计算机组成原理-输入输出设备
计算机组成原理(华科版)第七章 输入输出系统
第七章 输入输出系统
5. 外围处理机方式(Peripheral Processor Unit—PPU) 外围处理机的结构更接近于一般的处理机，甚至 就是一般小型通用计算机。它可完成I/O通道所要完 成的I/O控制，还可完成码制变换、格式处理、数据 块的检错、纠错等操作。它可具有相应的运算处理 部件、缓冲部件，还可形成I/O程序所必须的程序转 移等操作。它可简化设备控制器，而且可用它作为 维护、诊断、通信控制、系统工作情况显示和人机 联系的工具。 外围处理机基本上独立于主机工作。在多数系 统中，设置多台外围处理机，分别承担I/O控制、通 信、维护诊断等任务。有了外围处理机后，计算机 系统结构有了质的飞跃，由功能集中式发展为功能 分散的分布式系统。
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计算机组成原理
第七章 输入输出系统
7.1 信息交换的控制方式
信息交换的控制方式一般分为5种类型。
1. 程序查询方式(Programmed Direct Control) 这种方式又称为程序直接控制方式，是指信息交 换的控制完全由主机执行程序来实现。当主机执行到 某条指令时，发出询问信号，读取设备的状态，并根 据设备状态，决定下一步操作，这样要花费很多时间 用于查询和等待，效率大大降低。这种控制方式用于 早期的计算机。现在，除了在微处理器或微型机的特 殊应用场合，为了求得简单而采用外，一般不采用了。
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计算机组成原理
第七章 输入输出系统
I/O 控制方式
主要由程序实现
主要由附加硬件实现
程序 查询方式
程序 中断方式
DMA方式
通道方式
PPU 方式
图 7.1
外围设备的 I/O 方式
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计算机组成原理
第七章 输入输出系统
计算机组成原理名词解释
主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
运算器：计算机中完成运算功能的部件，则ALU和寄存器构成。
外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备、输出设备和外存储设备。
数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
指令：构成计算机软件的基本元素，表示成二进制数编码的操作命令。
透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
位：计算机中的一个二进制的数据代码（0或1），是数据的最小表示单位。
字：数据运算和存储单位，其位数取决于计算机。
字节：衡量数据量以及存储器容量的基本单位，1字节等于8位二进制信息。
字长：一个数据字包含的位数，一般为8位、16位、32位和64位等。
地址：给主存储器不同的存储位置指定的一个二进制编号。
存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存两种。
存储器的访问：对存储器中数据的读操作和写操作。
总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。
硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件两种。
兼容：计算机部件的通用性。
操作系统：主要的系统软件，控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。
汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应。
编译程序：将高级语言的程序转换成机器语言程序的计算机软件。
解释程序：解释执行高级语言程序的计算机软件，，解释并执行源程序的语句。
系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件。
应用软件：完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
指令流：在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。
西安电子科技大学_计算机组成原理第7章输入输出IO系统_课件PPT
7.2 外部设备：习题
设一个磁盘盘面共有200个磁道，盘面总存储容量 60MB，磁盘旋转一周的时间为25ms，每磁道有8个扇 区，各扇区间有一间隙，磁头通过每个间隙需1.25ms。 则磁盘通道所需最大传输率是_____。
A. 10MB/s
B. 60MB/s
C. 83.3MB/s D. 20MB/s
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7.3 I/O接口(I/O控制器)：习题
在统一编址的情况下，就I/O设备而言，其对应的I/O 地址说法错误的是_____。 A. 要求固定在地址高端 B. 要求固定在地址低端 C. 要求相对固定在地址的某部分 D. 可以随意在地址的任何地方
7 第 章 输入输出(I/O)系统
7.4 I/O方式
2021年9月3日 21:40:22
7.4 I/O方式
程序查询方式 实现简单；CPU与I/O设备只能串行工作。
程序中断方式 中断的基本类型 按中断源的位置： 内中断 外中断 如何得到中断服务程序的入口地址： 向量中断: 由中断事件自己提供(硬件向量法) 非向量中断：由CPU查询得到(软件查询法)
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7.4 I/O方式
程序中断方式
中断的过程：
中断请求：由中断源发出
中断响应：每条指令执行阶段结束前，未屏蔽
断点保护（硬件完成） 中断判优
PUSH PSW 关中断: IF=0; TF=0
中断源识别
PUSH CS
获得中断服务程序首地址 PUSH IP
中断处理
PUSH regs STI （选） 中断处理
一台字符显示器的VRAM中存放的是_____。
A. 显示字符的ASCII码
B. BCD码
C. 字模
D. 汉字内码
计算机组成原理——输入输出（IO）系统考研题
计算机组成原理——输⼊输出（IO）系统考研题（⼀） I/O系统基本概念（⼆）外部设备1. 输⼊设备：键盘、⿏标2. 输出设备：显⽰器、打印机3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三） I/O接⼝（I/O控制器）1. I/O接⼝的功能和基本结构2. I/O端⼝及其编址3．I/O地址空间及其编码（四） I/O⽅式1. 程序查询⽅式2. 程序中断⽅式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念。
3. DMA⽅式DMA控制器的组成；DMA传送过程。
4. 通道⽅式（2009）22. 下列选项中，能引起外部中断的事件是A. 键盘输⼊B. 除数为0C. 浮点运算下溢出D. 访存缺页答案：A考点：内部中断和外部中断的区别外中断:I/O设备等来⾃主机外部设备的中断。
内中断：CPU内部的异常、例外、陷⼊内中断（2010）21、单级中断系统中，中断服务程序执⾏顺序是（）I保护现场II开中断III关中断IV保存断点V中断事件处理VI恢复现场VII中断返回A、I->V->VI->II->VIIB、III->I->V->VIIC、III->IV->V->VI->VIID、IV->I->V->VI->VII答案：A考点：单级中断的概念该题的⼀个特点是单级中断，不会出现多重中断的中断嵌套问题，由于是单级中断，断点也不需要保存了，CPU直接返回中断前的位置就可以了！同时关中断是由硬件⾃动实现的，并不属于中断服务程序。
⽽恢复断点、恢复现场之后需要开中断才能返回断点这⾥给出⼀般的中断处理的过程：22、假定⼀台计算机的显⽰存储器⽤DRAM芯⽚实现，若要求显⽰分辨率为1600*1200，颜⾊深度为24位，帧频为85HZ，现实总带宽的50%⽤来刷新屏幕，则需要的显存总带宽⾄少约为（ )A、245MbpB、979MbpsC、1958MbpsD、7834Mbps答案：D考点：1600*1200*24*85/0.51M约为106(2010)21．某计算机有五级中断L4 ~ L0，中断屏蔽字为M4M3M2M1M0，Mi=1（0≤i≤4）表⽰对Li级中断进⾏屏蔽。
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统一、填空题；1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。
2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。
3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。
5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。
6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。
7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。
8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。
9.二、选择题：1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。
A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序C.中断方式一般适用于随机出现的服务D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作2.中断向量地址是______。
A. 子程序入口地址B. 中断服务例行程序入口地址C. 中断服务例行程序入口地址的地址D. 主程序返回地址3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。
A. 移位寄存器B. 数据寄存器C. 锁存器D. 指令寄存器4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。
A. PPU(外围处理机)方式B. 中断方式C. DMA方式D. 通道方式5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。
A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个时钟周期D. 一个存储周期6.发生中断请求的条件是______。
A. 一条指令执行结束B. 一次I/O操作开始C. 机器内部发生故障D. 一次DMA操作开始7.中断向量地址是______。
组成原理与计算机体系结构
组成原理与计算机体系结构计算机是一个非常复杂的系统，它在现代社会中扮演着至关重要的角色。
那么，计算机是如何诞生的呢？它的组成原理又是什么呢？本文将为大家介绍计算机的组成原理和体系结构，希望能够帮助大家更好地理解计算机。
一、计算机的组成原理计算机是由许多不同的部件组成的，这些部件需要相互配合才能正常工作。
计算机的主要组成部分包括：中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、硬盘、输入设备和输出设备等。
下面将分别介绍这些部件。
1、中央处理器中央处理器是计算机的“大脑”，它负责处理所有的指令和数据。
中央处理器包括两个重要的部分：控制单元和算术逻辑单元。
控制单元的主要功能是从内存中取出指令并执行它们，而算术逻辑单元则是负责执行各种算数和逻辑运算。
2、随机存储器随机存储器是计算机的内存，它用于暂时存储数据和指令。
随机存储器的容量和速度非常重要，它们直接影响计算机的性能。
3、硬盘硬盘是计算机的主要存储设备，它用于长期存储数据和程序。
硬盘的容量随着技术的发展而不断增加，目前最大的硬盘容量已经达到数十TB。
4、输入设备和输出设备输入设备和输出设备也是计算机的主要组成部分。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机、喇叭等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是计算机硬件和软件之间的接口，它描述了计算机的组成和运行方式。
计算机体系结构包含两个层次：指令集体系结构和微体系结构。
下面将分别介绍这两个层次。
1、指令集体系结构指令集体系结构是计算机处理器和编译器之间的接口。
它定义了计算机所支持的指令集以及这些指令的语法和语义。
指令集体系结构包含许多方面，比如地址模式、数据类型、寄存器、中断和异常等。
2、微体系结构微体系结构是计算机处理器内部的设计，它描述了如何实现指令集体系结构。
微体系结构包括处理器中的电路、指令流水线、分支预测、缓存和总线等。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展经历了几个重要的阶段。
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
计算机组成原理
6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答：计算机硬件组成框图如下：控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设各部件的作用如下：控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。
存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。
输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。
计算机系统的主要技术指标有：机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。
通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
机器字长也会影响计算机的运算速度。
数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。
存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。
一般包含主存容量和辅存容量。
运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI （执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。
CPU执行时间是指CPU对特定程序的执行时间。
主频：机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。
吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。
它主要取决于主存的存取周期。
响应时间：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。
9. 画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”（M均为主存地址）为例，在图中按序标出完成该指令（包括取指令阶段）的信息流程（如→①）。
假设主存容量为256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。
解：主机框图如P13图1.11所示。
（1）STA M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR（2）ADD M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假设主存容量256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位，PC和MAR寄存器均为28位。
计算机原理知识点
5.算罗单元（ALU）：是中央处理器CPU的一部分，用以计算机指令集中的执行算术与逻辑操作。某些处理器中，将ALU切分为两部分，即算术单元（AU）与逻辑单元（LU）
6.系统总线：是指CPU,主存，I/O设备各大部件之间的信息传输线。由于这些部件通常安放在主板和插件板（插卡）上，故又称为板级总线或板间总线。
一.选择题
1.完整的计算机系统应包括( )
A、 运算器 存储器 控制器
B、 外部设备和主机
C、 主机和应用程序
D、 配套的硬件设备和软件系统
我的答案：D
2.( )的功能是将机器语言转换成人类语言。
A、控制器
B、输入设备
C、输出设备
D、存储器
我的答案：C
3.以下语句错误的是
A、输入设备可以将机器语言转化为人类熟悉的形式
A、 存放在一个存储单元中的二进制代码组合
B、 存放在一个存储单元中的二进制代码位数
C、 存储单元的个数
D、 机器指令的位数
我的答案：A
二.填空题
1.完成一条指令分为_取出指令、_分析指令、__执行指令_三步。（请按顺序填写）
2____CPI__是指执行一条指令所需时钟周期数。
3.如果MAR12位，MDR8位，则所连接的存储器容量为___4___KB。
B、8
C、16
D、32
正确答案：C
二.填空题
3 总线上信息传递的方式有__串行___和__并行___两种。
4.___系统总线_____是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。
5.按连接部件的不同，总线通常可以分为_片内总线_____、_系统总线____和_____通信总线。
《计算机组成原理》8-输入输出系统
允许中断３
INTA &
&
&
允许中断４ &
&
&
&
1
1
1
1
INTR1
INTR2
INTR3
（ b） 串 行 优 先 链 中 断 排 队 线 路
INTR4
&
至下一级
≥1
INT
程序中断方式
2、中断的处理过程
✓ 软件排队的基本做法是：当CPU访问到 INT0
中
有中断请求时，则保留好中断断点后立
断 服
即进入软件排队程序的入口。从最高优
✓ 中断排队的实现 可以用硬件排队或软件排队两种方法来实现
➢ 硬件排队方式 硬件排队的基本特点是，优先级别高的中断源提出中 断请求后，就自动封锁优先级别较低的中断源的中断请求
➢ 软件排队方式 软件排队是通过编写查询程序实现的。
程序中断方式
2、中断的处理过程
➢ 硬排队方式 I N T R0
INTR1 1
程序直接控制方式
2、条件传送方式
✓ 通过程序查询接口中的状态来控制数据传送的方式，也被称为程序查询 方式。
✓ 程序查询方式中，在执行一次有效的数据传送操作之前，必须对外部设 备的状态进行查询，如果外部设备准备就绪，才能执行数据传送操作。
程序直接控制方式
2、条件传送方式
检查状态标记
N 准备就绪？ Y 执行数据传送
I/O接口
1、接口的概念
✓ 介于主机与外部设备之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口
（Interface）
✓ 对于主机，I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O
《输入输出设备》PPT课件
显然，扫描线越多，分辨率越高。图象也就越清晰。一般每帧有405线， 526线，625线，819线多种，我国电视每帧用625线。显示时只有一个光点在屏 幕上扫描，由于人眼的视觉暂留现象使看见的图象是连续的。
图形显示器通常配有键盘，光笔，数字化仪，鼠标器，CRT显示器和绘 图机等。下面简要介绍图形显示器的基本原理。
在原有的字符显示器上加一块显示图形的逻辑电路板，即可变成简易的 图形显示器；如果配上图形输入板和绘图机，则可构成一种廉价的小型图形处 理系统。
图像显示器
在数字图象处理中，数字图象显示器是最后也是最重要的环节，它可以让 人们通过视觉，更好地理解和解释图象的内容。
为了保证图象有较好的水平与垂直线性，象素长宽比例通常为4：3。 例 如 ， 12 英 寸 彩 色 CRT 的 分 辨 率 为 640*480 个 象 素 ； 14 英 寸 显 示 800*600个象素；16英寸显示1024*768个象素都满足4：3的比例。此外， 某些专用的方形CRT显示分辨率为512*512或1024*1024，甚至4096*4096 个象素。
• 输出设备 1 显示器 2 打印机 针式打印机 激光打印机: 激光扫描技术、电摄影技术 喷墨打印机：“连续射流分解成滴” 3 绘图仪：平台式和鼓式 4 语音输出设备：扬声器、耳机 5 缩微胶卷输出设备
• 外存储设备 1 软盘 2 硬盘 内置硬盘 3 光盘：CD、DVD 4 磁带
盒式硬盘
• 数据通信设备 • 终端设备
图形显示器
图形显示器是用点，线（直线和曲线），面（平面和曲面）组合成要求的 平面或立体图形。同时可以作平移，比例变换，旋转，坐标变换，投影变换（ 把三维图形变换为二维图形），
计算机组成原理
一、计算机硬件包括运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五部分。
运算器主要是进行算术和逻辑运算；控制器主要是产生控制信号，协调各部件有效工作；存储器主要是存储数据和程序；输入设备是将人们能识别的信息转为二进制数据的设备；输出设备是将二进制数据转为人们能识别的信息的设备。
二、存储器：1、功能：主要是存储数据和程序。
2、分类：内存储器和外存储器。
内存储器包括只读存储器ROM 和随机存储器RAM 。
外存储器包括硬盘、软盘、光盘等。
3、容量单位换算：1B=8b 1KB=210B=1024B 1MB=210KB=1024KB 1GB=210MB=1024MB 1TB=210GB=1024GB三、外部设备包括外存储器（软盘、硬盘、光盘）、输入设备（键盘、鼠标、扫描仪、麦克游戏操作杆等）、输出设备（打印机、显示器、音响等）。
四、数模电路：由真值表判断逻辑门如：1）同或：2）异或：3）或非：4）与非：五、移位运算和位运算：1）位运算：设4位寄存器A和B的内容分别为0101和1001，计算如下问题结果（1） A ∧ B （2）A ∨ B （3）A ⊕ B符号含义说明：“∧”或“·”表示逻辑“与”“∨”或“+”表示逻辑“或”“⊙”表示”同或”（相同为1，不同为0）“⊕”表示“异或”（相同为0，不同为1）2）移位运算：包括算术左右移和逻辑左右移，除算术右移高位补符号位外，其它均需补零。
如：（1）对补码操作数 1000 0111 算术左移一位0000 1110（2）对补码操作数 1100 0111 算术右移一位1110 0011（3）对操作数 1000 0111 逻辑左移一位0000 1110（4）对操作数 1101 1001 逻辑右移一位0110 1100（5）对操作数 0100 0011 小循环右移一位1010 0001六、原码、反码、补码求解：首先看清题目要求用几位表示，是否包括符号位。
正数符号位为0，负数符号位为1。
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
单元1 计算机组成原理
单元1 计算机组成原理学习目标（1）了解计算机硬件的组成及其功能；计算机的分类；微处理器（2）了解CPU的结构；指令与指令系统；指令的执行过程；CPU的性能指标（3）了解PC机的主板、芯片组与BIOS；Cache存储器与主存储器（4）了解PC机I／0操作的原理；I／O总线与I／O接口（5）了解常用输入设备、输出设备、外存储器的功能、分类、性能指标及基本工作原理学习知识1、计算机硬件的组成及其功能计算机系统由硬件和软件两部分组成。
计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接。
（1）输入设备①输入设备的概念向计算机输入数据和信息的设备统称为“输入设备”。
②输入设备的分类输入设备有多种。
例如数字和文字输入设备（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪、数码相机等），声音输入设备（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备（温度、压力传感器）等。
（2）中央处理器能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件被称为处理器。
现代计算机中一般包含有多个(微)处理器，它们各有不同的分工和任务,用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件。
过去，个人计算机通常只有1个CPU；现在，大部分PC机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含有2个、4个或6个CPU(内核)，目的是提高系统性能。
（3）内存储器①内存储器的概念内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。
计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。
②内存储器的工作原理内存的作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU 再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。
计算机组成原理9章：输入输出系统
三、直接存储器存取方式（DMA） 1、基本概念 DMA是一种完全由硬件实现的I/O信息交换方式。是在I/O设备与主存 之间建立一条直接传送数据的通路，并在有关硬件电路（ＤＭＡＣ）的 控制下进行数据交换，而不需CPU干预。 在正常工作时，所有工作周期都用于执行CPU的程序，当外设将要 传输的数据准备好后，占用总线一个工作周期和知己交换一个单位数据， 这个周期过后，CPU继续控制总线，执行原程序。如此重复，直至整个 数据块传送完毕。 ２、DMA的工作方式（访内冲突的处理） DMA技术的出现，使得外设可以通过DMA控制器直接访问内存，此 时，CPU可以继续执行原程序，CPU继续执行程序时要要访问内存， DMA传送时也要访问内存，这样就会出现访问内存冲突。如何处理？
3、DMA接口的组成及功能 （1）功能：指挥某台I/O设备完成操作；指出被传送信息在主存的首地址；指 出要传送的字节数。 （2）组成 ①IOCR：I/O控制寄存器，来自CPU的命令码，设备码，来自I/O设备的状态字。 ②IOAR：I/O地址寄存器，要交换信息在内存的首地址，自动加1 ③WC：字计数器，存放要成批交换的数据的个数，自动减1 ④IOIR：准备与内存交换的信息 ⑤BC：字节计数器，一次只能传送一个字节时用。 ⑥控制逻辑 以上各部分组成DMAC 4、DMA工作过程 （1）I/O指令→IOCR,命令码启动DMA，设备码选中所需设备 （2）DMA启动后，赋初值：内存首址→IOCR，交换字数→WC (字节→BC)， 有关状态及控制信息→DMA （3）被启动的设备准备就绪，向CPU发DMA请求，CPU响应，便交换数据。 （4）从I/O接口输入一数据（从内存输出一数据）到IOIR，IOARMAR， IOIR→MIR ,完成一个数据的传送，同时修改IOAR和WC（BC） （5）又一数据从I/O接口（从内存）→IOIR，重复（4），直到所有数据传送 完毕。
第八章输入输出设备
外围设备又称外部设备，
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外围设备特点
由信息载体,设备和设备控制器组成; 工作速度比主机慢很多; 不同设备的信息类型和格式不同; 以上这些特点给主机与输入输出设备的连接带来复杂性。因此，
命令 I/O 设 备
状态
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I/O接口分类
串行接口 并行接口
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输入设备
输入设备定义及分类 键盘 鼠标 数码相机
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输入设备定义及分类
输入设备是指向主机输入程序、原始数据和 操作命令等信息的设备。 输入设备将各类信号变换成主机能识别的二 进制代码，并负责送到主机。
激光扫描系统、 电子照像部分、 字符发生器 控制电路
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激光印字机
反射镜
激光器 声光偏转调制器
充电器
功率放大器 频率合成器
多面转镜
聚焦镜
消电灯
清洁锟
硒鼓
预热板 转印电极 定影辊
字符发生器
接口控制器
计算机
输纸
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激光印字机工作过程
充电→曝光→显影→转印→定影→消电→清洁 核心部件 硒鼓（具有光敏特性的滚筒装置）
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键盘开关矩阵
+5V
并 行 端 口 并行端口
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键盘分类
按键盘编码的功能和实现方法进行分类
全编码键盘 非编码键盘
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❖ 外部设备概述
CPU和主存构成计算机的主机，主机之外的大部分硬件设备称
为外部设备或外围设备，简称外设。外设包括输入设备、输出设 备和外存储器。
❖ 输入设备
键盘
图形输入设备（鼠标，图形板，光笔等）
图像输入设备（扫描仪、数码相机 、摄像机、摄像头等）
条形码
光学字符识别（OCR）
阴极：发出电子； 栅极：控制电子束的强度； 加速阳极：对电子束进行加速； 将电子束的动能转化为光能。
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CRT的工作原理
❖ P306 图9.4
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平板显示器
❖ 液晶显示器（LCD）
利用液态晶体调制(折射)外照光实现显示。本身不发光。 主要应用于便携式电子产品、监视器、消费类电子产品。
❖ 显示器的分类：
按显示设备所用的显示器件分类：CRT、LCD、PDP显示器。 按所显示的信息内容分类：字符、图形、图像显示器。 按设备功能分类：普通显示器和显示终端。
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CRT（阴极射线管）显示器
❖ CRT （cathode ray tube）：由电子枪、偏转装置、 荧光屏组成。
❖ 电子枪：由灯丝、阴极、栅极、加速阳极、聚焦极 组成。
❖ ASCII：美国标准信息交换码，每个字符用7 位二进制代码表示，是由128个字符组成的 字符集。见207页表9.1。用8位二进制代码表 示时是扩展ASCII码，也有128个。
❖ 汉字编码为16位二进制代码，叫机内码（区
位码）。
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输入设备——键盘
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输入设备——鼠标
❖ 鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和选择 能力而受欢迎，目前已经成为微机必备的输入 设备。
❖ 彩色等离子显示器 PDP(Plasma Display Panel)
利用惰性气体放电发光显示； 易于大面积、全色、广角显示； 能持续长时间工作、功耗低。
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IBM PC系列机的显示标准
随着IBM PC系列机的升级发展， PC机采用的 显示标准经历了如下变化：MDA → CGA → EGA → VGA → SuperVGA ❖ MDA：是PC机最早使用的显示标准。MDA是单色 字符显示适配器，采用9×14点阵的字符窗口， 满 屏显示80列×25行字符，对应分辨率为720×350
❖ 扫描：电子束按某种轨迹在荧光屏上运动
随机扫描：电子束随机在荧光屏上运动，只在需要作图 的地方扫描，而不必扫描全屏幕。
光栅扫描：电子束从上至下在荧光屏上运动，有逐行扫
描和隔行扫描两种方式。
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显示设备
❖ 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备， 是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。
语音识别
❖ 输出设备
显示器、打印机、绘图仪、语音输出
❖ 外存储器（输入输出设备）
磁带、磁盘、光盘、U盘
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输入设备—键盘
❖ 键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，是 由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，
每按下一个键，产生一个相应的字符代码，
然后将它转换成ASCII码或其他代码，送给 主机。常用的标准键盘有101个键~104个键。
并从中抽取有用的信息。 ❖ 像素/像象元：Pixel
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显示技术中的常见术语
❖ 分辨率（Resolution）：显示设备能表示的像素个 数。如640×480、1024 ×768、 1024 ×1024等。
像素越密，分辨率越高 分辨率取决于显示设备
❖ 灰度级（Gray Level）：显示像素点的亮暗差别， 在彩色显示器中表现为颜色的不同。
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解：
(1)刷存容量=分辨率×每个像素点颜色深度（字节） =1024×768×3B=2.25MB
刷新所需带宽=刷存容量×刷新速率 =2.25MB×72/s=162MB/s
刷存总带宽应为162MB/s÷50%=324MB/s (2)为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：
①使用高速的DRAM芯片组成刷存； ② 刷存采用多体交叉结构；
❖ 鼠标是一种手持的坐标定位部件，有两种类型： 机械式和光电式。
❖ 鼠标只输入相对坐标。
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输入设备——鼠标
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输出设备—显示器
显示技术中的常见术语：
❖ 图形（Graphics）：没有亮暗层次变化的线条图。 ❖ 图像（Image）：具有亮暗层次的图。 ❖ 图形学：研究如何用计算机表示现实世界的事物。 ❖ 图像处理：去除噪音，恢复原形，使图像清晰，
③刷存至显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位， 甚至128位 ； ④刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。
❖ SVGA：分辨率为800×600
❖ XGA：分辨率为1024×768
❖ SXGA：分辨率为1280×1024
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显示适配器及相关参数
❖ 显示适配器由刷新存储器、显示控制器、ROM BIOS三部分组成。
❖ 刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显示 适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总 带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他 非刷新功能。 (1)若显示工作方式采用分辨率为1024×768，颜色 深度为3B，帧频(刷新速率)为72Hz，计算刷存容量 及总带宽应为多少? (2)为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施?
灰度级越多，图像层次越逼真 灰度级取决于刷新存储单元的位数和显示设备的性能。
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显示技术中的常见术语
❖ 刷新：在图像消失之前不断地重复扫描整个屏幕的 过程。
刷新频率大于30次/秒
电视标准：50帧/秒
❖ 帧存储器(视频存储器VRAM)：存储图像的存储器。
帧存储器的容量由分辨率和灰度级决定
1024X1024,256级灰度的图像存储容量为1MB
❖ CGA：是彩色图形/字符显示适配器，可以兼容字 符和图形两种显示方式。在图形方式下，可以显示 320×200
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显示标准
❖ EGA：显示标准兼容CGA和MDA各种显示方式， 在图形方式下分辨率为640×350，16
❖ VGA：显示标准下，字符窗口为9×16点阵，图形 方式下分辨率为640×480，16种颜色，或 320×200，256种颜色。扫描频率(水平同步)是 31.5kHz，刷新频率(垂直同步)是60Hz。VGA显示 适配器还增添了一个新接口VFC，允许来自其他设 备的图形，图像信号与适配器生成的图形信号合成。