運行時就可安裝或拆除光纖通道硬盤，可實現(xiàn)光纖和銅纜的連接，連接距離遠超同類產(chǎn)品。6.8.5光纖通道和Infi