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2020/2/11第9章计算机外部设备哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院2020/2/12第9章计算机的外部设备9.1计算机的辅助存储器系统9.2计算机常用显示设备及其基本原理9.3打印机的基本原理9.4计算机常用的输入设备显示器打印机2020/2/13计算机的外部设备主机输入/输出接口（Interface）设备控制器设备执行机构中央处理器和主存构成了主机，除主机外的大部分硬件设备都可称为外部设备，或外围设备，简称外设。以各种外部形式描述的程序、数据等信息通过外设输入计算机；计算机把各种信息和处理结果以一定的物理载体反映出来，通过外设进行输出。2020/2/149.1计算机的辅助存储器系统外部存储器又称作辅助存储器，它是主存的后援设备，与主存、缓存一起组成了存储器的层次系统。计算机系统的辅助存储器有硬盘、软盘、磁带、光盘等，其特点是容量大、成本低，具备非易失性。在计算机存储系统中，主存是半导体存储器，以供直流电维持信息，一旦断电，信息立即丢失，这称为易失性或挥发性。虽然主存存在易失性，但由于只存放当前使用的信息，影响不大。2020/2/15磁表面存储元的存储原理磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写操作，写入时，记录介质在磁头下面匀速通过，根据写入代码的要求，对写入线圈输入一定方向和大小的电流使磁头导磁体磁化，磁层表面被磁化的极性方向不同，可以区别记录“0”或“1”。读出时，读线圈通过电流，让载磁体在磁头下运动时存储元中的剩磁便会在读出电路中感应出信号。9.1.1硬盘系统的组成与工作原理N写线圈S铁芯磁层读线圈2020/2/16硬盘存储器硬盘存储器一般由硬盘驱动器（HardDiskDriver，HDD）、硬盘控制器（HardDriveController，HDC）和盘片组成。硬盘驱动器HDD，又称磁盘机，通常是一个完整独立的设备。2020/2/17硬盘存储器硬盘驱动器HDD，包括磁记录介质使用的磁盘和驱动磁盘匀速旋转的动力与驱动部件(主轴及驱动系统)，完成读/写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘径向方向运动和准确定位的部件(磁头及定位系统)，以及其他一些控制逻辑电路构成的设备控制器等部件。2020/2/18硬盘存储器磁头支架盘片磁头磁道扇区硬盘的结构硬盘的盘片由硬质铝合金材料制成，其表面涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。硬盘的盘片2020/2/19硬盘存储器HDC是主机与HDD之间的接口电路。在早期的微型计算机系统中，HDC是插在主机总线插槽中的一块电路板，用于把HDD与计算机主机连接为一体。为了使硬盘机具有通用性和互换性，硬盘生产厂商制定了主机与HDD的接口标准，经过若干年的演变，HDC的功能全部转入到硬盘设备中，这样主机与硬盘存储器之间可采用标准通用接口。随着计算机系统的发展，硬盘接口标准形成了标准系列。计算机常用的硬盘接口标准有ST506/412，ESDI，IDE，SCSI等，其中，近几年在PC机中使用最广泛的是IDE和SATA接口标准。硬盘控制器HDC2020/2/110硬盘存储器IDE（IntegratedDriveElectronics）即“电子集成驱动器”，本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，由美国WesternDigital和Compaq公司开发，当前通用的一种硬盘和光驱接口标准。IDE和SATA目前使用的SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）即串行高级技术附件，是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，使用SATA接口的硬盘又叫串口硬盘，其特点是支持热插拔，传输速率快，执行效率高，相对于并行ATA来说它具有很多优势，有希望成为并行ATA的廉价替代方案。2020/2/111新硬盘DOS分区的FORMAT格式化分区后的硬盘空间由两部分组成：主引导扇区和供不同操作系统使用的区域。FORMAT格式化的作用是：·对硬盘进行初始化，使其记录格式能为DOS所接受。·检出硬盘有缺陷的磁道和扇区。·建立目录、文件分配表。硬盘存储器2020/2/1129.1.2光盘系统的组成与工作原理光盘（OpticalDisk）是利用光学方式进行读写信息的圆盘。光盘存储器是在激光视频唱片和数字音频唱片基础上发展起来的。应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息，这种技术叫光存储技术。如果光存储使用的介质是磁性材料，即利用激光在磁记录介质上存储信息，就叫作磁光存储。光盘的特点:最主要的特点是它的容量大,一般都在650兆以上。可靠性高,非接触式读/写,成本低,易复制。误码率极低,与总位数相比在10-10~10-17以下。种类只读型只写一次型可擦写型2020/2/1139.1.2光盘系统的组成与工作原理写一次型光盘的组成结构与工作原理2020/2/114光盘的几种标准:1.CD-DA(CompactDisc-DigitalAudio)规范及格式。2.CD-ROM规范及格式。3.VCD（VideoCompactDisc）。4.PhotoCD。5.DVD光盘。9.1.2光盘系统的组成与工作原理2020/2/1159.2计算机常用显示设备及其基本原理①像素。它是屏幕显示（按像素点扫描）的最小单位，像素点的排列组成了字符和图像。②分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用“水平点数×垂直点数”表示。例如VGA，SVGA，XGA，SXGA，UXGA的分辨率分别是640×480，800×600，1024×768，1280×1024，1600×1200。③点距（栅距）。指荫罩型显示器屏幕上点的距离，栅距指光栅型显示器屏幕上光栅的距离。点距（栅距）越小越清晰，其数值取决于所采用的显像管。点距范围一般是0.22～0.39mm。④点时钟。它决定光点出现的速率，是显像管所能承受的电子束最大开关速度。例如，XGA的点时钟为60MHz。⑤水平扫描频率。指一秒钟扫描的行数，也称行频，用点时钟（频率）除以水平分辨率（即水平点数）来表示。例如，XGA的行频为410.4kHz。⑥垂直扫描频率。指一秒钟刷新屏幕的次数，也称刷新频率、帧频或场频，用水平扫描频率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新频率越高图像越稳定。例如，XGA的刷新频率为70Hz。⑦色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有16色、256色、64K色、增强色（16位）和真彩色（32位）等。经过数字化处理的像素点颜色用位（bit）数表示，例如，16色为4位，256色为8位，增强色为16位，真彩色为32位。显示器和视频标准涉及的基本概念：2020/2/1169.2.1阴极射线管显示器的基本原理CRT(CathodeRayTube)显示器结构示意图：2020/2/117CRT显示适配器（显示卡）:①MDA(MonochromeDisplayAdapter)显示卡②CGA(ColorGraphicsAdapter)显示卡③EGA(EnhancedGraphicsAdapter)显示卡④VGA(VideoGraphicsArray)显示卡9.2.1阴极射线管显示器的基本原理2020/2/118液晶显示器LCD（LiquidCrystalDisplay）是平面显示设备,LCD具有体积小、重量轻、低压供电、耗电少等优点，在便携式仪器仪表、笔记本计算机等得以广泛应用,目前也广泛应用于台式PC机系统中。9.2.2液晶显示器的基本原理LCD组成结构示意图2020/2/1199.3打印机的基本原理打印机是最常用的输出设备，它把计算机运行结果输出打印在纸上，可以较长时间保存。打印机的种类有很多种划分方法，按印字的原理划分，把打印机分成击打式和非击打式，击打式又分为点阵针式和活字式两种打印机。击打式打印机打印速度慢，噪声大，打印质量一般。非击打式打印机则是通过静电、喷墨等非机械撞击方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量高。普及型的喷墨打印机和激光打印机得到了广泛应用，高档的激光打印机在电子照排印刷系统中也得到了普遍应用。2020/2/1209.3.1激光打印机的基本原理激光打印机是激光技术和电子照相技术相结合的产物，它由走纸机构、激光扫描系统、电子照相部分、印字字形发生器和控制器等几部分组成：2020/2/1219.3.2喷墨打印机的基本原理2020/2/1229.3.3针式打印机的基本原理针式打印机由走纸机构、色带机构、打印头和控制逻辑电路等几部分组成。2020/2/1239.4.计算机常用的输入设备9.4.1键盘的基本原理:键盘(Keyboard)可输入汉字、外文、数字等。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。用户使用键盘输入数据，首先按下一个键，键盘查出按下的是哪个键，将此键翻译成ASCII码传给计算机。目前使用的键盘主要有机械触点式、电容式和薄膜式等类型。按照计算机系统的需要，可以选择不同的键盘。2020/2/1249.4.2鼠标的基本原理鼠标器(Mouse)是一种手持式的坐标定位部件，鼠标器有两种：一种是机械式的，另一种是光电式鼠标器。机械式鼠标造价便宜，但寿命短、定位精度低、可靠性差。光电式鼠标器比机械式鼠标器可靠性高，但需增加一块金属板，造价较高。现在使用的光电式鼠标必须配有发光二极管、光学透镜和光学感应器，这样的技术统称为光眼技术。这种鼠标分辨率高、可靠性高，不需要专门的鼠标垫。2020/2/1259.4.3触摸屏的基本原理触摸屏（Touchscreen）是一种对物体的接触或靠近能产生反映的定位设备。按触摸原理不同，大致分为5类：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。电阻式触摸屏是由显示屏上加一个两层高透明度的、并涂有导电物质的薄膜组成。在两层薄膜之间绝缘隔开，其间隙为0.0001英寸。2020/2/1269.4.4光笔的基本原理光笔（LightPen）的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光会聚成一个光点。在透镜的聚焦处是光导纤维，连入光电二极管。光线由透镜入，通过光导纤维，由光电二极管转换为电信号，整形后转化为电脉冲。光笔的后端用导线连到计算机输入接口电路上，光笔头部附有开关，当按下开关时，进行光检测，产生的光电信号经计算机处理便可拾取显示屏上的绝对坐标。光笔将荧光屏当作图形平板，屏上的象素矩阵能够发光，光笔与屏幕的光标配合，可使光标跟踪光笔移动，在屏幕上画出图形或修改图形，类似人们用钢笔画图的过程。