關(guān)于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備概述

最新 精品 Word 歡迎下載 可修改第1章 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用戶使用計(jì)算機(jī)時(shí)，接觸最多的是外圍設(shè)備。外圍設(shè)備是計(jì)算機(jī)和外部世界之間聯(lián)系的橋梁。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要的外圍設(shè)備的種類越來(lái)越多。本章先介紹外圍設(shè)備的有關(guān)概念。1.1 什么是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備一套完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是指組成一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各種物理裝置,由主機(jī)和輸入/輸出子系統(tǒng)組成。計(jì)算機(jī)主機(jī)包括中央處理器、存儲(chǔ)器和附屬線路，輸入/輸出子系統(tǒng)包括輸入/輸出接口和外圍設(shè)備。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。圖1-1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成什么是外圍設(shè)備？外圍設(shè)備（peripheral device）過(guò)去常稱作外部設(shè)備（external device）。在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，外圍設(shè)備是相對(duì)于計(jì)算機(jī)主機(jī)來(lái)說(shuō)的。凡在計(jì)算機(jī)主機(jī)處理數(shù)據(jù)前后，負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)主機(jī)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理及輸出處理結(jié)果的設(shè)備都稱為外圍設(shè)備，而不管它們是否受中央處理器的直接控制。一般說(shuō)來(lái)，外圍設(shè)備是為計(jì)算機(jī)及其外部環(huán)境提供通信手段的設(shè)備。因此，除計(jì)算機(jī)主機(jī)以外的設(shè)備原則上都叫外圍設(shè)備。外圍設(shè)備一般由媒體、設(shè)備和設(shè)備控制器組成。1.2 外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的種類很多，一般按照對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能進(jìn)行分類。輸入/輸出設(shè)備屬于外圍設(shè)備，但外圍設(shè)備除輸入/輸出設(shè)備外，還應(yīng)包括外存儲(chǔ)器設(shè)備、多媒體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和外圍設(shè)備處理機(jī)等等。外圍設(shè)備的分類見(jiàn)圖1-2。輸入設(shè)備輸入設(shè)備是人和計(jì)算機(jī)之間最重要的接口，它的功能是把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序、命令通過(guò)輸入接口輸入到計(jì)算機(jī)中。因此，凡是能把程序、數(shù)據(jù)和命令送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的設(shè)備都是輸入設(shè)備。由于需要輸入到計(jì)算機(jī)的信息多種多樣，如字符、圖形、圖像、語(yǔ)音、光線、電流、電壓等等，而且各種形式的輸入信息都需要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼，才能為計(jì)算機(jī)所利用，因此，不同輸入設(shè)備在工作原理、工作速度上相差很大，這是我們需要特別注意的。輸入設(shè)備包括字符輸入設(shè)備（如鍵盤、條形碼閱讀器、磁卡機(jī)）、圖形輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)、圖形數(shù)字化儀、操縱桿）、圖像輸入設(shè)備（如掃描儀、傳真機(jī)、攝像機(jī)）、模擬量輸入設(shè)備（如模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、話筒，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器也稱作A/D轉(zhuǎn)換器）。圖 1-2 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的分類輸出設(shè)備輸出設(shè)備同樣是十分重要的人機(jī)接口，它的功能是用來(lái)輸出人們所需要的計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。輸出的形式可以是數(shù)字、字母、表格、圖形、圖像等。最常用的輸出設(shè)備是各種類型的顯示器、打印機(jī)和繪圖儀，以及X-Y記錄儀、數(shù)-模(D/A)轉(zhuǎn)換器、縮微膠卷膠片輸出設(shè)備等。外存儲(chǔ)器設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了計(jì)算機(jī)主機(jī)中的內(nèi)存儲(chǔ)器（包括主存和高速緩沖存儲(chǔ)器）外，還應(yīng)有外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱“外存”。外存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)大量的暫時(shí)不參加運(yùn)算或處理的數(shù)據(jù)和程序,因而允許較慢的處理速度。在需要時(shí)，它可以成批地與內(nèi)存交換信息。它是主存儲(chǔ)器的后備和補(bǔ)充，因此稱它為“輔助存儲(chǔ)器”。外存的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、可靠性高、價(jià)格低,在脫機(jī)情況下可以永久地保存信息，進(jìn)行重復(fù)使用。外存按存儲(chǔ)介質(zhì)可分為磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器?，F(xiàn)在人們使用的磁表面存儲(chǔ)器主要是磁盤和磁帶。微機(jī)上使用的主要是硬磁盤存儲(chǔ)器和軟磁盤存儲(chǔ)器。光盤存儲(chǔ)器作為一種新型的信息存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)在微機(jī)上普及。目前，可移動(dòng)磁盤也開(kāi)始在微機(jī)系統(tǒng)中使用，為用戶提供了很大的方便。多媒體設(shè)備現(xiàn)代社會(huì)是信息爆炸的時(shí)代，文字、圖形、圖像、語(yǔ)音等各種信息大量產(chǎn)生，人類要利用各種各樣的信息，要求計(jì)算機(jī)能夠處理各種不同形式的信息，多媒體設(shè)備就應(yīng)運(yùn)而生。多媒體設(shè)備的功能是使計(jì)算機(jī)能夠直接接收、存儲(chǔ)、處理各種形式的多媒體信息?，F(xiàn)在市場(chǎng)上出售的微型計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）幾乎都是多媒體計(jì)算機(jī)。多媒體計(jì)算機(jī)必須配置的基本多媒體設(shè)備，除已列在外存儲(chǔ)器中的CD-ROM或DVD-ROM外，還應(yīng)有調(diào)制解調(diào)器(MODEM)、聲卡和視頻卡。其他多媒體設(shè)備包括數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MIDI樂(lè)器等。多媒體技術(shù)是一門迅速發(fā)展的新興技術(shù)，新的多媒體設(shè)備在不斷產(chǎn)生，各種多媒體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在逐步建立。各種已有的多媒體設(shè)備的性能和技術(shù)指標(biāo)也在不斷的改進(jìn)和提高，本書(shū)僅對(duì)現(xiàn)有的主要多媒體產(chǎn)品進(jìn)行介紹。網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備21世紀(jì)人類將進(jìn)入信息社會(huì)。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，世界各國(guó)都開(kāi)始努力進(jìn)行信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。Internet迅速普及，政府上網(wǎng)、企業(yè)上網(wǎng)、學(xué)校上網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)獲得了前所未有的大發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享，需要有專門的設(shè)備把計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)這種功能的設(shè)備就是網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備。目前的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備包括調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡以及中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等。輸入輸出處理機(jī)輸入輸出處理機(jī)通常稱作外圍處理機(jī)（Peripheral Processor Unit，PPU），用于分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。外圍處理機(jī)的結(jié)構(gòu)接近一般的處理機(jī)，甚至就是一臺(tái)小型通用計(jì)算機(jī)。它主要負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入/輸出通道所要完成的I/O控制，還可進(jìn)行碼制變換、格式處理、數(shù)據(jù)塊的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)等。但它不是獨(dú)立于主機(jī)工作，而是主機(jī)的一個(gè)部件。1.3 外圍設(shè)備的作用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，外圍設(shè)備的作用顯然非常重要。一臺(tái)普通的微機(jī)系統(tǒng)中，外圍設(shè)備的價(jià)格已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)主機(jī)的價(jià)格。外圍設(shè)備的作用歸納起來(lái)有以下幾方面。 提供人機(jī)對(duì)話人操作計(jì)算機(jī)，必須要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，程序需要輸入計(jì)算機(jī)，程序運(yùn)行中所需要的數(shù)據(jù)也要輸入計(jì)算機(jī)，操作者要了解程序運(yùn)行的情況，以便隨時(shí)對(duì)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行干預(yù)和處理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要把處理結(jié)果以操作者需要的方式輸出，這些都要通過(guò)外圍設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。不少輸入/輸出設(shè)備，如鍵盤、顯示器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)等就是提供這種手段的設(shè)備。 完成數(shù)據(jù)媒體的變換人類習(xí)慣于用字符、圖形或圖像來(lái)表示信息，而計(jì)算機(jī)工作使用以電信號(hào)表示的二進(jìn)制代碼。因此，在人機(jī)信息交換中輸入數(shù)據(jù)時(shí)，必須先將各種數(shù)據(jù)變換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制代碼，機(jī)器才能處理；同樣，輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果必須變換成人們熟悉的表示形式。這兩類變換也要通過(guò)外圍設(shè)備來(lái)完成。 存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件和大型應(yīng)用軟件隨著計(jì)算機(jī)功能的增強(qiáng)，系統(tǒng)軟件的規(guī)模和處理的信息量都越來(lái)越大，大型應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)量也非常大，不可能把它們都放入內(nèi)存。于是，以磁盤存儲(chǔ)器為代表的外存儲(chǔ)器就成為存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件、大型應(yīng)用軟件和各種信息的設(shè)備。在微機(jī)系統(tǒng)中，硬磁盤存儲(chǔ)器和軟磁盤存儲(chǔ)器成為標(biāo)準(zhǔn)配置。而是否配置磁盤存儲(chǔ)器和磁盤操作系統(tǒng)也成為衡量一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作效率的重要標(biāo)志。 為各類計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域提供應(yīng)用手段計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域早已超出數(shù)值計(jì)算，現(xiàn)已擴(kuò)大到文字、表格、圖形、圖像和聲音等非數(shù)值的處理，出現(xiàn)了許多新型的外圍設(shè)備。例如，在工程領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）方面，有圖形數(shù)字化儀、繪圖機(jī)、帶光筆或鼠標(biāo)器的字符圖形顯示終端等；在辦公自動(dòng)化方面，有智能復(fù)印機(jī)、文字圖形傳真機(jī)、漢字終端和各種擊打式/非擊打式打印機(jī)等；在商業(yè)、銀行、民航、鐵路、圖書(shū)館等流通領(lǐng)域，多采用磁卡或條形碼閱讀機(jī)等輸入設(shè)備；在過(guò)程控制領(lǐng)域，有各種A/D和D/A轉(zhuǎn)換設(shè)備；在大地測(cè)量、氣象預(yù)報(bào)和衛(wèi)星偵察領(lǐng)域，已應(yīng)用了各種圖像處理設(shè)備；在醫(yī)療部門，有智能監(jiān)護(hù)設(shè)備，并普遍采用計(jì)算機(jī)斷層掃描設(shè)備來(lái)獲得清晰的圖像；在利用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，要配置調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡、音頻設(shè)備和視頻設(shè)備等等。由此可見(jiàn)，無(wú)論哪一個(gè)領(lǐng)域，都是由于有了相應(yīng)的外圍設(shè)備作為數(shù)據(jù)的輸入輸出的橋梁，才使計(jì)算機(jī)獲得廣泛的應(yīng)用。從數(shù)據(jù)輸入輸出的角度看，磁盤（硬盤和軟盤）和磁帶也可以被看作輸入/輸出設(shè)備。當(dāng)從磁盤或磁帶讀取文件時(shí)，它們是輸入設(shè)備，當(dāng)向磁盤或磁帶保存文件時(shí)，它們是輸出設(shè)備。1.4 外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的外圍設(shè)備種類繁多，它們不僅在工作速度上與CPU相差很大，而且在數(shù)據(jù)表示形式上與計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)部的形式不一樣。因此，要實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接和信息交換，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效率，除了了解外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接接口、外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)在工作速度和數(shù)據(jù)表示形式上的不同外，還應(yīng)了解它們傳輸信息的種類、傳輸控制方式和傳輸方法。在此基礎(chǔ)上，才能確定它們的連接方式。下面簡(jiǎn)要介紹外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接。外圍設(shè)備與中央處理器之間的信息傳輸外圍設(shè)備與中央處理器之間傳輸?shù)男畔⒎N類有設(shè)備地址信息、數(shù)據(jù)信息、設(shè)備狀態(tài)信息和控制信息。這里具體指某一設(shè)備上的數(shù)據(jù)交換，設(shè)備當(dāng)前的操作狀態(tài)，以及中央處理器對(duì)外圍設(shè)備的控制操作命令等。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞接型胶彤惒絻煞N。同步傳輸是指各外圍設(shè)備都在統(tǒng)一的節(jié)拍下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，異步傳輸則根據(jù)回答信號(hào)決定傳輸周期。如果傳輸時(shí)間短于一個(gè)節(jié)拍，同步傳輸是一種浪費(fèi)；而異步傳輸能充分地利用I/O通道上的工作時(shí)間。傳輸?shù)姆绞接谐绦虿樵儌鬏敗⒊绦蛑袛鄠鬏?、直接存?chǔ)器傳輸和I/O處理機(jī)傳輸。早期的計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器控制器（簡(jiǎn)稱運(yùn)控）為中心，傳輸方式是程序查詢傳輸和程序中斷傳輸。程序查詢傳輸使計(jì)算機(jī)經(jīng)常處于等待狀態(tài)，計(jì)算機(jī)使用的效率極低，程序中斷傳輸雖然解決了計(jì)算機(jī)等待浪費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題，但一些高速外圍設(shè)備在與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)時(shí)，常常中斷次數(shù)過(guò)于頻繁，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的效率不高。以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸方式是直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（Direct Memory Access，DMA）方式，外圍設(shè)備與內(nèi)存儲(chǔ)器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種數(shù)據(jù)傳輸方式是由一個(gè)DMA控制器從中央處理器處接管對(duì)總線的控制權(quán)，指揮外圍設(shè)備（如硬盤）與內(nèi)存儲(chǔ)器之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結(jié)束后，再把總線控制權(quán)交還給CPU，這就簡(jiǎn)化了CPU對(duì)I/O的控制。為了進(jìn)一步減輕I/O操作給中央處理器帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，將管理I/O操作和數(shù)據(jù)交換的功能從中央處理器中分離出來(lái)，即可組成I/O處理機(jī)。I/O處理機(jī)又可分為通道方式和外部處理機(jī)方式。通道具有處理機(jī)的特征，但它只是面向外圍設(shè)備控制和數(shù)據(jù)交換的指令系統(tǒng)，而輸入輸出過(guò)程中的前處理和后處理仍由中央處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。外部處理機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)獨(dú)立的作為管理和控制系統(tǒng)的專用計(jì)算機(jī)，它具有通道的功能，還能完成碼制變換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)和格式變換等操作及運(yùn)算，這樣，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率就大為提高。在小型機(jī)和微型機(jī)中，多采用程序查詢傳輸、程序中斷傳輸和直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式；而在大型機(jī)、中型機(jī)和高檔小型機(jī)中一般采用I/O處理機(jī)傳輸方式。無(wú)論采用哪一種控制方式和傳輸方式，都需要相應(yīng)的控制邏輯電路和信息通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的一般模式如圖1-3所示。圖1-3 外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的一般模式為了實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的連接和信息交換，必須要配備設(shè)備控制器。設(shè)備控制器是控制該設(shè)備進(jìn)行操作的控制部件，它接收中央處理器通過(guò)接口傳輸來(lái)的各種信息，并按設(shè)備的不同要求把這些信息傳給設(shè)備或從設(shè)備讀出信息傳輸?shù)浇涌?。因?yàn)椴煌O(shè)備有不同的要求，所以要求各種專門的設(shè)備控制器與之配合。為了保證程序查詢傳輸、程序中斷傳輸、直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)和I/O處理機(jī)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，在中央處理器中要設(shè)置相應(yīng)的指令、I/O控制邏輯電路以及傳送信息的通道。通常把它們做成標(biāo)準(zhǔn)部件，稱為中央處理器的標(biāo)準(zhǔn)接口，不同的傳輸方法要求有不同的標(biāo)準(zhǔn)接口（見(jiàn)小節(jié)）。設(shè)計(jì)設(shè)備控制器時(shí)，主要考慮該設(shè)備的特點(diǎn)和要求，但一般不考慮中央處理器標(biāo)準(zhǔn)接口的要求，而該標(biāo)準(zhǔn)接口也不可能考慮到每一種連接設(shè)備的特殊要求。因此，某一類型設(shè)備與中央處理器某一類型的標(biāo)準(zhǔn)接口連接時(shí)，必須在其中設(shè)置一個(gè)起連接作用的控制電路，這就是接口控制器。當(dāng)中央處理器的標(biāo)準(zhǔn)接口連接不同類型的設(shè)備時(shí)，只要在每個(gè)設(shè)備的設(shè)備控制器上選配與此設(shè)備相適應(yīng)的接口控制器，就可以使這些設(shè)備與同一種標(biāo)準(zhǔn)接口連接起來(lái)。根據(jù)上述原理，外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，應(yīng)在設(shè)備與中央處理器之間配置設(shè)備控制器和接口控制器。在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，I/O控制有的與中央處理器結(jié)合成一體，有的與設(shè)備結(jié)合成一體，但對(duì)大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它們一般是各自獨(dú)立的實(shí)體。 外圍設(shè)備與PC機(jī)連接的接口主機(jī)與外圍設(shè)備之間是通過(guò)接口來(lái)交換信息的，每一臺(tái)外圍設(shè)備都有各自的接口。“接口”，也稱適配器（adapter）、設(shè)備控制卡（device control card），或輸入輸出控制器。圖1-4為主機(jī)與外圍設(shè)備連接的一般原理圖。從圖中可以看出，主機(jī)（包括CPU、內(nèi)存的RAM和ROM）是通過(guò)總線與外設(shè)接口相連接的。通過(guò)這個(gè)原理圖可以分析接口的基本功能和工作過(guò)程。圖1-4 主機(jī)與外圍設(shè)備連接的一般原理圖 外設(shè)接口的基本功能盡管不同外設(shè)接口的組成及任務(wù)各不相同，但它們要實(shí)現(xiàn)的基本功能大致相同。一般說(shuō)來(lái)，任何外設(shè)的接口都必須具有下列基本功能： 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。因?yàn)橹鳈C(jī)傳輸數(shù)據(jù)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于外設(shè)，兩者之間的速度不匹配。為了盡量減少這種速度之間的不匹配，在外設(shè)的接口中，一般都設(shè)置若干個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主機(jī)與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)暫存在該緩沖寄存器中，然后再輸出到外圍設(shè)備或輸入到主機(jī)中。 記錄外設(shè)的工作狀態(tài)。主機(jī)是根據(jù)外設(shè)的工作狀態(tài)來(lái)管理外設(shè)的，因此在設(shè)備的接口中必須有記錄該設(shè)備工作狀態(tài)的狀態(tài)寄存器。外設(shè)的狀態(tài)一般設(shè)為“空閑”、“忙”、“就緒”三種之一。 能夠接收主機(jī)發(fā)來(lái)的各種控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的控制操作。為此，在設(shè)備中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制寄存器，用以存儲(chǔ)主機(jī)發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)。 能夠判斷主機(jī)是否選中本接口及本接口所連接的外圍設(shè)備。一臺(tái)計(jì)算機(jī)所連接的外圍設(shè)備可能很多，例如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、音箱等等。每臺(tái)設(shè)備有各自的設(shè)備號(hào)，也稱設(shè)備地址。主機(jī)就是通過(guò)發(fā)送設(shè)備地址來(lái)標(biāo)識(shí)設(shè)備。因此，在接口中有識(shí)別設(shè)備地址的設(shè)備譯碼器。 實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)之間的通信控制，包括同步控制、中斷控制等。為此，在接口中必須包含實(shí)現(xiàn)這些控制功能的控制邏輯電路。 外設(shè)接口的工作過(guò)程下面以打印機(jī)打印輸出為例，來(lái)說(shuō)明外設(shè)接口的工作過(guò)程。當(dāng)需要打印一篇文稿時(shí)，發(fā)出打印命令，這時(shí)主機(jī)控制打印機(jī)輸出數(shù)據(jù)，大致分以下幾步： 主機(jī)通過(guò)地址總線向接口發(fā)送設(shè)備號(hào)，經(jīng)設(shè)備譯碼器譯碼，選中該打印機(jī)接口（其他外設(shè)接口因設(shè)備號(hào)不匹配，不會(huì)被選中）。 主機(jī)測(cè)試打印機(jī)接口狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，以判斷打印機(jī)所處的工作狀態(tài)。若測(cè)得打印機(jī)處于“忙”狀態(tài)，則表明打印機(jī)正在執(zhí)行一個(gè)打印任務(wù)，不能接收新的打印任務(wù)，直到正在執(zhí)行的打印任務(wù)結(jié)束，打印機(jī)將轉(zhuǎn)到“就緒”狀態(tài)。若測(cè)得打印機(jī)處于“就緒”狀態(tài)，則表明打印機(jī)前一個(gè)打印任務(wù)已完成，可以接收新的打印任務(wù)。若測(cè)得打印機(jī)處于“空閑”狀態(tài)，則表明打印機(jī)尚未啟動(dòng)，這時(shí)需要主機(jī)啟動(dòng)打印機(jī)，使打印機(jī)處于“就緒”狀態(tài)，才能接收新的打印任務(wù)。 當(dāng)確定打印機(jī)可以接收新的打印任務(wù)后，主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線向打印機(jī)接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器發(fā)送要打印的數(shù)據(jù)。 主機(jī)向接口的控制寄存器發(fā)送控制字，通過(guò)控制邏輯電路發(fā)出打印輸出所需要的控制命令。在該控制命令的控制下，打印機(jī)把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的內(nèi)容打印在紙上。在打印過(guò)程中，打印機(jī)處于“忙”狀態(tài)，直到打印任務(wù)結(jié)束，再轉(zhuǎn)入“就緒”狀態(tài)。以上工作過(guò)程都是在一定的輸入輸出控制方式下，通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)完成的。外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的接插口形式各種外圍設(shè)備只有與計(jì)算機(jī)連接上才能發(fā)揮作用，連接必須通過(guò)接插口，目前PC機(jī)上的接插口主要有以下7種。 COM接插口目前大多數(shù)主板都提供了兩個(gè)COM接插口，分別為COM1和COM2，如圖1-5所示。作用是連接串行鼠標(biāo)和外置調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。COM1口的I/O地址是03F8h-03FFh，中斷號(hào)是IRQ4；COM2口的I/O地址是02F8h-02FFh，中斷號(hào)是IRQ3。可見(jiàn)COM2口的響應(yīng)與COM1口相比具有優(yōu)先權(quán)。在早期的PC中基本都采用COM口的鼠標(biāo)，但隨著PS/2和USB接插口的盛行，COM口的作用受到了前所未有的挑戰(zhàn)。圖1-5 COM接插口 PS/2接插口PS/2接插口的功能比較單一，僅用于連接鍵盤和鼠標(biāo)，一般情況下，鼠標(biāo)的接插口為綠色，鍵盤的接插口為紫色。PS/2接口的傳輸速率比COM接口稍快一些，是目前應(yīng)用最為廣泛的接口之一。PS/2接插口如圖1-6所示。圖1-6 PS接插口，上為鼠標(biāo)接插口，下為鍵盤接插口 LPT接插口LPT接口就是并行接口，如圖1-7所示。一般用來(lái)連接打印機(jī)或掃描儀。其默認(rèn)的中斷號(hào)是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭。這種接口的工作模式主要有以下三種： SPP標(biāo)準(zhǔn)工作模式SPP是半雙工單向傳輸模式，傳輸速率較慢，僅為15KB/s，但應(yīng)用較為廣泛，一般作為默認(rèn)的工作模式。 EPP增強(qiáng)型工作模式EPP采用雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速度比SPP高很多，可達(dá)2MB/s，目前已有不少外設(shè)使用此工作模式。 ECP擴(kuò)充型工作模式ECP采用雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率比EPP還要高一些，但支持此模式的設(shè)備較少。圖1-7 打印機(jī)接插口只有一個(gè) USB接插口USB接插口如圖1-8所示，USB接口是現(xiàn)在最流行的接口，一個(gè)USB接口最多可以支持127個(gè)外設(shè)，并且可以獨(dú)立供電，應(yīng)用非常廣泛。USB接口可以從主板上獲得500mA的電流，支持熱拔插，真正做到了“即插即用”。一個(gè)USB接口可同時(shí)支持高速和低速USB外設(shè)的訪問(wèn)，由一條4芯電纜相連接，其中兩條是正負(fù)電源，兩條是數(shù)據(jù)傳輸線。高速外設(shè)的傳輸速率為12Mbps，低速外設(shè)的傳輸速率為1.5Mbps。即將推行的USB2.0標(biāo)準(zhǔn)最高傳輸速率可達(dá)480Mbps，非常令人期待。圖1-8 主板通常集成兩個(gè)USB接插口 IEEE 1394接插口IEEE 1394接插口如圖1-9所示，它的傳輸速率最高可達(dá)400Mbps，因此適合連接高速設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)等。當(dāng)設(shè)備間采用樹(shù)形或菊花鏈方式連接時(shí)，一個(gè)1394接口可同時(shí)支持63個(gè)外設(shè)工作。一般的1394接口通過(guò)一條6芯的電纜與外設(shè)連接，也有的用4芯電纜。6芯電纜和4芯電纜的區(qū)別在于，6芯電纜是隨機(jī)提供電源，而4芯電纜不提供電源。該接口是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向，目前已有部分設(shè)備加入了對(duì)它的支持，但價(jià)格較為昂貴，不具有很高的購(gòu)買價(jià)值。圖1-9 1394接插口 MIDI接插口聲卡的MIDI接插口和游戲桿接插口是共用的。接插口中的兩個(gè)針腳用來(lái)傳送MIDI信號(hào)，可連接各種MIDI設(shè)備，如電子鍵盤等。對(duì)于絕大多數(shù)聲卡，在連接MIDI設(shè)備時(shí)需要向聲卡的制造商另外購(gòu)買一條MIDI轉(zhuǎn)接線，包括兩個(gè)圓形的5針MIDI接插口和一個(gè)游戲桿接插口。由于它們的信號(hào)是分離的，所以游戲桿和MIDI設(shè)備可以同時(shí)使用。MIDI接插口如圖1-10所示。圖1-10 MIDI接插口也可用于連接游戲桿 SCSI接插口SCSI接插口如圖1-11所示。SCSI接口的速度、性能和穩(wěn)定性都非常出色，但價(jià)格也要貴一些，主要面向服務(wù)器和工作站市場(chǎng)。SCSI接口是一種連接主機(jī)和外圍設(shè)備的接口，支持硬盤、光驅(qū)、掃描儀等多種設(shè)備。SCSI控制器相當(dāng)于一塊小型CPU，有自己的命令集和緩存，能夠完成大部分工作，從而減輕中央處理器的負(fù)擔(dān)（即降低CPU占用率）。圖1-11 SCSI卡提供兩個(gè)SCSI接插口1.5 外圍設(shè)備的發(fā)展方向進(jìn)入21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)朝著巨（高性能巨型機(jī)）、微（微型化的筆記本計(jì)算機(jī)、手掌機(jī)）、網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)）、智（智能化計(jì)算機(jī)）、多（多媒體化的各檔計(jì)算機(jī)）的方向發(fā)展，這使得計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備也要與其相匹配。當(dāng)前，外圍設(shè)備發(fā)展的方向可以歸納為：大型高性能和小型、微型的高可靠性、易維護(hù)性、低價(jià)格相結(jié)合，電子化和智能化相結(jié)合，多種技術(shù)并存。 大型高性能和小型、微型的高可靠性、易維護(hù)性、低價(jià)格目前，運(yùn)行速度達(dá)每秒幾千億次的大型高性能巨型機(jī)已經(jīng)在運(yùn)行，運(yùn)行速度為每秒上萬(wàn)億次的大型高性能巨型機(jī)也正在研制中，這些大型高性能的巨型機(jī)其內(nèi)存容量都在幾千兆以上，這就要求有大型高性能的外圍設(shè)備與之相匹配。因此在巨型機(jī)系統(tǒng)中，大容量的磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器和激光打印機(jī)等獲得了很大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的微小化是指利用微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，價(jià)格進(jìn)一步降低，計(jì)算機(jī)的微小化已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要方向。各種便攜式計(jì)算機(jī)、筆記本式計(jì)算機(jī)和手掌式計(jì)算機(jī)的大量面世和使用，是計(jì)算機(jī)微小化的一個(gè)標(biāo)志。計(jì)算機(jī)向微小化發(fā)展，要求有微型的外圍設(shè)備與之配套，所以具有這類特點(diǎn)的外圍設(shè)備迅速發(fā)展起來(lái)，如大小為2.5/1.8英寸、容量達(dá)幾十GB的硬盤驅(qū)動(dòng)器，代替軟盤使用的容量為幾十到幾百M(fèi)B的U盤（可移動(dòng)磁盤），小型激光打印機(jī)等。 電子化和智能化要適應(yīng)上述發(fā)展的需要，外圍設(shè)備正向電子化和智能化的方向發(fā)展。如盡量減少外圍設(shè)備中機(jī)械部件的比重，采用伺服電機(jī)和大規(guī)模超大規(guī)模集成電路器件代替，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。外圍設(shè)備的控制采用微處理器、單片機(jī)和專用大規(guī)模集成電路器件，使外圍設(shè)備具有處理機(jī)的功能。這樣不僅使外圍設(shè)備的體積縮小，增強(qiáng)了功能，提高了可靠性，而且降低了成本。這些在打印機(jī)、顯示器、磁盤存儲(chǔ)器、掃描儀中反映十分明顯。 多種技術(shù)并存在外圍設(shè)備的各個(gè)領(lǐng)域中，包括輸入/輸出設(shè)備、外存儲(chǔ)器設(shè)備和顯示終端，到目前為止，還沒(méi)有哪一種技術(shù)能夠完全滿足各類用戶的不同使用需要。實(shí)際上，一種技術(shù)無(wú)論從技術(shù)上還是從成本上將均有長(zhǎng)有短，不可能都好。即使一種完全新的技術(shù)也有一個(gè)發(fā)展過(guò)程，不可能立即代替現(xiàn)有技術(shù)，同時(shí)原有設(shè)備也在改進(jìn)。因此，各種技術(shù)相互競(jìng)爭(zhēng)，相互彌補(bǔ)，相互促進(jìn)，并行發(fā)展，這是外圍設(shè)備技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這種趨勢(shì)，短期內(nèi)不會(huì)停止，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)也不會(huì)停止。如近十年，雖然發(fā)展了激光打印機(jī)和光盤存儲(chǔ)器，但擊打式打印機(jī)和磁盤仍在使用和發(fā)展，而且將在外圍設(shè)備技術(shù)中繼續(xù)占據(jù)著重要的地位。本章小結(jié)本章概括介紹了計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的相關(guān)概念，什么是外圍設(shè)備，有哪些外圍設(shè)備，外圍設(shè)備的分類，外圍設(shè)備的功能及作用等，同時(shí)簡(jiǎn)要地?cái)⑹隽送鈬O(shè)備與中央處理器之間信息傳輸?shù)姆绞揭约巴鈬O(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的接口形式，最后介紹了外圍設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)和方向。這些概念是需要同學(xué)們開(kāi)始學(xué)習(xí)本課程時(shí)就了解的。本章主要是知識(shí)性的介紹，沒(méi)有太難的知識(shí)點(diǎn)。比較而言，外圍設(shè)備與中央處理器之間的信息傳輸算是個(gè)難點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞接型胶彤惒絻煞N。學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)該先修課程計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，那么數(shù)據(jù)傳輸控制方式也是已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)。習(xí)題1一、判斷題 外圍設(shè)備一般是不受中央處理器直接控制的。 完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括配套的硬件設(shè)備和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。 雖然輸入設(shè)備的形式各種各樣，但輸入到計(jì)算機(jī)主機(jī)中的信息都是二進(jìn)制信息。 從數(shù)據(jù)輸入輸出的角度看，硬盤存儲(chǔ)器和軟盤存儲(chǔ)器也可以看作輸入/輸出設(shè)備。 在任何外圍設(shè)備的接口中，一般都設(shè)置若干個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。其目的是使主機(jī)和外設(shè)兩者之間的處理速度盡量匹配。 外圍設(shè)備向電子化和智能化方向發(fā)展的主要標(biāo)志是盡量減少外圍設(shè)備中機(jī)械部件的比重，采用大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路器件。外圍設(shè)備的控制采用微處理器、單片機(jī)和專用大規(guī)模集成電路器件，使外圍設(shè)備具有處理機(jī)的功能。 外圍設(shè)備位于主機(jī)箱的外部。 隨著半導(dǎo)體集成電路工藝的進(jìn)步，外圍設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件中的價(jià)格中所占的比重將越來(lái)越低。 計(jì)算機(jī)主機(jī)與外圍設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)有不同的傳送方式，不同的傳送方式可使用同一種接口，只要做成標(biāo)準(zhǔn)接口就行。 一般外圍設(shè)備都有設(shè)備控制器，在設(shè)計(jì)設(shè)備控制器時(shí)，主要考慮該設(shè)備的特點(diǎn)和要求，一般不考慮對(duì)中央處理器標(biāo)準(zhǔn)接口的要求。二、單選題 下列關(guān)于外圍設(shè)備的幾項(xiàng)敘述中， 的說(shuō)法不正確。A. 外圍設(shè)備除了輸入/輸出設(shè)備外，還應(yīng)包括外存儲(chǔ)器設(shè)備、多媒體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等。B. 輸入/輸出設(shè)備屬于外圍設(shè)備。C. 外圍設(shè)備屬于輸入輸出設(shè)備。D. 外圍設(shè)備是相對(duì)于計(jì)算機(jī)主機(jī)來(lái)說(shuō)的，因此，可以認(rèn)為，在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，主機(jī)以外的設(shè)備都可以稱為外圍設(shè)備。 主機(jī)從外部獲取信息的設(shè)備稱為： 。A. 外部存儲(chǔ)器 B. 外圍設(shè)備 C. 輸入設(shè)備 D. 輸出設(shè)備 下列哪個(gè)設(shè)備不屬于輸入設(shè)備 。A. 鼠標(biāo)器 B. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 C. 掃描儀 D. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 下列哪個(gè)設(shè)備不屬于輸出設(shè)備 。A. 繪圖儀 B. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 C. 顯示器 D. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器下列是對(duì)外圍設(shè)備功能的幾項(xiàng)敘述，其中 不是外圍設(shè)備功能A.為各類計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域提供應(yīng)用手段B.提供人-機(jī)對(duì)話C.完成數(shù)據(jù)媒體的變換D.存儲(chǔ)并運(yùn)行系統(tǒng)軟件和大型應(yīng)用軟件下列關(guān)于主機(jī)和外圍設(shè)備運(yùn)行速度的說(shuō)法， 是正確的。A.主機(jī)的運(yùn)行速度比外圍設(shè)備快得多。B.外圍設(shè)備的運(yùn)行速度比主機(jī)快得多。C.外圍設(shè)備的運(yùn)行速度跟主機(jī)差不多。D.以上說(shuō)法都不對(duì)?，F(xiàn)在悄然興起的代替軟盤使用的U盤，使用的接口是 。A. USB接口 B. SCSI接口 C. PS/2接口 D. COM接口 鍵盤使用的接口是 。A. COM接口 B. PS/2接口 C. LPT接口 D. MIDI接插口 在下列4種數(shù)據(jù)傳送方式中，計(jì)算機(jī)使用效率最低，CPU經(jīng)常處于等待狀態(tài)的是 。A. 直接存儲(chǔ)器傳送 B. 程序中斷傳送 C. 程序查詢傳送 D. I/O處理機(jī)傳送 在以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送方式經(jīng)常采用 。A. 直接存儲(chǔ)器傳送 B. 程序中斷傳送 C. 程序查詢傳送 D. I/O處理機(jī)傳送 僅能用于連接鍵盤和鼠標(biāo)的接插口是 接插口。A. COM1 或COM2 B. USB C. LPT D. PS/2 計(jì)算機(jī)主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于外設(shè)，兩者之間的速度不匹配，為了盡量減少這種速度之間的不匹配，在外設(shè)的接口中，一般都設(shè)置若干個(gè) 。A. 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 B. 狀態(tài)寄存器 C. 設(shè)備控制寄存器 D. 設(shè)備號(hào)寄存器三、填空題 一套完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括 和 兩大部分。 輸入設(shè)備的作用是把 、 和 送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 外圍設(shè)備與中央處理器之間傳送的信息種類有 、 、 和 。 外圍設(shè)備與中央處理器之間信息傳輸?shù)姆绞接?、 、 和 。 外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，應(yīng)在設(shè)備與中央處理器之間配置 和 。 當(dāng)前，外圍設(shè)備發(fā)展的方向可以歸納為： ， ， 。 外圍設(shè)備按其功能分類，可分為 、 、 、 、 和 六類。 外圍設(shè)備的作用歸納起來(lái)有以下幾方面： 、 、 、 。 外圍設(shè)備與中央處理器之間傳送的信息種類有 、 、 和 。 盡管不同外設(shè)的接口的組成及任務(wù)各不相同，但它們要實(shí)現(xiàn)的基本功能大致相同，這些基本功能是： 、 、 和 。