《精编》输入输出设备培训课件

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1、第六章输入 输出设备 调用I O设备的层次 用户界面 操作系统为用户调用I O设备所提供的操作界面 设备驱动程序 CPU执行设备驱动程序 送出针对具体设备的命令字 取回设备状态字 设备控制程序 设备控制器执行设备控制程序 控制设备操作 设备具体操作 涉及到设备的逻辑组成 工作原理 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

2、成 1 键盘矩阵 128键 8行 16列 每键7位位置码 扫描码 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 5V 0123 0 1

3、2 3 2 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 i 0 第i行送0 其余行送1 获得按键行列位置 转显示程序 Y N Y N i i 1 2 行列扫描法 例 IBMPC键盘 1 键盘结构 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 CR

4、T 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 屏幕显示与显示缓存的对应关系 6 3 1CRT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别 分辨率和灰度级决定了图的质量 6 3 1CRT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

5、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 1CRT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 25 80 640 200 适配器提供显示规格 如VGA卡 A N APA 25 40 25 80 320 200 2色 4色 800 600 2色 256

6、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光栅扫描成象原理 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

7、子束X向与Y向偏转 IRGB颜色 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 0100 1100 淡红 0010 绿 1010 淡绿 0111 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 7 9 5 8点阵 字符点阵代码 ROM 字

8、符译码 64 8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 ABCDEF 2 屏幕组织 每行字符逐线扫描 字符7 9 字符区9 14 1 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 对显存的操作直接影响屏幕显示 对应关系表现在 显存内容和容量的确定 显存地址组织 信息转换 同步控制 若显示规格为25行 80列 1 A N方式 V

9、RAM内容 基本容量 25 80 2KB 1 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 若考虑字符属性 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字节则VRAM的总容量 C L n字节 2 APA方式 图形的象点代码 VRAM内容 一位存放一点 单色 VRAM容量 若显示规格为640点 200线 基本容量 8 640 200 16KB 若考虑颜色 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 每个像素的颜色用n位2进制代码表示则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

10、 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 A B G F 行号决定高位地址 列号决定低位地址 A A A A A A 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 1 A N VRAM 移位寄存器 并行 串行 A N D 字符编码 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 2 APA VRAM 移位寄存器 并行 串行 一字节点代码 并 移位器 视频信号 串 显示头 视频的发送与电子束扫描严

11、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 在显示器中设置若干级计数器 对显示器点频进行若干级分频 产生相应控制信号 例 显示规格25行 80列 1 A N方式 字符7 9 字符区9 14 7 2 9 9点 5 14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

12、 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 高地址 例 显示规格800点 200线 单色 1 APA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种颜色则VR

13、AM总容量 640 480 4 150KB 6 4打印设备及接口P336 6 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 基本结构 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 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

14、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 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

15、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 每道分为若干磁道 每道分为若干扇区 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若干扇区 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

16、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 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 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