第八章输入输出设

1、第八章第八章 输入输出设备输入输出设备8.1 8.1 键盘键盘按与主机通信信息划分按与主机通信信息划分: 编码键盘和非编码键盘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。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

2、完成。编码。即功能由软件完成。1、键盘扫描原理、键盘扫描原理单片微型计算机单片微型计算机D0D1D2D3D4 D5 D6 D7列列 0 1 2 40123主机主机键盘常用扫描方法：行扫描法键盘常用扫描方法：行扫描法行扫描法过程：行扫描法过程：1、全行扫描、全行扫描 2、逐行扫描、逐行扫描来获得扫描位来获得扫描位置码置码+5V+5V2、按键抖动扫描、按键抖动扫描+5V+5VQK硬件硬件软件软件启动扫描程序启动扫描程序键盘全行扫描键盘全行扫描有闭合键？有闭合键？延时并重扫描延时并重扫描有闭合键？有闭合键？键盘逐行扫描键盘逐行扫描输出按键扫描代码输出按键扫描代码扫描结束扫描结束NNYY8. 2 CR

3、T显示器显示器阴极射线管阴极射线管(Cathode Ray Tube, CRT)显示器显示器1CRT显示器的组成与工作原理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。统、屏幕等组成。 2022-3-28视频放大电路视频放大电路同步信号同步信号帧扫描电路帧扫描电路行扫描电路行扫描电路高压高压CRT主机信号主机信号CRTCRT显示器的显示方式与常见显示规格显示器的显示方式与常见显示规格 1. 相关术语相关术语刷新刷新-为了得到稳定的图像显示，电子束必须不为了得到稳定的图像显示，电子束必须不断重复扫描整个屏幕

4、；断重复扫描整个屏幕；刷新刷新/视频存储器视频存储器-为了不断提供刷新图像的信号为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器中，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器中随机扫描随机扫描电子束只在需要作图的地方扫描，不电子束只在需要作图的地方扫描，不必全屏扫描；必全屏扫描；光栅扫描光栅扫描-TV中，要求图像充满整个画面，全屏中，要求图像充满整个画面，全屏扫描扫描2.2.扫描方式扫描方式 电子束无固定扫描路径。电子束无固定扫描路径。随机扫描：随机扫描：光栅扫描：光栅扫描： 电子束扫描路径固定电子束扫描路径固定 （自上而下，从左（自上而下，从左向右全屏扫描）。向右全屏扫描）。3.3.光

5、栅的形成光栅的形成 水平正扫水平正扫水平回扫水平回扫垂直回扫垂直回扫水平偏转线圈加锯齿波电水平偏转线圈加锯齿波电 流流, ,形成水平扫描线形成水平扫描线 （行扫描）（行扫描） 垂直偏转线圈加锯齿波电垂直偏转线圈加锯齿波电 流流, ,使水平线垂直移动使水平线垂直移动 （场扫描）（场扫描） 行扫描电流：行扫描电流： 场扫描电流：场扫描电流： 水平、垂直同步分别控制电子束水平、垂直同步分别控制电子束X X向与向与Y Y向偏转向偏转 I I R R G G B B 颜色颜色 4.4.象点存在的因素象点存在的因素视频视频=0=0，点暗，点暗 红红 象点象点 位置：位置： 亮度：亮度： 颜色：颜色： 视频

6、信号控制电子束通、断视频信号控制电子束通、断 视频视频=1=1，点亮，点亮 红、绿、蓝三基色控制红、绿、蓝三基色控制 红点红点 绿点绿点 蓝点蓝点 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 淡红淡红 0 0 1 0 0 0 1 0 绿绿 1 0 1 0 1 0 1 0 淡绿淡绿 0 1 1 1 0 1 1 1 白白 例例.2513.2513字符发生器，字符发生器， 5.5.字符点阵的形成与屏幕组织字符点阵的形成与屏幕组织可提供可提供6464种字符点阵种字符点阵 字符点阵图形：字符点阵图形： （1 1）字符发生器）字符发生器 产生字符点阵代码。产生字符点阵代码。 （7 79

7、 9） （5 58 8点阵）点阵） .字符点阵代码：字符点阵代码： 1111111 1111111 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 0000001 1000000 ROM字符译码字符译码64648 8单元单元 行译码行译码字符编码（字符编码（ROMROM高高6 6位地址）位地址） 扫描线序号扫描线序号（ROMROM低低3 3位地址）位地址）输出输出例例. . A B C D E F A B C D E F

8、 （2 2）屏幕组织）屏幕组织 每行字符逐线扫描。每行字符逐线扫描。 字符字符7 79 9，字符区，字符区9 914141 1）扫描顺序）扫描顺序 2 2）间隔）间隔 横向间隔横向间隔2 2点点（消隐）（消隐）纵向间隔纵向间隔5 5线线（消隐）（消隐）横向间隔横向间隔-为使屏幕上显示的字符不挤在一起，为使屏幕上显示的字符不挤在一起，一排的各字符之间留出若干点的位置。一排的各字符之间留出若干点的位置。纵向间隔：排与排之间留出若干条扫描线作为纵向间隔：排与排之间留出若干条扫描线作为排间的纵向间隔。排间的纵向间隔。字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，它包括字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，

9、它包括字符显示字符显示点阵和字符间隔点阵和字符间隔。在。在IBMPC系统中，屏幕上共显示系统中，屏幕上共显示80列列*25行行=2000个字符，故字符窗口数目为个字符，故字符窗口数目为 2000。在单色字符方式下，。在单色字符方式下，每个字符窗口为每个字符窗口为 9*14点阵，字符为点阵，字符为 7*9点阵。点阵。 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 0 00 1 0 10 1 1 01 0 0 00 1 1 10 0 1 110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符字符发生器发生器( R O M )ASCII字符代码字符代码84RA3 - RA0(a) “

10、A ”的点阵表示的点阵表示(b)字符发生器的结构字符发生器的结构(来自来自VRAM)(来自光栅地址来自光栅地址计数器输出计数器输出)RA3 -RA0D7D0D7D0ASCII代码代码(41H)指向这个字形指向这个字形1 1 1 182H字形的产生过程字形的产生过程0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 0 00 1 0 10 1 1 01 1 1 10 1 1 10 0 1 1FEH10H10H10H10H10H10HFEH00H字符字符发生器发生器( R O M )ASCII字符代码字符代码84RA3 - RA0(a) “ I ”的点阵表示的点阵表示(b)字符发生器的结构字符发

11、生器的结构(来自来自VRAM)(来自光栅地址来自光栅地址计数器输出计数器输出)RA3 -RA0D7D0D7D0ASCII代码代码(49H)指向这个字形指向这个字形移位移位寄存器寄存器S L字符字符发生器发生器( ROM)加载控制加载控制水平消隐水平消隐行间消隐行间消隐垂直消隐垂直消隐水平同步电路水平同步电路垂直同步电路垂直同步电路点振荡器点振荡器点计数器点计数器水平地址计数器水平地址计数器光栅地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器垂直地址计数器定时控制定时控制电路电路垂直同步信号垂直同步信号水平同步信号水平同步信号字符时钟字符时钟代码代码控制控制OSCVRAM19180+1819+5125+1

12、视频视频信号信号RA3 - RA0字符显示的一般原理字符显示的一般原理 8. 3 硬盘硬盘 硬盘属于旋转的磁表面存储设备，由磁盘盘片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。、磁头、磁盘驱动器和磁盘控制器组成。2022-3-28 第一块硬盘是第一块硬盘是1973年年IBM研制的研制的“温彻斯特温彻斯特”盘，俗称盘，俗称“温盘温盘”。现代硬盘技术基本上来源。现代硬盘技术基本上来源于温盘。于温盘。2022-3-28温盘的特点是：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）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

13、和可以沿半径方向移动的磁头共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。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）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，不会损伤数据。工作时，盘片的高速旋转带动空气，使磁头处于头处于“飞行状态飞行状态”，悬停于离盘面，悬停于离盘面0.20.5微米的高度。这微米的

14、高度。这样，磁头既不会划伤盘面，又能稳定地读取数据。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）磁盘以恒定的角速度 CAV旋转。旋转。记录信息分布在盘片的两个记录面上，每道记录信息分布在盘片的两个记录面上，每道分为若干磁道，每道分为若干扇区。分为若干磁道，每道分为若干扇区。相关术语相关术语磁道：读磁道：读/写时，盘片旋转而磁头固定不动。盘片写时，盘片旋转而磁头固定不动。盘片旋转一周，磁头的磁化区域形成一个磁道。旋转一周，磁头的磁化区域形成一个磁道。道密度：沿径向，单位距离的磁道数。道密度：沿径向，单位距离的磁道数。扇区：一个磁道沿圆周划分为若干扇区。扇区：一个磁道沿圆

15、周划分为若干扇区。位密度：沿磁道圆周，单位距离可记录的位数。位密度：沿磁道圆周，单位距离可记录的位数。各道位密度不同，道容量相同各道位密度不同，道容量相同磁盘存储器技术指标磁盘存储器技术指标非格式化容量非格式化容量=面数面数*（道数（道数/面）面）*内圈内圈周长周长*最大位密度最大位密度格式化容量格式化容量=面数面数*（道数（道数/面）面）*（扇区（扇区/道）道）*（字节数（字节数/扇区）扇区） 寻道寻道 对磁道进行数据读写时，磁盘控制器发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。出命令使磁头臂移动到指定位置。 寻道时间寻道时间 平均寻道时间平均寻道时间各种可能的寻道所需

16、时间的平均值。各种可能的寻道所需时间的平均值。 旋转延迟旋转延迟 磁头移动到指定磁道上后，读写数据等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。待磁盘旋转到指定的扇区所需的时间。 平均旋转延迟平均旋转延迟 磁盘旋转半周的时间。磁盘旋转半周的时间。数据传输率数据传输率二、磁记录原理和记录方式二、磁记录原理和记录方式1. 磁记录原理磁记录原理写写局部磁化单元局部磁化单元载磁体载磁体写线圈写线圈SNI局部磁化单元局部磁化单元写线圈写线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层写入写入“0”写入写入“1”I磁记录原理磁记录原理N读线圈读线圈S读线圈读线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层运动方向

17、运动方向运动方向运动方向ssttffee读出读出 “0”读出读出 “1”读读2. 磁表面存储器的记录方式磁表面存储器的记录方式011100010数据序列数据序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT位周期位周期三、硬磁盘存储器三、硬磁盘存储器1. 硬磁盘存储器的类型硬磁盘存储器的类型(1) 固定磁头和移动磁头固定磁头和移动磁头(2) 可换盘和固定盘可换盘和固定盘2. 硬磁盘存储器结构硬磁盘存储器结构磁磁 盘盘 控控 制制 器器磁磁 盘盘 驱驱 动动 器器盘盘 片片主主 机机磁盘磁盘磁磁盘盘组组主轴主轴磁头磁头音圈音圈电机电机位置检测位置检测定位驱动定位驱动模拟控制模拟控制放放大大闭环自动控制系统闭

18、环自动控制系统由磁盘控制由磁盘控制器送来的目器送来的目标磁道信号标磁道信号测测速速输输出出读写臂读写臂传动机构传动机构主轴主轴定位驱动定位驱动数据控制数据控制(1) 磁盘驱动器磁盘驱动器2022-3-28例例8.1 在一个平均寻道时间为在一个平均寻道时间为4ms、转速为、转速为10000转转/分钟的磁盘系统中，每个磁道有分钟的磁盘系统中，每个磁道有18个扇区，每个扇个扇区，每个扇区存储区存储512B。请问读取一个完整扇区需要多少时间。请问读取一个完整扇区需要多少时间？答：寻道时间答：寻道时间TS=4ms，旋转延迟，旋转延迟TR=(60/10000)/2=3ms。 旋转速度旋转速度R=10000/60=166.7转转/秒秒 传送一个扇区数据的时间传送一个扇区数据的时间 TA=B/(RN)=512/(166.718512)=0.33ms 读取一个完整扇区花费时间读取一个完整扇区花费时间T=TS+TR+TA=7.33ms。例例8.2 设磁盘存储器转速为设磁盘存储器转速为3000转转/分。分分。分8个扇区，个扇区，每个扇区存储每个扇区存储1K字节。主存与磁盘存储器传送的字节。主存与磁盘存储器传送的宽度为宽度为16