第八章、输入输出设备

本章主要内容 • 外围设备概述 • I/O接口 • 输入设备 • 输出设备

外围设备概述 • 外围设备所处的层次 • 外围设备功能定义 • 外围设备分类

CPU 运算器控制器主机存储器输入设备外围设备输出设备外围设备所处的层次系统总线

外围设备功能定义 • 广义:凡与计算机相连、受主机控制完成数据处理或控制操作的装置都可称外围设备。 • 输入输出设备，外存储器，数据通讯设备，终端设备，以及计算机自动控制、检测系统中的各种采样、检测设备， A／D和D／A转换器，各种与计算机相关的仪表及装置。 • 狭义:仅指输入输出设备和外存储器，它们是只用于输入输出数字信息的、构成计算机系统必不可少的设备。 • 外围设备又称外部设备，

外围设备特点 • 由信息载体,设备和设备控制器组成; • 工作速度比主机慢很多; • 不同设备的信息类型和格式不同; • 以上这些特点给主机与输入输出设备的连接带来复杂性。因此，必须设置一个 1／O接口来解决信息的缓冲、同步与通讯，格式的转换及电气特性的适配等一系列问题。

外围设备分类 • 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、手写笔 • 输出设备：显示器，打印机，绘图仪； • 输入兼输出设备：终端，传真机； • 外存储器：磁盘，硬盘、磁带、光盘； • 数据通讯设备：FAX ，MODEM； • 过程控制设备：A/D，D/A，传感器，仪表。

I/O 接口 • I/O接口定义 • I/O接口功能 • I/O接口组成

输入输出接口 • 接口是指两个不同部件或系统之间的交接部分。它既可以是两种硬件设备之间的连接电路，也可以是两个软件之间的共同逻辑边界。 • I/O接口是指计算机主机与I/O设备之间通过总线进行连接的逻辑部件，接口部件在动态连接的两个部件之间起着转换器的作用，以实现彼此之间的信息交换。

I/O接口功能 • 选址 • 传送主机命令 • 数据传送和格式转换 • 数据缓冲 • 监控设备状态

I/O接口组成 接口主机 I/O 设备数据线数据缓冲寄存器DBR 数据线设备选择电路地址线命令设备状态寄存器命令寄存器状态线数据模式转换电路命令线状态控制逻辑电路

I/O接口分类 • 串行接口 • 并行接口

输入设备 • 输入设备定义及分类 • 键盘 • 鼠标 • 数码相机

输入设备定义及分类 • 输入设备是指向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。 • 输入设备将各类信号变换成主机能识别的二进制代码，并负责送到主机。字符数字输入、图形输入、图象输入、声音输入

键盘

键盘---字符数字输入设备 • 键盘结构的关键是如何将键盘上的按键动作转换成相应的ASCll码。 • 由于按键开关本身只能产生一个开关信号，因此，需要有一套编码电路或程序，将某个按键的开关信号转换成相应的ASCll编码。

键盘组成 按键开关的种类很多，其原理也不尽相同，但是基本上可归为两类：接触式和非接触式键开关

键盘开关 • 接触式键开关借助机械簧片，直接使两个导体接通或断开，从而产生电信号；机械接触式干簧管式薄膜式键开关 • 非接触式键开关利用电磁场或电压、电流的变化而产生输出信号。电容式键开关霍尔式键开关

键盘开关矩阵

键盘分类 • 按键盘编码的功能和实现方法进行分类 • 全编码键盘 • 非编码键盘

常用扫描方法 • 行反转扫描法 • 行扫描法 • 行列扫描法

道格恩格尔巴特 显示系统X-Y位置指示器

鼠标

鼠标分类 • 机械式鼠标 • 光电式鼠标 • 光学式鼠标

鼠标 • 一种手持式坐标定位部件。 1968年，鼠标诞生于美国加州斯坦福大学，设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。

机械式鼠标

光电鼠标 • 内部只有两对互相垂直的光电检测器，光敏三极管通过接收发光二极管照射到光电板反射的光进行工作 • 光电板上印有许许多多黑白相间的小格子，光照到黑色的格子上，由于光被黑色吸收，所以光敏三极管接收不到反射光；相反，若照到白色的格子上，光敏三极管可以收到反射光，如此往复，形成脉冲信号。 • 需要注意的是光电鼠标相对于光电板的位置一定要正，稍微有一点偏斜就会造成鼠标器不能正常工作。

光学式鼠标 • 新型的光学式鼠标器不需特殊鼠标垫板，克服了鼠标垫板易磨损的缺陷 • 采用了新的光学技术—光眼(Optical Sensor) • 光电感应装置每秒发射和接收1500次信号，再配合18MIPS(每秒处理1800万条指令)的CPU，实现精准、快速的定位和指令传输

轨迹球 外观上看就像是翻转过来的机械鼠标，用手拨动轨迹球来控制光标的移动。

鼠标接口 • 按照鼠标的接口分类。 • 串口、PS/2口、USB口和wireless。

数码相机 • 一种能够进行拍摄，并通过内部处理把拍摄到的景物转换成以数字格式存放的图像的特殊照相机。 • 数码相机用快门来激活包含光敏栅格的电荷耦合器件传感器（CCD）。栅格由许多单元（也叫做像素）组成，它们把光信号转换成电信号。 • 传统基于胶片的相机其分辨率是无穷的，而数码相机的分辨率则是有限的。传统相机的使用成本较高。

数码相机组成 • CCD • A/D转换器 • MPU(微处理器) • 图像存储器

各种存储器实物图

输出设备 • 输出设备定义 • 打印机 • 显示设备

输出设备 • 输出设备将计算机处理过的二进制代码信息，转换成人们能识别的形式，如数字、符号、文字、图形、图像或声音等输出，供人们分析和使用。 • 常用输出设备有打印机及CRT显示器。

打印设备

打印设备分类（印字原理） • 击打式利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符。 • 串行、并行 • 点阵针式、字模式 • 非击打式利用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符。 • 喷墨 • 激光 • 热转印

打印设备分类（工作方式） • 串行打印机------逐字打印 • 针式点阵式打印机，喷墨打印机 • 并行打印机------逐行/页打印 • 激光打印机

点阵式打印机

点阵式印字原理 • 点阵式印字是采用打印钢针撞击色带与纸，印出点阵字符。它的印字机构，又称打印头，装有排列整齐的一列或两列打印钢针，每根钢针带有电磁铁，受驱动电流控制。 • 打印头安装在字车上，字车由驱动机构牵引，可沿水平方向移动。

点阵式串行打印机的组成 • 印字机构（又称打印头）、 • 字车机构、 • 输纸机构、 • 色带系统 • 控制电路 • 字符发生器

激光印字机 • 又称激光印刷机，一种非击打式高速印字机。 • 激光扫描技术和电子照像技术结合的产物 • 激光扫描系统、 • 电子照像部分、 • 字符发生器 • 控制电路

激光印字机

激光印字机工作过程 充电→曝光→显影→转印→定影→消电→清洁核心部件硒鼓（具有光敏特性的滚筒装置）

激光印字机工作过程 • 充电：硒鼓首先在黑暗中充电，使得硒鼓表面沉积一层均匀的电荷 • 曝光：根据控制电路输出的字符信息，对激光器进行调制，控制激光的扫描，扫描时激光在硒鼓表面有选择的曝光，曝光部分产生放电现象，未曝光部分仍然保留电荷。形成静电潜像。 • 显影：静电潜像通过装有碳粉的显影器，碳粉事先充有相同电荷，这样硒鼓上没有电荷的地方就会吸附碳粉，形成影像，达到显影的目的

激光印字机工作过程 • 转印：当打印纸通过硒鼓时，在打印纸的背面加上反向的静电电荷，将硒鼓上的碳粉吸附到纸张上，这就是转印的过程。 • 定影：带有碳粉的纸张通过加热的定影辊，碳粉融化，永久粘附在纸张上。 • 消电：消电灯照射硒鼓，消除残余电荷。 • 清洁：清除硒鼓上的残余碳粉。

显示设备 • 显示设备基本概念 • 显示设备分类 • CRT显示器基本原理 • 字符显示器 • 图形显示器 • 平板显示器

基本概念 • 图形 • 早期的图形是指没有亮暗层次变化的线条图。如电路图、机械图、印制板图、建筑图等。它是一种二值化的线条图，要么是一条明亮的线，要么就不显示，看到的只是屏幕底色。目前，图形也可以有颜色、亮暗层次的变化，表现的内容更加丰富。 • 图像 • 图像是一种具有亮暗层次变化的图。如人物、景物照片等。经计算机处理与显示的图像称为数字图像。它是将图片上连续的亮暗变化变换成离散的数字量，以点阵的形式显示出来。

像素 • 在图像处理时，将组成图像的各点按几何位置排列成矩阵，矩阵中的每个元素称为像素（或称像元）实际上就是显示屏上不可再小的光点。 • 分辨率 • 显示器所能表示的像素的个数。它取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸、CRT电子束的聚焦能力以及刷新存储器的存储容量。分辨率一般以显示屏上水平方向像素个数/垂直方向像素个数来表示。如某显示器的分辨率为640X480，则表示该显示器水平方向有640个像素，垂直方向有480个像素。

灰度级 • 灰度级是像素点的亮度值，在彩色显示器中表示颜色的差别。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器中存储单元的位数和CRT本身的性能。如位数为4，则有16级灰度或颜色。若位数为8，则有256级灰度或颜色。

第八章、 输入输出设备