计算机组成原理(02318) 第六章 互连及输入输出组织

课程内容

1. 输入设备和输出设备
2. 外部存储器
3. 外设与CPU、主存的互连
4. I/O接口
5. I/O数据传送控制方式

6.1 输入设备和输出设备

• 输入输出设备(外围设备/外部设备,外设) 是计算机系统与人或其他机器之间进行信息交换的装置

6.1.1 键盘

• 按键结构归纳为两类
  • 触点式按键 : 借助触点开关的接通或断开来产生电信号
  • 非触点式开关 : 利用电压/电流或电磁场变化产生输出信号
• 位置信息称为 扫描码或位置码
• 键盘和主机接口
  • AT接口 : 较早及其采用, 大五芯接口
  • PS/2接口 : 小五芯接口
  • USB接口 : 即插即用
  • 无线接口

6.1.2 鼠标器

• 一种相对定位设备, 方便控制屏幕上光标移动到指定位置, 通过按键完成各种操作. 通过底部的传感器检测出的运动方向和相对距离送入计算机
• 根据采用传感器技术不同, 可分成两类:
  • 机械式鼠标器 : 底部有圆球, 鼠标移动时圆球滚动带动与球相连的圆盘. 圆盘上的编码器把运动方向与距离送给主机, 经软件处理控制光标做相应移动
    • 简单, 使用方便, 但易磨损, 精度差
  • 光电式鼠标器 : 几乎没有任何机械零件, 而是使用一个微型光学镜头不断地拍摄鼠标下方的图像, 数字信号处理器(DSP)对获取的图像序列中帧与帧之间的变化进行分析,
    • 计算出移动方向和距离送入计算机,控制光标移动
    • 速度快, 精度高, 没有机械磨损, 寿命长, 不需要鼠标垫. 目前流行的鼠标器
• 鼠标器的技术指标是分辨率, 分辨率越高越有利于用户的细微操作(DPI)
• 分辨率用dpi(dots per inch)表示, 指鼠标在桌上每移动一英寸光标在屏幕上所移动的像素数
• 另一个指标是帧速率(刷新频率), 指DSP每秒可处理的图像帧数

6.1.3 打印机

1. 击打式打印机
   1. 数据锁存器
   2. 命令译码器
   3. 控制锁存器
   4. 状态锁存器
2. 激光打印机
3. 喷墨打印机

6.1.4 显示器

6.2 外部存储器

6.2.1 磁表面存储原理

• 磁表面存储器中信息的存取, 主要由磁层和磁头来完成
  • 磁层是存放信息的介质, 由非矩形剩磁特性的导磁材料(如氧化铁, 镍钴合金等)构成
  • 磁头是实现"磁–>电"和"电–>磁"转换的元件, 由高磁导率的软磁性材料做成铁芯, 在铁芯上开有缝隙并饶有线圈
  • 载磁体与磁头做相对运动时, 若写磁头线圈通以磁化电流则可将信息写到此层上
  • 当读磁头通过磁层上某一磁化单位而形成磁通回路时, 磁通的变化让线圈两端产生感应电势, 形成读出信号
• 磁表面存储器中, 一般都使磁头固定, 磁层(载磁体)做高速回转或匀速直线运动. 在这种相对运动中, 通过磁头(其缝隙对准磁层)进行信息存取

1. 信息写入过程
   • 写磁头线圈中通以写电流脉冲, 在铁芯中生成磁场, 磁头缝隙处的磁场穿过磁层中一微小区域, 让该区域磁层以一定方向被磁化, 形成一个磁化单元,
   • 写电流脉冲消失后,磁层仍保持该方向的剩磁状态+BR或-BR, 利用两种稳定的剩磁状态可表示二进制代码的0和1
   • 一个磁化单元就是一个存储元, 存储一位二进制信息
   • 磁层相对于磁头运动时, 可连续写入一连串二进制信息
   • 这就是信息写入过程
2. 信息读出过程
   • 读出时磁头与磁层同样作相对运动
   • …暂时不想看了
3. 磁表面存储器的性能指标
4. 数据记录方式

6.2.2 硬盘存储器

6.2.3 冗余磁盘阵列

6.2.4 U盘和固态硬盘

6.3 外设与CPU、主存的互连]

6.4 I/O接口

6.5 I/O数据传送控制方式