计算机组成与结构课件第十章输入输出系统

计算机组成与结构课件第十章输入输出系统目录输入输出系统概述输入设备与技术输出设备与技术输入输出接口与总线输入输出控制方式输入输出系统性能评价与优化01输入输出系统概述输入输出系统是计算机中负责与外部设备进行数据交换的子系统，它包括各种输入输出接口、设备及相应的控制软件。定义输入输出系统的主要功能是实现计算机与外部设备之间的数据传输、控制信号的传递以及设备状态的监测等。功能定义与功能按照传输速率分类：可以分为低速设备、中速设备和高速设备。按照数据传输方式分类：可以分为串行设备和并行设备。按照与主机的连接方式分类：可以分为外设和内设。输入输出设备的分类输入输出操作是实现数据输入、存储、处理和输出的必要环节，没有输入输出操作，计算机无法实现数据的处理和输出。数据处理通过输入输出操作，计算机可以连接各种外部设备，实现功能的扩展和升级，满足不同应用的需求。系统扩展性合理的输入输出设计可以提高系统的稳定性和可靠性，减少因设备故障或连接问题导致的系统崩溃或数据丢失。系统稳定性输入输出操作的重要性02输入设备与技术键盘是计算机最常用的输入设备之一，通过按键将字母、数字、符号等输入到计算机中。键盘的布局和按键数量因不同的国家和地区而异，常用的有QWERTY、DVORAK等。键盘的接口类型主要有PS/2和USB两种，其中USB接口具有通用性、易用性和高速传输的特点。键盘的按键寿命和手感是评价键盘质量的重要指标，好的键盘应具备长寿命和舒适的手感。01020304键盘输入设备鼠标是用于定位和选择的输入设备，通过移动鼠标来控制光标在屏幕上的位置。鼠标的接口类型主要有PS/2和USB两种，其中USB接口已成为主流。鼠标的种类繁多，包括机械鼠标、光学鼠标、激光鼠标等，其中光学鼠标和激光鼠标具有高精度和高灵敏度的特点。鼠标的分辨率和按键数是评价鼠标质量的重要指标，好的鼠标应具备高分辨率和舒适的按键设计。鼠标输入设备扫描仪是将纸质文档转化为数字文档的输入设备，通过扫描将图像或文字输入到计算机中。扫描仪的接口类型主要有USB和火线接口，其中USB接口已成为主流。扫描仪输入设备扫描仪的种类繁多，包括平板式、滚筒式、便携式等，其中平板式扫描仪具有高精度和高效率的特点。扫描仪的分辨率和色彩位数是评价扫描仪质量的重要指标，好的扫描仪应具备高分辨率和高色彩还原能力。触摸屏输入技术01触摸屏是一种新型的输入设备，通过触摸屏幕进行操作，实现输入和控制功能。02触摸屏的类型主要有电阻式、电容式、红外线式等，其中电容式触摸屏具有高精度和高透光率的特点。03触摸屏在智能手机、平板电脑、自助终端等领域得到广泛应用，成为人机交互的重要方式之一。04触摸屏的响应速度、稳定性和耐久性是评价触摸屏质量的重要指标，好的触摸屏应具备快速响应、高稳定性和长寿命的特点。03输出设备与技术液晶显示器（LCD）、发光二极管显示器（LED）、等离子显示器（PDP）等。显示器种类显示器技术参数显示器接口类型分辨率、刷新率、色域覆盖率、亮度等。VGA、DVI、HDMI、DisplayPort等。030201显示器输出设备喷墨打印机、激光打印机、针式打印机等。打印机种类打印速度、打印分辨率、墨盒或硒鼓容量等。打印机技术参数墨盒、硒鼓、色带等。打印机耗材打印机输出设备音响技术参数频率响应、灵敏度、阻抗等。音响接口类型3.5mm耳机插孔、USB接口、蓝牙连接等。音响种类扬声器、耳机、音箱等。音响输出设备通过逐层堆积材料来构建三维物体。3D打印原理塑料、金属粉末、陶瓷等。3D打印材料产品设计、模具制造、艺术品创作等。3D打印应用领域3D打印技术04输入输出接口与总线输入输出接口是计算机与外部设备之间的连接桥梁，负责数据的传输和控制。输入输出接口的主要功能包括数据传输、设备识别和控制等。输入输出接口的种类繁多，常见的有串行接口、并行接口、USB接口等。输入输出接口概述总线是连接计算机各部件的一组公共信号线，用于实现各部件之间的数据传输和控制。总线技术按照传输速率可分为高速总线和低速总线，按照数据传输方式可分为并行总线和串行总线。常见的总线标准有PCI、PCI-E、AGP、ISA、EISA等。总线技术及其分类

常见输入输出接口标准串行接口标准RS-232C、RS-422、RS-485等，常用于连接鼠标、键盘、调制解调器等设备。并行接口标准IEEE-1284，常用于连接打印机等设备。USB接口标准USB1.0/1.1/2.0/3.0，常用于连接外部存储设备、摄像头、鼠标等设备。0102接口电路与芯片介绍常见的接口芯片有串行接口芯片、并行接口芯片、USB接口芯片等。接口电路是实现输入输出功能的电路，一般由独立的芯片或集成电路实现。05输入输出控制方式概述程序查询方式是一种早期的输入输出控制方式，也称为忙/闲方式。在程序查询方式中，CPU通过执行查询指令来检查输入/输出设备的状态，从而决定是否进行数据传输。特点程序查询方式的优点是简单易行，适用于较慢的输入输出设备。然而，由于CPU需要不断地轮询设备状态，导致CPU效率低下，不适合高速设备。适用场景程序查询方式适用于低速设备，如终端、打印机等。程序查询方式概述01中断控制方式是一种更高效的输入输出控制方式。在中断控制方式中，当输入/输出设备完成一项任务或遇到某种事件时，会向CPU发送中断信号，CPU会暂停当前任务，转而处理中断事件。特点02中断控制方式的优点是CPU可以同时处理多个输入/输出设备，提高了CPU的效率。然而，中断控制方式需要更多的硬件支持，且需要对中断处理程序进行合理设计。适用场景03中断控制方式适用于高速设备，如磁盘、网络等。中断控制方式概述DMA（DirectMemoryAccess）控制方式是一种允许输入/输出设备直接访问内存的输入输出控制方式。在DMA控制方式中，输入/输出设备可以在不需要CPU介入的情况下，直接从内存读取数据或写入数据。特点DMA控制方式的优点是可以大大减轻CPU的负担，提高数据传输效率。然而，DMA控制方式需要更多的硬件支持，且需要对DMA控制器进行合理配置。适用场景DMA控制方式适用于高速设备，如磁盘、网络等。010203DMA控制方式010203概述通道控制方式是一种更为先进的输入输出控制方式。在通道控制方式中，CPU通过通道来控制输入/输出设备的操作。通道可以看作是一个独立的处理器，负责管理输入/输出设备的操作。特点通道控制方式的优点是CPU可以专注于执行主程序，而将输入/输出操作交给通道处理。这样可以进一步提高CPU的效率。然而，通道控制方式需要更多的硬件支持，且需要对通道进行合理配置和管理。适用场景通道控制方式适用于大型机、超级计算机等需要高效处理大量输入输出操作的计算机系统。通道控制方式06输入输出系统性能评价与优化性能评价指标与方法衡量输入输出系统性能的重要指标，包括系统响应时间和设备响应时间。表示单位时间内完成输入输出操作的次数，与数据传输速率和传输效率有关。衡量输入输出系统同时处理多个任务的能力，包括多个设备同时工作的情况。表示输入输出系统在长时间运行中保持稳定和可靠的性能。响应时间数据吞吐量并发处理能力可靠性瓶颈识别硬件升级软件优化系统架构调整瓶颈分析与优化策略01020304通过分析系统性能数据，识别出影响性能的关键因素和瓶颈。根据瓶颈分析结果，对硬件设备进行升级或替换，以提高性能。通过优化软件算法和程序，提高输入输出系统的数据处理能力和效率。根据系统规模和需求，调整系统架构，实现负载均衡和资源共享，提高整体性能。将频繁访问的数据存储在高速缓存中，减少对设备的直接访问，提高数据访问速度。数据缓存存储程序指令，减少CPU对主存的访问次数，提高指令执行速度。指令缓存将磁盘上的数据页面存储在内存中，减少磁盘I/O操作次数，提高数据读取速度。页面缓存为输入输出设备提供缓冲区，减少设备直接访问主存的次数，提高数据传输效率。缓冲区缓存高速缓存技术在输入输出系