输入输出设备专业培训课件

1、输入输出设备专业培训课件6.1 概述I/O设备的功能完成信息的转换实现人机交互储存信息资源促进计算机应用领域的拓展6.1 概述I/O设备的类型输入设备输出设备外存储器过程控制设备数据终端设备数据通讯设备6.2 键盘及接口需解决：采用硬件扫描方法查找按键位置，并转换为相应代码。按键的定位、转换。6.2.2 硬件扫描键盘1.定义2.组成列译码振荡器计数器ROM接 口 键盘8行16列比较器行译码锁定信号(1)键盘矩阵128键8行16列每键7位位置码扫描码列译码振荡器计数器ROM接 口 键盘8行16列比较器行译码锁定信号(2)计数器7位在振荡器控制下对所有字键轮流扫描查询，查找按键。(3)符合比较器键

2、盘矩阵列线输出与列译码输出比较，以确定按键位置。(4)ROM实现代码转换：ROM单元地址：字键位置码ROM单元内容：字键ASCII码3.转换过程计数器计数计数值等于按键位置码比较器送出锁定信号计数器停止计数按计数值扫描码访问ROM获得按键ASCII码接口通过键盘扫描程序识别按键位置，并转换为相应代码。6.2.3 软件扫描键盘1.定义2.扫描方法(1)逐行扫描法例.简易扫描式键盘1键盘矩阵+5V0 1 2 301232扫描流程按键后产生中断请求，CPU响应，执行扫描子程序：行线送全0列线中有0？ i = 0第i行送0，其余行送1列线中有0？获得按键行列位置位置码 ASCII码转显示程序YNYNi

3、=i+1(2)行列扫描法例.IBM PC键盘1键盘结构（送译码器） 列译码 键 盘16行8列 行译码8048计数信号扫描码（送接口） 初始化2工作过程 扫描键盘8048控制行列扫描：判哪列有按键判哪行有按键先逐列为1步进扫描，再逐行为1步进扫描，获得按键位置码扫描码 串行传送扫描码8048 串行扫描码接口移位R并行扫描码接口申请中断 中断处理CPU执行键盘中断子程序,从接口取扫描码ASCII码存入键盘缓冲区。硬件组成 6.3 显示设备及接口显示器适配器 显示器件 控制器、接口 CRT、LED、PDP、LCD 本节主要讨论： CRT显示器 成象原理、 屏幕显示与显示缓存的对应关系 显示方式、 屏

4、幕显示与显示缓存的对应关系 控制器接口显示器适配器显示器件CPU6.3.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格 相关术语图形-用摄像机输入，数字化后逐点存储，占用空间大；图像-存储绘图命令和坐标分辨率-显示器所能表示的像素个数；灰度级-黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差异分辨率和灰度级决定了图的质量6.3.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格 相关术语刷新-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；刷新/视频存储器-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。帧-1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次。 随机扫描-电子束

5、只在需要作图的地方扫描，不必全屏扫描；光栅扫描-TV中，要求图像充满整个画面，全屏扫描6.3.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格 显示方式 字符/数字(A/N)方式： 图形(APA)方式： 以字符为显示单位 以点(象素)为显示单位 显示规格 显示方式 分辨率 颜色 A/N：一帧画面显示的字符数 字符行数列数 APA：一帧画面显示的象点数 每线点数线数 分辨率 2580 640200 适配器提供显示规格如VGA卡： A/N：APA： 2540、2580， 320200、 2色、4色 800600， 2色、256色 显示器本身的分辨率应满足显卡提供的分辨率。 1.CRT结构 6.3.2 光栅

6、扫描成象原理 荧光屏电子枪聚焦系统水平偏转垂直偏转显示头视频放大扫描控制视频信号水平同步信号垂直同步信号2.扫描方式 电子束无固定扫描路径，随机扫描：控制电路复杂。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，控制电路简单。3.光栅的形成 水平正扫水平回扫垂直回扫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 行扫描电流： 场扫描电流： 4.扫描频率 fx = fy 行频 fx： fy： 场频 s： 一帧线数 s 帧频不低于25HZ 扫描顺序 逐行扫描：隔行扫描：水平、垂直同步分别控制电子束X向与Y向偏转 I R G B 颜色

7、 5.象点存在的因素视频=0，点暗 红 象点 一帧一遍扫完 位置： 一帧一场 场频=帧频 一帧两遍扫完 一帧两场 场频=2帧频 亮度： 颜色： 视频信号控制电子束通、断 视频=1，点亮 红、绿、蓝三基色控制 红点 绿点 蓝点 0 1 0 0 1 1 0 0 淡红 0 0 1 0 绿 1 0 1 0 淡绿 0 1 1 1 白 一帧画面-由一定数量的平行的扫描线形成，这些扫描线在一个垂直的场扫描控制下均匀地、自上而下地分布于整个画面。例.2513字符发生器， 6.字符点阵的形成与屏幕组织可提供64种字符点阵 字符点阵图形： 1字符发生器 产生字符点阵代码。 79 58点阵 .字符点阵代码： 111

8、1111 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 ROM字符译码648单元 行译码字符编码ROM高6位地址 扫描线序号ROM低3位地址输出例. A B C D E F 2屏幕组织 每行字符逐线扫描。 字符79，字符区9141扫描顺序 2间隔 横向间隔2点消隐纵向间隔5线消隐横向间隔-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假设干点的位置。纵向间隔：排与排之间留出假设干条扫描线作为排间的纵向间隔。6.3.3 屏幕显示与显示器缓存(VRAM)的对应关系 显存功能 数据缓冲 屏幕刷新 对显存的操作直接

9、影响屏幕显示。 对应关系表现在： 显存内容和容量确实定、显存地址组织、信息转换、 同步控制。 假设显示规格为25行80列，1A/N方式 VRAM内容： 根本容量=2580=2KB1.显存内容和容量 字符的编码ASCII码 VRAM容量： 一字节存放一字符编码假设考虑字符属性，显存容量增加。分辨率：C列*L行，一个字符的编码与属性、颜色占n字节那么VRAM的总容量C*L*n字节2APA方式 图形的象点代码 VRAM内容： 一位存放一点，单色VRAM容量： 假设显示规格为640点200线，根本容量=8640200=16KB假设考虑颜色分辨率不变：颜色容量容量不变：颜色分辨率分辨率：C列*L行像素，

10、每个像素的颜色用n位2进制代码表示那么VRAM的总容量C*L*n位屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从低到高安排。2.显存地址组织 P330 3.信息转换 能实现将A从屏幕左上角逐渐移向屏幕右下角吗？ 显存单元的地址由屏幕显示的行、列号决定。0 1 2 7901224ABGF行号决定高位地址列号决定低位地址AAAAAA能实现在屏幕上将一行字符自下而上地滚动吗？ 能实现让一个图形在屏幕上旋转吗？ 如何将显存中的信息字符编码/图形点代码转换为字符/图形显示在屏幕上。 1A/N VRAM A编码 N编码 D编码VRAM A点阵 B点阵 C点阵 D点阵 N点阵ROM屏幕 移位存放器并行串行AND字符

11、编码 字符发生器 扫描时序 一行点阵代码(并) 移位器 视频信号(串) 显示头 2APA VRAM 屏幕 移位存放器并行串行一字节点代码(并) 移位器 视频信号(串) 显示头 00001111 00000000000010010VRAM000000000000100100001111 视频的发送与电子束扫描严格同步： 4.同步控制 P331 电子束扫描到某点位置，相应视频应同时送到，控制点亮或不亮。需解决： 何时访问显存，取字符编码或图形点代码？ 以控制产生视频信号。 何时发水平同步信号？ 何时发垂直同步信号？ 以控制电子束扫描。 在显示器中设置假设干级计数器，对显示器点频进行假设干级分频，产

12、生相应控制信号。 例.显示规格25行80列， 1A/N方式 字符79,字符区914 7299点514线80字符25行设置4级计数器1点计数器： 点计数器字符 计数器 线计数器 行计数器对一个字符的一行点计数。 点频 9：1 一次点计数循环访问一次VRAM、ROM。 2字符计数器： 对一帧的字符列计数。 (80+l)：1 一次字符计数循环发一次水平同步信号。 3线计数器： 对一行字符的扫描线计数。 14：1 线计数值提供ROM行地址。 4行计数器： 对一帧的字符行计数。 (25+m)：1 帧频 一次行计数循环发一次垂直同步信号。 字符计数值提供VRAM列地址低地址。 行计数值提供VRAM行地址高

13、地址。 例.显示规格800点200线、单色 1APA方式 8点200线100字节设置几级计数器？何时访问VRAM？何时发水平、垂直同步信号？如何提供VRAM行、列地址？8点 点计数器字节 计数器 线计数器点频 8：1 (640/8+l)：1 480+m：1 设彩色图形显示器的分辨率：640*480，可显示16种颜色那么VRAM总容量=640*480*4=150KB6.4 打印设备及接口 P3366.4.1 打印机分类 工作方式 串行打印： 并行打印： 逐字打印 逐行打印 每次打印一行字符或一行中的相同字符。印字方式 击打式： 非击打式： 通过机械击打将字符打印在纸上。 通过非机械方式印字。 字

14、符产生方式 字模式： 点阵式： 用固定字模表示字符。 用点的矩阵表示字符。 6.3.2 点阵针式打印机 1.打印方式 字符方式： 字符编码 2.根本结构 字符发生器 按列组织 一列点阵代码(并行) 打印针 图形方式： 图形点代码(并行) 打印针 控制器 打印头 印字机械装置打印机子系统 接口 1打印头 电磁铁 导向管 打印针 导板 衔铁 弹簧 纸 色带 滚筒 印字原理：在电磁铁线圈中加电流，驱动打印针移动。2打印机控制器 微处理器： 局部存储器 执行打印机主控程序。 RAM： 入/出端口： 字符缓冲区(存放一行打印字符) 字符发生器 代码=1,加电流,针移动。 3.打印过程字符方式 ROM：

15、输入数据，输出状态。 数据锁存： 将一列点阵代码送打印头，控制打印 针的移动代码=0,不加电流,针不动。 电机驱动： 控制打印头横移，走纸。 1初始化 设置入/出端口工作状态，检测某些关键部件是否正常。 2接收代码主控程序调用打印中断子程序，完成打印。 3打印处理 初始化完成，打印机申请中断。 主机执行中断处理程序，向打印机传送字符代码。 控制字符：转功能码处理程序。字符打印字符：送RAM，满一行(或收到一个字符)转入打印。打印完一行字符(或一个字符)，打印机申请中断。 主机响应，继续向打印机传送字符代码。 6.5 磁盘 P349记录信息分布在盘片的两个记录面上，每道分为假设干磁道，每道分为假

16、设干扇区相关术语磁道：读/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。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假设干扇区。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。 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。

17、数据传输率 廉价冗余磁盘阵列RAID 并行处理原理引入磁盘系统；采用温盘，多台磁盘构成同步化的磁盘阵列，数据展开存储在多台磁盘上，数据传输带宽，冗余技术提高可靠性；对多台磁盘机同步控制，缓冲器使数据同步。 RAID容量大、数据传输率高、功耗低、体积 小、成本低、便于维护。 磁盘阵列组成控制CPU控制存储器串行口数据通路主机接口主机磁盘接口磁盘接口磁盘接口磁盘接口1磁盘接口2磁盘接口N磁盘阵列的控制中心，由微处理器实现接收和分析主机操作命令，调度和管理磁盘阵列数据通路，组织和执行设备命令直接连接磁盘驱动器的接口数据的分配与集中，缓冲，奇偶校验，数据校正和通道重构磁盘阵列和主机的接口实现主机和磁盘

18、阵列的通信，数据传送和控制信号的传送 驱动器主轴旋转分类同步异步 阵列中所有驱动器主轴同步旋转，数据按位/字节组织，各驱动器同时存取数据中的1位/1个字节； 阵列中各驱动器主轴不同步，数据按块组织，各驱动器独立存取同一文件中各块数据。 同步磁盘阵列控制复杂，成本高； 异步磁盘阵列需要较大容量的缓存。 RAID分类RAID-1是镜象磁盘冗余阵列RAID-2是采用海明码纠错冗余的磁盘阵列将每一数据块重复存入镜象磁盘；冗余度=100%有效容量下降了一半，本钱较高；镜象盘是磁盘阵列的简单形式。 将数据按位交叉写入几个磁盘中，并用几个磁盘驱动器按位出错检查。 冗余度RAID-1，数据的读写操作与阵列中各磁盘有关，影响小文件的传输速率。 适合大量顺序数据访问 不断进行备份改善磁盘机的可靠性RAID-3是采用奇偶校验冗余的磁盘阵列RAID-4是独立传送磁盘阵列 数据位交叉写入几个磁盘，只用1个校验盘检查数据错误。 各磁盘同步运转，阵列中的驱动器数量可扩展； 采用数据位交叉，冗余度小。 适合大量顺序数据访问 数据块交叉写入多个磁盘，用1个校验盘。 数据块交叉存储，数据不冲突时，并行读数据，小块数据传输速度比RAID-3快。 适合小块数据读写RAID-5是独立传送磁盘阵列 采用数据块交叉和分布的冗余校验，数据和校验位分布在各磁盘，没有专门的奇偶校验