2020考研计算机组成原理知识点之【输入输出系统】

　　2020年计算机考研复习已经开始，新东方在线在此整理了2020考研计算机组成原理知识点之【输入输出系统】，希望能帮助大家!

　　(一) I/O 系统基本概念

　　除了 CPU 存储器两大模块之外，计算机硬件系统的第三个关键部分就是输入输出模块，也称输入输出系统。输入输出系统的发展概况

　　1)早期

　　分散连接，CPU 和 I/O 设备 串行 工作，程序查询方式

　　2)接口模块和 DMA 阶段

　　总线连接，CPU 和 I/O 设备 并行 工作，中断方式和 DMA 方式

　　3)具有通道结构的阶段

　　4)具有 I/O 处理机的阶段

　　(二) 外部设备

　　1. 输入设备：键盘、鼠标

　　(1) 键盘

　　键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，与 CRT 显示器组成终端设备。

　　键盘是由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，每按下一个键，产生一个相应的字符代码(每个按键的位置码)，然后将它转换成 ASCII 码或其他码，送主机。目前常用的标准键盘有 101 个键，它除了提供通常的 ASCII 字符以外，还有多个功能键(由软件系统定义功能)、光标控制键(上、下、左、右移动等)与编辑键(插入或消去字符)等。

　　(2)鼠标

　　机械式： 金属球 电位器，

　　光电式： 光电转换器

　　2. 输出设备：显示器、打印机

　　(1)显示器

　　显示器分类：

　　按器件分：CRT 显示器;LED 显示器;等离子体显示器。

　　按显示内容分：字符显示器;图形显示器;图像显示器。

　　按设备功能分：普通显示器;仅供显示，也称监视器。

　　显示终端;显示器和键盘组成的输入输出设备。

　　1) 字符显示：字符发生器

　　通过字符发生器在 CRT 上显示字符。

　　2) 图形显示：主观图像

　　用点、线(直线和曲线)、面(平面和曲面)组合成平面或立体图形的显示设备。主要用于计算机辅助设计和计算机辅助制造等。

　　3) 图像显示：客观图像

　　图像显示器所显示的图像(如遥感图形、医学图像、自然景物、新闻图片等)通常来自客观世界，又被称为客观图像。图像显示器是把由计算机处理后的图像(数字图像)以点阵的形式显示出来，通常以光栅扫描方式，其分别率可达 256x256 像素，或者 512x512 像素，也可以与图形显示器兼容，其分别率可达到1024x1024 像素，灰度等级可达 64 至 256 级。

　　(2)打印机

　　打印机分类：

　　按印字原理分：

　　打击式：点阵式打印机;

　　非打击式：激光、静电、喷墨等。

　　按工作方式分：

　　串行打印机，逐字打印;

　　行式打印机，逐行打印。

　　1)点阵式打印机

　　点阵针式打印机的印字原理是由打印针(钢针)印出 nxm 个点阵组成字符或图形。西文字符点阵有 5x7、7x7、7x9、9x9 几种，汉字点阵有 16x16、24x24、32x32、48x48 几种。

　　打印头中的钢针数与打印机的型号有关，有 7 针、9 针，也有双列 14(2x7)针或双列 24(2x12)针。

　　2) 激光打印机

　　激光打印机采用了激光技术和照相技术，印字的质量最好，在各个计算机系统中被广泛采用。

　　激光打印机完成打印操作的基本工作过程大致是：充电→曝光→显影→转印→分离→定影→放电、清洁。

　　3) 喷墨打印机

　　喷墨打印机是串行非打击式打印机，印字原理是将墨水喷射到普通打印纸上。若采用红、绿、蓝三色喷墨头，便可实现彩色打印。

　　喷墨打印机按照喷墨方式分为连续式和随机式两大类。连续喷射方式是给墨水加压，使墨水流通过喷嘴连续喷射而粒子化。随机式是指墨水只有在打印需要时才喷射，所以又称为按需打印式。目前，随机式喷墨打印机采用的喷墨技术主要有压电式和气泡式。

　　3. 外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器

　　(1)硬盘存储器

　　1)性能指标

　　<1>存储密度

　　道密度 Dt，位密度 Db

　　<2>存储容量

　　C = n × k × s

　　<3>寻址时间

　　寻道时间 + 等待时间

　　辅存的速度=寻址时间+磁头读写时间

　　<4>数据传输率

　　Dr = Db × V

　　<5>误码率

　　出错信息位数与读出信息的总位数之比。

　　2)硬磁盘存储器的类型

　　<1> 固定磁头和移动磁头

　　固定磁头的磁盘存储器，其磁头位置固定不动，磁盘上的每一个磁道都对应着一个磁头，盘片也不可更换，其特点是省去了磁头沿着盘片径向运动所需的寻道时间，存取速度快，只要磁头进入工作状态即可以进行读写操作。

　　移动磁头的磁盘存储器在存取数据时，磁头在盘面上作径向运动，这类存储器可以由一个盘片组成，也可以由多个盘片装在一个同心的主轴上，每个纪录面各有一个磁头。

　　<2> 可换盘和固定盘

　　可换盘磁盘存储器是指盘片可以脱机保存，这种磁盘可以在互为兼容的磁盘存储器之间交换数据，便于扩大存储容量。

　　固定盘磁盘存储器是指磁盘不能从驱动器上取下，更换时要把整个头盘组合体一起更换。

　　(三) I/O 接口(I/O 控制器)

　　1. I/O 接口的功能和基本结构

　　1)I/O 接口的基本功能是：

　　(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”)

　　2. I/O 端口及其编址

　　CPU 采用 2 种方法访问 I/O 设备，也称 2 种不同的 I/O 端口编址方法：

　　(1)专门的 I/O 指令

　　例如，指令：IN 完成输入，指令 OUT 完成输出操作。指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。由相应的控制信号(如 M/IO#)来区分 CPU 执行的是什么指令。

　　(2)利用访问存储器指令完成 I/O 功能

　　从主存的地址空间中分出一部分地址码作为 I/O 的设备代码，当访问到这些地址时，表示被访的不是主存储器，而是 I/O 设备端口。

　　没有控制信号区分存储器和端口，采用的是将该段地址译码输出连接到外设的端口。