单元二 计算机组成部件的功能（任务五 输入输出系统、任务六 外围设备）（课件）-《计算机组装与维修》（江苏凤凰教育出版社）【上好课】

计算机组成部件的功能（任务五 输入输出系统、任务六 外围设备） 计算机组装与维修 -第4课时- 江苏凤凰教育出版社 学习目标 知识目标 掌握 I/O 系统构成、外设信息交换方式、中断及 DMA 方式，了解外围设备分类和功能。 技能目标 辨认计算机输入输出和外围设备，理解其工作原理和使用方法。 素质目标 培养爱国情怀、德技并修、身心健康的职业技能人才。 目录 教学引入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 基础知识认知 让我们一起开启单片机的学习之旅。 教学引入 在计算机系统中，CPU 是如何管理外围设备进行信息交换的？ 思考：计算机的外围设备有哪些种类，它们在计算机系统中分别起到什么作用？ 知识讲授 I/O 系统 (Input/Output System) 由 I/O 软件和 I/O 硬件构成，是连接 CPU 与外部设备的桥梁，实现信息的高效交换。 中断 (Interrupt) CPU 暂停当前程序，转而去处理突发事件（如硬件请求），处理完毕后自动返回原程序继续执行的控制方式。 知识讲授 计算机组成部件的功能 输入输出系统 外围设备 输入输出系统 第一部分 知识讲授 输入输出系统 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 系统构成：软件层面 设备驱动程序：硬件与操作系统的桥梁 I/O管理程序：负责设备的分配、调度与控制 系统构成：硬件层面 物理实体：外围设备、设备控制器、接口 连接通道：I/O总线，负责数据传输 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 外设与主机之间的信息交换方式主要有以下五种： 程序查询方式 CPU主动查询外设状态，直到准备就绪。简单但CPU效率低。 程序中断方式 外设准备好后主动向CPU发中断请求，CPU响应并处理。 DMA 方式 直接存储器访问，数据在内存与外设间直接传输，无需CPU干预。 通道方式 CPU委托专门的I/O处理机（通道）管理多台外设，并行工作。 PPU 方式 外围处理机，结构接近一般计算机，承担全部I/O任务。 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 程序查询方式 (Programmed I/O) 核心特点 靠程序控制，CPU主动查询外设状态，操作同步。 主要优点 硬件结构简单，控制逻辑清晰，易于实现。 主要缺点 CPU效率低，外设与CPU串行工作，大量时间浪费在等待上。 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 核心特点：异步处理机制 外设准备好后主动向CPU发请求，CPU暂停当前程序，转去处理外设请求，处理完毕后返回原程序。 主要优势：高效并行 显著节省CPU时间，CPU和外设可并行工作，非常适用于处理随机的外部服务请求。 潜在局限：开销与复杂度 硬件设计相对复杂，且每一次中断响应和处理都需要额外的系统开销。 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 DMA 核心特点 由DMA控制器直接执行I/O交换，数据在内存和外设间直接传输，无需经过CPU处理。 技术优势 数据传送速度极高，CPU干预极少，系统效率高，特别适用于大批量数据的高速交换。 局限性 硬件电路设计相对复杂，需要额外的专用DMA控制器支持，增加了硬件成本。 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 01. 中断请求 外设主动向CPU发出中断信号，表明需要CPU处理。 02. 中断响应 CPU在满足响应条件后，暂停当前程序，准备处理中断。 03. 中断处理 CPU转去执行相应的中断服务程序，处理外设的具体请求。 04. 中断返回 处理完毕后，CPU恢复断点，回到被中断的程序继续执行。 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 I/O 系统 软件硬件构成，重点记忆系统的组成部分与层次结构 2 信息交换方式 包括程序查询等 5 种方式，重点记忆每种方式的特点及适用场景 3 中断 掌握中断的基本概念及完整处理过程，重点记忆各阶段的特征 4 DMA 方式 理解定义、特点与操作流程，重点记忆 DMA 的数据传送特点 课堂练习 单选题 1、下列不属于 I/O 软件的是（ ）。 A. 驱动程序 B. 设备控制器 C. 用户程序 D. 管理程序 【答案】B 【解析】 I/O 软件包括驱动程序、用户程序、管理程序、升级补丁程序等，而设备控制器属于 I/O 硬件，用来控制 I/O 设备的具体动作。所以选 B。 课堂练习 单选题 2、程序查询方式的优点是（ ）。 A. CPU 的操作和外围设备的操作能够同步，硬件结构简单 B. 节省 CPU 宝贵的时间 C. 数据传送速度很高 D. 能进一步提高 CPU 的效率 【答案】A 【解析】 程序查询方式中，数据在 CPU 和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，其优点是 CPU 的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单。节省 CPU 时间是程序中断方式的优点；数据传送速度高是 DMA 方式的优点；进一步提高 CPU 效率是通道方式的优点。所以选 A。 外围设备 第二部分 知识讲授 计算机外围设备 知识讲授 输入输出系统 - 核心概念 输入设备 (Input Devices) 输出设备 (Output Devices) 外存储器 (External Storage) 多媒体设备 (Multimedia Devices) 网络通信设备 (Network Devices) 按功能可分为以上六大类 知识讲授 外围设备 - 核心概念 外围设备的基本组成 存储介质：用于信息的保存； 驱动装置：用于移动存储介质，使之正常工作； 控制电路：用于使该外设与外界（如CPU）的信息传递 知识讲授 输入设备分类详解 字符输入设备 代表设备：键盘 (Keyboard) 图形输入设备 代表设备：鼠标、触摸屏 图像输入设备 代表设备：扫描仪、摄像头 模拟量输入设备 代表设备：模数转换器 (ADC) 知识讲授 外围设备 显示设备 计算机的“脸”，用于视觉信息输出。常见类型包括：CRT显示器、LCD显示器、OLED显示器等。 打印设备 将电子文档转换为纸质文件。常见类型包括：针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。 知识讲授 外存储器 (External Storage) 核心功能 作为主存的后备与补充，用于长期存储大量数据和程序，即使断电数据也不丢失。 主要特点 存储容量大，成本相对较低；但数据读写速度相对内存较慢，属于外部设备。 常见设备 机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)、U盘、移动硬盘、光盘等。 知识讲授 外围设备 多媒体设备 处理音频、视频等多媒体信息的设备，赋予计算机“视听”能力。常见设备包括：声卡、显卡、音箱、麦克风等。 网络通信设备 实现计算机之间数据通信和资源共享的关键设备。常见设备包括：网卡、路由器、交换机等，是构建网络连接的基础。 背诵记忆 序号 名称 核心说明与记忆要点 1 外围设备分类 输入等 6 类，重点记忆每一类别的具体内容 2 外围设备功能 涵盖人机交互等 4 方面，重点记忆各项功能的作用 3 输入设备 包含字符、图形等类型，记忆键盘、鼠标等常见设备 4 输出设备 包括显示器、打印机等，记忆常见的输出类型 5 外存储器 用于长期存储数据，重点记忆其与主存的区别与联系 6 多媒体设备 负责处理音频、视频等多媒体信息，记忆其核心功能 7 网络通信设备 实现网络连接与资源共享，记忆网卡、路由器等常见设备 课堂练习 单选题 1、下列属于输入设备的是（ ）。 A. 显示器 B. 打印机 C. 键盘 D. 音响 【答案】C 【解析】 键盘是常用的输入设备，用于输入字符和数字等信息。显示器和打印机属于输出设备；音响不属于输入设备的范畴。所以选 C。 课堂练习 单选题 2、外存储器的主要作用是（ ）。 A. 直接与 CPU 交换数据和程序 B. 存储大量暂时不参加运算和处理的数据和程序 C. 实现数据通信和资源共享 D. 负责计算机系统的输入 / 输出控制 【答案】B 【解析】 外存储器可以存储大量的暂时不参加运算和处理的数据和程序，它不能直接与 CPU 交换数据和程序，需要先将数据调入主存。实现数据通信和资源共享是网络与通信设备的功能；负责计算机系统的输入 / 输出控制是输入 / 输出处理器的功能。所以选 B。 师生互动 师生互动 核心议题：未来输入输出与外设的变革 自然交互进化 从键鼠到语音、手势，甚至脑机接口的直接意念控制。 智能外设融合 可穿戴设备（智能眼镜、手表）与人体的无缝结合。 形态结构创新 柔性屏、折叠屏带来的设备形态多样化与便携性革命。 未来计算机外设的创新变革 知识拓展 龙芯处理器：核心支撑 国产通用CPU，为我国信息产业的自主可控提供了核心支撑。 长江存储：打破垄断 在存储芯片领域取得突破，打破了国外技术垄断局面。 鸿蒙系统：全场景互联 面向全场景的分布式操作系统，实现不同设备间的无缝流转。 国产外设：市场地位 打印机、扫描仪等各类国产外设，在市场上占据重要地位。 课堂小结 知识点总结 课后任务 布置作业： 制作一张外设信息交换方式和外围设备分类的对比表格，列出方式名称、特点和设备类别、功能 查阅资料，了解输入输出技术和外围设备的最新发展趋势 复习本节课内容，预习下节课内容。 谢谢观看 THANKS Lavf59.14.100 Lavf59.14.100 $