计算机组成:IO

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一、概述

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IO 编址

  • I/O 与内存统一编址:与主存单元地址完全一样的格式,无需专门安排专门的 I/O 指令
  • I/O 独立编址:CPU 通过专门的 I/O 指令来访问 I/O 地址空间,I/O 设备有一套完全不同于主存地址格式的地址编码,称为设备号(码)​

二、IO 设备

键盘

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内部结构:矩阵排列,间开关在内部按照 n × m 的矩阵排列,行列交叉点上放置键开关

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扫描方式

  • 无编码键盘:通过软件对键盘定期扫描来检查有无按键,并由程序查表产生编码
  • 编码键盘:由硬件确认按下的键并自动产生相应的编码

显示器

性能指标

  • 分辨率:显示器所能表示的像素个数
  • 灰度级
    • 黑白显示器:像素点的亮暗级差
    • 彩色显示器:像素点的颜色种类,一般为 64 ~ 256 级
  • 扫描方式(老式荧光屏幕)
    • 随机扫描:电子束在荧光品上按照所显示的图形或字符形状位置移动,不必扫描全部屏幕
    • 光栅扫描:电子束周期性扫描全屏,电子束通过需要西安市的信息位置时,点亮像素点,不需要的地方则消隐

CRT 字符显示器

远古级显示设备,通过了解它了解显示器的设计思路:

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字符显示原理:点阵法

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VRAM:显示存储器,存放整屏字符是 ASCII 码信息。VRAM 地址 = 字符所在行号 × 一行字符数 + 列号

  • 高位:屏幕行号(排号)
  • 低位:屏幕列号

ROM:字符发生器,把字符点阵用二进制编码矩阵表示,存入 ROM,显示时根据字符的 ASCII 码将点阵信息从 ROM 中读出

  • 高位: ASCII 码
  • 低位:字符点阵的行号

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显示定时控制:提供 CRT 屏幕刷新过程中的定时信号

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  • 点振荡器:产生点时钟,控制视频信号输出
  • 点计数器:产生字符时钟,控制一位寄存器加载
  • 字计数器:产生行时钟,控制水平消隐和水平同步
  • 行计数器:产生排时钟,计数值作为 ROM 低位地址,控制字符行间隔消隐
  • 排计数器:计数值作为 VRAM 高位地址,控制垂直回扫和垂直同步

例题

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CRT 图形显示器

将整个屏幕的每个像素信息窜在视频存储器中,显示时依次取出像素信息,控制电子束逐行逐点显示:

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打印机

介绍一种比较简单的打印设备——点阵针式打印机,和 CRT 字符显示器一个套路:

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三、IO 接口

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数据传输方式

  • 并行传输

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  • 串行传输

    • 同步

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    • 异步

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控制方式

程序查询(轮询)

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举例

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程序中断

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举例

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中断嵌套

中断的嵌套处理收以下两个量的影响

  • 优先级:中断的响应次序,仅允许优先级别低的中断嵌套优先级别高的中断
  • 屏蔽字:中断的处理次序,设置屏蔽字可改变中断的优先级

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DMA

DMA,Direct memory Access,直接存储器访问,是在高速 IO 设备进行直接、自动、批量数据传送,从而减少 CPU 干预的 IO 控制方式,适合连续大规模数据传输。

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工作流程

  • 预处理:CPU 运行一段程序向 DMA 控制器送命令和传送的初始参数
  • 数据传送:在 DMA 控制器的控制下,IO 与主存交换数据
  • 后处理:CPU 相应 DMA 中断后,通过中断服务程序进行 DMA 结束工作

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