70763

Устройство ввода-вывода

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Клавиатура дисплея используется для ввода входной информации программ данных и команд управления машиной. Центральным является микропроцессор устройство непосредственно осуществляющее преобразования информации которая поступает дисплея или oт других внешних устройств...

Русский

2014-10-26

375.5 KB

0 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Ввод-вывод

Цель работы:   Ознакомиться с устройствами ввода- вывода ;

1 – peгистром -портом

2 -терминалами

3 - принтерами

4- "записными книжками" ЭВМ, их разновидностями , принципом действия и назначением.

Введение

Схема микроЭВМ состоит  из двух частей - вычислительной и внешней. Внешним .устройствам микро-ЭВМ является алфавитно--цифровой  дисплей  (displny-отображение).  Такое  устройство называется терминалом (terninal - оконечное ycтройство). Экран дисплея служит для отображения выходной информации и может быть бытовым телевизором или специальным устройством. Клавиатура дисплея используется для ввода входной информации -программ, данных и команд управления машиной.

Для связи ЭВМ с пользователем в качестве устройства вывода применяются принтеры (принтер печатающее устройство). Они позволяют получать на бумажной ленте строки текста, графическое изображение.

Расширение возможностей ЭВМ по накоплению и хранению данных обеспечивает устройства внешней памяти представляющие собой накопители на магнитной ленте и магнитном диске.

Вычислительная часть  машины состоит из набора блоков, помещенных  в  отдельный  корпус.   Центральным   является микропроцессор - устройство, непосредственно осуществляющее преобразования информации, которая поступает дисплея (или oт других внешних устройств) через блоки ввода-вывода. Накопление информации происходит в блоке, памяти.

Некоторые операции, такие, как включение машин. производятся  через внешнюю, панель ,управления. Энергоснабжение осуществляется через блок питания. Все блоки соединяются между собой с помощью шипы (шина-Bus или Onmibus- "ко всем ).

Для понимания того, как машина решает поставленные задачи достаточно проанализировать устройство и работу трех блоков:           

-- блока микропроцессора

- памяти

-  блока ввода вывода.

Блок микропроцессора состоит непосредственно из самого  микропроцессора,      генератopa      тактовых      сигналов, синхронизирующих работу микропроцессора, и вспомогательного  постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), с которого данные только   считываются   (ROM).   Здесь   хранится   программа, предназначенная для организации начала работы машины при ее включении.

Блок питания- устройство, состоящее из схем памяти произвольного доступа   (RAM);   называется  ОЗУ. В этом устройстве хранятся данные и программы, которые могут не только читаться, но и снова записываться в эту память.

 

РЕГИСТР-ПОРТ

Внешние устройства ЭВМ, как правило, размещаются отдельно от блоков процессора и памяти. Для передачи данных от внешнего устройства на внутреннюю шину микропроцессора используется интерфейс средства сопряжения. Он представляет собой программные средства и электронную схему, размещаемую в блок. ввода-вывода данных. В частности, для связи с терминалом, применяется устройство, получившее название приемо - передатчика (УПП), соединенное с внешним устройством кабельной линией связи, где число проводов различно для разных интерфейсов

Каждая клавиша клавиатуры (рис 2) соединена проводом с шифратором

устройством, которое преобразует сигнал, поступающий от нажатой клавиши в соответствующий ей код КОИ-7. Так как этот код 7-битовый необходимо как минимум семь проводов для передачи кода в микропроцеccop. Код символа nocтупает на УППП, которое запоминает его в специальном регистре, получившем название nopт ввода-вывода (port многоразрядный вход или выход)  Микропроцессор во время операции ввода считывает содержимое порта на шину и передаето, например, в аккумулятор для обработки. Порт ввода данных с клавиатуры 8-- разрядный. Семь бит его содержат поступающий код символа; старший бит, как правило, имеет значение 0.

Аналогично opганизован nopт вывода данных на экран  В отличие от порта ввода, код символа поступает с внутренней шины микропроцессора и затем передается по линиям связи на внешнее устройство. Количество  портов ввода вывода в различных ЭВМ колеблется  от едини

 

цы до нескольких десятков хотя в принципе их количество может быть 2n , где n - разрядность адресации портов. Как же процессор отличает один порт от другого ? Каждому порту присваивается адрес из пространства адресов основной памяти процессора. Поэтому теоретически порт может располагаться в любом месте памяти, и даже всё адресное пространство (216 ) может быть занято портами. Практически под порты ввода-вывода отводится часть адресов, например верхние 4 килобайта - от шестнадцатеричного адреса Е 000 до адреса FFFE. Как и основная память. порты связаны с микропроцессором через внутреннюю шину

На схеме блока ввода-вывода рис.3, состоящего из нескольких портов, в состав блока входит дешифратор адреса порта ввода-вывода, на который заводится шина адреса и линия управления. Дешифратор по поступившему адресу выбирает требуемый порт и в соответствии с сигналами линий управления задает ему необходимую операцию: чтение или запись на шину.

Кроме портов ввода-вывода, каждому внешнему устройству соответствуют порты управления и синхронизации. Эти порты, представляющие также 8-разрядные регистры, используются для программного управления внешними устройствами Отдельные биты этих портов определяют, например, момент освобождения порта ввода-вывода от предыдущего данного или поступления нового данного от  внешнего устройства. Таким образом, для связи с терминалом (видеотерминалом) необходимо четыре порта: 2 ввода-вывода и 2 порта управления, используя которые, программист может в определенном месте своей программы opганизовать выдачу символов на экран или прием их с клавиатуры.

Схема блока ввода вывода . .

 

Микропроцессор, память и Блок ввода- вывода объединяются в единую систему с помощью внутренней шины. Она состоит из 8 линий данных, но которым эти данные можно передавать в двух направлениях: к МП и от него. 16-разрядная адресная часть шины соединена с дешифраторами памяти и портами ввода- вывода. Линии  управления предназначены для определения тина операций . которую необходимо выполнить памяти или порту вводаывода. Кроме этого, по внутренней шине передаются некоторые другие сигналы управления, а также питание и заземление. Однако для организации программирования они не существенны.

Литература:

Нестеренко А.В.

ЭВМ и профессия программиста

М "Просвящение" 1990г. 160.с

2. ТЕРМИНАЛЫ

В конструкции ЭВМ предусмотрены средства, позволяющие общаться с машинами, следить за  «жизнедеятельностью» их устройств. Для этого применяются всевозможные циферблатные, стрелочные индикаторы и мерцающие разными цветами лампочки. Чем сложнее машина и процессы протекающие в ней, тем больше требуется подобных элементов индикации, т.к. информативное каждого из них пока ещё предельно мала. Например, мигание красной лампочки ни о чем больше не говорит, как только о факте аварии. Более насыщено информацией слово или изображение. Поэтому   уже первые ЭВМ стали снабжаться оперативными печатающими   устройствами- терминалами, на   котором естественным языком слов и цифр выводилась    текущая информация. Скорость печатающей машины не соответствует высокому быстродействию электронных схем ЭВМ.

Усовершенствованные  электронно-лучевые     трубки   и устройства содержащие их в своем составе практически мгновенно соображают не только отдельные строки команд или сообщений, но и целые тексты, чертежи деталей, архитектурные эскизы, поворачивающиеся в разных плоскостях и окрашенные разными цветами.

Существует много способов формирования изображений символов на    экране ЭЛТ, Сейчас наиболее распространено растровое – сканирование с формированием точных  изображении символов, когда электронный луч перемещается  на экране по регулярной траектории , состоящей из отдельных cтpок (линий) растра. Обычно луч движется из верхнего левого угла экрана слева направо и сверху вниз. Во время обратного хода луч выключается, и eго невидно.

 

Рис. 4

а) ход луча на экране б) растровая графика в) векторная графика

3. ПРИНТЕРЫ

Дисплей не позволяет зафиксировать на длительное хранение наиболее важную информацию. Поэтому необходимость вывода на бумагу не исчезла, а, наоборот обострилась. Современная ЭВМ не только считает, но и пишет, рисует с помощью устройств, называемых принтерами.

Современные принтеры различаются по способу формирования строки и отдельного символа. В построечных (параллельных) принтерах строка; предварительно набранная в памяти печатается вся сразу. В последовательных принтерах строка текста образуется последовательным выводом символа за символом. Параллельные принтеры работают с большой скоростью (до 1200 строк в минуту), однако они имеют высокую стоимость и конструкции их громоздки.

Скорость печати последовательных принтеров невелика - до 180 символов в секунду (приблизительно 85 строк в минуту), так как необходимо перемещать на каждую позицию строки инерционную каретку и возвращать ее в исходное состояние после печати строки. И тем не менее такие устройства получают все большее распространение благодаря компактности и дешевизне.

Изображение символа может быть слитным, как у пишущих машинок,, и точечным. Последнее изображение (точечное) сходно с экранным, оно также формируется на матрице. Код выводимого символа подается в знакогенератор, который формирует сигналы, управляющие иглами печатающей головки принтера, которые приходят в движение и ударяют по красящей ленте; на бумаге появляется символ.

Традиционный метод печати (удар печатающей головки по красящей ленте) используется в ударных принтерах, а в безударных принтерах формирование изображения символов не связано, с механическим движением такой головки. В основе безударных принтеров например в термографических, лежит локальный нагрев специальной теплочувствительной бумаги, приводящей к изменению ее цвета. Печатающая головка имеет небольшие элементы, которые нагреваются до 200 С. Прижимаясь к бумаге, они формируют точечное изображение символа. Достоинством таких устройств является бесшумность в работе, но зато скорость достигает всего 30 символов в секунду.

Совершенствование принтеров основано на  применении встроенных микропроцессоров, которые позволяют организовать печать строки в двух направлениях и при этом исключать потери времени на возврат механизма к исходному состоянию, а также позволяют изменять размеры и наклон символа.

4. " ЗАПИСНЫЕ КНИЖКИ" ЭВМ

В связи с возможностью ЭВМ поглотить за 1 с большой объем информации возникла проблема с хранением этих объемов. Оперативная память 16-разрядной микро-ЭВМ ограничена 64 кбайтами. Используя дополнительные шины, можно довести этот объем до мегабайта. Дальнейший рост оперативной памяти ограничен техническими и экономическими возможностями. Поиск удобной и емкой Среды для хранения информации привел к магнитной записи. Постепенно в качестве основных носителей в ЭВМ стали применяться магнитные ленты и диски, основными достоинствами которых являются сравнительно небольшие габариты и записи. Существенным преимуществом магнитных носителей является энергонезависимость, что позволяет длительное время на ленточных катушках, пакетах дисков, дискетах без затрат энергии сохранять записанную на них информацию.

Магнитофонные записи

Магнитная лента имеет синтетическую основу, покрытую тонким слоем специального магнитного материала-ферролака. Запись на ленту основана на принципе насыщения магнитного материала в том или ином направлении, что позволяет отличать единицу от нуля. Один байт формирует поперек ленты 8 головок, объединенных в блок. При этом используется и дополнительная девятая головка для контрольного бита. Байты, записанные на ленту, группируются в блоки данных длиной до 2048 байт. Блоки объединяются в записи, а совокупность записей образует файл, снабженный заголовком.

Конструктивно накопители на магнитной ленте (НМЛ) больших машин имеют две съемные катушки, у которых емкость каждой ленты до 180 Мбайт, а также высокие скорости прохождения лент, что обеспечивает и высокую скорость передачи данных между ЭВМ и НМЛ. Для того чтобы лента быстро разгонялась и находилась в постоянном натяжении, требуются дополнительные конструктивные решения, а это делает НМЛ громоздкими и дорогими.

Для микроЭВМ нашли применение кассетные НМЛ. Они имеют значительно меньшую емкость и скорость обмена, но зато компактны и дешевы. Миниатюрные кассеты находятся в пластмассовом корпусе, защищающим ленту от пыли и отпечатков пальцев, а также значительно упрощающем процесс установки ленты в НМЛ.

Рис.  Характеристика кассетного НМЛ

Дисковая память

Магнитные ленты хороши для длительного хранения больших объемов информации, но сам принцип, основанный на перематывании ленты для поиска нужных данных, ограничивает их применение там, где требуется очень высокая скорость доступа к данным. В качестве устройств с малым  временем обращения широко используются накопители на магнитных дисках (НМД). За несколько десятков миллисекунд удается считать с диска блок данных, имеющий в среднем объем 512 байт. А емкость некоторых дисков, собранных в пакет, достигает 100 и более Mb. Быстрая работа НМД достигается за счет того, что диск, в отличие от ленты, постоянно вращается с очень высокой скоростью, а процесс записи или считывания осуществляется подвижными головками.

Существуют различные конструкции НМД, но они определяются двумя разновидностями самих дисков. Накопители с металлическими дисками (алюминий с ферритовым покрытием) они имеют наиболее высокие  характеристики, но зато более дорогие и громоздкие, требуют специальных условий для эксплуатации. Для микроЭВМ используются накопители с гибкими  дисками из синтетического материала (майлара) с ферролаковым  покрытием. Они уступают по скорости и емкости НМД с металлическими дисками, но зато имеют небольшие габариты, экономичны и дешевы, не требуют особых условий эксплуатации и при обладают достаточной надежностью.

Гибкий диск, называемый еще дискет, постоянно находится в защитном конверте, внутренняя поверхность которого поглощает инородные частицы. В конверте имеется прорезь для доступа к магнитной головке и индексное отверстие, отмечающее начало дорожки. Дорожек обычно насчитывается 17, одна из которых -нулевая, она служит для разметки диска, а еще две - запасные; другие 74 дорожки могут использоваться как рабочие для записи информации пользователя. Каждая дорожка разбивается на секторы, число которых равно 26. Емкость одного сектора 128 байт, этими порциями и происходит обмен информацией между НМД и ЭВМ. Обычно НМД имеет два механизма привода гибких дисков, т.к. общая емкость НМД достигает 512 к байт, но это еще не граница, т.к. возможности повышения емкости гибких дисков есть и они в ближайшем будущем будут реализованы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41136. Математические выражения для термодинамической работы и теплоты 97 KB
  Математические выражения для термодинамической работы и теплоты. Вычисление работы и теплоты. Вычисление теплоты. В качестве силы которая обеспечивает передачу теплоты от одних тел к другим Клаузиус предложил рассматривать температуру а в качестве обобщенной координаты некоторый параметр состояния который называется энтропия.
41137. Проекции прямой 337 KB
  Положение прямой относительно плоскости проекций Определение натуральной величины отрезка. Следы прямой. Проецирование прямой на три плоскости проекции.
41138. Топологические элементы схемы: ветви, узлы, контуры 435 KB
  Электрическая схема представляет собой графическое изображение электрической цепи. Она показывает как осуществляется соединение элементов рассматриваемой электрической цепи. Электрическими элементами схемы служат активные и пассивные элементы цепи. Ветвь – участок схемы расположенный между двумя узлами и образованный одним или несколькими последовательно соединенными электрическими элементами цепи рис.
41139. Основные понятия теории вакуума 574 KB
  Первый принцип реализован в газоперемещающих насосах. Для удаления порции газа необходимо изолировать в рабочей камере насоса определенный объем газа переместить его от входного патрубка насоса к выходному сжать в процессе перемещения до давления большего чем давление в выходном сечении насоса и вытолкнуть газ за пределы насоса. Вакуумные насосы которые откачивают газ отдельными порциями в результате периодического изменения объема и положения рабочей камеры называются объемными вакуумными насосами. Объемными вакуумными насосами...
41140. Турбомолекулярные насосы 332 KB
  Поэтому вал таких насосов должен вращаться со скоростью 10 000–60 000 об мин в зависимости от диаметра насоса. По сравнению со многими другими сверхвысоковакуумными насосами турбомолекулярным насосам присущ ряд преимуществ: постоянная готовность к работе быстрый 10–15 мин запуск нечувствительность к резкому повышению давления вплоть до атмосферного широкий диапазон рабочих давлений 10–7 – 10–1 Па примерно одинаковая быстрота действия по большинству газов чрезвычайно высокая степень сжатия 1015 для газов с большой молекулярной...
41141. Объекты логистического управления 85 KB
  Материальные потоки их характеристика и классификация. Финансовые информационные потоки и потоки услуг. Материальные потоки их характеристика и классификация. Материальные потоки образуются в результате транспортировки складирования и выполнения других материальных операций с сырьем полуфабрикатами и готовыми изделиями начиная от первичного источника сырья вплоть до конечного потребителя.
41142. Программные средства шифрования 298.5 KB
  Все звучит довольно красиво, и, как правило, оправдывается на деле при использовании шифрования. Шифрование, несомненно, является важнейшим средством обеспечения безопасности. Механизмы шифрования помогают защитить конфиденциальность и целостность информации. Механизмы шифрования помогают идентифицировать источник информации.
41143. Первый закон термодинамики 154.5 KB
  Первый закон термодинамики. До формулировки Первого начала термодинамики в 1840х годах учеными Джоулем 1840 Майером 1842 и Гельмгольцем 1847 в науке наряду с материалистическим пониманием закона сохранения и превращения энергии одной из форм которого и является Первое начало термодинамики существовала теория теплорода. Формулировка Первого начала термодинамики основана на экспериментальных исследованиях. Первый закон термодинамики вообще говоря является постулатом.
41144. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ 845.5 KB
  Неотъемлемой частью любой вакуумной системы является аппаратура для измерения давления разрежённого газа. Область давления используемая в современной вакуумной технике 105 – 1012 Па. В практике измерения давления разрежённых газов применяются различные типы преобразователей отличающиеся по принципу действия и классу точности. При малых давлениях непосредственное измерение силы давления невозможно из-за её малости.