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1、硬件组成,显示设备,显示器适配器,显示器件,（控制器、接口）,（CRT、LED、PDP、LCD）,本章主要讨论：,CRT显示器,成象原理、,屏幕显示与显示缓存的对应关系,显示方式、,屏幕显示与显示缓存的对应关系,VRAM,第六章 输入/输出设备,6.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格,显示方式,字符/数字(A/N)方式：,图形(APA)方式：,以字符为显示单位,以点(象素)为显示单位,显示规格,显示方式,分辨率,颜色,A/N：一帧画面显示的字符数,（字符行数列数）,APA：一帧画面显示的象点数,（每线点数线数）,分辨率,2580,640200,适配器提供显示规格,如VGA卡：,A/N：,
2、APA：,2540、2580，,320200、,2色、4色,800600，,2色、256色,1.CRT结构,6.2 光栅扫描成象原理,视频放大,扫描控制,视频信号,水平同步信号,垂直同步信号,2.扫描方式,电子束无固定扫描路径，,随机扫描：,控制电路复杂。,光栅扫描：,电子束扫描路径固定,（自上而下，从左,向右全屏扫描），,控制电路简单。,3.光栅的形成,水平正扫,水平回扫,垂直回扫,水平偏转线圈加锯齿波电,流,形成水平扫描线,（行扫描）,垂直偏转线圈加锯齿波电,流,使水平线垂直移动,（场扫描）,行扫描电流：,场扫描电流：,帧频不低于25HZ,水平、垂直同步分别控制电子束X向与Y向偏转,I R
3、 G B 颜色,4.象点存在的因素,视频=0，点暗,红,象点,位置：,亮度：,颜色：,视频信号控制电子束通、断,视频=1，点亮,红、绿、蓝三基色控制,红点,绿点,蓝点,0 1 0 0,1 1 0 0,淡红,0 0 1 0,绿,1 0 1 0,淡绿,0 1 1 1,白,例.2513字符发生器，,5.字符点阵的形成与屏幕组织,可提供64种字符点阵,字符点阵图形：,（1）字符发生器,产生字符点阵代码。,（79）,（58点阵）,字符点阵代码：,ROM,字符译码,648单元,行译码,字符编码（ROM高6位地址）,扫描线序号,（ROM低3位地址）,输出,例.,A B C D E F,（2）屏幕组织,每行字
4、符逐线扫描。,字符79，字符区914,1）扫描顺序,2）间隔,横向间隔2点（消隐）,纵向间隔5线（消隐）,6.3 屏幕显示与显示器缓存(VRAM)的对应关系,显存功能,数据缓冲,屏幕刷新,对显存的操作直接影响屏幕显示。,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、,同步控制。,若显示规格为25行80列，,（1）A/N方式,VRAM内容：,基本容量=2580=2KB,1.显存内容和容量,字符的编码（ASCII码）,VRAM容量：,（一字节存放一字符编码）,（2）APA方式,图形的象点代码,VRAM内容：,（一位存放一点，单色）,VRAM容量：,若显示规格为640点200线，,
5、基本容量=,8,640200,若考虑字符属性，显存容量增加。,=16KB,若考虑颜色,分辨率不变：,颜色,容量,容量不变：,颜色,分辨率,屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从 低到高安排。,2.显存地址组织,3.信息转换,能实现将A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示的行、列号决定。,A,B,G,F,行号决定地址的高位,列号决定地址的低位,A,A,A,A,A,A,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/图形点代码）转换为字符/图形显示在屏幕上。,（1）A/N,VRAM,移位寄存器,并行,串行,A,N,D,字符编码,字符发生器,扫描时序
6、,一行点阵代码(并),移位器,视频信号(串),显示头,（2）APA,VRAM,移位寄存器,并行,串行,一字节点代码(并),移位器,视频信号(串),显示头,视频的发送与电子束扫描严格同步：,4.同步控制,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。,需解决：,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。,何时发水平同步信号？,何时发垂直同步信号？,以控制电子束扫描。,在显示器中设置若干级计数器，对显示器点频进行若干级分频，产生相应控制信号。,例.显示规格25行80列，,（1）A/N方式,字符79,字符区914,7,2,9,9点,5,14线,80字符,25行,设置4级
7、计数器,1）点计数器：,点计数器,字符 计数器,线计数器,行计数器,对一个字符的一行点计数。,点频,9：1,一次点计数循环访问一次VRAM、ROM。,2）字符计数器：,对一帧的字符列计数。,(80+l)：1,一次字符计数循环发一次水平同步信号。,3）线计数器：,对一行字符的扫描线计数。,14：1,线计数值提供ROM低位地址。,4）行计数器：,对一帧的字符行计数。,(25+m)：1,帧频,一次行计数循环发一次垂直同步信号。,字符计数值提供VRAM列地址（低地址）。,行计数值提供VRAM行地址（高地址）。,例.显示规格800点200线、单色,（1）APA方式,8点,200线,100字节,设置几级计
8、数器？,何时访问VRAM？,何时发水平、垂直同步信号？,8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（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）。,光栅扫描成像原理,1、CRT结构,电子枪,聚焦系统,垂直 偏转线圈,水平 偏转线圈,视频放大,扫描偏转电路,视频信号,垂直同步,水平同步,荧光屏,电子束,视频信号放大系统，电子枪，扫描偏转系统， 荧光屏等几部分,2、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,3、光栅的形成,2）、垂直偏转线圈加锯齿波电流，使扫描线垂直移动 （场扫描）,1）、水平偏转线圈加锯齿波电流，形成水平扫描线 （行扫描）,Ix,
9、正程,回扫,t,Iy,正程,回扫,t,水平扫描电流,垂直扫描电流,fx = S fy,行频,一帧扫描线数,场频,帧频不低于25HZ,4、频率关系,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=帧频,隔行扫描：一帧二遍扫完：场频=2 X 帧频,5、一帧画面的组成,位置（x偏转，y偏转）水平同步，垂直同步,亮度（y调逃） 视频信号（脉冲串）,颜色：红、绿、兰三基色控制,象点,6、字符点阵的形成与屏幕组织,字符点阵图形,11111111 00011000 00011000 00011000 00011000 00011000 00011000 00011000,例：字符T的图形点
10、阵,8X8点阵及对应编码,1）、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 由专用的ROM芯片构成。,例：2513芯片，64种字符，5 X 8，则每个字符的点阵 占连续8个单元。 存放64种字符需容量为：64X8,ROM 64 X 8 X 5,扫描线序号 低3位地址,字符编码高6位地址,输出（5位）,一个字符的点阵存放在ROM中连续的8个单元中,11111,00100,00100,00100,xxxxxx000,xxxxxx001,xxxxxx010,xxxxxx110,xxxxxx111,扫描线序号,ROM 字符发生器,00000,10001,10001,10001,10001
11、,00100,字符T编码,xxxxxx000,xxxxxx001,xxxxxx010,xxxxxx110,xxxxxx111,字符H 编码,2）、扫描顺序：一行所有字符逐线扫描,ABCDEFGH.,5条扫 描线,屏幕显示和显示缓冲存储器的对应关系,1、VRAM（显示缓冲存储器）的内容和容量,1）、字符方式：内容：一帧字符的编码,容量：设分辩率为25X80，一字节放一字 符编码，容量=25X80 = 2KB,2）、图形方式：内容：一帧图形点阵的代码,容量：设分辩率为640X200，一位存放一 点，容量=640X200/8 = 16KB,3）、间隔,如PC机：字符点阵 7X9 字符区 9X14,横
12、向间隔2点，纵向间隔5点,2、属性信息与属性缓存,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,下划线 背景颜色 闪烁 字符颜色,7 4 3 0,字符编码 属性 字符编码 属性,VRAM,0,1,2,3,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 缓存容量不变：颜色越多，分辩率越低,例1：单色，分辨率为800X600， 容量为 800X600/8 =60K 例2：四色显示，分辨率为800X600 容量为 800X600/4 =120K 例3：16色显示，分辨率为1024X768 容量为 1024X768/2 =384K,3、缓存地
13、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,1)、字符方式：设分辩率为：25X80。则显示缓存 中前80个单元中的字符编码经字符发生器显示在屏幕的 第0行，由此类推。,0,1,80,2,79,字符编码 属性 字符编码 属性,VRAM,0,1,2,3,单元与 屏幕位置一一对应,2)、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。 如为单色：一个单元的8位可以对应8个象素点 如为彩色：则由色彩数量确定。,单色8个 象素点,VRAM,0,1,2,3,4、信息的转换,1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码； 将字符编码与CRT控制器提供的扫描时序分别送入
14、字 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,VRAM,ROM,移位寄存器,字符编 码,扫描时序（扫描线序号）,一行点阵代码,并,视频信号（串）,显示头,设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出ROM中字符A在0线上的点阵显示，再取出字符N在0线上的点阵显示，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。由此类推,ANDE.,4、信息的转换,1)、字符方式：首先从显示缓存中取出字符编码； 将字符编码与CRT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； 取出字符的该扫描线上的点阵代码，控制显示,VRAM,ROM,移位寄存器,字符编 码,扫描时序（扫描线
15、序号）,一行点阵代码,并,视频信号（串）,显示头,设字符点阵为5X8，扫描第一线时先取出ROM中字符A在0线上的点阵显示，再取出字符N在0线上的点阵显示，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。由此类推,ANDE.,VRAM,ROM,A编码,N编码,D编码,A点阵,Xxxx000 xxx111,B点阵,D点阵,N点阵,Xxxx000 xxx111,Xxxx000 xxx111,扫描线序号,字符编码,移 位 寄 存 器,并,串,000,5位,001,2)、图形方式,VRAM,移位寄存器,象点代码,并,视频信号（串）,显示头,扫描同步,5、同步控制,7,9,2,5,字符计数,点计数,
16、线 计 数,行 计 数,0行,24行,0列,79列,1)、字符方式,例：分辩率：25X80,字符点阵：7X9,字符区：9X14,消隐,点计数器,1,2,3,4,5,7,6,字符计数器+1,1,2,80,线 计 数 器 +1,1,2,行计数器+1,1,9+5,2,25,(1)、点计数分频：提供某一线上一个字符所需点的计数 是读VRAM和ROM的一个依据，（7+2）：1.,(2)、字符计数分频：对一行字符数计数，（80+l):1. 用于产生水平同步（计数完成后水平回扫）。,(3)、线计数分频：对一行字符所需扫描线计数，是读 ROM的一个依据。（9+5）：1.,(4)、行计数分频：一帧字符行计数，（
17、25+M）：1。 用于产生垂直同步（计数完成后垂直回扫）。,VRAM的地址由行计数和字符计数决定 ROM的地址由字符编码和线计数决定。,点计数器,字符计数器,线计数器,点频(主频),9：1,(80+l)：1,14：1,读VRAM 读ROM,提供缓存 (VRAM)列地址 (低位地址),发水平 同步,提供ROM 行地址,行计数器,(25+m)：1,帧频,提供缓存 (VRAM)行地址 (高位地址),发垂直 同步,2)、图形方式,例：设分辨率为：640点X200线,（1）、点计数分频：8：1.（读VRAM),（2）、字节计数分频：（80+L）：1.(发水平同步）,（3）、线计数分频：（200+M）：1
18、.（发垂直同步）,6、显示控制器的逻辑框图,地址选择开关,VRAM,显示器 控制器,ROM,移位寄存器,视频信号 处理逻辑,CPU地址,行同步，场同步 光标等,CPU控制 信号,加亮,视频信号,水平同步,垂直同步,1)、初始化：预置显示方式和显示格式,2）、CPU访问VRAM，送显示内容,3）、显示器控制器控制同步访存和屏幕扫描,工作过程：,计算机组成原理考研辅导 电子科大计算机系,建立整机概念,两个层次,两个方面,CPU整机概念,硬件系统整机概念,逻辑组成,工作机制,主要内容：,1、CPU,（1）逻辑组成,寄存器传送级：,微操作控制级：,各类指令的流程,微命令序列,寄存器、ALU设置，数据通
19、路结构,（2）工作机制,指令的执行过程,2、常用运算方法规则,原码、补码一位乘法，原码、补码不恢复余数除法，浮点运算法,（1）基本概念,（2）半导体存储器的逻辑设计,芯片地址分配、片选逻辑、框图,3、存储器,4、总线,（1）基本概念,（2）系统总线：信号组成，时序控制方式,5、接口,（1）I/O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,（2）接口设计,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,（1）键盘：键码转换方法,（2）CRT显示器：VRAM与屏幕显示的对应关系（VRAM内容和容量、地址组织、信息转换、同步计数器的设置）,DMA：基本概念、DMA控制
20、器与接口、 DMA过程,（软件扫描）,（3）打印机：信息转换、调用过程（中断方式）,（4）磁盘：信息分布与寻址信息、调用过程（DMA方式）、速度指标和容量指标,第一章 CPU组织,1.1 逻辑组成（模型机）,1、CPU数据通路框图（寄存器级）,2、结构特点 （1）寄存器 独立结构,可编程：R0R3、PC、SP、PSW,非编程：C、D、IR、MAR、MBR,1.2工作机制,1、基本寻址方式（模型机）,寄存器寻址 ：R 寄存器间址 ：（R）,自减型寄存器间址 ：(R)、(SP) (用于入栈操作),自增型寄存器间址 ：(R)+、(SP)+ (用于出栈操作),立即寻址 ：(PC)+ 变址：(R),相对
21、寻址 ：(PC),2、思路,（2）分清源和目的，确定所采用的寻址方式,源在前，目的在后。,（3）按周期拟定分步流程,（1）了解指令功能，具体完成什么操作,3、例题,（1） MOV (SP)+ ，(R1)； （2） MOV (R2)，(SP)； （3） ADD (R0) ，(R3)； （4） NEG R2； （5） JMP (R0)； （6） JSR (R1)+； （7） JMP (PC)； （8） AND (PC)+，(PC)；,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）数据通路操作,1.2.2 微命令的产生方式,1、组合逻辑控制方式,（1）基本思想,综合化简产
22、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，由组合逻辑电路（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。,（2）优缺点,（3）应用,用于高速计算机及小规模机器中。,2、微程序控制方式,（1）基本思想,注意区分：,产生微命令，控制完成机器指令功能的一步操作。,实现指令系统功能所规定的一种操作。,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。,存放微程序，位于CPU内。,存放工作程序，位于CPU外。,（2）优缺点,（3）应用,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。,1.2.3 时序控制方式,掌握定义、特点、应用场合。,
23、1、同步控制方式,（1）定义：各项操作与统一时序信号同步。,2、异步控制方式,申请并控制总线的设备。,响应主设备请求的设备。,3、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。,（3）同步方式引入异步应答。,（1）不同指令安排不同时钟周期数。,（扩展同步方式）,1.3 运算方法与运算器,1.3.1 运算方法,1、原码一位乘法,2、补码一位乘法,6、浮点运算,加减法运算过程：,（1）判操作数是否为0。,（3）尾数加/减,1.3.2 运算器,硬件组成,1.4 其他基本概念,（1）溢出及判断方法、扩展操作码、地址结构、隐地址、显地址等,第二章 存储子系统,（1）芯片数：,8片,（2）存储
24、空间安排：,任意连续区间,（3）芯片地址分配与片选逻辑：,4KB：12位地址A11A0,哪几位分配给芯片？哪几位形成片选逻辑？,芯片 芯片地址 片选逻辑,1KB 1KB 1KB 1KB,（4）逻辑图,A9 A0 A9 A0 A9 A0 A9 A0,芯片 芯片地址 片选逻辑,4KB 2KB 1KB,（4）逻辑图,A11 A0 A10 A0 A9 A0,CS0=A12 CS1=A12A11 CS2=A12A11A10,（3）芯片地址分配与片选逻辑：,7KB：13位地址A12 A0,芯片 芯片地址 片选逻辑,2KB 2KB 1KB,A10 A0 A10 A0 A9 A0,CS0=A12A11 CS1
25、=A12A11 CS2=A12A11A10,（3）芯片地址分配与片选逻辑：,5KB：13位地址A12 A0,ROM区：2KB,RAM区：3KB,（1）计算容量：,（2）芯片数： EPROM 1片、RAM 2片,A15 A13,为001,芯片 芯片地址 片选逻辑,例4、主存64KB，其中高地址区2KB用于I/O空间。选用芯片 8KB/片。,（1）芯片数： 8片,2.2 基本概念,1、存储原理,SRAM：利用双稳态触发器内部交叉反馈存储信息。,DRAM：利用电容存储电荷存储信息。,2、动态刷新,（1）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。,（2）方式：按行读一遍。,第三章 I/O子系统,3.1 总线
26、与接口的基本概念,1）CPU内总线：CPU芯片内寄存器和算逻部件之间互连的总线。,2）部件内总线：插件板内各芯片之间互连的总线。,3）系统总线：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。,4）外总线：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。,（3）按数据传送格式分类,2）异步总线：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，以异步应答方式控制总线传送操作。,3）扩展同步总线：以时钟周期为时序基础，允许总线周期中的时钟数可变。,(1)按数据传送格式划分,(2)按时序控制方式划分,(3)按I/O传送控制方式划分,（可采用查询方式）,（可插入中断作DMA善后处
27、理）,3.2 I/O传送控制机制,2、中断服务程序入口地址的获取,（2）非向量中断方式,将服务程序入口组织在查询程序中；CPU响应时执行查询程序，确定中断源，转入相应服务程序。,3、中断接口功能模型,4、中断全过程（主机与外设交换信息）,（2）发启动命令(送命令字)，启动设备。,（3）设备完成工作，申请中断。,（6）中断控制器送出中断号。,（9）返回原程序（返回前开中断）。,5、中断接口设计,例、某机需扩展两个外中断源。CPU发向两设备的命令字包括启动、停止、读、写等，设备状态包括忙、完成、故障等。两设备共用一个中断类型码（IRQ2）。设计接口，要求两设备能同时启动，并行工作。,（1）接口组成
28、,两设备共用一个接口，设置一个命令字（分两段），一个状态字（分两段），两个缓冲器。,（2）命令字、状态字格式,（3）扩展方法：向量中断+非向量中断方式,两设备公共请求送IRQ2。若IRQ2被响应，则转入IRQ2服务程序，在该程序中设置有两设备服务程序入口。 IRQ2服务程序查询状态字（先查询的设备优先级高），转相应中断处理。,2、 DMA控制器与接口,3、 DMA全过程,第四章 主要I/O设备原理,4.1 磁盘,4.1.1 信息分布与寻址信息,4.1.2 调用过程（DMA方式）,(1)CPU向适配器送出驱动器号、圆柱面号、磁头号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息；向DMA控制器送出传送方向、主
29、存首址、交换量等信息。,(2)适配器启动寻道，并用中断方式判寻道是否正确。,(3)适配器准备好(读盘：扇区缓存满一扇区；写盘：扇区缓存空一扇区）,提出DMA请求。,(5)批量传送完毕，适配器申请中断。,(6)CPU响应，调回状态字，作善后处理。,(4)CPU响应，由DMA控制器控制总线，实现传送。,4.1.4 主要技术指标,1、容量,2、速度,4.2 CRT显示器,4.2.1 显示方式与分辨率,4.2.2 显示缓存VRAM与屏幕显示的对应关系,1、显存内容与容量计算,例、分辨率为25行80列,（2）容量,1）字符方式：一个字节单元存放一个字符编码。,基本容量= 2580=2KB,2）图形方式：一位存放一个点。,例、分辨率为640点200线,2）图形方式,4、同步控制,（1）字符方式,（2）图形方式,4.3 键盘,软件扫描法：逐行扫描,调用过程（中断方式）：,4.4 打印机,初始化，接收代码，打印处理,软件扫描法：逐行扫描,