08计算机原理3-1.pptVIP

第3章输入输出及其控制 xchen_03@126.com 3.1.1 外部设备分类 1、人-机交互设备 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、语音输入设备等。 输出设备：显示器、打印机等。 2、机-机通信设备 调制解调器、数/模和模/数转换设备等。 3、辅助存储器 硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘、闪存等 人- 机界面技术的进步 符号界面技术 图形界面技术 多媒体界面技术 虚拟现实界面技术：交互性、幻觉性、沉浸感 虚拟驾驶 绿色计算机 节能 低污染 易回收 符合人体工程学 3.1.2 字符设备 键盘 字符发生器 打印设备 字符显示设备 显示设备： 阴极射线管（CRT） 等离子显示板（PDP） 发光二极管（LED） 液晶显示（LCD） 阴极射线管（CRT） 原理：用一个电子束密集地对荧光屏高速逐行扫描，通过对电子束的扼制，控制荧光屏上的各点的隐或现，在荧光屏上显示字符或图形。 液晶显示器（LCD） 原理：基于液晶电光效应的显示器件，利用液晶的物理特性，通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易透过；不通电时排列混乱，阻止光线透过。用偏光器控制光线的透过率，色彩则由与每个像素点对应的红、绿、蓝三个色彩过滤器过滤控制。 优点：耗电小、体积小、重量小、辐射小等 缺点：在亮度、可视角度、反应时间、寿命方面与CRT显示器有明显的差距。 3.1.3 图形与图像设备3.1.4 语音处理设备 该部分将来《多媒体技术》课程有详细介绍，暂不讨论。 3.3 接口 主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。 3.2 输入/输出中的数据传送控制 3.2.1 直接程序传送控制 3.2.2 程序中断控制 3.2.3 DMA控制 3.2.4 通道控制 3.2.1 直接程序传送控制 无条件传送方式： 程序查询方式：输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成。一旦某一外设被选中并启动之后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次I/O操作。 程序查询方式特点 优点：简单、经济。 缺点：系统效率低。 主机和外部设备串行工作。 多个外部设备不能同时工作。 不能及时发现处理意外和异常。 适用：外设的数目不多，CPU速度不高的情况。 3.2.2 程序中断控制 中断请求 中断响应 中断流程 中断系统组成 3、中断处理流程 参见P118：图 3.28 4、中断系统组成 1）程序中断控制器： 中断请求电路 中断判优电路 向量地址形成部件 2）中断服务子程序 3.2.3 DMA控制 DMA：直接存储器存取。 思想：内存与设备之间开辟一条直接数据传送通路，并把传送过程交DMA控制器进行管理，形成以存储器为中心的体系结构。 优点：传送期间不需CPU干预，CPU与DMA各自能独立地工作，挖掘了系统部件级的并行性。 DMA方式传送示意图 3.2.4 通道控制 通道是一个独立于CPU的专管I/O控制的处理机，通过执行通道程序来完成I/O，可由CPU执行相应指令来启动。 一条通道指令可传送一组数据，一个通道程序可传送多组数据。多组数据全部传送完毕（即一条通道程序执行完毕），才向处理机发出一次中断。 主要针对大型计算机系统。 3.4 I/O设备管理 缓冲区技术 设备驱动程序 I/O设备分配 3.4.1 缓冲区技术 1、作用：P139 2、实现： 硬件缓冲：通常设在设备中，不需要操作系统的直接管理。 软件缓冲：由内存提供，需要操作系统管理。 3、组织方式：单缓冲、双缓冲、缓冲池 缓冲区管理：以缓冲池为例。P140 缓冲区组成：缓冲首部、缓冲体。 3个队列： 空闲缓冲队列： 输入缓冲队列： 输出缓冲队列： 缓冲池工作算法： 3.4.2 设备驱动程序 定义：与设备的具体操作关系密切的程序，其任务是接收用户I/O请求，对物理设备进行控制，以实现真正的I/O操作。 工作过程：P141 （1）将应用程序中的抽象要求转换为具体要求 （2）对I/O请求进行合法性检查 （3）读出并检查设备状态 （4）传送必要的参数 （5）设置工作方式 （6）启动I/O设备 I/O系统的层次结构 142页 3.4.3 I/O设备分配 （1）分配方式：静态分配、动态分配 （2）独占设备的分配——虚拟设备技术 SPOOL技术 （3）共享设备的分配——磁盘调度策略 先来先服务FCFS 最短寻道时间优先 扫描SCAN 本章思考题 P144习题： 1、 3、 9、 10、 11、 12、 13、 14、17、 18、 20、 25、 26、 27、 31 、32 部分习题参考