第八章 输入输出设
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3、中断类型：
– 按中断产生的位置： • 外部中断：CPU以外的部件引起的中断。 外中断又可分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断 两种。不可屏蔽中断优先级较高，常用于 应急处理，如掉电、内存读写校验错等。 可屏蔽中断级别较低，常用于一般I/O设 备的数据传送。
• 内部中断：由CPU内部硬件或软件引起的中 断，如单步中断、溢出中断。
路之前，还要受到屏蔽触发器的控制。
当MASK=1，表示对应中断源的请求被屏蔽。 当MASK=0，才允许对应中断源的请求参与排队判优
中断屏蔽寄存器的作用
INT
≥1
由程序 控制
中断屏蔽 0 1 0 1 0 1 0 1 寄存器 ＆
向 量 地 址
……
编 码 器
排 队 逻 辑
＆
＆
＆ 0 1 0 1 0 1 0 1 中断请求 寄存器
程序查询方式——程序流程图
设置计数值
修改计数器
设置内存缓冲区首址
比如指令系统中的软中断指令INT n。 中断处理次序和中断响应次序是两个不同的概念：
否
中断事件在提出中断请求的同时，通过硬件向主机提供中断服务程序的入口地址，即向量地址。 传送完？
CPU等候输入设备的数据成为有效
（2）数据通道中断源，也称直接启存动储外器设存放（DMA）操作。
3级
4级
则 只 需 使 中 断 屏 蔽 码 改 （1）一般的输入、输出外围设备。
一般是故障引起的中断最优先；
为： 第1级 1 1 1 1 （4）DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统的效率；
先由主机通过启动指令启动外设工作，启动后主机用测试指令不断查询外设工作状态，当输入设备处于准备好状态或输出设备处于空闲状态时，
IBM—PC(80x86)汇编语言与接口技术-第8章 输入输出程序设计
8259A
76 5 4
中断屏蔽寄存器21H
打 印 机
3210
IN AL, 21H AND AL,0FDH
键定 时
盘器
OUT 21H,AL
76 5 4
中断命令寄存器20H
EOI
3 2 1 0 MOV AL, 20H OUT 20H, AL
11
中断向量表
00000 类型0的(IP) 类型0的(CS)
00004 类型1的(IP) 类型1的(CS)
speaker_on endp
speaker_off proc push ax in al, 61h and al, 0fch out 61h, al pop ax ret
speaker_off endp
end
8
3. 中断传送方式
中断源：引起中断的事件
外中断（硬中断）：
外设的 I/O 请求 —— 可屏蔽中断 电源掉电 / 奇偶错 —— 非屏蔽中断
15
例：用 DOS 功能调用存取中断向量
MOV AL, N
MOV AH, 35H
INT 21H
PUSH BX
; 保存原中断向量
PUSH DS
MOV AX, SEG INTHAND
MOV DS, AX
MOV DX, OFFSET INTHAND
MOV AL, N
MOV AH, 25H
08 系统定时器 09 键盘 0A 彩色/图形接口 0B 保留 0C 串行通讯口 0D 保留 0E 软盘 0F 打印机
10
中断的条件：
设置CPU中断允许位：
FLAGS 中的 IF 位 = 1 允许中断 （ STI ） = 0 禁止中断 （ CLI ）
硬件8 计算机常用外部设备
三、显示器的性能指标
屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度。 点间距：显示器屏幕上像素间的距离。 颜色数：每个像素点可显示的颜色数。 对比度：图像（字符）与背景的浓度差。 帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数。 行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次数。 扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方式， 分隔行和逐行扫描方式。
键盘自检、键盘扫描、键盘 与主机通信。
键盘缓冲区配合工作。
8.2.2 鼠标器
鼠标器是控制计算机显 示器上光标移动的输入 设备。一般有2到3个键。
特点：快速、精确地光标定位，优良的人机交互。 分类： 按工作原理分：光电式和机电式; 按与计算机通信方式分：有线鼠标和无线 鼠标(红外线型和无线电型)；
1、字符方式——显示字母、数字和特殊符号。 （1）显示缓冲存储器：字符方式下，计算机要 显示的字符以ASCII码形式存入特定的存储区， 每个字符占一个字节单元，这段存储区称显示 缓冲存储器。 （2）字符点阵代码：用一组排成方阵的二进制 数字来表示字符或汉字。 从显示缓冲存储器取出的ASCII码经字符发生 器变换为字型点阵码才能显示输出。
8.2.1 键盘 按结构原理划分
触点式： 利用机械触点的分离与闭合判断电路的通断， 由于磨损、氧化等易产生接触不良等故障。 无触点式：通过按键上下运动使电容的电量发生变化， 达到检测开关的通断，不存在磨损和接触不良等问题， 且密封组装有防尘特性。
按与主机通信信息划分
编码键盘：当某个键被按下后，能够提供一个与之相对 应的的编码信息。
按接口分：串口、PS/2和USB。 指标：分辨率，轨迹速度。
8.2.3
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统一、填空题；1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。
2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。
3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。
5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。
6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。
7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。
8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。
9.二、选择题：1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。
A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序C.中断方式一般适用于随机出现的服务D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作2.中断向量地址是______。
A. 子程序入口地址B. 中断服务例行程序入口地址C. 中断服务例行程序入口地址的地址D. 主程序返回地址3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。
A. 移位寄存器B. 数据寄存器C. 锁存器D. 指令寄存器4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。
A. PPU(外围处理机)方式B. 中断方式C. DMA方式D. 通道方式5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。
A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个时钟周期D. 一个存储周期6.发生中断请求的条件是______。
A. 一条指令执行结束B. 一次I/O操作开始C. 机器内部发生故障D. 一次DMA操作开始7.中断向量地址是______。
第八章输入输出处理输入输出处理是...
第八章输入/输出处理输入/输出处理是程序设计中非常重要的一部分，比如从键盘读取数据、从文件中读取数据或向文件中写数据等等，而键盘、监视器、磁盘存储设备都称为输入、输出源。
Java把这些不同类型的输入、输出源抽象为流（stream）。
Java程序可以用输入流从一些输入源读数据，用输出流向一些输出源写数据。
Jdk 提供了包java.io，其中包括一系列的类来实现输入/输出处理。
从jdk1.1开始，java.io包中的流包括字节流和字符流。
§8.1输入/输出字节流概述§8.1.1 I/O字节流的层次结构在java中，所有的输入流都是从抽象类InputStream继承而来，所有的输出流都是从OutputStream 继承而来。
以下给出了java语言IO包中输入/输出处理类之间的继承关系。
输入、输出字节流的类层次一、简单的输入、输出流1．FileInputStream和FileOutputStream：用于本地文件系统的文件读写。
2．PipedInputStream和PipedOutputStream：用于完成管道的输入和输出。
管道用于将一个程序（或线程或代码块）的输出引导进另一个程序（或线程或代码块）的输入，所有PipedInputStream必须连接到一个PipedOutputStream所有PipedOutputStream必须连接到一个PipedInputStream。
3．ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream：读写内存数据。
4．SequenceInputStream：用于将多个输入流连接到一个输出流。
5．StringBufferInputStream：用于读取StringBuffer类可变字符串中的数据。
二、过滤流1．DataInputStream和DataOutputStream：用一种与机器无关的格式读写java语言的基本数据类型。
输入输出方式
计算机组成原理第八章 输入/输出系统8.2 输入/输出方式1输入/输出方式无条件I/O方式01程序控制I/O方式02中断I/O方式03DMA（Direct MemoryAccess）方式04通道方式05I/O处理机方式062无条件I/O方式在程序的适当位置直接安排I/O指令，当程序执行到这些I/O指令时，CPU默认外设始终是准备就绪的（I/O总是准备好接收CPU的输出数据，或总是准备好向CPU输入数据），无需检查I/O的状态，就进行数据的传输；硬件接口电路和软件控制程序都比较简单。
输入时，必须确保CPU执行I/O指令读取数据时，外设已将数据准备好；输出时，必须确保外部设备的数据锁存器为空，即外设已将上次的数据取走，等待接收新的数据，否则会导致数据传送出错，但一般的外设难以满足这种要求。
3程序控制I/O方式一种早期计算机采用的输入/输出方式，数据在计算机和外设之间的传送全部靠计算机程序控制；计算机执行I/O指令时，先获取外设状态，并根据外设的状态决定下一步操作。
3程序控制I/O方式程序查询的I/O原理u程序先向I/O设备发出I/O命令字；u读取I/O设备工作状态信息；u检查状态字中的标志，看是否可以进行数据交换；u若设备未准备就绪，则返回到上步，重复查询；否则，发出设备准备就绪信号；u CPU与I/O接口的数据缓冲寄存器进行数据交换，与此同时，将接口中的状态标志复位。
3程序控制I/O方式设备状态字寄存器u用来标志设备的工作状态，以便接口对外部设备进行监视。
u CPU通过程序查询设备状态位来判断设备的状态。
u因此，设备状态寄存器是设备对主机的窗口，主机通过它了解设备的状态，并对设备设置操作方式。
u设备状态寄存器又叫设备状态字（DSW）是设备所有状态的集合，每种状态均用一个触发器来表示。
3程序控制I/O方式程序控制I/O方式特点：何时对何设备进行输入输出操作完全受CPU控制，外围设备与CPU处于异步工作关系，数据的输入/输出都要经过CPU。
《计算机组成原理》8-输入输出系统
允许中断３
INTA &
&
&
允许中断４ &
&
&
&
1
1
1
1
INTR1
INTR2
INTR3
（ b） 串 行 优 先 链 中 断 排 队 线 路
INTR4
&
至下一级
≥1
INT
程序中断方式
2、中断的处理过程
✓ 软件排队的基本做法是：当CPU访问到 INT0
中
有中断请求时，则保留好中断断点后立
断 服
即进入软件排队程序的入口。从最高优
✓ 中断排队的实现 可以用硬件排队或软件排队两种方法来实现
➢ 硬件排队方式 硬件排队的基本特点是，优先级别高的中断源提出中 断请求后，就自动封锁优先级别较低的中断源的中断请求
➢ 软件排队方式 软件排队是通过编写查询程序实现的。
程序中断方式
2、中断的处理过程
➢ 硬排队方式 I N T R0
INTR1 1
程序直接控制方式
2、条件传送方式
✓ 通过程序查询接口中的状态来控制数据传送的方式，也被称为程序查询 方式。
✓ 程序查询方式中，在执行一次有效的数据传送操作之前，必须对外部设 备的状态进行查询，如果外部设备准备就绪，才能执行数据传送操作。
程序直接控制方式
2、条件传送方式
检查状态标记
N 准备就绪？ Y 执行数据传送
I/O接口
1、接口的概念
✓ 介于主机与外部设备之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口
（Interface）
✓ 对于主机，I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O
微机原理与应用第八章
无条件传送的输出实例：
300 x 8 数 据 总 线
+5V
74LS373
LE OE
CS WR
MOV DX, 160H MOV AL, [BX] OUT DX, AL
可认为： LED发光二极管 是“始终就绪” 的外设。
无条件传送的输入输出接口：
A0～A15
IOR IOW
译码 8000 H +5V G LS244 三态 缓冲器 CLK LS273 8D 锁存器 LS06 反相 驱动器
⑴ CPU对DMA控制器进行初始化设置 ⑵ 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立 联系：CPU将总线交给DMAC控制 传送流程 ⑶ DMA传送
DMA读存储器：存储器 → 外设 DMA写存储器：存储器 ← 外设
8.1 8.2 8.3 8.4
微型计算机的输入/输出接口 并行通信与并行接口 可编程并行通信接口芯片8255A 串行通信与串行接口
DB
数据 信息
主
AB
机
CB
接口 电路
外 设
数据通常有四种类型：
状态 信息
控制 信息
模拟量不能直接进 入计算机，必须经 过A/D转换器
数字量：二进制形式的数据，或 是已经编过码的二进制 形式的数据。 （1位、8位、16位或32位） 模拟量：用模拟电压或电流幅值大 小表示的物理量。 开关量：有两个状态，即“开”或“关” 一位二进制数就可表示的量 脉冲量：以脉冲形式表示的一种信号
LED7
K0 K1
…
LED0
K7
+5V …
D0～D7
8086
next:
mov dx,8000h in al,dx not al out dx,al call delay jmp next
java08(第8章输入输出流)
在java.io包中定义了很多这二个基本类具体实现 包中定义了很多这二个基本类具体实现 输入输出功能的子类， 输入输出功能的子类，表8.1为部分常用字节输入 为部分常用字节输入 流类和字节输出流子类的功能。 流类和字节输出流子类的功能。
表8.1
类 名 FileInputStream 和 FileOutputStream ByteArrayInputStream和 ByteArrayOutputStream ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream FilterInputStream 和 FilterOutputStream DataInputStream 和 DataOutputStream BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream
【例8-1 】
1. /* 读取文件 */ 2. import java.io.FileInputStream; 3. import javax.swing.JOptionPane; 4. class Example8_1 5. { public static void main( String args[ ]) 6. { byte buffer[ ] = new byte[2056]; 7. String str; 8. try{ 9. File file=new File("d:/jtest/test.dat"); 10. FileInputStream fileInput = new FileInputStream(file); 11. int bytes = fileInput.read( buffer, 0, 2056 ); //读到的字节数 读到的字节数 12. str = new String( buffer, 0, bytes ); 13. } 14. catch(Exception e) 15. { 16. str= e.toString(); 17. } 18. JOptionPane.showMessageDialog(null,str); 19. System.exit(0); //退出程序 退出程序 20. } 21. }
第8章输入输出设备
教学内容安排•第一章绪论•第二章数码系统•第三章运算方法和运算器•第四章存储系统•第五章指令系统•第六章中央处理器•第七章输入输出设备•第八章输入输出系统第八章输入输出系统•8.1输入输出设备的编址方式•8.2总线结构•8.3输入输出控制方式•教学重点和难点•输入输出控制方式第八章输入输出系统8.1 输入输出设备的编址方式•计算机主机要与输入输出设备交换信息，仿照存储器的编址方式，可给各台外部设备分配一个或多个端口地址•输入输出控制方式–统一编址方式–独立编址方式第八章输入输出系统8.1 输入输出设备的编址方式•I/O端口与存储器独立编址•是指系统中的输入输出设备与主存储器构成两个独立的空间–直接端口寻址：端口地址用8位地址码表示，并且是指令码的一部分。
•IN AL,21H–间接寻址方式：端口地址由16位地址码表示，并存放在DX中，即DX寄存器的内容作为端口地址。
•OUT DX,AL第八章输入输出系统8.1 输入输出设备的编址方式•与内存统一编址–优点：不需专门的输入输出指令，缩小了指令规模–缺点：挤占了可供用户使用的内存空间第八章输入输出系统•8.1输入输出设备的编址方式•8.2总线结构•8.3输入输出控制方式•教学重点和难点•总线分类第八章输入输出系统8.2 总结结构•总线控制方式–串行链式查询方式–计数定时查询方式–独立请求方式第八章输入输出系统8.2 总结结构•总线通信方式–同步方式–异步方式第八章输入输出系统8.2 总结结构•总线上信息的传送方式–串行传送方式–并行传送方式第八章输入输出系统•8.1输入输出设备的编址方式•8.2总线结构•8.3输入输出控制方式•教学重点和难点•程序中断方式第八章输入输出系统8.2 输入输出控制方式•输入输出数据传送控制方式•主机速度与外围设备速度匹配问题•如何提高整机系统性能的问题第八章输入输出系统8.2 输入输出控制方式•程序查询方式•信息在主机和外设之间的传输完全靠计算机程序控制，是在CPU控制下进行的。
微机输入输出IO系统
8.2.2 I/O端口读/写控制
I/O端口的读写主要通过 I/O读/写信号 地址译码输出信号共同作用，
实现端口中信息的读出与写入。
8.2.2.1
端口寄存器的写操作
CPU向外部输出数据时要进行端口写操作（即执行输出指令） 通常选用D触发器之类的芯片作为寄存器。 在写入控制CP出现上升沿时，就将D端数据写入Q端 CP端用包含AEN信号的地址译码信号Y240H控制。
接口技术：对这硬、软件的设计，称为接口技术。 接口（Interface）和端口（Port）是不同的。 端口：接口电路中那些完成信息传送，可由程序寻址进行读写的 寄存器。
图8.1 I/O 接口与总线的连接示意
接口的分类
从应用角度分类： 1）用户交互接口：将来自用户的数据、信息传送给微计算机、或 将用户所需的数据、信息由处理系统传送给外部设备。通常有键 盘接口、打印机接口、终端显示接口等。 2）辅助操作接口：微型计算机发挥最基本的处理与控制功能所必 须的接口。包括各类总线驱动器、总线接收器、数据锁存器、三 态缓冲器、时钟电路、CPU与ROM及RAM接口等。 3）传感接口：输入被监视对象和控制对象变化信息的接口。例如 压力传感器、温度传感器、流速传感器、测速计等接口。 4）控制接口：微计算机对被检测对象或控制对象输出信息的接口。 例如步进马达、电磁阀门、继电器、LED显示灯等接口。
（3）开关量 两个状态的量 ，可以用“0”、“1”表示， 例如：电机的启与停，开关的合与开等。
（4）状态信息（STATUS） 反映外设当前工作状态的信息： CPU 外设
例如： 输入时，输入设备是否准备好？
—— 准备就绪信号READY 输出时，输出设备是否空闲？ —— 忙信号BUSY （5）控制信息（CONTROL） CPU控制外设工作方式所发送的一种信息： CPU 外设 例如： 控制I/O 设备启动或停止等。
第八章 输入输出格式
第八章输入输出格式知识要点：一、常用屏幕输入输出格式设计语句1、清除屏幕语句：@ <行1，列1> [ CLEAR ] [ TO <行2，列2> ]清除屏幕指定范围内的内容①清除第5行10列后该行的内容②清除第5行第10列右下角区域的内容③清除5行，10列到15行，40列的内容④清除整个屏幕内容2、画矩形框语句：格式一：@ <行1，列1> TO <行2，列2> [ DOUBLE ]格式二：@ <行1，列1> ，<行2，列2> BOX [ 字符串]注：在两种格式中，若无可选项，均画出一个；在格式一中，添加上[ DOUBLE ]选项，则画出一个；在格式二中，BOX后有字符串选项时，则画出一个由组成的，字符串的个数最多个。
3、定位输出语句：@ < 行，列> SAY <表达式>注：SAY后必须是，且各组成项的类型要4、定位输入语句@ < 行，列> [ SAY <表达式> ] GET <变量> [ RANGE <数1>，<数2> ] [ V ALID <条件> ]注：GET后必须是。
此语句需经激活才能输入数据。
5、格式符和功能符的使用（见课本）二、常用屏幕菜单设计语句：1、TEXT文本内容ENDTEXT2、@ <行，列> SAY “文本内容”3、？“文本内容”4、@ <行，列> PROMPT “文本内容”[ MESSAGE “文本”]SET MESS TO NMENU TO <内存变量>注：这四个设计方法中，前三个菜单选择都是依靠用户输入的变量值来决定菜单的功能，而第四个既可以通过用户输入来选择，还可以利用光标带移动来选择；此方法中内存变量得到的是型数据，其值为。
三、格式文件：1、建立格式文件：格式文件的扩展名为。
第8章 输入输出方法及常用的接口电路
表8.2 8255A端口选择及操作功能表（P354）
A1 A0 00~10 00~10 11
RD
0 1 1
WR
1 0 0
CS
0 0 0
操 作 A口、B口、C口→数据总线（读操作） 数据总线→A口、B口、C口（写操作） 数据总线→控制寄存器（写操作）
表8.2 8255A端口选择及操作功能表
A1 0 0 1 0 0 1 1 × 1 × A0 0 1 0 0 1 0 1 × 1 ×
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
输入操作(读)
输出操作(写)
断开功能
3．A组和B组控制电路 作用：接收来自CPU的读/写控制部分的信号和CPU送 入的控制字，然后分别决定各端口的功能。 ①A组控制电路控制端口A和C的高4位(PC7～PC4)； ②B组控制电路控制端口B和C的低4位(PC3～PC0)。 ③根据控制字对端口C的某位实现“置0”或“置1”的操作。 4．数据总线缓冲器
2．状态端口 状态端口用于暂存反映外部设备工作状态的信息。 输入时，CPU应检测外设欲输入的信息是否准备就 绪，如果已准备好，则CPU可以读入信息，否则CPU等 待“就绪”信号的出现后再读入； 输出时，CPU应检测外设是否已处于准备接收状态， 即外设为“空”状态，若是“空”状态，则CPU输出数 据至外设。若外设处于“忙”状态，则CPU不能向外设 输出信息。这种“空”、“忙”、“就绪”均为状态信 息。 3．控制端口
图8.1 主机通过接口与外设相连
8.1.2 基本I/O接口 输入接口电路最基本的功能是三态缓冲，即通过一 组三态缓冲器保证任意时刻仅允许被CPU选中的设备经 由接口与CPU通信； 输出电路最基本的功能是锁存数据，保证外设能够 正确接收到信息。 1．基本输入接口 三态门电路是起缓冲和隔离作用的。只有当CPU选 中此接口即三态门选通时，才允许选定的输入设备将数 据送至系统数据总线，而其他没有选中的输入设备，此 时相应的接口三态门“关闭”，从而达到与数据总线隔 离的目的。
A1 A0 00~10 00~10 11
RD
0 1 1
WR
1 0 0
CS
0 0 0
操 作 A口、B口、C口→数据总线（读操作） 数据总线→A口、B口、C口（写操作） 数据总线→控制寄存器（写操作）
表8.2 8255A端口选择及操作功能表
A1 0 0 1 0 0 1 1 × 1 × A0 0 1 0 0 1 0 1 × 1 ×
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
输入操作(读)
输出操作(写)
断开功能
3．A组和B组控制电路 作用：接收来自CPU的读/写控制部分的信号和CPU送 入的控制字，然后分别决定各端口的功能。 ①A组控制电路控制端口A和C的高4位(PC7～PC4)； ②B组控制电路控制端口B和C的低4位(PC3～PC0)。 ③根据控制字对端口C的某位实现“置0”或“置1”的操作。 4．数据总线缓冲器
2．状态端口 状态端口用于暂存反映外部设备工作状态的信息。 输入时，CPU应检测外设欲输入的信息是否准备就 绪，如果已准备好，则CPU可以读入信息，否则CPU等 待“就绪”信号的出现后再读入； 输出时，CPU应检测外设是否已处于准备接收状态， 即外设为“空”状态，若是“空”状态，则CPU输出数 据至外设。若外设处于“忙”状态，则CPU不能向外设 输出信息。这种“空”、“忙”、“就绪”均为状态信 息。 3．控制端口
图8.1 主机通过接口与外设相连
8.1.2 基本I/O接口 输入接口电路最基本的功能是三态缓冲，即通过一 组三态缓冲器保证任意时刻仅允许被CPU选中的设备经 由接口与CPU通信； 输出电路最基本的功能是锁存数据，保证外设能够 正确接收到信息。 1．基本输入接口 三态门电路是起缓冲和隔离作用的。只有当CPU选 中此接口即三态门选通时，才允许选定的输入设备将数 据送至系统数据总线，而其他没有选中的输入设备，此 时相应的接口三态门“关闭”，从而达到与数据总线隔 离的目的。
第八章输入输出设备
狭义:仅指输入输出设备和外存储器，它们是只用于输入 输出数字信息的、构成计算机系统必不可少的设备。
外围设备又称外部设备，
计算机组成原理 Slide 5
外围设备特点
由信息载体,设备和设备控制器组成; 工作速度比主机慢很多; 不同设备的信息类型和格式不同; 以上这些特点给主机与输入输出设备的连接带来复杂性。因此，
命令 I/O 设 备
状态
计算机组成原理 Slide 11
I/O接口分类
串行接口 并行接口
计算机组成原理 Slide 12
输入设备
输入设备定义及分类 键盘 鼠标 数码相机
计算机组成原理 Slide 13
输入设备定义及分类
输入设备是指向主机输入程序、原始数据和 操作命令等信息的设备。 输入设备将各类信号变换成主机能识别的二 进制代码，并负责送到主机。
激光扫描系统、 电子照像部分、 字符发生器 控制电路
计算机组成原理 Slide 42
激光印字机
反射镜
激光器 声光偏转调制器
充电器
功率放大器 频率合成器
多面转镜
聚焦镜
消电灯
清洁锟
硒鼓
预热板 转印电极 定影辊
字符发生器
接口控制器
计算机
输纸
计算机组成原理 Slide 43
激光印字机工作过程
充电→曝光→显影→转印→定影→消电→清洁 核心部件 硒鼓（具有光敏特性的滚筒装置）
计算机组成原理 Slide 18
键盘开关矩阵
+5V
并 行 端 口 并行端口
计算机组成原理 Slide 19
键盘分类
按键盘编码的功能和实现方法进行分类
全编码键盘 非编码键盘
计算机组成原理 Slide 20
外围设备又称外部设备，
计算机组成原理 Slide 5
外围设备特点
由信息载体,设备和设备控制器组成; 工作速度比主机慢很多; 不同设备的信息类型和格式不同; 以上这些特点给主机与输入输出设备的连接带来复杂性。因此，
命令 I/O 设 备
状态
计算机组成原理 Slide 11
I/O接口分类
串行接口 并行接口
计算机组成原理 Slide 12
输入设备
输入设备定义及分类 键盘 鼠标 数码相机
计算机组成原理 Slide 13
输入设备定义及分类
输入设备是指向主机输入程序、原始数据和 操作命令等信息的设备。 输入设备将各类信号变换成主机能识别的二 进制代码，并负责送到主机。
激光扫描系统、 电子照像部分、 字符发生器 控制电路
计算机组成原理 Slide 42
激光印字机
反射镜
激光器 声光偏转调制器
充电器
功率放大器 频率合成器
多面转镜
聚焦镜
消电灯
清洁锟
硒鼓
预热板 转印电极 定影辊
字符发生器
接口控制器
计算机
输纸
计算机组成原理 Slide 43
激光印字机工作过程
充电→曝光→显影→转印→定影→消电→清洁 核心部件 硒鼓（具有光敏特性的滚筒装置）
计算机组成原理 Slide 18
键盘开关矩阵
+5V
并 行 端 口 并行端口
计算机组成原理 Slide 19
键盘分类
按键盘编码的功能和实现方法进行分类
全编码键盘 非编码键盘
计算机组成原理 Slide 20
输入输出程序设计
§8.2 程序直接控制I/O方式
§8.2 程序直接控制I/O方式
在例8.2打印字符的程序中，使用TEST指令对状 态寄存器（I/O端口379h）的第7位进行测试，如 果第7位为0，表示打印机处于忙状态，这时， CPU不能送出打印数据，所以程序再次循环测试， 一直等到第7位变为1，表明打印机空闲，程序才 7 1 从数据区取出一个字符送到打印机的数据寄存器， 并由控制寄存器发出一个选通信号（端口37AH的 0位），控制打印机将这个字符打印输出。 这种CPU与外部设备交换信息的方式称为查询方 式或等待方式。
I/O 通 道
硬盘适配器 游戏接口 并行打印机接口LPT2 并行打印机接口 串行通信接口COM2 串行通信接口 并行打印机接口LPT1 并行打印机接口 SDLC通信接口 通信接口 BSC通信接口 通信接口 单色显示/打印机适配器 单色显示 打印机适配器 彩色图形适配器CGA 彩色图形适配器 软盘适配器 串行通信接口COM1 串行通信接口
§8.3 中断传送方式
为调试程序设置的中断
单步中断 断点中断
§8.3 中断传送方式
§8.2 程序直接控制I/O方式
对8086及其后继机型的微处理机，所有I/O端口 与CPU之间的通信都由输入输出指令IN和OUT 来完成。IN指令将信息从I/O输入到CPU，OUT 指令将信息从CPU输出到I/O端口，因此，IN和 OUT指令都要指出I/O端口地址。微处理机分配 给外部设备最多有64K个端口，其中前256个端 口（0~FFH）称为固定端口，可以直接在指令中 指定。当端口地址超过8位（≥256），称为可变 端口，它必须先送到DX寄存器，然后再用IN或 OUT指令传送信息。
§8.2 程序直接控制I/O方式
例8.2打印字符程序PRT_CHAR
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2.扫描方式 随机扫描： 电子束无固定扫描路径。 光栅扫描： 电子束扫描路径固定 （自上而下，从左 向右全屏扫描）。 水平正扫 3.光栅的形成
水平偏转线圈加锯齿波电 流,形成水平扫描线 （行扫描） 垂直偏转线圈加锯齿波电 流,使水平线垂直移动 （场扫描）
水平回扫 垂直回扫
行扫描电流：
场扫描电流：
4.象点存在的因素 位置：水平、垂直同步分别控制电子束X向与Y向偏转 亮度：视频信号控制电子束通、断 视频=0，点暗 视频=1，点亮 颜色：红、绿、蓝三基色控制 红点 象点 I R G B 颜色 红 0 1 0 0 淡红 1 1 0 0 绿点 蓝点 绿 0 0 1 0 淡绿 1 0 1 0 0 1 1 1 白
延时并重扫描
有闭合键？
Y
N
+5V
键盘逐行扫描
输出按键扫描代码 扫描结束
8. 2 CRT显示器
阴极射线管(Cathode Ray Tube, CRT)显示器
1．CRT显示器的组成与工作原理
由灯丝、阴极、控制栅、聚焦系统、加速电极、偏转系 统、屏幕等组成。
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主机信号 视频放大电路 CRT
• 旋转延迟
磁头移动到指定磁道上后，读写数据等 待磁盘旋转到指定的扇区所需的时间。
• 平均旋转延迟
磁盘旋转半周的时间。
•数据传输率
二、磁记录原理和记录方式 1. 磁记录原理 写
写线圈 I 铁芯 磁通 写线圈 I
磁层
N S 载磁体 S N
局部磁化单元
局部磁化单元
写入“0”
写入“1”
磁记录原理 读
读线圈 读线圈
主 机
磁 盘 控 制 器 磁 盘 驱 动 器 盘 片
(1) 磁盘驱动器
主轴
磁盘
定位驱动
主轴
数据控制
磁头
磁 盘 组
读写臂
音圈 电机
测
速
输 出 位置检测 放 模拟控制 定位驱动 大 闭环自动控制系统
传动机构
由磁盘控制 器送来的目 标磁道信号
例8.1 在一个平均寻道时间为4ms、转速为10000转/ 分钟的磁盘系统中，每个磁道有18个扇区，每个扇 区存储512B。请问读取一个完整扇区需要多少时间 ？
垂直消隐
字符时钟
OSC
点振荡器
1 9 点计数器
1 80+18 水平地址计数器 水平同步电路
1 9+5
1 25+1
光栅地址计数器 垂直地址计数器
水平同步信号
垂直同步信号
垂直同步电路
8. 3 硬盘
硬盘属于旋转的磁表面存储设备，由磁盘盘片
、磁头、磁盘驱动器和磁盘控制器组成。 第一块硬盘是1973年IBM研制的“温彻斯特 ”盘，俗称“温盘”。现代硬盘技术基本上来源 于温盘。
例8.2 设磁盘存储器转速为3000转/分。分8个扇区， 每个扇区存储1K字节。主存与磁盘存储器传送的 宽度为16位。假设一条指令最长执行时间为25μs , 是否可以采用一条指令执行结束时间响应DMA请 求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？ 解：3000/60=50转/秒 每秒最多传送信息=1KB×8×50=400KB 故需要每隔2B/400KB=5μs又一次DMA请求。 如果指令执行结束响应DMA请求，数据会丢失，应 该在存取周期结束响应DMA请求。
各道位密度不同，道容量相同
•磁盘存储器技术指标 非格式化容量=面数*（道数/面）*内圈 周长*最大位密度 格式化容量=面数*（道数/面）*（扇区/ 道）*（字节数/扇区）
• 寻道
对磁道进行数据读写时，磁盘控制器发 出命令使磁头臂移动到指定位置。
• 寻道时间 • 平均寻道时间
各种可能的寻道所需时间的平均值。
第八章 输入输出设备
8.1 键盘
按与主机通信信息划分: 编码键盘和非编码键盘
– 编码键盘就是当某个键被按下后，能够提供一个与之相对应 的编码信息，功能全部由硬件完成。 – 非编码键盘是用较为简单的硬件和专用的程序来识 别被按键的位置，提供一个与位置相对应的中间代 码（扫描码），然后又专用软件将其转换成规定的 编码。即功能由软件完成。
1111111 5.字符点阵的形成与屏幕组织 0001000 0001000 ……. 字符点阵图形： 字符点阵代码：0001000 0001000
……..
（7 ×9 ）
（1）字符发生器 产生字符点阵代码。
ROM 3
0001000 0001000 0001000 0001000
例.2513字符发生器， 可提供64种字符点阵 （5×8点阵） （ 扫 行 ROM 描 译 低 输出 线 64×8单元 码 位序 地号 字符译码 址 ）
00H
(b)字符发生器的结构
字形的产生过程
ASCII代码(49H)
指向这个字形 RA3 -RA0 D7
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1111
D0
FEH 10H 10H 10H 10H 10H 10H FEH 00H
8 ASCII 字符代码 (来自VRAM)
字符
D0
发生器
RA3 - RA0 4 (来自光栅地址 计数器输出) (ROM) D7
(a) “ I ”的点阵表示
(b)字符发生器的结构
字符显示的一般原理
视频 信号
移位 寄存器 S L
ＣＰＵ控制 定时控制 电路
字符 发生器 ( ROM)
ＡＳＣＩＩ 代码 RA3 - RA0
VRAM
加载控制
水平消隐
行间消隐
答：寻道时间TS=4ms，旋转延迟TR=(60/10000)/2=3ms。 旋转速度R=10000/60=166.7转/秒 传送一个扇区数据的时间 TA=B/(R×N)=512/(166.7×18×512)=0.33ms 读取一个完整扇区花费时间T=TS+TR+TA=7.33ms。 。
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0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1111
D0
10H 28H 44H 82H 82H FEH 82H 82H 82H
ASCII 字符代码 (来自VRAM)
8
D0
字符 发生器
RA3 - RA0 4
(来自光栅地址 计数器输出) (ROM) D7
(a) “ A ”的点阵表示
铁芯 磁通 磁层
N S S N
f
e
运动方向
f
e
运动方向
s t
s t 读出 “1”
读出 “0”
2. 磁表面存储器的记录方式
位周期 数据序列
T 0
1
1
1
0
0
0
1
0
RZ NRZ
NRZ1
PM FM MFM
三、硬磁盘存储器
1. 硬磁盘存储器的类型
(1) 固定磁头和移动磁头
(2) 可换盘和固定盘
2. 硬磁盘存储器结构
（4）转速 = 2400转 / 60秒 = 40转/秒 数据传输率 = 3454B X 40转/秒 = 138，160 B/S
1、键盘扫描原理
键盘常用扫描方法：行扫描法
+5V
行扫描法过程：1、全行扫描
2、逐行扫描 来获得扫描位 置码 单 片 微 型 计 算 机
主机
D0 D1 D2 D3
列 0 1 2 4 D4 D5 D6 D7
0 1 2
3
2、按键抖动扫描启动扫描程序
软件 硬件 有闭合键？ +5V K 键盘全行扫描
N
Q
Y
例8.4 磁盘组有六片磁盘，每片有两个记录面，存储 区域内径22厘米，外径33厘米，道密度为40道/厘米， 内层密度为400位/厘米，转速转/分，问： （1）共有多少存储面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盘组总存储容量是多少？ （4）数据传输率是多少？
解：（1）若去掉两个保护面，则共有： 6 X 2 - 2 = 10个存储面可用； （2）有效存储区域 =（33-22）/ 2 = 5.5cm 柱面数 = 40道/cm X 5.5= 220道 （3）内层道周长=22= 69.08cm 道容量=400位/cmX69.08cm = 3454B 面容量=3454B X 220道 = 759，880B 盘组总容量 = 759，880B X 10面 = 7，598，800B
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温盘的特点是：
（1）包含若干绕固定主轴高速旋转的表面平整光滑且涂有
磁性材料的金属盘片，盘片和可以沿半径方向移动的磁头 共同密封在一个盒子里面，磁头能从旋转的盘片上读出磁
信号的变化。
（2）不工作时，磁头停靠在位于盘片圆心处的着陆区，与 磁盘是接触的。着陆区不存放任何数据，磁头在此区域启 停，不会损伤数据。工作时，盘片的高速旋转带动空气， 使磁头处于“飞行状态”，悬停于离盘面0.2~0.5微米的高 度。这样，磁头既不会划伤盘面，又能稳定地读取数据。 （3）磁盘以恒定的角速度 CAV旋转。
例8.3 假设磁盘存储器存储器共有六个盘片，每片有 两个记录面，最外两侧盘面不能记录，每面有204 条磁道，每个磁道有12个扇区，每个扇区512B。 磁盘以7200rpm速度旋转，平均定位时间为8ms。 计算(1)该磁盘存储器的容量； （2）平均寻址时间。 解： (1)容量=512B×12×204×10=12533760B （2）平均寻址时间=平均寻道时间（平均定位时间） +平均旋转延迟（平均等待时间）=8+ （60/7200+0)/2=12.165ms
字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，它包括字符显示 点阵和字符间隔。在IBM／PC系统中，屏幕上共显示80列*25 行=2000个字符，故字符窗口数目为 2000。在单色字符方式下， 每个字符窗口为 9*14点阵，字符为 7*9点阵。