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第 5 章 输入 / 输出系统和输入 / 输出设备

返回. 第 5 章 输入 / 输出系统和输入 / 输出设备. 输入 / 输出设备概述 常用输入设备组成与运行原理： 终端 键盘 鼠标 常用输出设备组成与运行原理： 终端 显示器 打印机：针式 喷墨式 激光 输入 / 输出系统概述 计算机的总线： 总线构成 总线周期 运行方式 等待状态 接口电路： 接口电路功能、一般组成，串行口实例 常用的输入 / 输出方式 中断 和 DMA 的 处理过程 本单元内容复习与小结. 返回. 作业和思考题.

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第 5 章 输入 / 输出系统和输入 / 输出设备

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  1. 返回 第 5 章 输入/输出系统和输入/输出设备 • 输入 / 输出设备概述 • 常用输入设备组成与运行原理： 终端 键盘 鼠标 • 常用输出设备组成与运行原理： 终端 显示器 打印机：针式 喷墨式 激光 • 输入 / 输出系统概述 • 计算机的总线： 总线构成 总线周期 运行方式 等待状态 • 接口电路：接口电路功能、一般组成，串行口实例 • 常用的输入/输出方式 • 中断 和 DMA的 处理过程 • 本单元内容复习与小结

  2. 返回 作业和思考题 • 计算机终端 和 PC机的 键盘、显示器有何区别？图形显示器与字符显示器 有何区别？说明显示存储器的作用。 • 说明以点阵方式打印出字形的几种打印机的基本工作原理. • 说明当前PC机中广泛采用的二总线与三总线的组成 , 它们的宽度及大体运行速度, 它们之间的连接关系. • 列出通用可编程入出接口电路的基本组成内容与各自的功能. • 简要叙述 INTEL 8251接口芯片内部组成和使用方法

  3. 返回 作业和思考题(续) • 说明中断的分类, 中断在计算机系统中的作用. • 为什么要划分中断优先级? 为何要有开中断和关中断指令? • 说明中断的产生,响应和处理过程. • 说明 DMA 接口卡上比一般接口卡上要多些什么功能的线路? • 说明一次完整的 DMA 处理过程.

  4. 返回 输入/输出设备 字符显示器的组成与运行原理 CRT的工作原理 显示卡的组成与控制作用 激光打字机的组成与运行原理

  5. 返回 阴极射线管（CRT）的构成和工作原理 阳极帽 阳极 偏转线圈 阴极 显示屏 栅极 电子束 荧光屏 聚焦极 灯丝 电子枪 石墨层

  6. 返回 阴极射线管的性能 电子束有足够的强度和速度 电子束要足够细 电子束运动方向要高度可控 荧光粉的颗粒要足够精细和均匀 有关术语： 单色和彩色 灰度级和颜色 , 分辨率 随极扫描和光珊扫描 刷新和刷新存储器 字符，图形， 图象

  7. 返回 字符显示的一般原理 ＡＳＣＩＩ 代码 VRAM 移位 寄存器 S L 字符 发生器 ( ROM) 视频 信号 RA3- RA0 ＣＰＵ控制 定时控制电路 垂直消隐 加载控制 水平消隐 行间消隐 字符时钟 OSC 1 1 1 1 25+1 9 80+18 9+5 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 点振荡器 水平同步信号 垂直同步信号 垂直同步电路 水平同步电路

  8. 返回 字形的产生过程 ASCII代码(41H) 指向这个字形 RA3 -RA0 D7 D0 8 D0 0 0 0 0 10H ASCII 字符代码 字符 发生器 0 0 0 1 28H 0 0 1 0 44H (来自VRAM) 0 0 1 1 82H 0 1 0 0 82H 0 1 0 1 FEH RA3 - RA0 4 0 1 1 0 82H ( R O M ) 0 1 1 1 82H (来自光栅地址 计数器输出) D7 1 1 1 1 00H (a)“ A ”的点阵表示 (b)字符发生器的结构

  9. 返回 激光打印机的组成 印写部分 转写部分 清扫辊 定形部分 带电器 清扫部分 转写 激光部分 加热辊 预热板 记录鼓 + ….. 输纸用辊 (硒鼓) 显象 部分 激光 接纸 部分 印字机 控制部分 (微处理机汉字字形库) 纸

  10. 返回 输入/输出总线 总线：连接计算机各功能部件的逻辑电路，包括管理信息传输规则的电路被称为总线。在任何时刻，只可以有一个部件向总线上发送信息，但却可以有一个或多个部件同时接收信息。 控制向总线发送信息通常用带有高阻态输出的选通门实现。

  11. 返回 几个概念及术语 三种总线： 数据总线： 传输数据，速度与位数正比于吞吐量 地址总线： 传输地址，位数决定内存可寻址空间 控制总线： 指明总线周期的类型和一次入/出操作完成的时刻等信息 总线周期的类型: 内存读 内存写 外设读 外设写

  12. 返回 几个概念及术语(续) 总线周期： 正常总线周期： 由一次地址时间和一次数据时间组成 BURST总线周期： 由一次地址时间和多次数据时间组成 总线的等待状态： 正常总线周期: 地址时间 跟 一次数据时间，若由于被读写的部件或设备速度慢，一次数据时间内不能完成读写操作，就要增加一或多次数据时间，这增加的数据时间被称为总线的等待状态。它影响系统的运行效率。

  13. 返回 单总线和多总线结构 早期的计算机，如常 美国 DEC 公司PDP-11 机只使用一组总线，所有的部件和设备都接在这唯一的总线上, 包括数据总线，地址总线，控制总线，其优点是结构简单，成本低廉，缺点是运行效率低。 总线 输出 设备 输入 设备 CPU 主存

  14. 返回 多( 2 或 3 )总线结构 处理机总线 当前计算机通常采用多总线结构 主存 CPU 二总线结构 4B~8B 32MHz 扩展总线 控制线路 8.33MHz 1 , 2 , 4 B ISA / EISA I/O设备1 I/O设备2 . . . . .

  15. 返回 三总线结构 多( 2 或 3 )总线结构 处理机总线 主存 CPU 66MHz 4B~8B PCI桥 33MHz 4B PCI BUS 接快速设备 I/O设备3 I/O设备4 扩展总线 控制线路 8.33MHz 1 , 2 , 4 B ISA / EISA 接慢速设备 I/O设备1 I/O设备2 . . . . .

  16. 返回 常用的输入/输出方式 程序直接控制方式(状态循环查询) 简单，CPU效率低，CPU、各外设要串行 程序中断传送方式 CPU利用效率略高，CPU、各外设可并行 直接内存访问方式 (DMA) 外设直接访问内存， CPU利用效率更高 I / O 通道控制方式 用于 I/O 设备数据传送的专用处理机 字节多路通道 选择通道 数组多路通道 外围处理机方式 一般使用小型、微型计算机，独立于主机完来成 I/O 控制、通信、系统维护、诊断等任务，确保 CPU 主要用于执行程序。

  17. 返回 程序中断输入/输出方式 中断的作用: CPU 与 I/O 设备并行工作 硬件故障报警与处理 实现人机交互联系 实现多道程序分时运行 实现实时控制与实时处理 实现多处理机和多计算机间的联系 实现用户程序和操作系统程序间的转换

  18. 返回 有关中断的概念与术语 中断源及分类: 内/外中断 软件中断 中断优先级 中断请求 中断响应 禁止(开/关)中断 中断屏蔽 中断嵌套 中段处理过程: 关中断 保存断点和现场 判中断源并转入中断服务程序 开中断 执行中断服务程序 关中断 恢复现场和断点 开中断 返回断点

  19. 返回 DMA 的概念与处理 DMA 是在高速外设和主存储器间自动成批传送信息而尽量减少 CPU 干预的入/出方式. DMA 卡上应包括通用接口卡的全部组成部分,并多出如下内容: 主存地址寄存器 传送字数计数器 DMA 控制逻辑 : DMA 请求 DMA响应 DMA工作方式 DMA优先级及排队 等

  20. 返回 一次完整的 DMA 传送过程 DMA 预处理 CPU 向 DMA 送命令,如 DMA 方式,主存地址,传送的字数, 之后 CPU 执行原来的程序 DMA 控制在 I/O 设备与主存间交换数据 准备好一个数据， 向 CPU 发 DMA 请求， 取得总线控制权，进行数据传送, 修改卡上主存地址， 修改字数计数器内容且检查其值是否为零， 不为零则继续传送， 若已为零,则向CPU发中断请求。

  21. 返回 通用可编程接口电路 通用： 能有多种用法与入/出功能 可编程： 能通过指令指定接口的功能和运行控制参数等 接口内的组成部分: 设备识别线路 数据缓冲寄存器(输入/输出) 控制寄存器 状态寄存器 中断电路(中断触发器,中断屏蔽触发器 等) 其它组成部分：例如，电平转换及串行/并行转换电路等

  22. 返回 8251的基本功能 可用于同步或异步传送 同步传送时 每字可为５～８bits，可用内或外同步，能自动插入同步字符。 异步传送时 每字可为５～８bits，接收和发送时钟可为1，16或64倍的波特率。可产生中止字符并自动检测和处理。可用1，1.５或２位停止位。能检测假启动完全双工，双缓冲的发送器和接受器。具有检测奇偶错，数据丢失错和帧错的能力。全部入／出信号为 TTL 电平

  23. Ｉ／Ｏ 缓冲器 RESET CLK C/ D /RD /WR /CS ＴxＤ 读／写 控制 逻辑 发送器P-S 发送控制 TxE TxRDY ／TxC RxRDY 接收控制 接收器S-P /DTR /DSR /RTS /CTS 调制／解 调器控制 /RxC ＲxＤ 返回 D7~D0（外部数据总线） 接受数据 缓冲器 状态 缓冲器 发送数据／命令 缓冲器

  24. CPU 接口 CPU 接口 串行 并行 接口 CPU 终端 1、1.5、2位 1位 …... 标识态 数据位，如 8 位 一次完整的数据传送时间 返回 串行异步传送中的有关概念 串行： 异步、同步： 单工，半双工，全双工： 停止位： 数据位： 起始位： 奇偶校验： 传送的波特率： 波特率因子： 数据采样：

  25. 返回 方式命令字的格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Y(D1D0 = 00) N (D1 D0 00 ) TxC , RxC 同步? 规定帧控制 确定字符长度 波特率因子 D6: 外同步检测 0 内同步 00 无效 00 5bits 00 同步方式 SYNDET为输入 01 1个 停止位 01 6bits 01 异步1倍 10 1.5个停止位 1 外同步 10 7bits 10 异步16倍 SYNDET为输出 11 2个 停止位 11 8bits 11 异步64倍 对奇偶校验的规定 D7: 同步字符 X0 不校验 0 双同步字符 01 奇校验 1 单同步字符 11 偶校验

  26. 返回 工作命令字的格式 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 EH IR RTS ER SBBK RxE DTR TxEN 发送器使能信号，1有效 使三个出错标志位复位 接收器使能信号，1有效 请求发送信号，使出 为低 数据终端就绪，使出 为低 发包 信号 发软 信号 BREAK RESET /DTR /RTS

  27. 返回 接口状态寄存器的内容格式 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 TxE TxRDY SYNDET OE DSR FE PE RxRDY 并到串的发送器空，1有效 发送器就绪信号，1有效 接收器就绪信号，1有效 数据设备就绪，1有效 奇偶错 数据帧挫 溢出错

  28. 返回 INTEL 8251 串行接口芯片 D7~D0 : I/O数据 CLK： 主时钟 /RxC,RxD: 接收时钟、数据 1 D2 D1 28 2 D3 D0 27 3 RXD VCC 26 4 GRD /RX C 25 5 D4 /DTR 24 6 D5 /RTS 23 7 D6 /DSR 22 8 D7 RESET 21 9 /TXC CLK 20 10 /WR TX D 19 11 /CS TX EMPTY 18 12 C/ D /CTS 17 13 /RD SYNDET/BD 16 14 RXRDY TXRDY 15 /TxC,TxD: 发送时钟、数据 /CS: 片选信号 /WR、/RD: 写、读命令 C/ D： 控制 / 数据信号 RESET： 总清信号 RxRDY: 接收准备就绪 TxRDY: 发送准备就绪 TxEMPTY: 发送寄存器空 /DTR、/DSR： 器 件 引 脚 图 /RTS、 /CTS：

  29. 返回 工作命令字的格式 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 EH IR RTS ER SBBK RxE DTR TxEN 接口状态寄存器的内容格式 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 OE TxE TxRDY SYNDET DSR FE PE RxRDY

  30. 1个停止位 16*波特率 无奇偶校验 字符为 8 bits 不用 允许发送 数据终端准备好 错误标志复位 请求发送 不用 允许接收 返回 TEC-2 机串行口初始化的程序 MOV R0， 4Eh OUT 81h OUT 83h MOV R0, 37h OUT 81h OUT 83h 方式设置：0 1 0 0 1 1 1 0 命令设置： 0 0 1 1 0 1 1 1 对 OUT 指令而言， 81h、83h 为控制寄存器地址； 对 IN 指令而言， 81h、83h 为状态寄存器地址；

  31. 返回 编程用串行口执行输入任务/输出操作 OUTCH:PUSH R0 OUT1: IN 83h SHR R0 JR NC, OUT1 POP R0 OUT 82h RET INCH:IN 81h SHR R0 SHR R0 JR NC, INCH IN 80h PUSH R1 MOV R1, 00FFh AND R0, R1 POP R1 RET 对 IN 指令而言， 80h 是输入数据寄存器地址， 对 OUT 指令而言， 80h 是输出数据寄存器地址，

  32. 双串行口同时运行的程序例子 loop1: in 83 shr r0 shr r0 jr nc, loop in 82 out 82 out 80 jp loop ret 返回 • Loop: in 81 • shr r0 • shr r0 • jr nc, loop1 • in 80 • out 80 • out 82

  33. 返回 螺管式电磁铁 电磁铁线圈 弹簧 导轨 打印针 壳帽 外壳 衔铁

  34. 返回 永磁式点阵式印字机构 纸 色带 电磁铁线圈 滚筒 弹簧 打印针 永久磁铁

  35. 返回 针式打印机构造 永磁铁 铁芯 打印纸 打印针 导轨 衔铁 滚筒 色带保护片 线圈 色带

  36. +5V 10K 键 。 . 。 。 。 0行 。 。. 。 . . 。 . 1行 。 . 。 。 。 并行接口 键盘 。 。 。 。 …... 。 。 。 。 n行 。 。 。 。 1列 0列 m列 并行接口 键盘的运行原理 返回 计算机的键盘，用于向主机内敲入字符、功能键、汉字等符号，通过逐次敲击键盘上不同的键来完成。被敲击的键将以一个特定的编码被表示并被存入计算机主机。故键盘的运行原理，是把敲击的键在键盘上的位置对应为一个编码。

  37. 返回 键盘的运行原理 把每个键在键盘上的位置对应为一个编码。 具体实现：是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个 m 列 * n 行矩阵的一个交叉点上，通过并行接口向 n 行依次送出仅有一行为零、其余各行均为一的值，再用并行接口读入 m 列上的取值。 当该值不为 FFH （全 1 码）时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为 0 的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。 尚需解决如下的一些问题：键的抖动、多键同时按下、由哪个部件完成这些操作过程。

  38. 1 1 0 0 …... ... 1 1 ... ... 1 101 1 101 返回 并行接口送来 10… 1的 n 位数值到二极管的负极，并行接口接收 键盘线路 m 列送出的 m 位数据。当A键按下去后，5V电源送出经电阻、A键、二极管到 0 信号处的电流，从而在 第 2列产生 0电平（红线所示），其他各列都给出高电平（兰线所示），故并行接口接收到的是 1 1 0 … 1 这样的 m 位数据 +5V 10K 二极管 键 。 . 。 。 。 0行 。 。 . . 。 . 并行接口 A键 1行 。 . 。 。 。 键盘 。 。 。 。 。 。 。 n-1行 。 。 。 1列 0列 m-1列 并行接口

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