计算机外围设备

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根据上述原理,外围设备与计算机连接时,应在设备与中 央处理器之间配置设备控制器和接口控制器。
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1.4.2 外围设备与PC机连接的接口
主机与外围设备之间是通过“接口”来交换信息 的,每一台外围设备都有各自的接口,所谓“接 口 ” , 也 称 适 配 器 ( adapter ) 、 设 备 控 制 卡 (device control card),或输入输出控制器。
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外围设备是计算机系统不可缺少的组成部分,用 户在使用计算机系统时,接触最多的是外围设备。 外围设备是计算机和外部世界联系的桥梁。随着计 算机技术的飞速发展和应用的扩大,计算机系统要 求外围设备的种类越来越多。本章先介绍涉及外围 设备的有关概念。
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1.1 什么是计算机外围设备
下图为主机与外围设备连接的一般原理图。从图 中可以看出,主机(包括CPU、内存的RAM和ROM) 是通过总线与外设接口相连接的。通过这个原理图 可以分析接口的基本功能和工作过程。
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图1-4 主机与外围设备连接的一般原理图
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⒈外设接口的基本功能 尽管不同外设的接口的组成及任务各不相同,但
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⑶能够接收主机发来的各种控制信号,以实现对 该设备的控制操作。为此,在设备中应设置设备控 制寄存器,用以存储主机发送来的控制字。
⑷能够判断主机是否选中本接口及本接口所连接 的外围设备。一台计算机所连接的外围设备可能很 多,每台设备各有自己的设备号,也称设备地址。 主机就是通过发送设备地址来选择设备的。因此, 在接口中有识别该设备地址的设备译码器。
设计设备控制器时,主要考虑该设备的特点和要求,但一 般不考虑中央处理器标准接口的要求,而中央处理器的标准 接口也不可能考虑到每一种连接设备的特殊要求。因此,某 一类型设备与中央处理器某一类型标准接口连接时,还必须 在其中设置一个起连接作用的控制电路,这就是接口控制器。 当中央处理器的标准接口连接各种不同类型的设备时,只要 在每个设备的设备控制器上选配与此设备相适应的接口控制 器,就可以使这些设备与同一种标准接口连接起来。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送
外围设备与中央处理器之间传送的信息种类有: 设备地址信息、数据信息、设备状态信息和控制信 息。这里是指某一设备上的数据交换,设备当前的 操作状态,以及中央处理器对外围设备的控制操作 命令等。
数据传送的控制方式有同步和异步两种。同步传 送是指各外围设备都在统一的节拍下进行数据传送, 异步传送则根据回答信号决定传送周期。对传送时 间短于一个节拍的同步传送,这是一种浪费;而后 者却能充分地利用I/O通道上的工作时间。
它们要实现的基本功能大致相同。一般说,任何外 设的接口都必须具有下列基本功能:
⑴实现数据缓冲。在外设的接口中,一般都设置 若干各数据缓冲寄存器,在主机与外设交换数据时, 先将数据暂存在该缓冲寄存器中,然后再输出到外 围设备或输入到主机中去。
⑵记录外设的工作状态 。在设备的接口中必须 有记录该设备工作状态的状态寄存器。外设的状态 一般设“空闲”、“忙”、“就绪”三种。
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⒋多媒体设备
现代社会是信息爆炸的时代,文字、图形、图像、 语音等各种信息大量产生,人类要利用各种各样的 信息,要求计算机能够处理各种不同形式的信息, 多媒体设备就应运而生。多媒体设备的功能就是使 计算机能够直接接受、存储、处理各种形式的多媒 体信息。现在市场上出售的微型计算机(PC)几乎 都是多媒体计算机,都配置了若干多媒体设备。多 媒体计算机必须配置的基本多媒体设备,除已列在 外 存 储 器 中 的 CD-ROM 或 DVD-ROM 外 , 还 应 有 调 制解调器(modem) 、声卡和视频卡。其他多媒体设 备还有数字相机、数字摄像机、MIDI乐器等。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
传送的方式有程序查询传送、程序中断传送、直 接存储器传送和I/O处理机传送。早期的计算机以运 算器控制器(简称运控)为中心,传送方式是程序 查询传送和程序中断传送,程序查询传送使计算机 经常处于等待状态,计算机使用的效率极低,程序 中断传送虽然解决了计算机等待浪费时间的问题, 但一些高速外围设备在与计算机交换数据时,常常 会因中断次数过于频繁,致使计算机的效率仍然不 高。
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1.2 外围设备的分类
外围设备除 了输入/输出设 备外,还应包 括外存储器设 备、多媒体设 备、网络通信 设备和外围设 备处理机等等。 外围设备分类 见右图。
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⒈输入设备
输入设备是人和计算机的最重要的接口,它的功能是把原 始数据和处理这些数据的程序、命令通过输入接口输入到计 算机中。因此,凡是能把程序、数据和命令送入计算机进行 处理的设备都是输入设备。由于需要输入到计算机的信息多 种多样,如字符、图形、图像、语音、光线、电流、电压等 等,各种形式的输入信息都需要转换为二进制编码,才能为 计算机所利用,因此不同输入设备在工作原理、工作速度上 相差很大。这是我们需要特别注意的。
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1.4 外围设备与计算机的连接
计算机系统所配置的外围设备种类繁多,数量不 同,它们不仅在工作速度上与CPU相差很大,而且 在数据表示的形式上与计算机主机内部的形式不一 样。因此,要实现外围设备与计算机的连接和信息 交换,充分发挥计算机的效率,除了了解外围设备 与计算机的连接接口外,由于外围设备与计算机在 工作速度和数据表示形式上的不同外,还应了解它 们传送信息的种类、传送控制方式和传送方法。在 此基础上,才能确定它们的连接方式。
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2020/12/7
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总目录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章
计算机外围设备概述 输入设备 输出设备 外存储设备 多媒体设备 网络设备 其他设备
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第1章 计算机外围设备概述
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目录
1.1 什么是计算机外围设备 1.2 外围设备的分类 1.3 外围设备的作用 1.4 外围设备与计算机的连接 1.5 外围设备的发展方向 本章小结 习题1
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⒌网络与通信设备 21世纪人类将进入信息社会。从20世纪90年代中
期开始,世界各国都开始努力进行信息化基础设施 的建设。Internet迅速普及,政府上网、企业上网、 学校上网,…,网络和通信技术获得了前所未有的 大发展。为了实现数据通信和资源共享,要求有专 门的设备把计算机联接起来,实现这种功能的设备 就是网络与通信设备。
目前的网络通信设备包括调制解调器、网卡,以 及中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。
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⒍输入输出处理机 输入输出处理机通常称作外围处理机
(Peripheral Processor Unit,PPU),用于分布式计 算机系统中。这种外围处理机的结构接近一般的处 理机,甚至就是一台小型通用计算机。主要用来完 成计算机系统中输入/输出通道所要完成的I/O控制, 还可进行码制变换、格式处理、数据块的检错、纠 错等。但它不是独立于主机工作,是主机的一个部 件。
输入设备包括字符输入设备(如键盘、条形码阅读器、磁 卡机)、图形输入设备(如鼠标器、图形数字化仪、操纵 杆)、图像输入设备(如扫描仪、传真机、摄像机)、模拟 量输入设备(如模-数(A/D)转换器、话筒等)。
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⒉输出设备 输出设备同样是十分重要的人机接口,它的功能
是用来输出人们所需要的计算机的处理结果。输出 的形式,可以是数字、字母、表格、图形、图像等。 最常用的输出设备是各种类型的显示器、打印机和 绘图仪,以及X-Y记录仪、数-模(D/A)转换器、缩 微胶卷胶片输出设备等。
外围设备(peripheral device)过去常称外部设 备(external device)。在计算机硬件系统中,外围 设备是相对于计算机主机来说的,凡在计算机主机 处理数据前后,把数据输入计算机主机、对数据进 入加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备, 而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说 来,外围设备是为计算机和它的外部环境提供通信 手段的设备。因此,除了计算机主机以外的设备原 则上都叫外围设备。外围设备一般由媒体、设备和 设备控制器组成。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
以存储器为中心的计算机硬件结构,实现的数据 传送方式是直接存储器传送(DMA)方式,实行外 围设备与内存储器直接进行数据交换。这种数据传 送方式是由一个DMA控制器从CPU处接管对总线的 控制权,指挥外围设备(如硬盘)与内存储器之间 直接进行数据传输,传输结束后,再把总线控制权 交还给CPU,这就简化了CPU对I/O的控制。为了进 一步减轻中央处理器对I/O系统的负担,将管理和控 制I/O操作和数据交换的功能从中央处理机独立出来, 即可组成I/O处理机。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
为了各种设备与计算机之间的连接和信息交换,必须要配 备设备控制器。设备控制器是控制该设备进行操作的控制部 件,它接受中央处理器通过接口传送来的各种信息,并按设 备的不同要求把这些信息传送到设备或从设备读出信息传送 到接口。因为不同设备有不同的要求,所以要求各种专门的 设备控制器与之配合。
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1.1 什么是计算机外围设备
一套完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统 两大部分。
计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理 装置,由主机和输入/输出子系统组成,计算机主机包 括中央处理器、存储器和附属线路,输入/输出子系 统包括输入/输出接口和外围设备。
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图1-1 计算机系统的组成
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
在小型机和微型机中,多采用程序查询传送、程序中断传送 和直接存储器传送方式;而在大型机、中型机和高档小型机中 一般采用I/O处理机传送方式。
无论采用哪一种控制方式和传送方式,都需要相应的控制 逻辑电路和信息通道来实现。外围设备与计算机连接的一般模 式如下图所示。
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⒊外存储器设备
外存储器用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和 程序,•因而允许速度较慢。一旦需要,可成批地与内存交换 信息。它是主存储器的后备和补充,因此叫它为“辅助存储 器”。
外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低,在脱机情况 下可以永久地保存信息,进行重复使用。
外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在 人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的 主要是硬磁盘存储器和软磁盘存储器。光盘存储器作为一种 新型的信息存储设备已经在微机上普及使用。目前,可移动 磁盘已开始在微机系统中使用,为用户提供了很大的方便。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
I/O处理机又可分为通道方式和外部处理机方式。 通道具有处理机的特征,但它只是面向外围设备控制 和数据交换的指令系统,而输入输出过程中的前处理 和后处理仍由中央处理器来实现。外部处理机实际上 是一台独立的作为管理和控制系统的专用计算机,它 具有通道的功能,还能完成码制变换、检错纠错和格 式变换等操作和运算,这样,计算机的运行效率就大 为提高。
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1.3 外围设备的作用
外围设备的作用归纳起来有以下几方面: ⑴提供人-机对话。 ⑵完成数据媒体的变换。 ⑶存储系统软件和大型应用软件。 ⑷为各类计算机应用领域提供应用手段。 从数据输入输出的角度看,磁盘机(硬盘和软盘) 和磁带机也可以被看作输入/输出设备。当从磁盘或 磁带读取文件时,它们是输入设备,当向磁盘或磁 带保存文件时,它们是输出设备。
为了保证程序查询传送、程序中断传送、直接存储器传送 和I/O处理机传送的实现,在中央处理器中要设置相应的指令 和I/O控制逻辑电路以及传送信息的通路。通常把它们做成标 准部件,称为中央处理器的标准接口,不同的传送方法要求 有不同的标准接口 。
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1.4.1 外围设备与中央处理器之间的信息传送(续)
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