外围设备教案2.doc

江 苏 省 职 业 学 校理论课程教师教案本（ 学年 第 学期） 专业名称 计 算 机 课程名称 授课教师 学 校 南京工程高等职业学校 课题序号 授课班级 授课课时2课时授课形式讲授法首次授课时间授课章节名称第一章计算机外围设备概述1.4 外围设备与计算机的连接1.5 外围设备的发展方向 教学目标知识目标能力（技能）目标态度与情感目标外围设备与计算机的连接外围设备的发展方向认识外围设备与计算机的连接让学生了解外围设备的发展方向教学重点外围设备与计算机的连接教学难点连接端口训练任务或案例教学资源准备课外作业教学后记课 堂 教 学 安 排主 要 教 学 内 容 及 步 骤教学方法与手段学生学习与活动一；导入新课计算机外围设备概述什么是计算机外围设备？外围设备的分类？外围设备的作用？外围设备与计算机的连接？外围设备的发展方向 ？二；讲授新课投影展示授课主要内容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。 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。 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。 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。 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。 授课主要内容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。 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 。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。 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。 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。 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。 授课主要内容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： 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。 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。 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。 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。 实现主机与外设之间的通信控制。包括同步控制、中断控制等。为此，在接口中必须包含有实现这些控制功能的控制逻辑电路。 外设接口的工作过程 （以打印机打印输出为例，来说明外设接口的工作过程。） 主机通过地址总线向接口发送设备号，经设备译码器译码，选中该打印机接口 。 主机测试打印机接口状态寄存器的状态，以判断打印机所处的工作状态。 若测得打印机处于“忙”状态，则表明打印机正在执行一个打印任务，不能接收新的打印任务，直到正在执行的打印任务结束，打印机就转到“就绪”状态。若测得打印机处于“就绪”状态，则表明打印机前一个打印任务已完成，可以接收新的打印任务。 授课主要内容若测得打印机处于“空闲”状态，则表明打印机尚未启动，这时需要主机启动打印机，使打印机处于“就绪”状态，才能接收新的打印任务。 当确定打印机可以接收新的打印任务后，主机通过数据总线向打印机接口的数据缓冲寄存器发送要打印的数据。 主机向接口的控制寄存器发送控制字，通过控制逻辑电路发出打印输出所需要的控制命令。在该控制命令的控制下，驱动打印机把数据缓冲寄存器中的内容打印在纸上。在打印过程中，打印机转入“忙”状态，直到打印任务结束，再转入“就绪”状态。 各种外围设备只有与计算机连接上才能发挥作用，连接必须通过接插口，目前PC机上的接插口主要有以下7种。l COM接插口l PS/2接插口 l LPT接插口 l USB接插口 l IEEE 1394接插口 l MIDI接插口 l SCSI接插口 当前，外围设备发展的方向可以归纳为：大型高性能、和小型、微型的高可靠性、易维护、低价格相结合，电子化和智能化相结合，多种技术并存。 大型高性能、和小型、微型的高可靠性、易维护、低价格。 电子化和智能化 尽量减少外围设备中机械部件的比重，采用伺服电机和大规模超大规模集成电路器件代替，使结构简化。外围设备的控制采用微处理器、