计算机组成原理第5章zy汇编

1、5.6 DMA方式方式5.5 程序中断方式程序中断方式5.4 程序查询方式程序查询方式5.3 I/O接口接口5.2 外部设备外部设备5.1 概述概述l什么是输入输出系统？l输入输出系统的组成是什么？l输入输出系统的核心是什么？l接口的概念、分类l哪些控制方式？IRQ(Interupt ReQuest)即“中断请求”，当计算机内的某个硬件要求处理器去执行某项任务时，该硬件会发出一个硬件信号去通知处理器，这个信号就是IRQ，当处理器收到周边设备传来的中断信号时，它会停止当前的工作优先处理这个信号，完成后再继续处理之前默默完成的工作， l输入输出子系统是连接主处理机和I/O设备的子系统是计算机系统中

2、最具多样性和复杂性的组成部分最典型地反映了软件与硬件的相互结合其复杂性都隐藏在操作系统中1.外设特点（1） 种类多：有常规的输入输出设备，如键盘、显示器、打印机；有辅助存储的外存储器驱动器；有用于通讯的调制解调器；有控制系统常用的数字/模拟转换器和模拟/数字转换器，；（2）工作原理各不相同：有电子式、电动式、光电式、机械式或其它形式；（3）要求的信号各不相同，有模拟量、数字量和开关量；（4）传输信息的速度也千差万别。2.输入输出系统的基本功能（1）为数据传输操作选择输入输出（I/O）设备；（2）使选定的输入输出设备和主机之间交换数据。5.1.1输入输出系统的发展概况输入输出系统的发展概况1.

3、早期早期分散连接分散连接CPU 和和 I/O 串行串行 工作工作程序查询方式程序查询方式2. 接口模块和接口模块和 DMA 阶段阶段总线连接总线连接CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作3. 具有通道结构的阶段具有通道结构的阶段4. 具有具有 I/O 处理机的阶段处理机的阶段中断方式中断方式DMA 方式方式5.1.2 输入输出系统的组成输入输出系统的组成1. I/O 软件软件(1) I/O 指令指令(2) 通道指令通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出数组的首地址、传送字数、操作命令指出数组的首地址、传送字数、操作命令如如 IBM/370 通道指令为通道指令

4、为 64 位位2. I/O 硬件硬件设备设备I/O 接口接口设备设备设备控制器设备控制器通道通道操作码操作码命令码命令码设备码设备码5.1.3 I/O 与主机的联系方式与主机的联系方式1. I/O 编址方式编址方式(1) 统一编址统一编址(2) 不统一编址不统一编址用取数、存数指令用取数、存数指令有专门的有专门的 I/O 指令指令2. 设备选址设备选址用设备选择电路识别是否被选中用设备选择电路识别是否被选中3. 传送方式传送方式(1) 串行串行(2) 并行并行数据字数据字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起始位起始位终止位终止位9.09ms2 9.09ms4. 联络方式联络

5、方式(1) 立即响应立即响应(2) 异步工作采用应答信号异步工作采用应答信号 “Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 设设 备备CPU(3) 同步工作采用同步时标同步工作采用同步时标并行并行串行串行起始位起始位终止位终止位9.09ms2 9.09ms5. I/O 与主机的连接方式与主机的连接方式(1) 辐射式连接辐射式连接(2) 总线连接总线连接 外设外设 外设外设 外设外设 主主机机不便于增删设备不便于增删设备每台设备都配有一套每台设备都配有一套控制线路和一组信号线控制线路和一组信号线便于增删设备便于增删设备5.1.4 I/O 与主机信息传送的控制方式与主机信息传送的控制方式

6、1. 程序查询方式程序查询方式l程序查询方式：程序查询方式：数据在数据在CPUCPU和外围设备和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制。之间的传送完全靠计算机程序控制。工作过程：工作过程：先由主机通过启动指令启动外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，启动后主机用测试指令不断查询外设工作是否完成，一旦外设工作完成，就可设工作是否完成，一旦外设工作完成，就可进行数据传送了。进行数据传送了。特点：特点：由于外围设备动作很慢，程序进入由于外围设备动作很慢，程序进入查询循环时将白白浪费掉查询循环时将白白浪费掉CPUCPU很多时间很多时间CPU 和和 I/O 串行工作串

7、行工作踏步等待踏步等待CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态未准备就绪未准备就绪出错出错从从I/O接口中读接口中读 一个字到一个字到CPU从从CPU向主存向主存 写入一个字写入一个字CPU向向I/O发发 读指令读指令CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态 完成否完成否未准备就绪未准备就绪现行程序现行程序是是出错出错已准备就绪已准备就绪否否2. 程序中断方式程序中断方式l程序中断方式程序中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。工作过程工作过程：通常，当一个中断发生时，CPU暂停它的现行程序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。当中断处理

8、完毕后，CPU又返回到它原来的任务，并从它停止的地方开始执行程序特点特点：它节省了CPU宝贵的时间，是管理I/O操作的一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即进行。同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较大。I/O 工作工作CPU 不查询不查询CPU 暂停现行程序暂停现行程序自身准备自身准备与主机交换信息与主机交换信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 启动启动 I/O现行程序现行程序 中断服务程序中断服务程序KK+1没有踏步等待现象没有踏步等待现象中断现行程序中断现行程序程序中断方式流程程序中断方式流程CPU 向向 I/O 发读指令发

9、读指令CPU 读读 I/O 状态状态检查状态检查状态完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 设备工作设备工作准备就绪准备就绪CPU I/O从从 CPU 向主存写入一个字向主存写入一个字CPU 主存主存从从 I/O 接口中读一个字到接口中读一个字到CPUI/O CPU中断请求中断请求I/O CPU出错出错是是否否未错未错3. DMA 方式方式l直接内存访问（直接内存访问（DMA）方式）方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式工作过程工作过程：DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行，以高速传送数据特点特点：数据传送速度很高，传

10、送速率仅受到内存访问时间的限制。与中断方式相比，需要更多的硬件。DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。主存和主存和 I/O 之间有一条直接数据通道之间有一条直接数据通道不中断现行程序不中断现行程序周期挪用（周期窃取）周期挪用（周期窃取）CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存之间的传送与主存之间的传送三种方式的三种方式的 CPU 工作效率比较工作效率比较存取周期结束存取周期结束CPU 执行现

11、行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存与主存之间的传送之间的传送CPU 执行执行现行程序现行程序CPU查询等待并传输查询等待并传输I/O数据数据CPU 执行执行现行程序现行程序启动启动I/OI/O 准备及传送准备及传送指令执行周期结束指令执行周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序启动启动I/O中断请求中断请求I/O准备准备I/O准备准备CPU 处理中断服务程序处理中断服务程序实现实现 I/O 与主机之间的传送与主机之间的传送间间断断启动启动I/O启动

12、启动I/OI/O准备准备中断请求中断请求启动启动I/OI/O准备准备一个存取周期一个存取周期DMA请求请求程序程序查询查询方式方式程序程序中断中断方式方式DMA 方式方式I/O 准备及传送准备及传送5.2.1概述概述外部设备大致分三类外部设备大致分三类键盘键盘 鼠标鼠标 打印机打印机 显示器显示器 磁盘磁盘 光盘光盘 磁带磁带1. 人机交互设备人机交互设备2. 计算机信息驻留设备计算机信息驻留设备3. 机机 机通信设备机通信设备调制解调器等调制解调器等 根据其所采用的技术可分成根据其所采用的技术可分成5类：电阻式、电容式、类：电阻式、电容式、红外线式、表面声波技术和底坐式矢量压力测力技术。红外

13、线式、表面声波技术和底坐式矢量压力测力技术。5.2.2输入设备输入设备1. 键盘键盘2. 鼠标鼠标3. 触摸屏触摸屏按键按键判断哪个键按下判断哪个键按下将此键翻译成将此键翻译成 ASCII 码码 （编码键盘法）（编码键盘法）机械式、光电式机械式、光电式4. 其他输入设备其他输入设备l跟踪球和操作杆输入跟踪球和操作杆输入l图像输入设备（摄像机和数字照相机）图像输入设备（摄像机和数字照相机）l扫描仪扫描仪l条形码及其技术条形码及其技术l光学字符识别技术和语音文字输入系统光学字符识别技术和语音文字输入系统l光笔、图形板和画笔（或游动标）输入光笔、图形板和画笔（或游动标）输入5.2.3输出设备输出设备

14、1. 显示设备显示设备按照显示器件分类：按照显示器件分类：CRT、液晶、等离子、液晶、等离子l性能：性能：屏幕尺寸、点间距、对比度、屏幕尺寸、点间距、对比度、幀频、行频、幀频、行频、扫描方式、灰度等级或彩色数量。扫描方式、灰度等级或彩色数量。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CRT显示器显示器是一个漏斗形的电真空器件，由电子枪、荧光是一个漏斗形的电真空器件，由电子枪、荧光屏以及偏转装置组成。屏以及偏转装置组成。在电子枪中设有一个控制栅极，用控制栅和阴极之间的电位在电子枪中设有一个控制栅极，用控制栅和阴极之间的电位差来控

15、制电子束电流的大小。当控制栅所加的信号为差来控制电子束电流的大小。当控制栅所加的信号为1时，时，电子枪发射具有一定能量的电子束，是屏幕上相应位置的象电子枪发射具有一定能量的电子束，是屏幕上相应位置的象素点发亮；当信号为素点发亮；当信号为0时，电子枪不发射电子束，使其象点时，电子枪不发射电子束，使其象点称为暗点。若改变所加信号的电平大小，则可控制象点具有称为暗点。若改变所加信号的电平大小，则可控制象点具有不同的灰度。不同的灰度。l屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度，屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度， 长宽比例为长宽比例为 4：3l点间距：显示器屏幕上象素间的距离点间距：显示器屏幕上象素间的距离l颜

16、色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级）颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级）l对比度：图像（字符）与背景的浓度差对比度：图像（字符）与背景的浓度差l帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数l行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次数数l扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方式，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分隔行和逐行扫描方式(1) 字符显示字符显示(2) 图形显示图形显示(3) 图像显示图像显示字符发生器字符发生器主观图像主观图像客观图像客观图像按照显示内容分类：按照显示

17、内容分类：字符显示器字符显示器l 字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备。字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备。l 光栅扫描显示器显示字符的方法是以点阵为基础光栅扫描显示器显示字符的方法是以点阵为基础的。这种方法将字符分解成的。这种方法将字符分解成m*n个点组成阵列，将个点组成阵列，将点阵存入由点阵存入由ROM构成的字符发生器中。在构成的字符发生器中。在CRT进行进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的按照点阵的0和和1控制扫描电子束的开关，就可以在控制扫描电子束的开关，就可以在屏幕上组成字符。屏幕上组成字符。l 点阵

18、的多少取决于显示字符的质量和字符块的大点阵的多少取决于显示字符的质量和字符块的大小。字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，小。字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。图（图（a）是字符是字符A用点阵（用点阵（7X9）表示的例子以及）表示的例子以及它位于字符窗口中的情况，它位于字符窗口中的情况，图（图（b）为字符发生器的为字符发生器的逻辑结构。逻辑结构。 对应于每个字符窗口，所需显示字符对应于每个字符窗口，所需显示字符的的ASCll代码被存放在视频存储器代码被存放在视频存储器（VRAM）中，对于在屏幕上

19、能显示）中，对于在屏幕上能显示25行行80列的显示器，应有列的显示器，应有2000个单元存放字符个单元存放字符信息。字符发生器信息。字符发生器ROM的高位地址来自的高位地址来自VRAM的的ASCll代码，低位地址来自称为代码，低位地址来自称为光栅地址计数器的输出光栅地址计数器的输出RA3RA0,它具它具体指向这个字形点阵中的某个字节。在显体指向这个字形点阵中的某个字节。在显示过程中，按照示过程中，按照VRAM中的中的ASCll码和光码和光栅地址计数器访问栅地址计数器访问ROM依次取出字形点依次取出字形点阵，就可以完成一行字符的输出。阵，就可以完成一行字符的输出。l 彩色彩色CRT在其显示头中设

20、有三个电子枪，分别在其显示头中设有三个电子枪，分别发射能产生红、绿、蓝三种基色的电子束。它们发射能产生红、绿、蓝三种基色的电子束。它们受三套视频放大电路的控制，用受三套视频放大电路的控制，用R,G,B信号与亮度信号与亮度信号信号I的不同组合可控制三束电子的强弱。相应地的不同组合可控制三束电子的强弱。相应地荧光屏上的象点由能发出红、绿、蓝光的小点组荧光屏上的象点由能发出红、绿、蓝光的小点组成，当一束（或二束、三束）电子流轰击对应的成，当一束（或二束、三束）电子流轰击对应的荧光粉小点时，屏幕上的象点便出现红、绿、兰荧光粉小点时，屏幕上的象点便出现红、绿、兰三基色之一或由三基色合成的其他颜色。例如三

21、基色之一或由三基色合成的其他颜色。例如IRGB为为0100，对应象点为红色；为，对应象点为红色；为1100淡红色；淡红色；0010时为绿色；时为绿色；0111时为白色。时为白色。IRGB能组合成能组合成16种颜色，加下表所示。若种颜色，加下表所示。若IRGB分别有多位代码信分别有多位代码信号控制，则可合成更多的颜色号控制，则可合成更多的颜色(例如例如:调色板技术调色板技术)。2022-5-2933 黄黄 1 1 1 0 淡紫红淡紫红 1 1 0 1 淡红淡红 1 1 0 0 淡青淡青 1 0 1 1 淡绿淡绿 1 0 1 0 淡兰淡兰 1 0 0 1 灰灰 1 0 0 0 白白 0 1 1 1

22、 棕棕 0 1 1 0 紫红紫红 0 1 0 1 红红 0 1 0 0 青青 0 0 1 1 绿绿 0 0 1 0 兰兰 0 0 0 1 黑黑 0 0 0 0 组合成的颜色组合成的颜色 I（亮度）（亮度） R（红）（红） G 绿）绿） B（兰）（兰） 图形和图像显示图形和图像显示l 光栅扫描图形显示器是当今应用最多的显示器。光栅扫描图形显示器是当今应用最多的显示器。其特点是把对应于屏幕上每个像素的信息都用存储其特点是把对应于屏幕上每个像素的信息都用存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上。上。l 这里有两个存储器，一个称作程序段缓冲存储器，

23、这里有两个存储器，一个称作程序段缓冲存储器，另个是帧存储器。程序段缓存中存储由计算机送来另个是帧存储器。程序段缓存中存储由计算机送来的显示文件和交互式图形图像操作命令，如图形的的显示文件和交互式图形图像操作命令，如图形的局部放大、平移旋转、比例变换、图形的检索以及局部放大、平移旋转、比例变换、图形的检索以及图像处理等，这些操作在显示处理器中完成比在主图像处理等，这些操作在显示处理器中完成比在主机中用软件实现效率要高得多。在微机系统中主机机中用软件实现效率要高得多。在微机系统中主机和和CRT设备之间的电路都放在显示适配器的接口中。设备之间的电路都放在显示适配器的接口中。l 帧存储器中存放了一帧图

24、形的形状信息，与屏幕帧存储器中存放了一帧图形的形状信息，与屏幕上的像素一一对应，如果屏幕的分辨率为上的像素一一对应，如果屏幕的分辨率为1024X1024个像素，帧存就要有个像素，帧存就要有1024X1024个单元。个单元。 2022-5-2935光栅扫描器的硬件结构光栅扫描器的硬件结构 主机主机 l 如果屏幕上像素的灰度为如果屏幕上像素的灰度为256级，帧存每个单元的级，帧存每个单元的字长就要是字长就要是8位。因此，帧存的容量直接取决于显示位。因此，帧存的容量直接取决于显示器的分辨率和灰度级。器的分辨率和灰度级。l对本例，要有对本例，要有1024X1024X8bit=1 MB的帧存容量。的帧存

25、容量。 显示显示 处理器处理器程序段程序段 缓存缓存 帧帧 处理器处理器CRCRT T2. 打印设备打印设备（1）分类：）分类：接口：串行、并行接口：串行、并行打印方式：打印方式： 击打击打 点阵式（逐字、逐行）点阵式（逐字、逐行） 非击打非击打 喷墨（逐字）、激光（逐页）喷墨（逐字）、激光（逐页）字形：点阵、非点阵字形：点阵、非点阵l打印机工作原理打印机工作原理点阵打印机：计算机点阵打印机：计算机接口接口打印行缓冲器打印行缓冲器字符发生器字符发生器驱动电路驱动电路激光打印机：潜像、显影、定影激光打印机：潜像、显影、定影喷墨打印机：热式喷墨、压电喷墨喷墨打印机：热式喷墨、压电喷墨（2 2）点阵

26、针式打印机）点阵针式打印机l 点阵针式打印机的特点是结构简单、体积小、重点阵针式打印机的特点是结构简单、体积小、重量轻、价格低，字符种类不受限制，较易实现汉字打量轻、价格低，字符种类不受限制，较易实现汉字打印，还可以打印图形和图像。印，还可以打印图形和图像。l 针式打印机的印字方法是由打印针印出的针式打印机的印字方法是由打印针印出的n（横）（横）m（纵）个点阵组成字符图形。显然，点越多，印（纵）个点阵组成字符图形。显然，点越多，印字质量越高，西文字符的点阵通常有字质量越高，西文字符的点阵通常有5X7，7X7，7X9等几种，若要打印汉字至少要加密到等几种，若要打印汉字至少要加密到16X16点阵点

27、阵或或24X24点阵。点阵。 值得注意的是，字符由值得注意的是，字符由nm个点阵个点阵组成，并不意味着打印头就装有组成，并不意味着打印头就装有nm根打印针。为根打印针。为减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的打印头中减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的打印头中一般只装有一列一般只装有一列m根打印针，每根针可以单独驱动印根打印针，每根针可以单独驱动印完一列后打印头沿水平方向移动一步微小距离，完一列后打印头沿水平方向移动一步微小距离，n步步以后，形成一个以后，形成一个n m点阵，照此逐个字符打印。点阵，照此逐个字符打印。l 针式打印机有单向打印和双向打印两种。当打印针式打印机有单向打印和双向打印

28、两种。当打印完一行字符以后，打印纸在输纸机构控制下前进一行，完一行字符以后，打印纸在输纸机构控制下前进一行，同时打印头（字车）回到一行的起始位置重新由左至同时打印头（字车）回到一行的起始位置重新由左至右打印右打印l 这个过程为这个过程为单向打印单向打印。双向打印双向打印指的是自左至右指的是自左至右一行字符打印完毕后，字车无须回车，在输纸的同一行字符打印完毕后，字车无须回车，在输纸的同时字车走到反向打印的起始位置再从右至左打印一时字车走到反向打印的起始位置再从右至左打印一行。反向打印结束，字车又回到正向打印起始位置。行。反向打印结束，字车又回到正向打印起始位置。由于省去了空回车时间，所以打印速度

29、大大提高。由于省去了空回车时间，所以打印速度大大提高。 l 针式打印机由打印头与字车、输纸机构、色带机针式打印机由打印头与字车、输纸机构、色带机构及控制器四部分组成。构及控制器四部分组成。l 打印头是针打的关键部件，它由打印针、磁铁、打印头是针打的关键部件，它由打印针、磁铁、衔铁等组成。打印针是钢针或由钨铁合金材料制成，衔铁等组成。打印针是钢针或由钨铁合金材料制成，简易型点阵打印机有简易型点阵打印机有7根或根或9根打印针，在打印位置根打印针，在打印位置垂直排列。有的打印头有两列各垂直排列。有的打印头有两列各7根或根或9根针交错排根针交错排列，可以同时打印两列点阵。中文打印机爱普生列，可以同时打

30、印两列点阵。中文打印机爱普生LQ1600型有两排共型有两排共24根针。根针。l 打印控制器与显示控制器类似，主要包括字符缓打印控制器与显示控制器类似，主要包括字符缓冲存储器、字符发生器、时序控制电路和接口电路冲存储器、字符发生器、时序控制电路和接口电路四部分。四部分。l 主机将要打印的字符通过接口电路送到缓冲存储主机将要打印的字符通过接口电路送到缓冲存储器，在打印时序逻辑控制下，从缓存中顺序取出字器，在打印时序逻辑控制下，从缓存中顺序取出字符代码，对字符代码进行译码，得到字符发生器符代码，对字符代码进行译码，得到字符发生器ROM的地址，逐列取出字符点驱动打印头。形成字的地址，逐列取出字符点驱动

31、打印头。形成字符点阵。符点阵。l 输纸机构由步进电机驱动，每打印完一行字符，输纸机构由步进电机驱动，每打印完一行字符，要按给定的要求走纸，走纸的步距由字符行间距离要按给定的要求走纸，走纸的步距由字符行间距离决定。输纸机构有摩擦传动输纸和链式传动输纸两决定。输纸机构有摩擦传动输纸和链式传动输纸两种。摩擦传动输纸机构的印纸两侧没有孔，靠压轮种。摩擦传动输纸机构的印纸两侧没有孔，靠压轮带动纸前进。链式传动输纸机构将打印纸的纸孔套带动纸前进。链式传动输纸机构将打印纸的纸孔套在链轨上。链带动打印纸前进。在链轨上。链带动打印纸前进。l 色带的作用是供给色源。打印过程中，色带必须色带的作用是供给色源。打印过

32、程中，色带必须不断移动，以改变其受击打的位置，否则色带极易不断移动，以改变其受击打的位置，否则色带极易破损。驱动色带不断移动的装置称色带机构。针式破损。驱动色带不断移动的装置称色带机构。针式打机中使用的多为环形色带，它装在一个塑料的带打机中使用的多为环形色带，它装在一个塑料的带盒内，色带可以随打印头的动作自动循环。盒内，色带可以随打印头的动作自动循环。 针式打针式打印机打印时，驱动的仅仅是质量很小的打印针，惯印机打印时，驱动的仅仅是质量很小的打印针，惯性小，速度快。性小，速度快。（3 3）激光打印机）激光打印机la. 激光打印机内部结构激光打印机内部结构l 激光打印机主要部件如墨粉、感光鼓（硒

33、鼓）、激光打印机主要部件如墨粉、感光鼓（硒鼓）、显影轧辊、显影磁铁、初级电晕放电极、清扫器等，显影轧辊、显影磁铁、初级电晕放电极、清扫器等，都装置在墨盒内。当墨盒内墨粉用完后，可以将整都装置在墨盒内。当墨盒内墨粉用完后，可以将整个盒卸下更换。其中感光鼓一般是用铝合金制成的个盒卸下更换。其中感光鼓一般是用铝合金制成的一个圆筒，鼓面上涂敷一层感光材料。激光发生器一个圆筒，鼓面上涂敷一层感光材料。激光发生器是激光打印机的光源，具有很好的单色性和方向性。是激光打印机的光源，具有很好的单色性和方向性。可以聚焦成细的光束，激光束通过扫描反射镜反射可以聚焦成细的光束，激光束通过扫描反射镜反射到感光鼓上。到感

34、光鼓上。l 打印的图像形成于墨盒中央的感光鼓上，墨粉由打印的图像形成于墨盒中央的感光鼓上，墨粉由显影轧辊传送到鼓上，再传送到打印纸上，最后墨显影轧辊传送到鼓上，再传送到打印纸上，最后墨粉由定影轧辊熔融到打印纸上。感光鼓的直径较小，粉由定影轧辊熔融到打印纸上。感光鼓的直径较小，要打印一页纸，感光鼓必须转动好几圈。要打印一页纸，感光鼓必须转动好几圈。lb.激光打印过程激光打印过程l 随着感光鼓的旋转，整个过程分随着感光鼓的旋转，整个过程分7步进行。步进行。l1）充电：预先在暗处由充电电晕靠近感光鼓）充电：预先在暗处由充电电晕靠近感光鼓放电，使鼓面充以均匀电荷。放电，使鼓面充以均匀电荷。l2）曝光：

35、当充有电荷的鼓面转到激光束照射）曝光：当充有电荷的鼓面转到激光束照射处时，便进行曝光。由于激光束已按字符点阵处时，便进行曝光。由于激光束已按字符点阵信息信息调制调制 ，使鼓面上不显示字符的部分被照射，使鼓面上不显示字符的部分被照射，而显示字符的部分不被光照射。光照部位电阻而显示字符的部分不被光照射。光照部位电阻下降，电荷消失。其他部位仍然保持静电荷，下降，电荷消失。其他部位仍然保持静电荷，于是在鼓面形成一行静电潜象。于是在鼓面形成一行静电潜象。l3）显影：当载有静电潜象的感光鼓转到显影）显影：当载有静电潜象的感光鼓转到显影处时，磁刷中带相反电荷的墨粉便按鼓面上静处时，磁刷中带相反电荷的墨粉便按

36、鼓面上静电分布的情况，被吸附在鼓面带有电荷的部位，电分布的情况，被吸附在鼓面带有电荷的部位，从而在鼓面显影成可见的字符墨粉图像。从而在鼓面显影成可见的字符墨粉图像。l4）转印：墨粉图像随鼓面转到转印处，在纸的背面）转印：墨粉图像随鼓面转到转印处，在纸的背面用转印电晕放电，使纸面带上与墨分极性相反的静用转印电晕放电，使纸面带上与墨分极性相反的静电荷，于是墨粉便靠静电吸引而粘附到纸上，完成电荷，于是墨粉便靠静电吸引而粘附到纸上，完成图像的转印。图像的转印。l5）分离：当感光鼓转到分离电晕处时，用电晕不断）分离：当感光鼓转到分离电晕处时，用电晕不断地向纸施放正、负电荷，消除纸与鼓面因正、负电地向纸施

37、放正、负电荷，消除纸与鼓面因正、负电荷所产生的相互吸引力，使纸面离开鼓面。荷所产生的相互吸引力，使纸面离开鼓面。l6）定影：）定影： 将分离后的纸送定影热辊。墨粉中含有树将分离后的纸送定影热辊。墨粉中含有树脂，纸接触到热辊时，树脂被加热而熔化，使墨粉脂，纸接触到热辊时，树脂被加热而熔化，使墨粉紧贴在纸上，同时使热辊挤压纸面。这样经过热压紧贴在纸上，同时使热辊挤压纸面。这样经过热压处理，图像便牢牢地定影在纸上。处理，图像便牢牢地定影在纸上。l7）消毒、清洁：完成转印后，利用电晕向鼓面施放）消毒、清洁：完成转印后，利用电晕向鼓面施放相反极性的电荷，使鼓面残留的电荷被中和掉。感相反极性的电荷，使鼓面

38、残留的电荷被中和掉。感光鼓再转到清扫刷处，刷去鼓面的残余墨粉。这样光鼓再转到清扫刷处，刷去鼓面的残余墨粉。这样便恢复原来的状态，可开始新的一次打印过程。便恢复原来的状态，可开始新的一次打印过程。（4）喷墨打印机）喷墨打印机l 喷墨打印机是类似于用墨水写字一样的打印机可喷墨打印机是类似于用墨水写字一样的打印机可直接将墨水喷射到普通纸上实现印刷直接将墨水喷射到普通纸上实现印刷,如喷射多种颜如喷射多种颜色墨水则可实现彩色硬拷贝输出。喷墨打印机的喷色墨水则可实现彩色硬拷贝输出。喷墨打印机的喷墨技术有连续式和随机式两种，目前币场上流行的墨技术有连续式和随机式两种，目前币场上流行的各种型号打印机大多采用随

39、机式喷墨技术。而早年各种型号打印机大多采用随机式喷墨技术。而早年的喷墨打印机以及当前输出的大幅面打印机采用连的喷墨打印机以及当前输出的大幅面打印机采用连续式喷墨技术。续式喷墨技术。a.连续式喷墨打印机工作原理连续式喷墨打印机工作原理l 书中图书中图 5.25（a）示出一种电荷控制式打印）示出一种电荷控制式打印机的印刷原理和字符形成过程。主要由喷头、机的印刷原理和字符形成过程。主要由喷头、充电电极、偏转电极、墨水供应及过滤回收系充电电极、偏转电极、墨水供应及过滤回收系统和相应控制电路组成。其工作原理如下；统和相应控制电路组成。其工作原理如下；l 喷墨头后部的压电陶瓷受振荡电脉冲激励，喷墨头后部的

40、压电陶瓷受振荡电脉冲激励，使墨水断裂形成墨滴面喷射出来，只要电脉冲使墨水断裂形成墨滴面喷射出来，只要电脉冲存在，墨滴就能连续喷射出来。墨滴是不带电存在，墨滴就能连续喷射出来。墨滴是不带电的，在其前面设置无电电极，施加静电场给墨的，在其前面设置无电电极，施加静电场给墨滴充电，所充电荷的多少由字符发生器控制根滴充电，所充电荷的多少由字符发生器控制根据所印字符各点位置的不同而充以不同的电荷，据所印字符各点位置的不同而充以不同的电荷，充电电极所加电压越高，充电电荷越多，墨滴充电电极所加电压越高，充电电荷越多，墨滴经偏转电极后偏移的距离也越大，最后墨滴落经偏转电极后偏移的距离也越大，最后墨滴落在印字纸上

41、。上面介绍的打印机只有一个喷头，在印字纸上。上面介绍的打印机只有一个喷头，因此速度较慢。因此速度较慢。 b.随机式喷墨打印机工作原理随机式喷墨打印机工作原理l 这种系统供给的墨滴只在需要印字时才喷这种系统供给的墨滴只在需要印字时才喷出，因此不需要墨水循环系统省去了墨水泵出，因此不需要墨水循环系统省去了墨水泵和收集槽等。与连续式相比，喷墨机构简单、和收集槽等。与连续式相比，喷墨机构简单、价廉，可靠性高。为提高印字速度，这种印价廉，可靠性高。为提高印字速度，这种印字头采用单列、双列或多列小孔，一次扫描字头采用单列、双列或多列小孔，一次扫描喷墨即可打印出所需的字符或图像。喷墨即可打印出所需的字符或图

42、像。l 产生墨滴的机构，可采用不同的技术，流产生墨滴的机构，可采用不同的技术，流行的有压电式和热电式。行的有压电式和热电式。l （1）压电式喷墨技术）压电式喷墨技术l （2）热点式喷墨技术）热点式喷墨技术（5 5）几种打印机的比较）几种打印机的比较l共同点：都是将编码信息变为点阵信息。共同点：都是将编码信息变为点阵信息。l不同点：不同点：l（a）点阵信息的控制对象不同。点阵式打印机的字）点阵信息的控制对象不同。点阵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用于控制激光束；喷墨式打印机的字符点字符点阵用于控制激光束；喷墨式打印机的

43、字符点阵控制墨滴的运行轨迹。阵控制墨滴的运行轨迹。l（b）印字原理不同。）印字原理不同。点阵式打印机属于击打式；激点阵式打印机属于击打式；激光打印机和喷墨式打印机属于非击打式。光打印机和喷墨式打印机属于非击打式。5.2.4其他其他I/O设备设备1. A/D、D/A转换器转换器2. 终端终端3. 汉字处理汉字处理完成显示控制与存储完成显示控制与存储 键盘管理及通信控制键盘管理及通信控制模拟模拟/数字（数字数字（数字/模拟）转换器模拟）转换器汉字输入、汉字存储、汉字输出汉字输入、汉字存储、汉字输出由键盘和显示器组成由键盘和显示器组成 5.2.5 多媒体技术多媒体技术1. 什么是多媒体什么是多媒体2

44、. 多媒体计算机的关键技术多媒体计算机的关键技术5.3.1 概述概述为什么要设置接口？为什么要设置接口？1. 实现设备的选择实现设备的选择2. 实现数据缓冲达到速度匹配实现数据缓冲达到速度匹配4. 实现电平转换实现电平转换5. 传送控制命令传送控制命令6. 反映设备的状态（反映设备的状态（“忙忙”、“就绪就绪”、“中断请求中断请求”）3. 实现数据串实现数据串 并格式转换并格式转换5.3.2 接口的功能和组成接口的功能和组成I/O 接口接口设备设备I/O 接口接口设备设备数据线数据线命令线命令线状态线状态线I/O总线总线设备选择线设备选择线1. 总线连接方式的总线连接方式的 I/O 接口电路接

45、口电路在总线结构的计算机系统中，每一台I/O设备都是通过I/O接口挂到系统总线上的。如图数据线数据线：传送数据信息，其根数一般等于存储字长的位数或字符的位数。双向。设备选择线设备选择线：传送设备码，其根数取决于I/O指令中设备码的位数。单向。命令线命令线：传输CPU向设备发出的各种命令信号，其根数与命令信号多少有关。单向总线。状态线状态线：向主机报告I/O设备状态的信号线。单向总线。2. 接口的功能和组成接口的功能和组成功能功能组成组成选址功能选址功能传送命令的功能传送命令的功能传送数据的功能传送数据的功能反映设备状态的功能反映设备状态的功能设备选择电路设备选择电路命令寄存器命令寄存器 命令译

46、码器命令译码器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器设备状态标记设备状态标记：暂存I/O设备与主机准备交换的信息。它与I/O总线中的数据线相连。 DBR还应具备串并转换能力。完成触发器完成触发器 D工作触发器工作触发器 B中断请求触发器中断请求触发器 INTR屏蔽触发器屏蔽触发器 MASK所有的状态标记触发器都与I/O总线中的状态线相连。3. I/O 接口的基本组成接口的基本组成 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控制逻辑电路控制逻辑电路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状

47、态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线5.3.3接口类型接口类型并行接口并行接口串行接口串行接口可编程接口可编程接口不可编程接口不可编程接口1. 按数据按数据 传送方式传送方式 分类分类2. 按功能按功能 选择的灵活性选择的灵活性 分类分类Intel 8255Intel 8251如：如：Intel 8255、 Intel 8251如：如：Intel 8212同时传送一个字节或一个字。在设备与接口间逐位传送，必须设有串并转换装置。用程序来改变或选择其功能及操作方式。不能由程序来改变其功能，但可通过硬连线逻辑来实现不同的功能。3、按、按通用性通用性分类分类 通用接口：包含大多数I

48、/O设备所共用的电路。可供多种外设使用。 Intel 8255、8212。 专用接口：为某类外设或某种用途专门设计的接口。 Intel 8279可编程键盘/显示器接口； Intel 8275可编程CRT控制器接口等。4、按、按数据传送的控制方式数据传送的控制方式分类分类 程序型式接口：连接速度较慢的I/O设备，如打印机。 Intel 8259中断控制器。 DMA型接口：连接高速I/O设备，如磁盘。 Intel 8237 DMA控制器。5.4.1程序查询流程程序查询流程检查状态标记检查状态标记1 设备设备1 准备就绪？准备就绪？检查状态标记检查状态标记N 设备设备N准备就绪？准备就绪？处理设备处

49、理设备1是是否否否否处理设备处理设备N是是1. 查询流程查询流程检查状态标记检查状态标记交换数据交换数据准备就绪准备就绪?是是否否单个设备单个设备多个设备多个设备测测试试指指令令转转移移指指令令传传送送指指令令程序查询方式的核心问题在于每时每刻需不断查询I/O设备是否准备就绪。 为了正确完成这种查询，要执行如下三条指令： 测试指令：查询设备是否准备就绪。 传送指令：设备已准备就绪时，交换数据。 转移指令：若设备未准备就绪，转至测试指令，继续测试设备状态。 2. 程序流程程序流程设置内存缓冲区首址设置内存缓冲区首址设置计数器设置计数器启动外设启动外设传送一个数据传送一个数据修改内存地址修改内存地

50、址修改计数值修改计数值结束结束I/O传送传送准备好？准备好？传送完？传送完？未完未完是是完完否否设备选择电路设备选择电路DBRQQ&数据线数据线准备就绪准备就绪启动命令启动命令地址线地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束DB5.4.2程序查询方式的接口电路程序查询方式的接口电路10 10以输入为例以输入为例送设备码字段5.5.1中断的概念中断的概念 计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处继续执行，这就是“”。把实现中断功能所需的软硬件技术统称为

51、，为此，计算机系统中必须配有相应的。中断服务程序中断服务程序中断服务程序中断服务程序入口入口1入口入口212KK+1QQ+1中断服务程序中断服务程序1中断服务程序中断服务程序25.5.2 I/O 中断的产生中断的产生以打印机为例以打印机为例发中断请求发中断请求 空闲空闲接收接收数据数据接收接收数据数据准备准备发中断请求发中断请求打印打印打印打印打印机打印机执行主程序执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响应中断响应中断中断返回中断返回响应中断响应中断中断返回中断返回 启动启动打印机打印机传送传送数据数据传送传送数据数据CPUCPU 与打印机并行工作与打印机并行工作5

52、.5.3 程序中断方式的接口电路程序中断方式的接口电路1. 配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器DQ&1INTR 中断请求触发器中断请求触发器INTR = 1 有请求有请求向CPU提出中断请求；此时完成触发器D必为1，即设备本身必须准备就绪。MASK 中断屏蔽触发器中断屏蔽触发器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽该设备被屏蔽，即封锁其中断请求。来自来自 CPU 的的中断查询信号中断查询信号受设备本身控制受设备本身控制INTR D MASKQD 完成触发器完成触发器中断请求中断请求两者在I/O接口电路中是成对出现的，每台设备都必须配置。2. 排队器排队器 当多

53、个中断源同时向当多个中断源同时向CPU提出请求时，经排队器的排队，提出请求时，经排队器的排队，只有优先级高的中断源排上队，这样就能实现只有优先级高的中断源排上队，这样就能实现CPU按中断源按中断源优先级的高低响应中断请求。优先级的高低响应中断请求。 排队排队在在 CPU 内、在接口电路中（链式排队器）内、在接口电路中（链式排队器）硬件硬件软件软件 详见第八章详见第八章INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTR1INTRi = 1 有请求有请求 即即 INTRi = 0下图是设在各个接

54、口电路中的排队电路下图是设在各个接口电路中的排队电路链式排队器。链式排队器。 其中首尾相接的虚线部分组成的门电路是排队器的核心，由其中首尾相接的虚线部分组成的门电路是排队器的核心，由一个非门和一个与非门构成。设备一个非门和一个与非门构成。设备 1#、2#、3#、4# 优先级按优先级按 降序排列。降序排列。中断源优先级最高的是中断源优先级最高的是1号中断源。当多个中断源提号中断源。当多个中断源提出中断请求时，排队器输出端出中断请求时，排队器输出端INTPi，只有一个为高电平，表示，只有一个为高电平，表示该中断源排上队。该中断源排上队。1INTP11INTP21INTP31INTP4&IN

55、TR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2 当各中断源均无中断请求时，各当各中断源均无中断请求时，各INTRi 为高为高电平，其电平，其INTP1 、 INTP2 、 INTP3 均为高均为高电平。一旦某中断源提出中断请求电平。一旦某中断源提出中断请求,就迫使比其就迫使比其优先级低的中断源之优先级低的中断源之INTPi 变为低电平，封锁其变为低电平，封锁其发中断请求。发中断请求。中断判优中断判优

56、（1）优先顺序）优先顺序故障、故障、DMA、外中断外中断（2）CPU现行程序与外设请求的判优现行程序与外设请求的判优为现行程序赋予为现行程序赋予优先级优先级1）CPU设置允许中断标志设置允许中断标志（输入、输出）输入、输出）=1，开中断，开中断外设请求优先级，外设请求优先级，响应响应=0，关中断，关中断2）CPU设置程序状态字的优先级字段设置程序状态字的优先级字段外设请求优先级，外设请求优先级， 不响应不响应（模型机采用）模型机采用）1 1）软件判优）软件判优由程序查询顺序确定优先级。由程序查询顺序确定优先级。例：中断控制器判优例：中断控制器判优（3 3）各外设请求的判优）各外设请求的判优可灵

57、活修改优先级。可灵活修改优先级。2 2）硬件判优）硬件判优中断控制器中断控制器( (如如82598259) )集中解决请求信号的接收、集中解决请求信号的接收、屏蔽、判优、编码等问题。屏蔽、判优、编码等问题。3. 中断向量地址形成部件中断向量地址形成部件入口地址入口地址向量地址向量地址排队器输出排队器输出由软件产生由软件产生硬件向量法硬件向量法 显示器服务程序显示器服务程序 打印机服务程序打印机服务程序JMP 400JMP 300JMP 200主存主存12H13H14H200300向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址中断向量地址中断向量地址 形成部件形成部件 设备设备编码器编码器1

58、0 0 0000100100 1 0 000010011详见第八章详见第八章由由 硬件电路硬件电路 产生产生 向量地址向量地址再由再由 向量地址向量地址 找到找到 入口地址入口地址设备选择电路设备选择电路DBR DQ&数据线数据线启动命令启动命令地址线地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束&1QQDINTR BQQMASK 设备编码器设备编码器排队器排队器中断查询中断查询来自高一级来自高一级 的排队器的排队器至低一级至低一级的排队器的排队器向量地址向量地址中断响应中断响应 INTA中断请求中断请求命令译码命令译码4. 程序中断方式接口电路的基本组

59、成程序中断方式接口电路的基本组成5.5.4 I/O 中断处理过程中断处理过程1. CPU 响应中断的条件和时间响应中断的条件和时间(1) 条件条件(2) 时间时间允许中断触发器允许中断触发器 EINT = 1用用 开中断开中断 指令置指令置 “1” EINT用用 关中断关中断 指令置指令置“ 0” EINT 或硬件或硬件 自动复位自动复位当当 D = 1（随机）且随机）且 MASK = 0 时时在每条指令执行阶段的结束前在每条指令执行阶段的结束前CPU 发发 中断查询信号中断查询信号（将（将 INTR 置置“1”）设备选择电路设备选择电路DBR DQ&数据线数据线启动命令启动命令地址线

60、地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束&1QQDINTR BQQ MASK设备编码器设备编码器排队器排队器中断查询中断查询来自高一级来自高一级 的排队器的排队器至低一级至低一级的排队器的排队器向量地址向量地址中断响应中断响应 INTA中断请求中断请求命令译码命令译码2. I/O 中断处理过程中断处理过程10&DBR设备选择电路设备选择电路01以输入为例以输入为例5.5.5 中断服务程序流程中断服务程序流程1. 中断服务程序的流程中断服务程序的流程(1) 保护现场保护现场(2) 中断服务中断服务(3) 恢复现场恢复现场(4) 中断返回中断返回对不同的对不同的 I/O 设备具有不同内容的设备服务设备具有不同内容的设备服务中断返回指令中断返回指令2. 单重中断和多重中断单重