计算机组成原理第九章课件(石磊主编-清华大学出版社).ppt

2020年6月8日，1。计算机组成原理，教师：电子邮件：石磊电话3336769863，郑州大学信息工程学院，石磊，2。第一章总结了第二章计算机中的数据表示，第三章计算方法和运算单元，第四章存储和存储系统，第五章指令系统，第六章中央处理器，第七章系统总线，第八章输入输出系统，第九章计算机外部设备，第十章计算机系统结构，目录，2020年6月8日，第3页，第九章计算机外部设备， 计算机组成原理清华大学出版社，教学目标教学重点教学过程，2020年6月8日，第4页，教学目标，了解计算机外部设备，了解和掌握外部设备的基本工作原理，2020年6月8日，第5页，教学重点，计算机外部设备的功能，计算机外部设备的分类，计算机外部设备的特点，显示设备的基本原理， 磁记录原理和记录方法，2020年6月8日，第6页，教学过程，9.1外部设备概述9.2输入设备9.3输出设备9.4显示设备9.5磁表面存储器9.6光盘存储器9.7通信和网络设备，2020年6月8日，第7页，9.1计算机外部设备概述(1/3)，定义：计算机系统中除主机以外的硬件设备是计算机系统的重要组成部分，也称为输入和输出设备。 功能：外部设备是计算机与外界或计算机与人之间交换信息的设备。它是人机接触的界面和桥梁。常见的输入输出设备包括键盘、显示器、打印机等。2020年6月8日，第8页，9.1计算机外部设备概述(2/3)，位置：在计算机系统中，中央处理器和内存构成主机，其他设备称为外部设备。外部设备可以看作是一种信息转换装置，它将待处理的信息转换成电脉冲输入主机，并将主机处理的信息转换成人们能够识别的字符和图形。如图9.1所示。2020年6月8日，第9页，9.1计算机外部设备概述(3/3)，分类：从计算机接收信息和发送结果，可分为：输入设备从外部设备输出设备功能，可分为：输入设备输出设备外部存储器数据通信设备过程输入和输出设备，2020年6月8日，第10页，通用外部设备，2020年6月8日，第11页，计算机外部设备分类(1/3)，(1)输入设备输入设备输入设备是一种转换程序、数据、命令、图形的设备转换成主机根据特定要求可以接收的代码信息，并将其发送到主机进行处理。包括纸介质输入设备、光学介质、磁介质、光学识别、语音识别、键盘输入和其他设备。最常用的是磁介质和键盘输入设备。(2)输出设备输出设备是一种设备，它以人们通常能够识别的字符和图形的形式表示由主计算机处理的信息的中间和最终结果。包括显示设备、打印设备、摄影、语音应答、纸介质设备、磁介质设备、光介质设备。其中，显示和打印是两种主要的输出设备。2020年6月8日，第12页，计算机外部设备的分类(2/3)，(3)外部存储设备外部存储设备用于存储数据、程序、文档和字库，以补充存储容量的不足。当需要一些数据时，可以在处理器的控制下通过接口控制将数据发送到存储器。外部存储设备主要是磁性表面存储。在早期，有磁鼓和磁带。现在，主要使用磁盘(硬盘和软盘)和光盘。(4)数据通信设备计算机网络是计算机技术和数据通信技术相结合的产物。数据通信设备是指用于计算机网络通信的外部设备。包括调制解调器、网络适配器、网络互连设备、通信控制器、网络交换终端设备等。2020年6月8日，第13页，计算机外部设备分类(3/3)，(5)终端设备终端设备的基本组成一般情况下，电压、温度等模拟量都是由现场的这类设备采集的，必须先将模拟量转换成数字量(A/D)，才能送到计算机，计算机的输出必须先将数字量转换成模拟量(D/A)，才能进行相应的控制。2020年6月8日，第14页，计算机外部设备的特性，1。主机和外围设备之间的信息交换(1)数据信息(2)控制信息(3)状态信息(4)联系信息(5)外围设备识别信息(2)。由主机和外围设备通过接口电路连接的外部设备通常由两部分组成，即设备本身和设备接口，也称为输入/输出控制器(适配器)。外部设备通过输入/输出控制器连接到主机总线。不同的外部设备需要相应的输入/输出控制器。2020年6月8日，第15页，9.2输入设备，9.2.1键盘，9.2.2鼠标，9.2.3扫描仪，9.2.4数码相机，2020年6月8日，第16页，9.3打印输出设备，点阵打印机激光打印机喷墨打印机，2020年6月8日，第17页，9.3.1点阵针式打印机，最广泛使用的硬拷贝输出设备，可以存储长时间打印在纸上的信息。能够产生永久记录的设备包括打印机、绘图仪、静电打印机、纸带穿孔机、卡片穿孔机等。根据不同的印刷方法进行分类，分为击打和不击打两大类。根据控制方式的不同，可分为串行打印机和并行打印机。根据打印纸的宽度不同，可分为宽行打印机和窄行打印机。2020年6月8日，第18页，9.3.2激光打印机，2020年6月8日，第19页，打印机中的一些技术术语，(1)字体由一组字符组成，通常包括字母、数字、标点符号和一些特殊符号，每种字体都有特定的大小、高度、宽度和倾斜度，(2)字体样式可分为四组：文本组、显示组、装饰组和符号组。文本组：小文本体可以作为文档的主体，大文本体可以作为文档的标题。展示组：展示组的字母常用于广告和书籍标题中。装饰组：不常用，草体属于这一类。符号群：科技、工程、绘画、音乐等领域常用的特殊符号。(3)字体记忆字体可以存储在打印机或主机的磁盘或磁带上。2020年6月8日，第20页，9.3.3喷墨打印机，喷墨技术可分为连续和间歇两大类，目前流行的喷墨打印机技术属于间歇式，它分为“热泡”和“压电”两种。喷墨技术的原理：利用电阻快速加热喷墨头，使喷墨头中的墨水蒸发产生气泡，气泡膨胀将墨水喷出喷嘴，墨滴以每秒3000-6200点的速度喷射到纸上。当喷嘴和纸之间的距离小时，可以在纸上形成精确的图案。2020年6月8日，第21页，9.4显示设备，图形和图像图形是指明暗等级不变的线图，如工程设计图、建筑和机械的电路图。图像是指具有亮灰度和暗灰度的图片，如自然风景、新闻照片等。由计算机处理和显示的图像称为数字图像。根据所使用的显示设备的划分，显示设备被分为阴极阴极阴极阴极阴极阴极显示器(阴极阴极阴极显示器)、发光二极管显示器(发光二极管显示器)和液晶显示器(等离子显示器)。2020年6月8日，第22页，9.4显示设备，软拷贝设备：无法生成持久硬拷贝。组成：它由一个监视器和一个显示适配器组成。它将电信号转换成可以直接观察的字符。图形或图像显示模式：字符显示模式(A/N)全点可寻址图像显示模式(APA)显示模式决定屏幕的显示格式(显示字符数、显示图形的分辨率、颜色数等)。)-自动模式下的每屏行像素-自动配药模式，2020年6月8日，第23页。显示器类型，也称为监视器，可分为单色监视器和彩色监视器。单色显示器通常用于模拟/数字模式，用于字符显示。字符颜色为绿色或琥珀色。彩色显示器有三种基本类型：RGB显示器；彩色视频监视器；彩色电视。RGB监视器分为数字和模拟。数字RGB监视器要求显示适配器提供的信号是RGB数字信号。受信号位数的限制，可以显示的颜色数量是有限的。模拟RGB监视器要求显示适配器提供的信号是由电压表示的RGB模拟信号，电压是连续可变的，并且可以显示的颜色数量几乎是无限的。2020年6月8日，第24页，显示适配器。常见的显示器适配器包括单色适配器、彩色图形适配器、CGA、EGA、VGA等。2020年6月8日，第25页，显示技术术语(1/2)，(1)分辨率和灰度级分辨率以及灰度级是显示的两个重要技术指标。分辨率指的是显示设备可以代表的像素数。灰度级是指显示像素点的亮度和暗度达到的级别，在彩色显示器中表示为颜色类别。灰度级取决于对应于每个像素的刷新存储单元的位数和阴极射线管本身的性能。(2)刷新和刷新内存刷新：重复扫描。刷新频率：每秒刷新的次数。刷新存储器：用于存储图像的存储器，也称为“帧存储器”或“视频存储器”。刷新存储器的容量由图像分辨率和灰度级决定。对于分辨率为512512和256灰度级的图像，存储容量为512528位=256 kb。2020年6月8日，第26页，显示技术术语(2/2)，(3)在荧光屏上沿某一轨迹移动的随机扫描和光栅扫描电子束称为扫描。控制电子束扫描路径的电路称为扫描偏转电路。有两种扫描方法，随机扫描扫描和光栅扫描。随机扫描是控制电子束在阴极射线管屏幕上随机移动，从而产生图形和字符。电子束只扫描需要绘图的地方，而不是扫描整个屏幕，所以这种扫描方法绘图速度快，图像清晰。光栅扫描是电视系统中使用的一种扫描方法，也称为电视扫描。图像需要填满整个画面，电子束需要扫描整个屏幕。光栅扫描是从上到下的顺序扫描，包括逐行扫描和隔行扫描。2020年6月8日，第27页，字符显示，(1)字符显示的原则字符可以由点或线段组成。生成字符的常用方法是点数组和线段法。显示字符的质量和字符块的大小取决于点阵的数量。字符块是指每个字符在屏幕上占据的点数，也称为字符窗口，包括字符显示点阵和字符间隔。在IBM-PC系统中，屏幕上显示80列25行=2000个字符，字符窗口数为8025。(2)单色字符显示控制面板(显示适配器)显示面板是主机和显示器之间的接口。显示面板有两部分：控制逻辑和视频存储器VRAM。控制逻辑的核心是MC6845CRTC。视频记忆有两部分：字符记忆和属性记忆。对于每个显示字符，一个字节用于存储字符的ASCII码，另一个字节用于存储显示属性。属性字节表示字符的显示颜色、背景颜色(底部颜色)、闪烁、下划线和其他属性。对于80列和25行字符，字符存储器和属性存储器的容量都是2KB。2020年6月8日，第28页，图形和图像显示(1/2)。1.图形显示设备：一般具有显示图形和显示字符的功能。根据扫描方式，可分为：(1)随机扫描和刷新图形显示，以矢量方式形成图形。由于一条曲线可以用许多首尾相连的短向量来近似，所以可以先在屏幕上给出一系列坐标点，然后控制电子束按一定的顺序逐个照射两个相邻点之间的短向量，从而得到一条近似曲线。(2)光栅扫描图形显示器将屏幕上每个像素对应信息存储在存储器中，然后按照地址顺序在屏幕上逐一刷新显示。通过光栅扫描，每个像素都有一定的灰度或颜色，并串联起来形成不同的图形。(3)存储管式图形显示器的存储管看起来像阴极射线管，但它不需要只要图形显示在屏幕上，荧光粉就会一直发光，直到整个屏幕上的所有图形都被擦除。由于不需要刷新内存，控制简单，分辨率可达40964096像素。2020年6月8日，第29页，图形和图像显示(2/2)。2.图像显示设备的图像显示采用光栅扫描方式，分辨率为256256或512512像素。与图形显示器兼容的单个图像显示器已达到10241024像素，灰度范围从64到256。图像显示有两个刻度。一种是简单的图像显示器，它只显示计算机发送的数字图像。图像处理操作在计算机中完成，显示器不做任何处理。另一个是图像处理终端或图像处理子系统。它的硬件结构复杂得多，是一台具有并行处理功能的专用计算机。2020年6月8日，第30页，9.4.2液晶显示设备，简称液晶，存在于液体和固体的中间状态液晶显示在一定的温度范围内。优点：体积小、重量轻、能耗低(每平方厘米1-10毫瓦)、工作电压低(1.5-6伏)、图像准确等。用途：液晶显示器广泛应用于手表、柜台、液晶电视、笔记本电脑和投影屏幕。液晶显示器的主要技术指标如下：(1)电气参数：工作电压4-10伏，工作电流1-6微米/平方厘米，工作频率30-2000赫兹，DC电阻5-10兆欧/平方厘米，电容600-1200皮法/平方厘米，功耗100微瓦/平方厘米；(2)电光参数：阈值电压1.5-2.5伏。饱和电压为3-4伏，分辨率为每毫米几十条线，响应时间为30-150毫秒，余辉为300-500毫秒，寿命超过10，000小时。2020年6月8日，第31页，9.5磁表面存储，类型：磁表面存储：如磁盘、磁带光存储：光盘特性：高存储密度、大记录容量、低每比特价格；记录介质可以重复使用。记录信息可以长期保存而不丢失；非破坏性阅读，不复制信息的阅读；存取速度慢，机械结构复杂，工作环境严格。2020年6月8日，第32页，外部存储器的主要性能指标(1/4)，存储密度：每单位长度或面积存储的二进制信息。磁盘存储密度：(a)磁道密度：指沿磁盘半径方向每单位长度的磁道数(b)位密度：指沿磁道每单位长度记录的二进制信息的位数(c)面密度：上述两者的乘积。存储容量(以字节为单位)是指内存可以存储的二进制信息总量。磁盘存储有格式化容量和未格式化容量两个索引：格式化容量：指根据特定记录格式存储的信息总量；未格式化容量：磁记录表面上可用的磁化单位总数；2020年6月8日，第33页，外部存储的主要性能指标(2/4)；寻址时间：对于磁盘存储，寻址时间=寻道时间等待时间等待时间与磁盘旋转速度有关，平均等待时间可以用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。例如，如果磁盘转速为3600转/分，平均等待时间=0.560/3600=8.3毫秒。读/写周期：读/写一个字的时间称为读/写时间，两次读/写操作之间的时间间隔称为读/写周期或访问周期，2020年6