输入输出设备概述(PPT 100页).ppt

第8章 输入 / 输出设备 和输入 / 输出系统系统 8.1 基本输入 / 输出设备 8.2 计算机总线和街口 8.3 常用的输入 / 输出方式,计算机基本组成,Datapath: 即运算器，完成算术和逻辑运算，通常包括其中的寄存器 Control:CPU的重要组成部分，它根据程序指令来指挥datapath，memory以及I/O运行，共同完成程序功能 Memory: 是存放运行时程序及其所需要的数据的场所 Input: 信息进入计算机的设备，如键盘、鼠标等 Output: 将计算结果展示给用户的设备，如显示器、打印机等1、输入输出设备概述,计算机输入输出设备 概念：具有一定操作功能的比较完整和相对独立的精密机械电子装置； 功能：进行人机交互，完成输入输出功能； 特点：种类繁多，功能多样，组成与运行原理各不相同； 发展：智能化、高可靠性、小型廉价输入输出设备,常用的输入输出设备,,,输入设备,输出设备,键盘 图形输入设备：鼠标器，图形板，操纵杆，光笔 图象输入设备：扫描仪，机，摄像机，数码相机 条形码阅读器 语音与文字输入,显示器（字符、图形、图像） 打印机（针式、喷墨、激光） 绘图仪 语音输出,点阵式设备运行原理,把字形、图形、图像等信息以不同的点阵布局方式表现出来，在计算机显示器屏幕上，这些被显示的内容，是以可见光形式表现出来的；而在打印纸上，通常是以“印刷”（染色）的效果表现出来的。

显示器或者打印机等设备它们共同的特点是，要表示的信息，最终要以平面上的各种可见的“形状”体现出来，而这些“形状”原理上又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的点阵式表示举例,以十六进制数的形式把平面上点阵布局写出来,点阵式设备需要解决的问题,点阵布局规律 确定形状的对象（保存对象的布局） 无确定规律对象（保存所有点信息） 点阵的密度 更密的点阵可以把要表示的形状呈现得更精细准确 表示同样大小的形状，点阵密则所用数据数量更多 点阵越密则对输入输出设备的处理精度要求也越高 点阵中点的属性 二值表示（0、1表示点的有、无） 单色表示（灰度级表示不同亮度） 彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）,键盘的运行原理,键盘功能 计算机的键盘是通过手工输入字符，用于向计算机送入操作命令、源程序语句、运行程序所使用的数据等内容的输入设备 基本组成 机械部分：按键（导电件）弹簧金属件（由导电件控制实现电信号连通与断开） 电子线路部分：识别按键，给出编码；通过串行接口把编码送给主机由键盘上专门的芯片完成 键盘接口 串口、USB接口,键盘的运行原理,识别闭合键的具体实现： 是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个 m 列 * n 行矩阵的一个交叉点上，通过并行接口向 n 行依次送出仅有一行为 0、其余各行均为 1 的值，再用并行接口读入 m 列上的取值。

当该值不为 FFH （全 1 码）时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为 0 的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码 尚需解决如下的一些问题： 抖动：按下和松开按键时按键在接通和断开位置之间跳动几次才能稳定下来 重键：多键同时被按下，如何处理并行接口,并行接口,+5V,10K,0列,1列,m-1列,0行,1行,n-1行,,,键盘,键,.,.,.,.,.,A键,并行接口送来 1 0 1 的 n 位数值到二极管的负极，并行接口接收 键盘线路 m 列送出的 m 位数据当A键按下去后，5V 电源送出经电阻、A键、二极管到 0 信号处的电流，从而在 第 2列产生 0 电平（红线所示）, 其他各列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是 1 1 0 1 这样的 m 位数据二极管,,,鼠标的运行原理,鼠标的产生 图形界面的出现，需要鼠标来进行拖动等操作 鼠标的功能 根据鼠标的移动，在屏幕上移动位置 选中某个对象，进而执行某些操作 鼠标的种类 机械式鼠标 光电式鼠标 鼠标的接口 串口、USB接口,机械式鼠标,鼠标内部有一个橡胶球，橡胶球紧贴着两个互相垂直的轴（X、Y轴），每个轴上有一个光栅轮，光栅轮两边对应着有发光二极管和光敏三极管。

鼠标在移动的时候，橡胶球便带动两个轴旋转，同时光栅轮也就开始旋转，光敏三极管在接收发光二极管发出的光时被光栅轮间断地阻挡，从而产生脉冲信号，通过鼠标内部的芯片处理之后被CPU接受 脉冲信号的频率和数量，经过CPU计算后则表示为屏幕上的距离和速度光电式鼠标,光电鼠标的工作原理是，在光电鼠标内部有一个发光二极管，二极管发光照亮鼠标底部的表面同时表面会反射回一部分光线，反射光通过一组光学透镜后，在一个微成像器内成像 当鼠标移动的时候，移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图象，鼠标内部有一块专用的图象分析芯片（DSP），对移动轨迹上摄取的一系列图象进行分析处理，通过对这些图象上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位常用输出设备,显示器 阴极射线管显示器 液晶显示器 等离子显示器 打印机 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机,阴极射线管显示器,成像原理 电子束撞击荧光板上的荧光粉 受撞击的荧光粉发光产生亮点 基本组成 电子枪 显示屏 偏转控制装置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,灯丝,阴极,聚焦极,石墨层,荧光屏,显示屏,阳极帽,偏转线圈,栅极,,阳极,,电子枪,,,,,电子束,阴极射线管的构成和工作原理,一些相关概念,分辨率 沿水平和垂直两个方向把屏幕分成许多小的区域，一个小的区域对应一个发光点（称为象素），一个屏幕上所提供的全部象素的数目被称为分辨率 扫描 电子束在显示屏上按某种轨迹运动被称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路被称为扫描控制逻辑部件, 有2种扫描方式: 光栅扫描：电子束从左到右，从上到下扫描整个屏幕（隔行扫描和逐行扫描） 随机扫描：电子束只扫描需要显示的点，而不是整个屏幕 刷新 余辉时间：电子束打在荧光粉上发出的光的所持续时间 为了得到稳定的图象，需要重复扫描整个屏幕（每秒50场） 帧存储器：为了重复扫描，需要存储屏幕字符或者图象信息,字符显示的一般原理,为有效地提供屏幕上要显示的内容，字符显示器内有一个显示存储器VRAM，用于保存将显示在整个屏幕的全部字符，显示存储器中保存的是这些字符的ASCII码和显示属性（即字符的颜色、亮度、是否显示等）。

VRAM 是一个可读写的存储器，被显示的字符将由计算机主机以两个字节（ASCII码和显示属性）的方式提供并写进该存储器中，由显示器的控制逻辑按需要从中读出准备显示的一个字符的ASCII码的字节值和显示属性的字节值 字符发生器，就是用于保存每个可显示字符字形的点阵数据的逻辑部件，通常是一个只读存储器 ROM，如果每个字符的字形用 7（横向）9（纵向）的点阵表示，则每个字符字形的点阵数据要占用 9个存储器字节（横向的7个点的布局用一个字节表示）字形的产生过程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,1 1 1 1,0 1 1 1,0 0 1 1,10H,28H,44H,82H,82H,FEH,82H,82H,00H,,,,,,,,,,,,字符 发生器,( R O M ),ASCII 字符代码,,,8,4,RA3 - RA0,(a) “ A ”的点阵表示,(b)字符发生器的结构,(来自VRAM),(来自光栅地址 计数器输出),RA3 -RA0,D7,,D0,D7,D0,,,,,ASCII代码(41H) 指向这个字形,,,,,,移位 寄存器 S L,字符 发生器 ( ROM),加载控制,水平消隐,行间消隐,垂直 消隐,水平同步电路,垂直同步电路,点振荡器,点计数器,水平地址计数器,光栅地址计数器,垂直地址计数器,定时控制电路,垂直同步信号,水平同步信号,字符时钟, 代码,控制,OSC,VRAM,,1,9,,1,80+18,1,,9+5,,1,25+1,视频 信号,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,RA3 - RA0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,字符显示的一般原理,CRT图形图像显示器,大的VRAM 存储点阵属性 分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB 高速总线 50场/秒，带宽为2.3*50MB/s=115MB/s 需要连接PCI总线 专用接口 分辨率更高的图形设备将采用专用接口,液晶显示器,显示原理 利用液晶的光学特性 平板后面设置光源 通过液晶改变透射光的偏振性（从水平到垂直） 电场控制 特点 平板显示，不需要高压电，移动方便 无辐射 价格较高,液晶显示器,等离子显示器,成像原理 利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电的特性 产生紫外线，紫外线激发荧光粉发光 在玻璃板之间隔开成象素，每个象素点内有惰性气体和三色荧光粉，用电极控制 特点 易于实现大画面显示 全色显示，色纯度与CRT相当 视角达160度 寿命长 功耗大、成本高。

打印机,计算机最基本的输出形式之一，可将打印在纸上的信息长期保存打印设备种类繁多，性能各异，结构上差别也较大，按印字方式分类： 击打式：通过印字的机械装置撞击色带以便把字形染印在纸上，速度慢，噪声大，打印质量一般 点阵针式、字模式 非击打式：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 喷墨、激光、热转印 打印设备与计算机主机的连接方式 串行接口、并行接口、USB接口,针式打印机,打印原理 用钢针或钨铼合金针撞击色带，将色带的颜色印到打印纸上，完成一个点的输出，完成全部点阵后输出完毕 基本组成 打印头、输纸机构、色带机构及打印控制器 打印控制器包括字符缓冲存储器、字型发生器、时序控制电路和接口电路等部分 输出过程 字车将打印头横向移动到打印起始位置 取出输出对象点阵的第一列，驱动打印针撞击色带 字车移动一小格，输出下一列，直到本行输出完毕 回车 输纸机构进纸 输出下一行,针式打印机构造,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,打印纸,导轨,打印针,永磁铁,铁芯,衔铁,线圈,色带,色带保护片,滚筒,,,,,,,,,针式打印机打印字符“E”的过程,针式打印机和CRT字符显示器工作原理比较,CRT字符显示器使用电子束撞击荧光粉产生发光点，针式打印机是用打印针撞击色带产生印染点； CRT字符显示器以整屏信息为单位连续扫描以维持稳定的显示画面，故它需要有显示存储器VRAM，而针式打印机接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了； 光栅扫描的CRT字符显示器，电子束在整个屏幕上按逐个横行的扫描方式重复，扫描完多个横行才完整显示出一行字符，针式打印机则是按逐列打印方式依此打印出字符的点阵列，几次后打印出一个完整字符，打印完一行回车后开始打印下一行。

激光打印机打印原理,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、电子照相部分和打印机控制器等几部分组成 激光扫描系统的功能，是控制激光束能扫描到光导鼓柱面的任何位置，它由激光器，偏转调制器，扫描器和光路系统组成 电。