计算机组成原理---输入输出设备

除了CPU和存储器外，输入输出模块也是计算机的关键部分。

I/O设备与主机交换信息的三种方式为程序查询、中断和DMA。

1、早期阶段

I/O设备与主存交换信息都必须经过CPU。

2、接口模块和DMA阶段

接口中设有数据通路和控制通路，数据经过接口既起到缓冲作用，又可完成串-并转换。

控制通路用以传送CPU向I/O设备发出的各种控制命令，或使CPU接收来自I/O设备的反馈信号。

接口模块实现了CPU和I/O设备并行工作，主机与I/O设备交换信息时，CPU要中断现行程序，即CPU和I/O设备还不能做到绝对的并行工作。

DMA技术

I/O设备和主存之间有一条数据通路，I/O设备可以与主存直接交换信息，使CPU在I/O设备与主存交换信息时能继续完成自身的工作。

3、具有通道结构的阶段

通道是用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之间交换信息的部件，可以视为一种具有特殊功能的处理器。

通道有专用的通道指令。

4、具有I/O处理机阶段

独立于主机工作，即可完成I/O通道要完成的I/O控制，又可完成码制交换、格式梳理、数据块检错、纠错等操作。

输入输出系统由I/O软件和I/O硬件组成

I/O软件

1、将用户编制的程序输入主机内

2、将运算结果输出给用户

3、实现输入输出系统与主机工作的协调等

I/O指令

I/O指令是机器指令的一种。

操作码命令码设备码

操作码字段可作为I/O指令与其他指令（如访存指令、算逻指令、控制指令等）的判别代码；命令码体现I/O设备的具体操作；设备码是多台I/O设备的选择码。

通道指令

通道指令是对具有通道的I/O系统专门设置的指令。

通道指令又称为通道控制字，它是通道用于执行I/O操作的指令，可以由管理程序存放在主存的任何地方，由通道从主存中取出并执行。

通道程序即由通道指令组成，它完成某种外围设备与主存之间传送信息的操作。

I/O硬件

输入输出系统的硬件组成一般包括接口模块和I/O设备两大部分。

一个通道可以和一个以上的设备控制器相连，一个设备控制器又可控制若干台同一类型的设备。

I/O设备与主机的联系方式

1、I/O设备编址方式

分为统一编址和不统一编址。

统一编址就是将I/O地址看作是存储器地址的一部分。

不统一编址就是指I/O地址和存储器地址是分开的。

2、设备寻址

每台设备都赋予一个设备号，可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号

3、传送方式

分为并行传送和串行传送。

不同的传送方式需配置不同的接口电路。

4、联络方式

分为三种方式：

1、立即响应方式

2、异步工作采用应答信号联络

3、同步工作采用同步时标联络

5、I/O设备与主机的连接方式

采用辐射式和总线式连接方式。

I/O设备与主机信息传送的控制方式

1、程序查询方式

2、程序中断方式

3、直接存储器存取方式DMA

4、I/O通道方式

5、I/O处理机方式

I/O设备

简称外设。

I/O设备通常结构为：设备控制器和机、电、磁、光部件。

I/O设备大致分为三类：

1、人机交互设备

2、计算机信息的存储设备

3、机-机通信设备

输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、其他输入设备。

触摸屏：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。

其他输入设备：光笔、画笔与图形版、图像输入设备。

输出设备

显示设备

按显示器划分：阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器

按显示内容划分：字符显示器、图形显示器、图像显示器

按显示功能划分：普通显示器、显示终端

CRT重要技术指标：分辨率和灰度等级

刷新频率大于30次/秒，人眼不会闪烁

不断的刷新，瞬时图片保存在存储器中，称为刷新存储器

打印设备

打印设备分为打击式和非打击式

点阵针式打印机

激光打印机

喷墨打印机

比较：

点阵针式打印机的字符点阵用于控制打印针的驱动电路；

激光打印机的字符点阵脉冲信号用于控制激光束；

喷墨打印机的字符点阵信息控制墨滴的运动轨迹；

其他I/O设备

1、终端设备：显示器和键盘组成

2、A/D与D/A转换器

3、汉子处理设备

多媒体技术

多媒体的核心词是媒体，音乐、语言、图片、文件、书籍等

多媒体计算机关键技术

1、视频和音频数据的压缩与解压缩技术

2、多媒体专用芯片

3、大容量存储器

4、适用于多媒体技术的软件

I/O接口

接口可以看做是两个系统或两个部件之间的交接部分。

不同的I/O设备都有其相应的设备控制器

I/O接口可以做设备选择、数据缓冲、串-并格式转换、电平转换、传送控制命令、保存状态信息。

接口和端口不同，端口指接口电路中的一些寄存器：数据端口、控制端口、状态端口。

接口的功能和组成

1、总线连接方式的I/O接口电路

包括数据线、设备选择线、命令线和状态线

2、接口的功能和组成

选址功能、传送命令的功能、传送数据的功能、反应I/O设备工作状态的功能

接口类型

1、按数据传送方式分为并行接口和串行接口

2、按功能选择的灵活性分类分为可编程接口和不可编程接口

3、按通用性分类分为通用接口和专用接口

4、按数据传送的控制方式分为程序型接口和DMA型接口

程序查询方式

测试指令、传送指令、转移指令

程序中断方式

当出现异常情况或者特殊请求时，计算机停止现行的程序运行，转向对这些异常情况和特殊情求的处理，处理后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序，这就是中断。

保护现场、中断服务（设备服务）、恢复现场、中断返回

DMA方式

停止CPU访问主存、周期挪用（周期窃取）、DMA与CPU交替访问

预处理、数据传送、后处理

选择型DMA接口、多路型DMA接口

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