第7章IO接口与外围设备

pc机中io接口用于连接在计算机系统中，输入/输出（Input/Output，简称I/O）是指计算机与外部设备之间进行数据交换的过程。

而在PC机中，I/O接口就是用于连接计算机主机与外部设备之间的硬件接口。

本文将以PC机中的I/O接口为主题，介绍其作用和常见的接口类型。

一、什么是PC机中的I/O接口在PC机中，I/O接口是计算机主机与外围设备之间进行通信的枢纽。

通过I/O接口，计算机可以将数据发送给外部设备，或者从外部设备接收数据。

它实质上是通过电信号的方式将计算机内部的电信号与外部设备连接起来。

二、PC机中常见的I/O接口类型及其作用1. 串口（Serial Port）串口是一种用于串行通信的接口，它通过一根信号线将数据逐位地传输给外部设备。

串口接口通常用于连接打印机、调制解调器、条码扫描器等设备。

2. 并口（Parallel Port）并口是一种用于并行通信的接口，它能同时传输多个位的数据。

并口接口通常用于连接打印机、扫描仪等需要高速数据传输的设备。

3. USB接口（Universal Serial Bus）USB接口是目前应用最广泛的接口类型之一。

它可以连接多种外部设备，包括鼠标、键盘、摄像头、移动存储设备等。

USB接口的优势在于方便插拔和高速数据传输。

4. 网络接口（Network Interface Controller，NIC）网络接口是用于连接计算机与局域网或互联网的接口。

通过网络接口，计算机可以实现与其他计算机的通信和数据传输，实现Internet上的各种功能。

5. 显卡接口（Graphics Card Interface）显卡接口是用于连接计算机主机与显示器的接口。

通过显卡接口，计算机可以将图形信号发送给显示器，并实现图像的显示。

6. 声卡接口（Sound Card Interface）声卡接口是用于连接计算机主机与音频设备的接口。

通过声卡接口，计算机可以实现音频信号的输入和输出，实现音频的播放和录制功能。

一、单选题1、下列不属于接口功能的是（）A.对外设进行寻址B.数据缓冲功能C.数据预处理与控制D.执行指令正确答案：D2、对于接口中寄存器的编址方式，描述错误的是（）A.单独编址时，寄存器的地址码可以和主存单元地址码相同。

B.单独编址时，需要设置标志位来区分是访问接口寄存器还是主存。

C.统一编址时，通常把小端地址分配给寄存器, 大端地址分配给主存单元。

D.统一编址时，可利用访存指令来读写接口中的寄存器。

正确答案：C3、对于并行接口和串行接口的特征, 下列描述错误的是（）A.并行接口与外设和总线之间的数据都是并行传输的B.串行接口与外设和总线之间的数据都是串行传输的C.接口距离主机距离较近时, 适合使用并行接口D.如果外围设备是串行处理数据的设备, 此时适合采用串行接口。

正确答案：B4、下列对计算机外部设备的各项描述中，正确的是( )A.CRT显示器基于光栅扫描，而LCD显示器是利用矩阵驱动控制逐行显示的；B.显示器工作在字符模式下时，显存中存储的是字符的点阵信息，而在图像模式下时显存中则存储的是像素对应的颜色信息；C.激光打印机属于非击打式打印，喷墨打印机则属于一种击打式打印；D.在键盘上按键后，从当前按键得到的扫描码是保存在键盘缓冲区中；正确答案：A5、在总线技术标准中, 用于定义总线几何尺寸、形状、引脚、排列等规范的是（）A.时间特性B.电气特性C.功能特性D.物理特性正确答案：D6、在多机系统中, 用于连接计算机的高速以太网线可以被认为是（）A.芯片内总线B.系统总线C.外总线D.局部总线正确答案：C7、下列关于总线路的同步和异步控制方式，错误的描述是（）A.异步总线, 需要外部统一的时序信号来控制总线上的数据传送操作。

B.异步总线, 需要通过部件之间的信号应答才能实现数据传送操作。

C.同步总线需要通过外部的时钟信号来控制数据传输。

D.同步总线的总线周期一定是时钟周期的整数倍。

正确答案：A8、下列属于并行总线的技术标准是（）A.PCI-ExpressB.DMIC.PCID.QPI正确答案：C9、PCI总线对于外部设备的总线使用权请求，采用的仲裁方式是（）A.分布式仲裁B.独立请求方式的集中仲裁C.链式查询集中仲裁D.计数器定时查询集中仲裁正确答案：B10、下列对直接程序传送控制方式的描述中, 错误的是（）A.由主机执行I/O指令才能实现数据在主机和外设之间的输入和输出。

计算机四级操作系统-7-IO设备管理第7章I/O设备管理设备管理是操作系统的主要功能之⼀，它负责管理所有输⼈输出设备以完成期望的数据传设备管理可能是操作系统设计中最凌乱的部分，这主要是由于计算机系统中存在着⼤量的输⼊/输出设备，其性能和应⽤特点可能完全不同。

所以要建⽴⼀个通⽤的、⼀致的设备访问接⼝，使⽤户和应⽤程序开发⼈员能够⽅便地使⽤输⼊/输出设备，⽽⽆须关⼼每种设备各⾃的特性，这正是设备管理的主要⽬的。

本章⾸先讲述设备管理的基本概念，然后讨论I/O硬件组成、I/O软件结构、设备管理的相关技术，最后阐述I/O性能问题及解决⽅案。

7.1设备与设备分类输⼊/输出设备（I/O设备）也称为外部设备（Peripheral Device），有时简称为设备或外设，包括计算机系统中除CPU和内存储器以外的所有的设备和装置，还包括所有外部存储设备。

在不同的上下⽂中，I/O设备⼀词有⼴义和狭义两种含义，⼴义的I/O设备即上述定义，狭义的I/O设备不包括外存设备。

可见，计算机系统中外部设备⾮常多，并且这些设备在功能、速度和控制⽅式等⽅⾯都有较⼤的差异，本节将讨论这些问题。

7.1.1设备管理的重要性为了理解操作系统中设备管理的重要性，⾸先要了解I/O设备在计算机系统中所起的作⽤。

如果说处理器和内存是计算机系统的⼤脑部分的话，那么I/O设备就是计算机系统的五官和四肢。

各种需要处理的信息和操作⼈员对计算机系统的操作命令，都要通过输⼊设备进⼊计算机系统，处理后的信息和结果也要通过输出设备从计算机系统输出。

计算机系统中的I/O设备种类繁多，从简单的键盘到⿏标、打印机、图形显⽰终端、磁盘驱动器以⾄于⽹络设备，变化万千，造就计算机应⽤的多样性和普及性。

可以说没有I/O设备，就没有计算机的应⽤。

然⽽，正如⼈们已经认识到的，操作系统复杂和庞⼤的主要原因是它所管理的资源的庞杂和并发技术的采⽤，⽽I/o设备的庞杂正是操作系统所管理的资源庞杂的主要原因，I/O设备的速度远低于处理器的速度正是导致并发技术产⽣的直接原因。

计算机原理第七章第一节—四节“计算机外围设备”的相关知识。

主题：第七章第一节—四节“计算机外围设备”的相关知识。

学习时间：2016年12月5日--12月11日内容：我们这周主要学习第七章一节—四节“外围设备概述”、“磁盘存储设备”、“磁带存储设备”的相关知识。

希望通过这四节内容的学习能使同学们掌握计算机外围设备的相关知识。

一、学习要求1．了解外围设备概述知识；2．掌握磁盘存储设备的相关知识；3．了解磁带存储设备相关内容。

二、主要内容（一）外围设备概述1．概念：计算机系统中除主机外的其他设备，包括输入和输出设备、外存储器、模数转换器、数模转换器、外围处理机等，是计算机与外界进行通信的工具，例如打印机、磁盘驱动器或键盘。

其主要功能是在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系，将外界的信息输入计算机，取出计算机要输出的信息，存储需要保存的信息和编辑整理外界信息以便输入计算机。

2．基本组成：---存储介质，它具有保存信息的物理特征；---驱动装置，它用于移动存储介质；---控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据；---外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类。

3．常见外围设备简介1）输入设备输入设备主要完成输入程序、数据和操作命令等功能，也是进行人机对话的主要部件。

（1）键盘键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，与CRT显示器组成终端设备。

键盘是由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，每按下一个键，产生一个相应的字符代码(每个按键的位置码)，然后将它转换成ASCII码或其他码，送主机。

ASCII：(American Standard Code for Information Interchange) 用于信息交换的美国标准代码。

ASCII是128个字符组成的字符集。

（2）光笔、图形板和画笔（或游动标）输入光笔(light pen)的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光会聚为一个光点。

计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。

硬件与硬件之间有接⼝，硬件与软件之间有接⼝，软件与软件之间也有接⼝。

这⾥我们所说的I/O接⼝，⼀边连接着主机，⼀边连接着外设。

I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制。

组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。

其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝，⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。

内部接⼝：与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连。

数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。

外部接⼝：通过接⼝电缆与外设相连，外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式，因此I/O接⼝需具有串并转换功能。

接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝，端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。

I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择，必须给众多的I/O设备进⾏编址，也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码，称之为设备号或端⼝地址。

统⼀编址：与存储器共⽤地址，⽤访存指令访问I/O设备。

独⽴编址：单独使⽤⼀套地址，有专门的I/O指令。

接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。

是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。

通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。

也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态，⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进⾏数据的传送。

该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。

⽆条件传送：只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点：较好协调主机与外设之间的时间差异，所⽤硬件少。

缺点：主机与外设只能串⾏⼯作，主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯，CPU效率低。

程序查询⽅式接⼝结构：⼀次只能查询⼀个字的原因？在这种传送⽅式下，外部数据是要存到CPU寄存器中的，故需要⼀个字。

IO口基本操作IO口（Input/Output port）是计算机与外部设备进行通信的接口，通过IO口可以读取外部设备的输入信号或将计算机的输出信号传送到外部设备。

在计算机领域，IO口操作是一项基本技能，掌握了IO口的基本操作，可以更好地与外部设备进行数据交互和控制。

一、IO口的基本定义IO口通常指的是计算机硬件上的物理接口，它是计算机与外部设备进行数据传输的桥梁。

不同的计算机和外部设备可能采用不同的IO口类型，包括并行口（Parallel Port）、串行口（Serial Port）、USB口（Universal Serial Bus Port）等。

在使用IO口前，我们需要对其进行初始化和定义。

具体的操作步骤如下：1. 确定IO口类型：根据外部设备的接口类型，选择合适的IO口进行连接。

2. 查找IO口地址：每个IO口都有一个唯一的地址，通过它可以访问和控制IO口。

在使用IO口前，需要确定IO口的地址。

3. 初始化IO口：通过软件程序将IO口的状态设置为适当的模式，初始化IO口的操作包括设置输入输出方向、设置电平和状态等。

4. 执行IO口操作：根据需要，读取或写入IO口的数据。

二、IO口的读取操作IO口的读取操作指的是从外部设备中读取输入信号，将其传送到计算机进行处理。

IO口的读取操作一般分为以下几个步骤：1. 配置IO口方向：将IO口设置为输入模式，以接收外部设备的信号。

2. 读取IO口数据：通过指定的地址，将外部设备输入的信号读取到计算机内部。

3. 数据处理：对读取的数据进行相应的处理，包括解码、转换等操作。

4. 根据需要进行后续操作：根据读取的数据，执行相应的程序逻辑或控制外部设备。

三、IO口的写入操作IO口的写入操作指的是将计算机内部的输出信号传送到外部设备进行控制。

IO口的写入操作一般分为以下几个步骤：1. 配置IO口方向：将IO口设置为输出模式，以向外部设备发送信号。

2. 准备数据：根据需要发送的信号，将数据准备好。

IO接口的作用IO（Input-Output）接口是计算机系统中的一种重要组件，它的作用是实现数据输入输出的功能。

IO接口广泛应用于各种计算机设备中，包括计算机、移动设备、网络设备等领域。

在计算机系统中，IO接口的作用非常重要。

1. 负责数据输入输出IO接口主要作用是负责计算机系统的数据输入输出。

通过IO接口，计算机系统可以读取外部设备的数据并将其传输到计算机内部，也可以将计算机内部数据传输到外部设备。

这种输入输出功能是计算机系统和外部设备进行数据交换的重要方式。

2. 控制外部设备IO接口还可以控制外部设备的工作，例如控制打印机打印、控制硬盘读写、控制网络数据传输等等。

通过IO接口控制外设，可以实现计算机对外设的控制，以满足不同应用场景的需求。

3. 实现虚拟设备虚拟设备是计算机系统中的一种特殊设备，它是通过软件模拟物理设备而形成的。

虚拟设备可以像物理设备一样进行输入输出操作。

IO接口可以实现与虚拟设备的交互，包括读取虚拟设备的数据，将数据传输到虚拟设备等操作。

4. 提高系统的扩展性和兼容性IO接口可以支持不同的外部设备连接和数据交换，提高系统的扩展性和兼容性。

通过IO接口，可以支持多种不同类型的外部设备，例如打印机、鼠标、键盘等等。

这些设备可以通过IO接口进行读写，从而实现与计算机系统的交互。

IO接口的设计与实现能够提高系统的性能和稳定性。

设计合理的IO接口可以减少不必要的数据交换和传输，提高数据传输效率。

同时，IO接口可以实现外设的故障检测和处理，提高系统的稳定性和可靠性。

总体来说，IO接口在计算机系统中的作用非常重要，它实现了数据输入输出功能、控制外部设备、实现虚拟设备、提高系统的扩展性和兼容性以及提高系统的性能和稳定性等多种功能。

在计算机系统的应用中，IO接口是不可缺少的组件。

io外部设备通常指的是计算机外部的设备，包括打印机、扫描仪、鼠标、键盘、显示器等。

这些设备与计算机之间会通过一定的接口标准进行数据传输和通讯。

在计算机技术发展的过程中，不同的io设备和接口标准随之诞生，这些标准的发展对计算机的性能、效率和兼容性都有着重要的影响。

一、常见io外部设备及其接口标准1. 打印机：打印机是一种常见的io外部设备，它通过与计算机连接的接口标准来实现数据传输和打印功能。

常见的打印机接口标准包括并行口、USB接口和网络打印接口。

2. 扫描仪：扫描仪是用于将纸质文档或照片转换为数字格式的设备，通常与计算机通过USB接口或网络连接进行数据传输。

3. 鼠标和键盘：鼠标和键盘是计算机的常用输入设备，它们通常通过PS/2接口或USB接口与计算机连接。

4. 显示器：显示器是计算机的输出设备，常见的接口标准包括VGA接口、HDMI接口和DisplayPort接口。

5. 外部存储设备：外部硬盘、U盘和存储卡等外部存储设备通常通过USB接口与计算机连接，实现数据传输和存储功能。

6. 音频设备：音箱、耳机、麦克风等音频设备通常通过3.5mm音频接口或USB接口与计算机连接。

二、常见的io总线标准1. PCI总线：PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是一种常见的计算机扩展总线，用于连接计算机主板和各类外部设备。

PCI 总线的带宽较大，能够支持高速数据传输，常见于台式机和服务器等设备中。

2. USB总线：USB（Universal Serial Bus）总线是一种通用的外部设备连接接口标准，具有热插拔、高速传输等特点，广泛应用于各类计算机和外部设备之间的数据传输和连接。

3. FireWire总线：FireWire（IEEE 1394）总线是一种高速的串行总线标准，用于连接计算机和外部设备，主要用于音视瓶设备和外部存储设备等高速数据传输场景。

4. SATA总线：SATA（Serial ATA）总线是一种串行ATA接口标准，用于连接计算机主板和硬盘、光驱等存储设备，具有高速、稳定的特点，是当前主流的存储设备连接接口。