第8章外围设备

第8章外围设备8.1输出设备8.1.1显示设备1.显示设备是计算机最主要的输出设备，它将（模拟）电信号转变为可见光信号，能将计算机中的数据以文字、图形、图像的形式静态地、或动态地显示出来。·显示器接口：将计算机送来的数字电信号转换为模拟电信号；·显示器：将显示器接口送来的模拟电信号转换为可见光信号；2.性能指标（1）分辨率指每屏图像中像素点的个数，是衡量显示器显示清晰度的指标。分辨率通常用“每行点数×每屏行数”表示。常见的分辨率有：320×200，640×200，640×350，640×480，1024×768，1280×1024，1600×1200，等等。（2）灰度级（颜色数）指每个像素点能显示出多少种不同的亮度等级（或颜色数）。灰度级（或颜色数）越多，则图像的层次就越丰富逼真，但所需要的显示存储器（简称显存）容量就越大。例如，对分辨率为1024×768、能显示256种灰度或颜色（需用8位编码）的显示器，每屏图像所需的显示存储器容量为8（位/点）×（1024×768）（点/屏）=6291456（位/屏）=786432（字节/屏）（3）显示器尺寸以荧光屏对角线的长度（英寸）表示，常见的通常有12英寸、14英寸、15英寸、17英寸、21英寸等；3.显示设备的分类显示设备：阴极射线管（CRT）显示器：彩色、单色，字符、图形图像；液晶显示器（LCD）：彩色、单色，字符、图形图像；等离子显示器（PDP）：彩色、单色，字符、图形图像；4.CRT显示器（1）核心部件-显像管由电子枪、荫罩、荧光屏及偏转线圈组成。·电子枪：有红、绿、蓝三支电子枪；据不同的信号产生不同的电压发射不同强度的电子束（圆形或矩形）；·荫罩：过滤电子束（整形）；·荧光屏：涂有三原色（红、绿、蓝）荧光粉；在电子束的轰击下产生不同颜色、不同强度的亮点；·偏转线圈：通过调节磁场来控制电子束的偏转（水平、垂直），实现光栅扫描；（2）扫描方式①采用光栅扫描方式将电子束从上到下、从左到右、周期性地依次轰击到整个荧光屏上，形成一个一个的短暂出现的扫描亮点，利用人们的视觉停留作用形成一行一行的“扫描线”、并组成一屏完整的图像。如下图所示，参见课本P183图8-1。·帧：扫描完整个屏幕所形成的一幅图像称为一帧图像，简称“一帧”；·帧频：帧的显示频率称为帧频，常用“帧/秒”表示；②隔行扫描和逐行扫描隔行扫描：先依次扫描屏幕的第0、2、4…各行，再依次扫描屏幕的第1、3、5…各行；逐行扫描：依次扫描屏幕的第0、1、2、3、4、5…各行；（3）优缺点·优点：色彩鲜艳，视角大；·缺点：体积大，耗电高，防爆性差；5.液晶显示器（1）一般的液晶显示器·液晶：是一种具有晶体特征的液体。·结构：用发光背板作为光源。透明电极和偏振玻璃之间夹有一层液晶材料,分成一个一个的液晶分子显示单元。·原理：在电场作用下，条状液晶分子的排列会发生变化，从而影响其光学性能；·优缺点：工作电压低，耗电低，体积小，重量轻，无闪烁；对比度差，视角范围窄，响应速度慢，对温度敏感；（2）液晶显示器件的改进·薄膜晶体管（TFT）：用发光背板作为光源。每个显示单元包括一个薄膜晶体管（用于控制）和一个液晶显示单元（用于显示）。·有机发光显示器（OLED）：本质上是LED，只不过是用有机发光材料制成的LED，在PN结两端加一定电压就可使其发光。优点：视角宽，更轻薄，高亮度，高对比度，色彩丰富，响应速6.等离子显示器（1）类似于荧光灯。每一个显示单元都相当于一个微小的荧光灯。当电极之间放电时，气体发射的紫外线激发三原色荧光粉发光，形成显示图像。（3）优点：视角宽，色彩还原性好，响应速度快，不受磁场干扰，无闪烁，适合用作大屏幕显示。7.显示器接口（显示适配器、显示卡）如下图所示，参见课本P.186图8-5。（1）用于实现一般接口电路的功能；（2）对图形图像数据进行缓存和处理：·数-模转换；·图形图像的（二维或三维）加速；·图形图像的解压缩8.1.2打印设备1.打印设备（1）打印设备是“机电一体化”的设备。分类如下：（2）（3）点阵式打印机的指标：·分辨率：点数/英寸，150dpi，300dpi，600dpi，1200dpi，等等；·打印速度：字符数/秒，页数/分；2.针式（点阵式、击打式、串行）打印机（1）机械装置：·针式打印头原理如下图，参见课本P.186图8-6。·打印头（横向移动），走纸机构（纵向移动），色带机构（循环移动）。·色带：环形（平接、扭接），宽13mm，长度有多种；（2）控制电路：单片微处理器，ROM存储器（字符发生器），RAM存储器（存储数据、程序），驱动电路，传感器，接口电路。（3）优缺点·消耗材料的成本低，不受字体的限制，可打印各种图形、图像和汉字；·速度慢，噪音大，分辨率低；3.激光打印机（1）结构采用电子照相技术印字原理打印。主要包括：激光扫描装置（包括多棱镜），感光鼓（锡鼓），碳粉仓，输纸装置，等等；·感光鼓：在激光照射下可将照射点处的静电释放掉（2）工作过程分为处理阶段，成像阶段，转印阶段，如下图所示，参见课本P.187图8-7。；·处理阶段：正文和图形符号→字符点阵的脉冲信息；·成像阶段：字符点阵的脉冲信息→感光鼓上的形成可见的碳粉像；·转印阶段：感光鼓上的形成可见的碳粉像→在纸上凝固的碳粉像；4.喷墨打印机原理与结构都与针式打印机类似，主要不同之处是打印头的原理-将撞击针头改成了喷墨孔。有两种：（1）压电式喷墨打印机靠电致伸缩作用使喷头容积变小，将喷头内的墨水挤出，如下图所示，参见课本P.188图8-8。（2）气泡式喷墨打印机通过电加热，使墨水在蒸汽的作用下从喷头喷射到纸上，如下图所示，参见课本P.188图8-9。（3）喷墨式打印机的优缺点·优点：噪音低，寿命长，速度快，色彩丰富，成本比激光打印机低；·缺点：对墨水的质量要求高，成本比针式打印机高；5.热转印式打印机（1）原理用打印头上的半导体发热元件将固体油墨溶化并转印到纸上。分为热蜡转印式和染料升华式两类；·热蜡转印式：将染料加热溶化在纸上；·染料升华式：将色带上的油墨加热升华为气体，落在纸上；6.打印过程8.2输入设备可分为文字输入设备，图形输入设备，图像输入设备，等等。8.2.1文字输入设备包括键盘，磁卡阅读机，条形码阅读机，纸带阅读机，卡片阅读机，等等。1.键盘（1）结构与功能键盘就是由多个按键组成的按键矩阵，其中的每个按键都可将键入的信息以ASCII码的形式传送给主机。（2）键盘的种类·机械触点式：按键的接触电阻较大，使用寿命较短，现已很少使用；·薄膜式：薄膜易老化而失去弹性，所以按键的寿命也短，常用于嵌入式系统中；·电容式：按键无触点，简单可靠，寿命长，应用广泛；（3）键盘结构如下图所示，参见课本P.190图8-10。·CPU将右侧并行端口的第i位清0（其余位均为1），再依次扫描下面并行端口的每一位：若第j位为0，则可断定第i行、第j列处的键被按下；2.其他文字输入设备磁卡阅读机，条形码阅读机，纸带阅读机，卡片阅读机。8.2.2图形输入设备有鼠标器，数字化仪，触摸屏，等等。1.鼠标器（1）功能是相对坐标输入设备。用于输入位移量。（2）分类有机械式、光电式（先进的光电式）两种；还有用于便携式计算机中的“鼠标器”：触摸式、摇杆式、滚球式（跟踪球）；2.数字化仪是二维坐标输入设备，由游标和图形板组成，主要用于输入工程图纸。分为电阻式、电容式、电感式、超声波式，等等；通过游标在图形板某处按下按键产生感应电压，从而获知该点处的坐标；其定位精度比鼠标器高得多；·游标：是一种带有按键的手持坐标读出器，下面有一块带十字标记的透明玻璃；·图形板：是一种坐标测量仪，其上布满了行、列的信号线网络；3.触摸屏是附加（嵌入或外挂）在显示屏上的、触摸式的坐标（位置）输入设备；分为红外式、电阻式、电容式、声表面波式，等等；常与屏幕菜单配合使用，代替了过去的“光笔”输入设备；·触摸屏+手写文字识别软件→手写文字输入设备；·触摸屏+图形输入软件→手工绘图输入设备；8.2.3图像输入设备包括扫描仪、数字照相机、数字摄像头，等等；它们都包含光学成像部件和光电转换部件。大多数图像输入设备采用的光电转换部件都是电荷耦合器件-CCD。·CCD：是一种MOS光敏移位寄存器，它能将不同强度的光信号转换成大小不同的（模拟）电信号，并能将电信号传输给接口电路进行处理。1.扫描仪（1）用于（近距离）静态图像的输入；（2）包括光源、光路、镜头，A/D转换和处理电路，机械及其控制部件；（3）性能指标：分辨率，灰度级，扫描速度，扫描模式；（4）工作原理：利用反射光或者透射光进行扫描；2.数字照相机（1）用于（远距离）静态图像的输入；（2）有照相机的功能、数字信号存储功能、甚至记录声音及摄像功能；（3）性能指标：曝光方式，测光方式，快门速度，对焦方式，分辨率，压缩比例，存储容量，等等；3.摄像头是一种视屏信息输入设备，用于摄取活动的图像，形成连续的图像记录；8.3磁盘存储设备8.3.1磁记录原理与记录方式1.磁记录原理利用磁性材料的剩磁特性来记录信息。磁感应强度与磁场强度之间的关系（磁滞回归线）如下图所示，参见课本P.192图8-12。2.磁表面存储器存储信息的原理如下图，参见课本P.193图8-13。3.磁记录方式对于给定的数字信息，可以用不同的电流波形进行记录，则会形成不同的记录方式。用于磁盘的常见记录方式有归零制，不归零制，调频制，调相制，等等；如下图所示，参见课本P.194图8-14。（1）归零制（RZ）·方法：在交接面处电流都恢复为零，正脉冲表示1，负脉冲表示0；·特点：简单易行，但记录密度低，抗干扰能力差；（2）不归零制（NRZ0）·方法：正电流表示1，负电流表示0，电流改变只在交接面处；·特点：记录密度较高，但当记录连续多个0或连续多个1时容易发生同步错；（3）反向不归零制（NRZ1）·方法：电流在1中翻，在0中不翻，其余同NRZ0。·特点：记录密度较高，但当记录连续多个0时容易发生同步错；（4）调相制（PM）·方法：在位中间改方向：向下表示0，向上表示1，允许在交接面处改向；·特点：抗干扰能力强，有自同步能力，常用于磁带存储器；（5）调频制（双频制）（FM）·方法：在所有的交接面处都“翻转”，表示1的频率是表示0的频率的两倍；·特点：记录密度高，有自同步能力；（6）改进的调频制（MFM）·方法：仅在0-0交接面处翻转，其余同FM；·特点：翻转少，记录密度高，曾用于软盘存储器；4.MFM方式的编码电路及波形5.游程长度受限（RLL）码记录方式（1）游程长度受限（RLL）码将数据信息经过编码，使连续0（或连续1）的个数受限制；·0游程长度受限（3,5）码：两个1之间最少有3个0，最多有5个0；·1游程长度受限（3,5）码：两个0之间最少有3个1，最多有5个1；：·0和1游程长度都受限（3,5）码：连续0及连续1的个数都最少为3，最多为5；（2）用在高密度磁盘中；（3）可防止出现连续的0（或连续的1）过多或过少的情况；可防止出现电流变化太频繁或太稀少的情况；（4）有利于提高记录密度，同时又具有较好的自同步能力；6.编码效率和自同步能力（1）编码效率指数据位的记录密度与磁盘上最大磁化翻转密度之比。就是算出记录1位最多翻几次，再求出“次数”的倒数；·FM、PM记录1位最多翻2次，所以编码效率为50℅；·NRZ0、NRZ1记录1位最多翻1次，所以编码效率为100℅；·RLL码记录1位所翻的次数可能小于1，所以编码效率可能大于100℅；（2）自同步能力是指从读出的数据中自动提取同步信号（或恢复时钟信息）的能力，可以用记录1位数据时的最小翻转次数与最大翻转次数的比值R来衡量：R越大，自同步能力就越强；·FM、PM记录1位最多翻2次，最少翻1次，所以R=0.5；·NRZ0、NRZ1记录1位最多翻1次，最少翻转次数趋于0，所以R=0；（3）例如，对于0和1游程长度都受限的（3,5）码，因为连续0及连续1