输入输出设备课件

硬件组成硬件组成 显示设备显示设备显示器适配器显示器适配器 显示器件显示器件 （控制器、接口）（控制器、接口）（CRTCRT、LEDLED、PDPPDP、LCDLCD）本章主要讨论：本章主要讨论：CRTCRT显示器显示器 成象原理、成象原理、屏幕显示与显示缓存的对应关系屏幕显示与显示缓存的对应关系 显示方式、显示方式、屏幕显示与显示缓存的对应关系屏幕显示与显示缓存的对应关系 控制器控制器接口接口显示器适配器显示器适配器显示器件显示器件CPUVRAM第六章第六章 输入输入/输出设备输出设备1谢谢观赏2019-6-23硬件组成 显示设备显示器适配器 显示器件 （控制6.1 CRT6.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格显示器的显示方式与常见显示规格 显示方式显示方式 字符字符/数字数字(A/N)(A/N)方式：方式：图形图形(APA)(APA)方式：方式：以字符为显示单位以字符为显示单位 以点以点(象素象素)为显示单位为显示单位 显示规格显示规格 显示方式显示方式 分辨率分辨率 颜色颜色 A/NA/N：一帧画面显示的字符数：一帧画面显示的字符数 （字符行数（字符行数列数）列数）APAAPA：一帧画面显示的象点数：一帧画面显示的象点数 （每线点数（每线点数线数）线数）分辨率分辨率 2580 2580 640200 640200 适配器提供显示规格适配器提供显示规格如如VGAVGA卡：卡：A/NA/N：APAAPA：25402540、25802580，320200320200、2 2色、色、4 4色色 800600800600，2 2色、色、256256色色 2谢谢观赏2019-6-236.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格 显示方式 1.CRT1.CRT结构结构 6.2 6.2 光栅扫描成象原理光栅扫描成象原理 荧荧光光屏屏电电子子枪枪聚聚焦焦系系统统水水平平偏偏转转垂垂直直偏偏转转显示头显示头视频放大视频放大扫描控制扫描控制视频信号视频信号水平同步信号水平同步信号垂直同步信号垂直同步信号3谢谢观赏2019-6-231.CRT结构 6.2 光栅扫描成象原理 荧光屏电子2.2.扫描方式扫描方式 电子束无固定扫描路径，电子束无固定扫描路径，随机扫描：随机扫描：控制电路复杂。控制电路复杂。光栅扫描：光栅扫描：电子束扫描路径固定电子束扫描路径固定（自上而下，从左（自上而下，从左向右全屏扫描），向右全屏扫描），控制电路简单。控制电路简单。3.3.光栅的形成光栅的形成 水平正扫水平正扫水平回扫水平回扫垂直回扫垂直回扫水平偏转线圈加锯齿波电水平偏转线圈加锯齿波电 流流,形成水平扫描线形成水平扫描线 （行扫描）（行扫描）垂直偏转线圈加锯齿波电垂直偏转线圈加锯齿波电 流流,使水平线垂直移动使水平线垂直移动 （场扫描）（场扫描）行扫描电流：行扫描电流：场扫描电流：场扫描电流：帧频不低于帧频不低于25HZ 25HZ 4谢谢观赏2019-6-232.扫描方式 电子束无固定扫描路径，随机扫描：控制电路复水平、垂直同步分别控制电子束水平、垂直同步分别控制电子束X X向与向与Y Y向偏转向偏转 I R G B I R G B 颜色颜色 4.4.象点存在的因素象点存在的因素视频视频=0=0，点暗，点暗 红红 象点象点 位置：位置：亮度：亮度：颜色：颜色：视频信号控制电子束通、断视频信号控制电子束通、断 视频视频=1=1，点亮，点亮 红、绿、蓝三基色控制红、绿、蓝三基色控制 红点红点 绿点绿点 蓝点蓝点 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 淡红淡红 0 0 1 0 0 0 1 0 绿绿 1 0 1 0 1 0 1 0 淡绿淡绿 0 1 1 1 0 1 1 1 白白 5谢谢观赏2019-6-23水平、垂直同步分别控制电子束X向与Y向偏转 I R G 例例.2513.2513字符发生器，字符发生器，5.5.字符点阵的形成与屏幕组织字符点阵的形成与屏幕组织可提供可提供6464种字符点阵种字符点阵 字符点阵图形：字符点阵图形：（1 1）字符发生器）字符发生器 产生字符点阵代码。产生字符点阵代码。（7 799）（5 588点阵）点阵）.字符点阵代码：字符点阵代码：1111111 1111111 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 0001000 ROM字符译码字符译码646488单元单元 行行译译码码字符编码（字符编码（ROMROM高高6 6位地址）位地址）扫扫描描线线序序号号（R RO OM M低低3 3位位地地址址）输出输出6谢谢观赏2019-6-23例.2513字符发生器，5.字符点阵的形成与屏幕组织可例例.A B C D E F A B C D E F （2 2）屏幕组织）屏幕组织 每行字符逐线扫描。每行字符逐线扫描。字符字符7979，字符区，字符区9149141 1）扫描顺序）扫描顺序 2 2）间隔）间隔 横向间隔横向间隔2 2点（消隐）点（消隐）纵向间隔纵向间隔5 5线（消隐）线（消隐）6.3 6.3 屏幕显示与显示器缓存屏幕显示与显示器缓存(VRAM)(VRAM)的对应关系的对应关系 显存功能显存功能 数据缓冲数据缓冲 屏幕刷新屏幕刷新 对显存的操作直接影响屏幕显示。对显存的操作直接影响屏幕显示。对应关系表现在：对应关系表现在：显存内容和容量的确定、显存地址组织、信息转换、显存内容和容量的确定、显存地址组织、信息转换、同步控制。同步控制。7谢谢观赏2019-6-23例.A B C D E F （2）屏幕组织 每行若显示规格为若显示规格为2525行行8080列，列，（1 1）A/NA/N方式方式 VRAMVRAM内容：内容：基本容量基本容量=2580=2KB=2580=2KB1.1.显存内容和容量显存内容和容量 字符的编码（字符的编码（ASCIIASCII码）码）VRAMVRAM容量：容量：（一字节存放一字符编码）（一字节存放一字符编码）（2 2）APAAPA方式方式 图形的象点代码图形的象点代码 VRAMVRAM内容：内容：（一位存放一点，单色）（一位存放一点，单色）VRAMVRAM容量：容量：若显示规格为若显示规格为640640点点200200线，线，基本容量基本容量=8 8640200640200若考虑字符属性，显存容量增加。若考虑字符属性，显存容量增加。=16KB=16KB若考虑颜色若考虑颜色分辨率不变：分辨率不变：颜色颜色容量容量容量不变：容量不变：颜色颜色分辨率分辨率8谢谢观赏2019-6-23若显示规格为25行80列，（1）A/N方式 VRAM内 屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从 低到高安排。低到高安排。2.2.显存地址组织显存地址组织 3.3.信息转换信息转换 能实现将能实现将A A从屏幕左上角逐渐移向屏幕右下角吗？从屏幕左上角逐渐移向屏幕右下角吗？显存单元的地址由屏幕显存单元的地址由屏幕显示的行、列号决定。显示的行、列号决定。0 1 2 790 1 2 790 01 12 22424A B GF行号决定地址的高位行号决定地址的高位列号决定地址的低位列号决定地址的低位AAAAAA能实现在屏幕上将一行字符自下而上地滚动吗？能实现在屏幕上将一行字符自下而上地滚动吗？如何将显存中的信息（字符编码如何将显存中的信息（字符编码/图形点代码）转图形点代码）转换为字符换为字符/图形显示在屏幕上。图形显示在屏幕上。9谢谢观赏2019-6-23 屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从2.显存地址组织（1 1）A/N A/N VRAM VRAM A A编码编码 N N编码编码 D D编码编码VRAM A A点阵点阵 B B点阵点阵 C C点阵点阵 D D点阵点阵 N N点阵点阵ROM屏幕屏幕 移移位位寄寄存存器器并行并行串行串行AND字符编码字符编码 字符发生器字符发生器 扫描时序扫描时序 一行点阵代码一行点阵代码(并并)移位器移位器 视频信号视频信号(串串)显示头显示头 10谢谢观赏2019-6-23（1）A/N VRAM A编码 N编码 D编码VR（2 2）APA APA VRAM VRAM 屏幕屏幕 移移位位寄寄存存器器并行并行串行串行一字节点代码一字节点代码(并并)移位器移位器 视频信号视频信号(串串)显示头显示头 00001111 00001111 000000000000000000001001000010010 0VRAM0000000000000000000010010000100100001111 00001111 11谢谢观赏2019-6-23（2）APA VRAM 屏幕 移位寄存器并行串行一字视频的发送与电子束扫描严格同步：视频的发送与电子束扫描严格同步：4.4.同步控制同步控制 电子束扫描到某点位置，相应视频应同时送电子束扫描到某点位置，相应视频应同时送到，控制点亮或不亮。到，控制点亮或不亮。需解决：需解决：何时访问显存，取字符编码或图形点代码？何时访问显存，取字符编码或图形点代码？以控制产生视频信号。以控制产生视频信号。何时发水平同步信号？何时发水平同步信号？何时发垂直同步信号？何时发垂直同步信号？以控制电子束扫描。以控制电子束扫描。在显示器中设置若干级计数器，对显示器点频进在显示器中设置若干级计数器，对显示器点频进行若干级分频，产生相应控制信号。行若干级分频，产生相应控制信号。12谢谢观赏2019-6-23视频的发送与电子束扫描严格同步：4.同步控制 例例.显示规格显示规格2525行行8080列，列，（1 1）A/NA/N方式方式 字符字符79,79,字符区字符区914 914 7299点点514线线80字符字符25行行设置设置4 4级计级计数器数器13谢谢观赏2019-6-23例.显示规格25行80列，（1）A/N方式 字符71 1）点计数器：）点计数器：点计数器点计数器字符字符 计数器计数器 线计数器线计数器 行计数器行计数器对一个字符的一行点计数。对一个字符的一行点计数。点频点频 9 9：1 1 一次点计数循环访问一次一次点计数循环访问一次VRAMVRAM、ROMROM。2 2）字符计数器：）字符计数器：对一帧的字符列计数。对一帧的字符列计数。(80+(80+l)l)：1 1 一次字符计数循环发一次水平同步信号。一次字符计数循环发一次水平同步信号。3 3）线计数器：）线计数器：对一行字符的扫描线计数。对一行字符的扫描线计数。1414：1 1 线计数值提供线计数值提供ROMROM低位地址。低位地址。4 4）行计数器：）行计数器：对一帧的字符行计数。对一帧的字符行计数。(25+(25+m)m)：1 1 帧频帧频 一次行计数循环发一次垂直同步信号。一次行计数循环发一次垂直同步信号。字符计数值提供字符计数值提供VRAMVRAM列地址（低地址）。列地址（低地址）。行计数值提供行计数值提供VRAMVRAM行地址（高地址）。行地址（高地址）。14谢谢观赏2019-6-231）点计数器：点计数器字符 计数器 线计数器 行计数器对例例.显示规格显示规格800800点点200200线、单色线、单色 （1 1）APAAPA方式方式 8点点200线线100字节字节设置几级计数器？设置几级计数器？何时访问何时访问VRAMVRAM？何时发水平、垂直同步信号？何时发水平、垂直同步信号？8点点本章要点：字符、图形方式下，屏幕显示与显存之间的对应关系本章要点：字符、图形方式下，屏幕显示与显存之间的对应关系（显存内容与容量、信息转换、分频计数器的设置与分频关系等）。（显存内容与容量、信息转换、分频计数器的设置与分频关系等）。15谢谢观赏2019-6-23例.显示规格800点200线、单色（1）APA方式 光栅扫描成像原理光栅扫描成像原理1 1、CRTCRT结构结构电子枪电子枪聚焦系统聚焦系统垂直垂直偏转线圈偏转线圈水平水平偏转线圈偏转线圈视频放大视频放大扫描偏转电路扫描偏转电路视频信号视频信号垂直同步垂直同步水平同步水平同步荧光屏荧光屏电子束电子束视频信号放大系统，电子枪，扫描偏转系统，视频信号放大系统，电子枪，扫描偏转系统，荧光屏等几部分荧光屏等几部分16谢谢观赏2019-6-23光栅扫描成像原理1、CRT结构电子枪聚焦系统垂直水平视频放大2 2、扫描方式、扫描方式随机扫描：无固定扫描路径随机扫描：无固定扫描路径光栅扫描：扫描路径固定光栅扫描：扫描路径固定3 3、光栅的形成、光栅的形成水平扫描水平扫描水平回扫水平回扫垂直回扫垂直回扫消隐消隐17谢谢观赏2019-6-232、扫描方式随机扫描：无固定扫描路径光栅扫描：扫描路径固定32）、垂直偏转线圈加锯齿波电流，使扫描线垂直移动）、垂直偏转线圈加锯齿波电流，使扫描线垂直移动（场扫描）（场扫描）1）、水平偏转线圈加锯齿波电流，形成水平扫描线）、水平偏转线圈加锯齿波电流，形成水平扫描线（行扫描）（行扫描）Ix正程正程回回扫扫tIy正程正程回扫回扫t水平扫描电流水平扫描电流垂直扫描电流垂直扫描电流18谢谢观赏2019-6-232）、垂直偏转线圈加锯齿波电流，使扫描线垂直移动1）、水平偏fx =S fy 行频行频一帧扫描线数一帧扫描线数场频场频 帧频不低于帧频不低于25HZ4 4、频率关系、频率关系一个场扫描锯齿波内完成一帧的行扫描一个场扫描锯齿波内完成一帧的行扫描 逐行扫描：一帧一遍扫完：场频逐行扫描：一帧一遍扫完：场频=帧频帧频 隔行扫描：一帧二遍扫完：场频隔行扫描：一帧二遍扫完：场频=2 X 帧频帧频19谢谢观赏2019-6-23fx =S fy 行频一帧扫描线数场频 5 5、一帧画面的组成、一帧画面的组成 位置（位置（x偏转，偏转，y偏转）水平同步，垂直同步偏转）水平同步，垂直同步 亮度（亮度（y调逃）调逃）视频信号（脉冲串）视频信号（脉冲串）颜色：红、绿、兰三基色控制颜色：红、绿、兰三基色控制 象点象点6 6、字符点阵的形成与屏幕组织、字符点阵的形成与屏幕组织字符点阵图形字符点阵图形1111111100011000000110000001100000011000000110000001100000011000例：字符例：字符T的图形点阵的图形点阵8X8点阵及对应编码点阵及对应编码20谢谢观赏2019-6-235、一帧画面的组成 位置（x偏转，y偏转）水平1 1）、字符发生器）、字符发生器在显示适配器，产生字符点图形的器件，核心部分在显示适配器，产生字符点图形的器件，核心部分由专用的由专用的ROMROM芯片构成。芯片构成。例：例：25132513芯片，芯片，6464种字符，种字符，5 X 85 X 8，则每个字符的点阵，则每个字符的点阵 占连续占连续8 8个单元。个单元。存放存放6464种字符需容量为：种字符需容量为：64X864X8ROM64 X 8 X 5扫描线序号扫描线序号低低3位地址位地址字符编码高字符编码高6位地址位地址输出（输出（5位）位）一个字符的点阵存一个字符的点阵存放在放在ROM中连续中连续的的8个单元中个单元中21谢谢观赏2019-6-231）、字符发生器在显示适配器，产生字符点图形的器件，核心部分11111001000010000100 xxxxxx000 xxxxxx001xxxxxx010 xxxxxx110 xxxxxx111扫描线序号扫描线序号ROM字符发生器字符发生器000001000110001100011000100100字符字符T编码编码xxxxxx000 xxxxxx001xxxxxx010 xxxxxx110 xxxxxx111字符字符H 编码编码22谢谢观赏2019-6-2311111001000010000100 xxxxxx000 x2 2）、扫描顺序：一行所有字符逐线扫描）、扫描顺序：一行所有字符逐线扫描ABCDEFGH.5 5条扫条扫描线描线23谢谢观赏2019-6-232）、扫描顺序：一行所有字符逐线扫描ABCDEFGH.5屏幕显示和显示缓冲存储器的对应关系屏幕显示和显示缓冲存储器的对应关系1 1、VRAMVRAM（显示缓冲存储器）（显示缓冲存储器）的内容和容量的内容和容量1 1）、字符方式：内容：一帧字符的编码）、字符方式：内容：一帧字符的编码 容量：设分辩率为容量：设分辩率为2525X80X80，一字节放一字，一字节放一字符编码，容量符编码，容量=25=25X80=2KBX80=2KB2 2）、图形方式：内容：一帧图形点阵的代码）、图形方式：内容：一帧图形点阵的代码 容量：设分辩率为容量：设分辩率为640640X200X200，一位存放一，一位存放一 点，容量点，容量=640=640X200/8=16KBX200/8=16KB3 3）、间隔）、间隔如如PCPC机：字符点阵机：字符点阵 7 7X9X9 字符区字符区 9 9X14X14横向间隔横向间隔2 2点，纵向间隔点，纵向间隔5 5点点24谢谢观赏2019-6-23屏幕显示和显示缓冲存储器的对应关系1、VRAM（显示缓冲存储2 2、属性信息与属性缓存、属性信息与属性缓存 字符属性：闪烁，前景，背景，下划线字符属性：闪烁，前景，背景，下划线 属性缓存容量与字符缓存容量相同属性缓存容量与字符缓存容量相同下划线下划线 背景颜色背景颜色 闪烁闪烁 字符颜色字符颜色7 4 3 07 4 3 0字符编码字符编码属性属性字符编码字符编码属性属性VRAM012325谢谢观赏2019-6-232、属性信息与属性缓存 字符属性：闪烁，前景，背景，下划 图形属性：颜色，容量与色彩数量及分辩率相关图形属性：颜色，容量与色彩数量及分辩率相关 分辩率不变：颜色越多，需要的缓存容量越大分辩率不变：颜色越多，需要的缓存容量越大 缓存容量不变：颜色越多，分辩率越低缓存容量不变：颜色越多，分辩率越低例例1 1：单色，分辨率为：单色，分辨率为800X600800X600，容量为容量为 800X600/8=60K800X600/8=60K例例2 2：四色显示，分辨率为：四色显示，分辨率为800X600800X600 容量为容量为 800X600/4=120K 800X600/4=120K 例例3 3：1616色显示，分辨率为色显示，分辨率为1024X7681024X768 容量为容量为 1024X768/2=384K 1024X768/2=384K 26谢谢观赏2019-6-23 图形属性：颜色，容量与色彩数量及分辩率相关例1：单色，3 3、缓存地址组织、缓存地址组织屏幕显示从左至右，从上而下缓存地址安排从低到高屏幕显示从左至右，从上而下缓存地址安排从低到高 1)1)、字符方式：设分辩率为：、字符方式：设分辩率为：25X8025X80。则显示缓存。则显示缓存中前中前8080个单元中的字符编码经字符发生器显示在屏幕的个单元中的字符编码经字符发生器显示在屏幕的第第0 0行，由此类推。行，由此类推。0180279字符编码字符编码属性属性字符编码字符编码属性属性VRAM0123单元与单元与屏幕位屏幕位置一一置一一对应对应27谢谢观赏2019-6-233、缓存地址组织屏幕显示从左至右，从上而下缓存地址安排从低到 2)2)、图形方式：屏幕上的点由左至右，由上到下、图形方式：屏幕上的点由左至右，由上到下对应缓存单元从地址码由低到高的各位。对应缓存单元从地址码由低到高的各位。如为单色：一个单元的如为单色：一个单元的8 8位可以对应位可以对应8 8个象素点个象素点 如为彩色：则由色彩数量确定。如为彩色：则由色彩数量确定。单色单色8个个象素点象素点VRAM012328谢谢观赏2019-6-23 2)、图形方式：屏幕上的点由左至右，由上到下单色8个4 4、信息的转换、信息的转换 1)1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码；、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码；将字符编码与将字符编码与CRTCRT控制器提供的扫描时序分别送入字控制器提供的扫描时序分别送入字符发生器地址高端和低端符发生器地址高端和低端；取出字符的该扫描线上的点阵代码，控制显示取出字符的该扫描线上的点阵代码，控制显示VRAMROM移位寄存器移位寄存器字符编字符编 码码扫描时序（扫描线序号）扫描时序（扫描线序号）一行点阵代码一行点阵代码并并视频信号（串）视频信号（串）显示头显示头29谢谢观赏2019-6-234、信息的转换 1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字 设字符点阵为设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出，扫描第一线时先取出ROM中字符中字符A在在0线上的点阵显示，再取出字符线上的点阵显示，再取出字符N在在0线上的点阵显示线上的点阵显示.，该线所有字符扫描，该线所有字符扫描完成后，又扫描该行所有字符第一线点阵。由此完成后，又扫描该行所有字符第一线点阵。由此类推类推.ANDE.30谢谢观赏2019-6-23 设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出ROM中字4 4、信息的转换、信息的转换 1)1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码；、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码；将字符编码与将字符编码与CRTCRT控制器提供的扫描时序分别送入字控制器提供的扫描时序分别送入字符发生器地址高端和低端符发生器地址高端和低端；取出字符的该扫描线上的点阵代码，控制显示取出字符的该扫描线上的点阵代码，控制显示VRAMROM移位寄存器移位寄存器字符编字符编 码码扫描时序（扫描线序号）扫描时序（扫描线序号）一行点阵代码一行点阵代码并并视频信号（串）视频信号（串）显示头显示头31谢谢观赏2019-6-234、信息的转换 1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字 设字符点阵为设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出，扫描第一线时先取出ROM中字符中字符A在在0线上的点阵显示，再取出字符线上的点阵显示，再取出字符N在在0线上的点阵显示线上的点阵显示.，该线所有字符扫描，该线所有字符扫描完成后，又扫描该行所有字符第一线点阵。由此完成后，又扫描该行所有字符第一线点阵。由此类推类推.ANDE.32谢谢观赏2019-6-23 设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出ROM中字VRAMROMA A编码编码N N编码编码D D编码编码A点阵点阵Xxx.x000.xxx111B点阵点阵D点阵点阵N点阵点阵Xxx.x000.xxx111Xxx.x000.xxx111扫描线扫描线序号序号字符编码字符编码移移位位寄寄存存器器并并串串0005位位00133谢谢观赏2019-6-23VRAMROMA编码N编码D编码A点阵Xxx.x000B点2)2)、图形方式、图形方式VRAM移位寄存器移位寄存器象点代码象点代码并并视频信号（串）视频信号（串）显示头显示头扫描同步扫描同步5 5、同步控制、同步控制7925字符计数字符计数点计数点计数线线计计数数行行计计数数0行行24行行0列列79列列1)1)、字符方式、字符方式例：分辩率：例：分辩率：25X8025X80 字符点阵：字符点阵：7 7X9X9 字符区：字符区：9 9X14X1434谢谢观赏2019-6-232)、图形方式VRAM移位寄存器象点代码并视频信号（串）显示消隐消隐点计数器点计数器1 2 3 4 5 7 6字符计数器字符计数器+11 2 80线线计计数数器器+11 2行计数器行计数器+119+5消消隐隐2 2535谢谢观赏2019-6-23消隐点计数器1234576字符计数器+11280线12行计数(1)(1)、点计数分频：提供某一线上一个字符所需点的计数点计数分频：提供某一线上一个字符所需点的计数是读是读VRAMVRAM和和ROMROM的一个依据，（的一个依据，（7+27+2）：）：1.1.(2)(2)、字符计数分频：对一行字符数计数，（字符计数分频：对一行字符数计数，（80+80+l):1.l):1.用于产生水平同步（计数完成后水平回扫）。用于产生水平同步（计数完成后水平回扫）。(3)(3)、线计数分频：对一行字符所需扫描线计数，是读线计数分频：对一行字符所需扫描线计数，是读ROMROM的一个依据。（的一个依据。（9+59+5）：）：1.1.(4)(4)、行计数分频：一帧字符行计数，（行计数分频：一帧字符行计数，（25+25+M M）：）：1 1。用于产生垂直同步（计数完成后垂直回扫）。用于产生垂直同步（计数完成后垂直回扫）。VRAMVRAM的地址由行计数和字符计数决定的地址由行计数和字符计数决定ROMROM的地址由字符编码和线计数决定。的地址由字符编码和线计数决定。36谢谢观赏2019-6-23(1)、点计数分频：提供某一线上一个字符所需点的计数(2)、点计数器点计数器字符计数器字符计数器线计数器线计数器点频点频(主频主频)9：1(80+l)：114：1读读VRAM读读ROM提供缓存提供缓存(VRAM)列地址列地址(低位地址低位地址)发水平发水平同步同步提供提供ROM行地址行地址行计数器行计数器(25+m)：1帧频帧频提供缓存提供缓存(VRAM)行地址行地址(高位地址高位地址)发垂直发垂直同步同步2)2)、图形方式、图形方式例：设分辨率为：例：设分辨率为：640640点点X200X200线线37谢谢观赏2019-6-23点计数器字符计数器线计数器点频(主频)9：1(80+l)：1（1 1）、点计数分频：）、点计数分频：8 8：1.1.（读（读VRAM)VRAM)（2 2）、字节计数分频：（）、字节计数分频：（80+L80+L）：）：1.(1.(发水平同步）发水平同步）（3 3）、线计数分频：（）、线计数分频：（200+200+M M）：）：1.1.（发垂直同步）（发垂直同步）6 6、显示控制器的逻辑框图、显示控制器的逻辑框图地址选择开关地址选择开关VRAM显示器显示器控制器控制器ROM移位寄存器移位寄存器视频信号视频信号处理逻辑处理逻辑CPUCPU地址地址行同步，场同步行同步，场同步光标等光标等CPUCPU控制控制信号信号加亮加亮视频信号视频信号水平同步水平同步垂直同步垂直同步38谢谢观赏2019-6-23（1）、点计数分频：8：1.（读VRAM)（2）、字节计数分1)1)、初始化：预置显示方式和显示格式、初始化：预置显示方式和显示格式2 2）、）、CPUCPU访问访问VRAMVRAM，送显示内容，送显示内容3 3）、显示器控制器控制同步访存和屏幕扫描）、显示器控制器控制同步访存和屏幕扫描工作过程：工作过程：计算机组成原理考研辅导计算机组成原理考研辅导 电子科大计算机系电子科大计算机系39谢谢观赏2019-6-231)、初始化：预置显示方式和显示格式2）、CPU访问VRAM总线总线 CPU M 接口接口I/O设备设备 建立整建立整机概念机概念两个层次两个层次两个方面两个方面CPU整机概念整机概念硬件系统整机概念硬件系统整机概念逻辑组成逻辑组成工作机制工作机制40谢谢观赏2019-6-23总线 CPU M 接口I/O设备 建立整机概念两个主要内容：主要内容：1、CPU（1）逻辑组成）逻辑组成寄存器传送级：寄存器传送级：微操作控制级：微操作控制级：各类指令的流程各类指令的流程微命令序列微命令序列寄存器、寄存器、ALU设置，数据通路结构设置，数据通路结构（2）工作机制）工作机制指令的执指令的执行过程行过程微命令序列微命令序列微命令产生方式微命令产生方式时序控制方式：时序控制方式：组合逻辑控制组合逻辑控制微程序控制微程序控制同步控制同步控制41谢谢观赏2019-6-23主要内容：1、CPU（1）逻辑组成寄存器传送级：微操作控制级2、常用运算方法规则、常用运算方法规则 原码、补码一位乘法，原码、补码不恢复余数原码、补码一位乘法，原码、补码不恢复余数除法，浮点运算法除法，浮点运算法（1）基本概念）基本概念（2）半导体存储器的逻辑设计）半导体存储器的逻辑设计芯片地址分配、片选逻辑、框图芯片地址分配、片选逻辑、框图3、存储器、存储器4、总线、总线（1）基本概念）基本概念（2）系统总线：信号组成，时序控制方式）系统总线：信号组成，时序控制方式42谢谢观赏2019-6-232、常用运算方法规则 原码、补码一位乘法，原码、补5、接口、接口（1）I/O传送的控制机制传送的控制机制中断：基本概念、中断控制器与接口、中断过程中断：基本概念、中断控制器与接口、中断过程（2）接口设计）接口设计接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源接口组成、拟定命令字和状态字格式、扩展中断源6、常用外设原理、常用外设原理（1）键盘：键码转换方法）键盘：键码转换方法（2）CRTCRT显示器：显示器：VRAMVRAM与屏幕显示的对应关系与屏幕显示的对应关系（VRAMVRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数器的设置）数器的设置）DMADMA：基本概念、：基本概念、DMADMA控制器与接口、控制器与接口、DMADMA过程过程（软件扫描）（软件扫描）43谢谢观赏2019-6-235、接口（1）I/O传送的控制机制中断：基本概念、中断控制器（3）打印机：）打印机：信息转换、调用过程（中断方式）信息转换、调用过程（中断方式）（4）磁盘：信息分布与寻址信息、）磁盘：信息分布与寻址信息、调用过程（调用过程（DMADMA方式）、速度指标和容量指标方式）、速度指标和容量指标第一章第一章 CPUCPU组织组织1.1 逻辑组成（模型机）逻辑组成（模型机）1、CPUCPU数据通路框图（寄存器级）数据通路框图（寄存器级）2、结构特点、结构特点（1）寄存器寄存器 独立结构独立结构可编程：可编程：R0R0R3R3、PCPC、SPSP、PSWPSW非编程：非编程：C C、D D、IRIR、MARMAR、MBRMBR44谢谢观赏2019-6-23（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式）（4）磁盘：信息（2）ALUALU部件部件作为作为CPUCPU内部数据传送通路的中心。内部数据传送通路的中心。输入选择器：选择操作数来源输入选择器：选择操作数来源ALUALU：运算处理：运算处理输出移位器：选择输出方式输出移位器：选择输出方式（3）內总线內总线单向数据总线（单向数据总线（ALUALU总线），实现数据分配。总线），实现数据分配。（4）与系统总线的连接与系统总线的连接由由MARMAR、MBRMBR实现连接。实现连接。45谢谢观赏2019-6-23（2）ALU部件作为CPU内部数据传送通路的中心。输入选择器1.2工作机制工作机制用寄存器传送语言描述指令从读取到执行的整个流用寄存器传送语言描述指令从读取到执行的整个流程。程。1.2.1指令流程（寄存器传送级）指令流程（寄存器传送级）拟定流程的关键：拟定流程的关键：清楚了解数据通路结构清楚了解数据通路结构 熟练掌握基本寻址方式熟练掌握基本寻址方式1 1、基本寻址方式（模型机）基本寻址方式（模型机）寄存器寄存器寻址寻址：R 寄存器寄存器间址间址：（：（R）自减型寄存器间自减型寄存器间址址：(R)、(SP)(用于入栈操作用于入栈操作)自增型寄存器间自增型寄存器间址址：(R)+、(SP)+(用于出栈操作用于出栈操作)立即寻立即寻址址：(PC)+变址：变址：(R)相对寻相对寻址址：(PC)46谢谢观赏2019-6-231.2工作机制用寄存器传送语言描述指令从读取到执行的整个流程2、思路、思路（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式分清源和目的，确定所采用的寻址方式源源在前，在前，目的目的在后。在后。（3）按周期拟定分步流程按周期拟定分步流程（1）了解指令功能，具体完成什么操作了解指令功能，具体完成什么操作MOVMOV：源数：源数 目的地目的地 ADDADD：结果：结果 目的地目的地JMPJMP：转移地址：转移地址 PC RSTPC RST：返回地址：返回地址 PC PC JSRJSR：子程序入口：子程序入口 PCPC，并保存返回地址，并保存返回地址 模型机允许：每一步完成模型机允许：每一步完成一次从读出，并经数据通路传送的操作；或一次从读出，并经数据通路传送的操作；或一次经数据通路传送的操作；或一次经数据通路传送的操作；或一次向写入的操作。一次向写入的操作。47谢谢观赏2019-6-232、思路（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式源在前，目的3、例题、例题（1）MOV MOV(SP)+，(R1)；（2）MOV MOV(R2)，(SP)；（3）ADD ADD(R0)，(R3)；（4）NEG NEG R2；（5）JMP JMP(R0)；（6）JSR(JSR(R1)+；（7）JMP JMP(PC)；（8）AND AND(PC)+，(PC)；48谢谢观赏2019-6-233、例题（1）MOV(SP)+，(R1)；48谢谢观指令流程在微操作级的具体实现。指令流程在微操作级的具体实现。1.2.2微命令序列微命令序列微命令设置微命令设置:（1）数据通路操作）数据通路操作 ALU输入选择：输入选择：R0 A、C B、ALU功能选择：功能选择：加加、减减、加加1、传送传送、移位功能选择：移位功能选择：左移左移、右移右移、直送直送、结果分配：结果分配：CPR0、CPR1、CPC、（2）访存操作）访存操作地址使能地址使能EMAREMAR、读、读R R、写、写W W（读（读/写写 R/WR/W）、）、置入置入SMBRSMBR、置入、置入SIRSIR49谢谢观赏2019-6-23指令流程在微操作级的具体实现。1.2.2微命令序列微命令设置1.2.2 微命令的产生方式微命令的产生方式1 1、组合逻辑控制方式、组合逻辑控制方式（1）基本思想）基本思想 综合化简产生微命令的条件，形成相应逻辑式，用综合化简产生微命令的条件，形成相应逻辑式，用组合逻辑电路实现。执行指令时，由组合组合逻辑电路实现。执行指令时，由组合逻辑电路逻辑电路（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。制有关操作。（2）优缺点）优缺点优点：速度快。优点：速度快。缺点缺点：设计不规整，结构零乱，不易修改、扩充：设计不规整，结构零乱，不易修改、扩充 指令系统功能。指令系统功能。（3）应用）应用用于高速计算机及小规模机器中。用于高速计算机及小规模机器中。50谢谢观赏2019-6-231.2.2 微命令的产生方式1、组合逻辑控制方式（1）基本思2 2、微程序控制方式、微程序控制方式（1）基本思想）基本思想 1）将）将微命令微命令以代码形式编成以代码形式编成微指令微指令，控制一步操，控制一步操作；作；2）若干微指令编成一段）若干微指令编成一段微程序微程序，解释执行一条机，解释执行一条机器指令；器指令；3）微程序事先存放在）微程序事先存放在控制存储器控制存储器（CM）中，执）中，执行机器指令时再取出。行机器指令时再取出。注意区分：注意区分：微指令微指令：机器指令机器指令：产生微命令，控制完成机器指令功能的产生微命令，控制完成机器指令功能的一步操作。一步操作。实现指令系统功能所规定的一种操作。实现指令系统功能所规定的一种操作。51谢谢观赏2019-6-232、微程序控制方式（1）基本思想 1）将微命令以代码形式编成微程序微程序：工作程序工作程序：包含若干微指令，解释执行一条机器指令。包含若干微指令，解释执行一条机器指令。包含若干机器指令，完成某一特定任务。包含若干机器指令，完成某一特定任务。CM：主存主存：存放微程序，位于存放微程序，位于CPU内。内。存放工作程序，位于存放工作程序，位于CPU外。外。（2）优缺点）优缺点优点：优点：结构规整，设计效率高，性价比高，可靠结构规整，设计效率高，性价比高，可靠 性高，易于修改、扩展性高，易于修改、扩展指令系统功能。指令系统功能。缺点：速度较慢缺点：速度较慢，执行效率受影响。，执行效率受影响。（3）应用）应用用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特别用于速度要求不是很高、功能复杂的机器中，特别适用于系列机。适用于系列机。52谢谢观赏2019-6-23微程序：工作程序：包含若干微指令，解释执行一条机器指令。包含1.2.3 时序控制方式时序控制方式掌握掌握定义定义、特点特点、应用场合应用场合。1、同步控制方式、同步控制方式（1）定义：各项操作与统一时序信号同步。）定义：各项操作与统一时序信号同步。操作与时序信号的关系操作与时序信号的关系同步控制方式同步控制方式 异步控制方式异步控制方式（2）特点：）特点：1）有明显时序时间划分；）有明显时序时间划分；3）各步操作的衔接、各部件之间的各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。数据传送受严格同步定时控制。2）时钟周期（节拍）时间固定；）时钟周期（节拍）时间固定；（3）应用场合：用于）应用场合：用于CPU内部、设备内部、总线内部、设备内部、总线 操作（各挂接部件速度差异小、传送操作（各挂接部件速度差异小、传送 时间确定、传送距离较近）。时间确定、传送距离较近）。53谢谢观赏2019-6-231.2.3 时序控制方式掌握定义、特点、应用场合。1、同步控2、异步控制方式、异步控制方式（2）特点：）特点：1）无严格时钟周期划分；）无严格时钟周期划分；2）各操作间的衔接、各部件之间的各操作间的衔接、各部件之间的数据传送采取数据传送采取异步应答方式异步应答方式。（3）应用场合：用于异步总线操作（各挂接部件）应用场合：用于异步总线操作（各挂接部件 速度差异大、传送时间不确定、传送速度差异大、传送时间不确定、传送 距离较远）。距离较远）。（1）定义：各项操作按需要安排不同时间，不受）定义：各项操作按需要安排不同时间，不受 统一时序约束。统一时序约束。主设备主设备：从设备从设备：申请并控制总线的设备。申请并控制总线的设备。响应主设备请求的设备。响应主设备请求的设备。54谢谢观赏2019-6-232、异步控制方式（2）特点：1）无严格时钟周期划分；2）各3、同步方式在实际应用中的变化、同步方式在实际应用中的变化（2）总线周期中插入延长周期。）总线周期中插入延长周期。（3）同步方式引入异步应答。）同步方式引入异步应答。（1）不同指令安排不同时钟周期数。）不同指令安排不同时钟周期数。（扩展同步方式扩展同步方式）1.3 运算方法与运算器运算方法与运算器1.3.1 运算方法运算方法1、原码一位乘法、原码一位乘法（1）原码运算）原码运算 操作数和结果用原码表示，绝对值参加运算，符号操作数和结果用原码表示，绝对值参加运算，符号单独处理。单独处理。（2）算法规则）算法规则 用乘数末位作判断位。用乘数末位作判断位。55谢谢观赏2019-6-233、同步方式在实际应用中的变化（2）总线周期中插入延长周期2、补码一位乘法、补码一位乘法（1）补码运算）补码运算 操作数和结果用补码表示，符号位参加运算。操作数和结果用补码表示，符号位参加运算。（2）算法规则）算法规则 乘数末位设置附加位，两位判断位。乘数末位设置附加位，两位判断位。3、原码不恢复余数除法、原码不恢复余数除法 算法规则：根据余数的正负决定上商及下一步操作算法规则：根据余数的正负决定上商及下一步操作。4、补码不恢复余数除法、补码不恢复余数除法 算法规则：根据余数与除数同号或异号决定上商及算法规则：根据余数与除数同号或异号决定上商及下一步操作。下一步操作。56谢谢观赏2019-6-232、补码一位乘法（1）补码运算 操作数和结果用补码表示，符6、浮点运算、浮点运算 加减法运算过程：加减法运算过程：（1）判操作数是否为）判操作数是否为0。（3）尾数加）尾数加/减减（2）对阶）对阶 原则：小阶向大阶对齐原则：小阶向大阶对齐操作：小阶增大，尾数右移操作：小阶增大，尾数右移（4）结果规格化）结果规格化 左规（尾数绝对值小于左规（尾数绝对值小于1/2）：尾数左移，阶码）：尾数左移，阶码-1右规（尾数绝对值大于右规（尾数绝对值大于1）：尾数右移，阶码）：尾数右移，阶码+11.3.2 运算器运算器硬件组成硬件组成 57谢谢观赏2019-6-236、浮点运算 加减法运算过程：（1）判操作数是否为0。（运算器运算器 全加器全加器 串行串行移位器移位器 ALU输入选择器输入选择器 ALU部件部件 寄存器寄存器 并行加法器并行加法器 加法器输入选择器加法器输入选择器 进位链进位链 并行并行分组分组58谢谢观赏2019-6-23运算器 全加器 串行移位器 ALU输入选择器 ALU部件 寄1.4 其他基本概念其他基本概念（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、隐地址、显地址等隐地址、显地址等 显式显式 I/O指令指令（2）I/O指令的设置指令的设置 隐式隐式 I/O指令指令（3）I/O指令的功能扩展指令的功能扩展 I/O指令中留有扩展余地指令中留有扩展余地用用通用通用I/O指令指令或或MOVMOV指令指令访问接口中的访问接口中的控制控制/状态寄存器状态寄存器（4）主机对外设的寻址方式）主机对外设的寻址方式 单独编址（为接口寄存器分配端口地址）单独编址（为接口寄存器分配端口地址）统一编址（为接口寄存器分配总线地址）统一编址（为接口寄存器分配总线地址）59谢谢观赏2019-6-231.4 其他基本概念（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结第二章第二章 存储子系统存储子系统2.1 半导体存储器逻辑设计半导体存储器逻辑设计 主要解决：主要解决：芯片的选用芯片的选用、地址分配地址分配、片选逻辑片选逻辑、信号线的连接信号线的连接例例1 1、用、用SRAMSRAM芯片（芯片（1K1K44位位/片）组成片）组成4KB4KB存储器。存储器。地址总线地址总线A15A15A0A0（低），双向数据总线（低），双向数据总线D7D7D0D0（低），读（低），读/写信号线写信号线R/WR/W。（1）芯片数：）芯片数：8片片（2）存储空间安排：）存储空间安排：任意连续区间任意连续区间（3）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：4KB：12位地址位地址A11A11A0A0 哪几位分配给芯片？哪几位形成片选哪几位分配给芯片？哪几位形成片选逻辑？逻辑？60谢谢观赏2019-6-23第二章 存储子系统2.1 半导体存储器逻辑设计 主要解 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑1KB1KB1KB1KB（4）逻辑图）逻辑图A9 A0A9 A0A9 A0A9 A0CS0=A11A10CS1=A11A10CS2=A11A10CS3=A11A10例例2 2、用、用4KB ROM4KB ROM芯片、芯片、2K2K44位和位和1 1K K44位位RAMRAM芯片芯片组成组成7KB7KB存储器。地址总线存储器。地址总线A15A15A0A0（低），双向数（低），双向数据总线据总线D7D7D0D0（低），读（低），读/写信号线写信号线R/WR/W。（1）芯片数：）芯片数：5片片连续区间，先安排大容量芯连续区间，先安排大容量芯片，后安排小容量芯片片，后安排小容量芯片（2）存储空间安排：）存储空间安排：61谢谢观赏2019-6-23 芯片 芯片地址 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑4KB2KB1KB（4）逻辑图）逻辑图A11 A0A10 A0A9 A0CS0=A12CS1=A12A11CS2=A12A11A10（3）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：7KB：13位地址位地址A12 A0例例3 3、存储器空间分配：存储器空间分配：ROMROM区：区：2000H2000H 27FFH27FFH （按字节编址）（按字节编址）RAMRAM区：区：2800H2800H 33FFH33FFH选用芯片：选用芯片：EPROM 2KB/EPROM 2KB/片片 RAM 2KB/RAM 2KB/片、片、1KB/1KB/片片62谢谢观赏2019-6-23 芯片 芯片地址 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑2KB2KB1KBA10 A0A10 A0A9 A0CS0=A12A11CS1=A12A11CS2=A12A11A10（3）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：5KB：13位地址位地址A12 A0ROMROM区：区：2KB2KBRAMRAM区：区：3KB3KB（1）计算容量：）计算容量：（2）芯片数：）芯片数：EPROM 1EPROM 1片、片、RAM 2RAM 2片片A15 A13 为为001即即A15A14A1363谢谢观赏2019-6-23 芯片 芯片地址 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑（2）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：64KB：16位地址位地址A15 A0例例4 4、主存、主存64KB64KB，其中高地址区，其中高地址区2KB2KB用于用于I/OI/O空间。空间。选用选用芯片芯片 8KB/KB/片。片。（1）芯片数：）芯片数：8片片8KB8KB8KB8KB8KBA12 A0A12 A0A12 A0A12 A0A12 A0CS0=A15A14A13A15A14A13CS1=A15A14A13A15A14A13CS2=A15A14A13A15A14A13CS6=A15A14A13A15A14A13CS7=A15A14A13A15A14A13A12A11A12A1164谢谢观赏2019-6-23 芯片 芯片地址 2.2 基本概念基本概念1、存储原理、存储原理SRAMSRAM：利用双稳态触发器内部交叉反馈存储信息。：利用双稳态触发器内部交叉反馈存储信息。DRAMDRAM：利用电容存储电荷存储信息。：利用电容存储电荷存储信息。2、动态刷新、动态刷新（1）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。（2）方式：按行读一遍。）方式：按行读一遍。（3）刷新周期安排方式）刷新周期安排方式集中刷新、分散刷新、异步刷新集中刷新、分散刷新、异步刷新65谢谢观赏2019-6-232.2 基本概念1、存储原理SRAM：利用双稳态触发器内部交（1）随机存取方式）随机存取方式3、存取方式、存取方式 1）可按地址直接访问任一单元；）可按地址直接访问任一单元；2）访问时间与单元地址无关。）访问时间与单元地址无关。访问时按顺序查找，访问时间与数据所在位置访问时按顺序查找，访问时间与数据所在位置有关。有关。（2）顺序存取方式）顺序存取方式（3）直接存取方式）直接存取方式 访问时先直接指向一个小区域，再按顺序查找，访问时先直接指向一个小区域，再按顺序查找，访问时间与数据所在位置有关。访问时间与数据所在位置有关。66谢谢观赏2019-6-23（1）随机存取方式3、存取方式 1）可按地址第三章第三章 I/OI/O子系统子系统3.1 总线与接口的基本概念总线与接口的基本概念3.1.1 3.1.1 总线总线1 1、定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息、定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息 传送线路。传送线路。1）CPU内总线内总线：CPU芯片内寄存器和算逻部件之芯片内寄存器和算逻部件之间互连的总线。间互连的总线。（1）按功能）按功能分类分类2 2、分类、分类2）部件内总线部件内总线：插件板内各芯片之间互连的总线。：插件板内各芯片之间互连的总线。3）系统总线系统总线：计算机系统内各功能部件之间或各：计算机系统内各功能部件之间或各插件板之间互连的总线。插件板之间互连的总线。67谢谢观赏2019-6-23第三章 I/O子系统3.1 总线与接口的基本概念3.1.4）外总线外总线：计算机系统之间，或计算机系统与其：计算机系统之间，或计算机系统与其他系统之间互连的总线。他系统之间互连的总线。（2）按时序控制方式）按时序控制方式分类分类1）同步总线同步总线：由控制模块提供统一的同步时序信：由控制模块提供统一的同步时序信号控制总线传送操作。号控制总线传送操作。（3）按数据传送格式）按数据传送格式分类分类2）异步总线异步总线：不采用统一时钟周期划分，根据传：不采用统一时钟周期划分，根据传送的实际需要决定总线周期长短，以异步应答方式送的实际需要决定总线周期长短，以异步应答方式控制总线传送操作。控制总线