输入输出

产品输入输出视频信号的端口

输入输出指的是产品输入输出视频信号的端口，比较常见的是S端子和复合视频端口。

简介

输入输出（input/output，I/O），读作“eye-oh”，描述的是在计算机上输入输出数据的操作系统、程序或设备。一般的输入输出设备有打印机、硬盘、键盘和鼠标。实际上，有些设备只有输入功能，如键盘和鼠标；有些设备只有输出功能，如打印机；还有些设备具有输入输出2种功能，如硬盘、磁碟和可写性只读光盘（CD-ROM）。

S端子

S端子也就是Separate Video，而“Separate”的中文意思就是“分离”。它是在AV接口的基础上将色度信号C 和亮度信号Y进行分离，再分别以不同的通道进行传输，减少影像传输过程中的“分离”、“合成”的过程，减少转化过程中的损失，以得到最佳的显示效果。但S-Video仍要将两路色差信号混合为一路色度信号C进行传输，然后再在显示设备内解码进行处理，这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真（这种失真很小），而且由于混合导致色度信号的带宽也有一定的限制。S-Video虽不是最好的，但考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素，它还是应用最普遍的视频接口。

RCA接口

复合视频接口采用RCA接口，RCA接口是目前电视设备上应用最广泛的接口，几乎每台电视上都提供了此类接口，用于视频输入。虽然AV接口实现了音频和视频的分离传输，这就避免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降，但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度（Y/C）混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰，从而影响最终输出的图像质量。

输入输出设备

输入输出设备（IO设备），是数据处理系统的关键外部设备之一，可以和计算机本体进行交互使用。如：键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

输入设备

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输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备（Input Device ），是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。

计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。计算机的[1]输入设备按功能可分为下列几类：

●字符输入设备：键盘；

● 光学阅读设备：光学标记阅读机、光学字符阅读机；

● 图形输入设备：鼠标器、操纵杆、光笔；

● 图像输入设备：数码像机、扫描仪、传真机；

● 模拟输入设备：语言模数转换识别系统。

（如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等）将数据、程序和控制信息送入计算机内。

输出设备

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输出设备（Output Device）是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

显示器是计算机必不可少的一种图文[2]输出设备，它的作用是将数字信号转换为光信号，使文字与图形在屏幕上显示出来；打印机也是PC机上的一种主要输出设备，它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

输入输出设备（I/O）起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。

即插即用

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说道I/O，就不得不说起即插即用。随着新技术的发展，人们已经厌倦使用驱动光盘来安装新设备的驱动。而即插即用的新技术的来临，则解决了这个问题。

随着微软推出WINDOWS95/98，它也宣传了WINDOWS95/98为用户提供的底层硬件资源的智能管理能力，即WINDOWS95/98具有即插即用（PNP：PlugandPlay）的功能，由此即插即用才为人们广泛重视。

标准输入输出

执行一个shell命令行时通常会自动打开三个标准文件，即标准输入文件（stdin），通常对应终端的键盘；标准输出文件（stdout）和标准错误输出文件（stderr），这两个文件都对应终端的屏幕。进程将从标准输入文件中得到输入数据，将正常输出数据输出到标准输出文件，而将错误信息送到标准错误文件中。

输入输出系统

输入输出系统是计算机系统中的主机与外部进行通信的系统。它由外围设备和输入输出控制系统两部分组成，是计算机系统的重要组成部分。外围设备包括输入设备、输出设备和磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等。从某种意义上也可以把磁盘、磁带和光盘等设备看成一种输入输出设备，所以输入输出设备与外围设备这两个名词经常是通用的。在计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外的部分称为输入输出系统，输入输出系统的特点是异步性、实时性和设备无关性。

原理

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从信息传输速率来讲，相差也很悬殊。如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连接，保证主机与外围设备在时间上同步要讨论的外围设备的定时问题。

输入/输出设备同CPU交换数据的过程：

输入过程：

(1)CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输入设备；

(2)CPU等候输入设备的数据成为有效；

(3)CPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。

输出过程：

(1)CPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备；

(2)CPU把数据放在数据总线上；

(3)输出设备认为数据有效，从而把数据取走。

定时方式

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由于输入/输出设备本身的速度差异很大，因此，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式，总的说来，CPU与外围设备之间的定时，有以下三种情况。

1.速度极慢或简单的外围设备

对这类设备，如机械开关、显示二极管等等，CPU总是能足够快地作出响应。换句话说，对机械开关来讲，CPU可以认为输入的数据一直有效，因为机械开关的动作相对CPU的速度来讲是非常慢的，对显示二极管来讲，CPU可以认为输出一定准备就绪，因为只要给出数据，显示二极管就能进行显示，所以，在这种情况下，CPU只要接收或发送数据就可以了。

2.慢速或中速的外围设备

由于这类设备的速度和CPU的速度并不在一个数量级，或者由于设备(如键盘)本身是在不规则时间间隔下操作的，因此，CPU与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。其定时过程如下：

如果CPU从外设接收一个字，则它首先询问外设的状态，如果该外设的状态标志表明设备已“准备就绪”，那么CPU就从总线上接收数据。CPU在接收数据以后，发出输入响应信号，告诉外设已经把数据总线上的数据取走。然后，外设把“准备就绪”的状态标志复位，并准备下一个字的交换。如果CPU起先询问外设时，外设没有“准备就绪”，那么它就发出表示外设“忙”的标志。于是，CPU将进入一个循环程序中等待，并在每次循环中询问外设的状态，一直到外设发出“准备就绪”信号以后，才从外设接收数据。

CPU发送数据的情况也与上述情况相似，外设先发出请求输出信号，而后，CPU询问外设是否准备就绪。如果外设已准备就绪，CPU便发出准备就绪信号，并送出数据。外设接收数据以后，将向CPU发出“数据已经取走”的通知。

通常，把这种在CPU和外设间用问答信号进行定时的方式叫做应答式数据交换。

3.高速的外围设备

由于这类外设是以相等的时间间隔操作的，而CPU也是以等间隔的速率执行输入/输出指令的，因此，这种方式叫做同步定时方式。一旦CPU和外设发生同步，它们之间的数据交换便靠时钟脉冲控制来进行。

控制方式

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程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备，而DMA方式、通道方式和PPU方式适用于数据传输率比较高的设备。在单片机和微型机中多采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式。通道方式和PPU方式大都用在中、大型计算机中。

在计算机系统中，CPU管理外围设备也有几种类似的方式：

1程序查询方式

程序查询方式是早期计算机中使用的一种方式。数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，查询方式的优点是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。但问题是，外围设备动作很慢，程序进入查询循环时将白白浪费掉CPU很多时间。这种情况同上述例子中第一种方法相仿，CPU此时只能等待，不能处理其他业务。即使CPU采用定期地由主程序转向查询设备状态的子程序进行扫描轮询的办法，CPU宝贵资源的浪费也是可观的。因此当前除单片机外，很少使用程序查询方式。

2程序中断方式

中断是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。通常，当一个中断发生时，CPU暂停它的现行程序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。当中断处理完毕后，CPU又返回到它原来的任务，并从它停止的地方开始执行程序。这种方式和我们前述例子的第二种方法相类似。可以看出，它节省了CPU宝贵的时间，是管理I/O操作的一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即进行。同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较大。

3直接内存访问(DMA)方式

用中断方式交换数据时，每处理一次I/O交换，约需几十微秒到几百微秒。对于一些高速的外围设备，以及成组交换数据的情况，仍然显得速度太慢。直接内存访问(DMA)方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。这种方式既考虑到中断响应，同时又要节约中断开销。此时，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行，以高速传送数据。这种方式和前述例子的第三种方法相仿，主要优点是数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。与中断方式相比，需要更多的硬件。DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。

4通道方式

DMA方式的出现已经减轻了CPU对I/O操作的控制，使得CPU的效率有显著的提高，而通道的出现则进一步提高了CPU的效率。这是因为，CPU将部分权力下放给通道。通道是一个具有特殊功能的处理器，某些应用中称为输入输出处理器(IOP)，它可以实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。这种方式与前述例子的第四种方法相仿，大大提高了CPU的工作效率。然而这种提高CPU效率的办法是以花费更多硬件为代价的。

5外围处理机方式

外围处理机(PPU)方式是通道方式的进一步发展。由于PPU基本上独立于主机工作，它的结构更接近一般处理机，甚至就是微小型计算机。在一些系统中，设置了多台PPU，分别承担I/O控制、通信、维护诊断等任务。从某种意义上说，这种系统已变成分布式的多机系统。

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