5.2 外部设备（非重点）

一、概述

图2.1 I/O设备图

外部设备大致分为三类：

（1）人机交互设备：键盘、鼠标、打印机、显示器；

（2）计算机信息存储设备：磁盘、光盘、磁带；

（3）机-机通信设备：调制解调器等。

二、输入设备

1.键盘

2.鼠标：机械式；光电式。

3.触摸屏。

三、输出设备

1.显示器

（1）字符显示：字符发生器；

（2）图形显示：主观图像；

（3）图像显示：客观图像。

2.打印机

（1）击打式：点阵式（逐字、逐行）；

（2）非 ：激光（逐页）、喷墨（逐字）。

四、其它

1.A/D模数、D/A数模转换器；

2.终端：由键盘和显示器组成，完成显示控制与存储、键盘管理与通信控制；

3.汉字处理：汉字输入、汉字存储、汉字输出等。

五、多媒体设备

多种媒体技术和手段相结合进行综合应用，给人以更多视听上的享受。

关键技术包括数据压缩&解压缩、编码技术、专用芯片、语音图像识别、图片识别等。

5.3 I/O接口

一、概述

我们这里的接口，既包括接口电路，也包括接口的控制器。

1.为什么要设置接口？

（1）实现设备的选择；

（2）实现数据缓冲达到速度匹配；

（3）实现数据串——并格式转换；

（4）实现电平转换；

（5）传送控制命令；

（6）反映设备的状态（“忙”、“就绪”、 “中断请求”）。

二、接口的功能和组成

1.总线连接方式的I/O接口电路

如图3.1所示，包括：

（1）设备选择线（单向线）；

（2）数据线（双向线）；

（3）命令线（单向线）；

（4）状态线（单向线）。

图3.1 总线连接方式图

2.接口的功能和组成

功能	组成
选址功能	设备选择电路
传送命令的功能	命令寄存器、命令译码器
传送数据的功能	数据缓冲寄存器
反映设备状态的功能	设备状态标记

利用一系列标记来反映设备状态：

（1）完成触发器D：用来标识设备是否准备好、数据是否准备好；

（2）工作触发器B：用来标识外部设备工作状态，是否忙，若为1，则表示忙，若为0则不忙；

（3）中断请求触发器INTR：标识中断方式，设备准备好要向主机请求中断请求；

（4）屏蔽触发器：MASK：屏蔽触发器=1，表示尽管设备准备好了，仍然不能向主机申请中断。

3.I/O接口的基本组成

图3.2 I/O接口的基本组成

三、接口类型

1.按数据传送方式分类：

（1）并行接口：Intel 8255；

（2）串行接口：Intel 9251。

2.按功能选择的灵活性分类：

（1）可编程接口：Intel8255、Intel8251；

（2）不可编程接口：Intel8212。

3.按通用性分类：

（1）通用接口：Intel8255、Interl8251；

（2）专用接口：Interl9271、Intel8275。

4.按数据传送的控制方式分类：

（1）中断接口：Intel8259；

（2）DMA接口：Intel8257。

5.4 程序查询方式

一、程序查询方式的流程

1.查询流程

（1）单个设备

图4.1 单个设备查询流程

具体过程在5.1节中已经讲过，在这里不再累述。这里使用三条指令：测试指令（检查状态标记）、转移指令（检查设备是否准备就绪）和传送指令（交换数据）。

（2）多个设备

图4.2 多个设备查询流程

按照优先级进行排序。优先级的最高最先接受检查，如果它已经准备好了，则处理设备，否则就继续往下检查。

2.程序流程

保存寄存器内容流程图如图4.3所示。要完成内存和外部设备数据输入输出，要借助CPU中某个寄存器来对数据进行暂存。如果这个数据是有用的，我们需要对这个寄存器的数据进行保存。我们可以把它写入某个内存单元、压入堆栈或者CPU放到其他闲置寄存器保存。

我们需要设置计数值，是为了限制CPU传输的数据量，内存和I/O到底传输多大数据，设置有两种方式：要传输N个字，则计数器存为N，每次传输完一次减1，另一种是设置为-N，用补码表示，每次传输完加1，直到计数器溢出（或0），数据传输才会结束。

这之后，要设置主存缓冲区的首地址，启动外设，让外设准备，CPU开始不断查询状态，若准备好了，开始进行数据传输，传送一个字，然后修改主存地址，修改计数值，若没有传送完成，则再启动外设，CPU开始查询状态，然后继续往下走，若传送完了，就结束I/O传送。

图4.3 保存寄存器内容流程图

二、程序查询方式的接口电路

图4.4 程序查询方式接口电路

DBR是数据缓冲寄存器。

如图4.4所示，可以和图3.2来对比看看对应关系。图4.4所示最下面是设备选择电路，它来确认这个设备是否参加传输的设备，这个信号是整个I/O接口电路的选择信号。如果SEL有效，启动命令有效，则这个电路则开始工作。

我们以数据输入（到内存中）来讲这个电路。CPU通过地址线给出外部设备的地址，设备选择电路进行比较，如果相同则是启动被电路，SEL和启动命令都有效，对两个状态标记进行复位或者置位，此时标记D为0表示尚未准备好，标记B置为1表示忙，开始启动设备。接收到B=1和启动命令后，数据传送到DBR，这个设备工作结束，设备会通过设备状态线向接口电路送入设备工作结束的信号，然后修改D=1，B=0，表示数据准备好了、设备工作完成。在这个时候及之前，CPU一直在查询D的状态。当D=1了，CPU通过数据线把数据进行读入，工作结束。