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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