《人机交换接口》word版.doc

第八章 人机交互设备接口一、连接在计算机上的I/O设备大致有以下三种类型：1供用户进行输入/输出的设备：键盘、鼠标、显示器等，它们也称为“人机交互设备”；2外存储设备：软盘、硬盘、光盘驱动器是典型的外存储设备；3专用的其他设备：数据采集设备、视频采集设备等。二、键盘接口PC XT/AT时代的键盘主要以83键为主，并且延续了相当长的一段时间，但随着视窗系统近几年的流行已经淘汰。取而代之的是101键和104键键盘，并占据市场的主流地位，当然其间也曾出现过102键、103键的键盘，但由于推广不善，都只是昙花一现。104键键盘出现的是新兴多媒体键盘，它在传统的键盘基础上又增加了不少常用快捷键或音量调节装置，使PC操作进一步简化，对于收发电子邮件、打开浏览器软件、启动多媒体播放器等都只需要按一个特殊按键即可，同时在外形上也做了重大改善，着重体现了键盘的个性化。起初这类键盘多用于品牌机，如HP、联想等品牌机都率先采用了这类键盘，受到广泛的好评，并曾一度被视为品牌机的特色。随着时间的推移，渐渐的市场上也出现独立的具有各种快捷功能的产品单独出售，并带有专用的驱动和设定软件，在兼容机上也能实现个性化的操作。1键盘的分类微型的计算机上使用的键盘有机械触点式和电容式二类：1）触点式按键：早期的键盘几乎全部是机械式键盘，每个按键的下部有两个触点，平时两个触点没有接触，相当于断路，该键被按下后两触点导通。这种键盘手感差，易磨损，故障率较高。2）电容式按键：这种按键通过改变电容器电极之间的距离，产生电容的变化。每个按键内活动极、驱动极与检测极组成两个串联的电容器。键按下时，上下两极片靠近，极板间距离缩短，来自振荡器的脉冲信号被电容耦合后输出。反之，则无信号输出。这种键使用中不存在磨损、接触不良等问题，耐久性、灵敏度和稳定性都比较好。为了避免电极间进入灰尘，电容式按键开关采用密封组装。电容式键盘手感好，寿命长，目前使用的计算机键盘多为电容式无触点键盘。按照控制形态，有非编码键盘和编码键盘二类：1）非编码键盘：这种键盘的编码需要由CPU扫描后获得，CPU效率低，主要用于小型应用系统。2）编码键盘：由专用控制器对键盘进行扫描，产生对应的编码。这种键盘结构稍复杂，但使用方便。按照键盘的外形可分为标准键盘和人体工程学键盘，人体工程学键盘是在标准键盘上将指法规定的左手键区和右手键区这两大板块左右分开，并形成一定角度，使操作者不必有意识的夹紧双臂，保持一种比较自然的形态，这种设计的键盘被微软公司命名为自然键盘(Natural Keyboard),对于习惯盲打的用户可以有效的减少左右手键区的误击率，如字母“G”和“H”。有的人体工程学键盘还有意加大常用键如空格键和回车键的面积，在键盘的下部增加护手托板，给以前悬空手腕以支持点，减少由于手腕长期悬空导致的疲劳。这些都可以视为人性化的设计。2键盘的特点对于通用PC系列微机采用的键盘来讲，它具有两个基本特点：一是按键开关为无触点的电容开关，通过按键的动作，使电容量发生变化，来检测按键的断开与接通；二是键盘属于非编码键盘，由单片机扫描程序并识别按键的当前位置，然后再向键盘接口输出该键的扫描码。 3PC机键盘结构PC系列微机使用编码式键盘，它的内部由专门的单片机（8048）完成键盘开关矩阵的扫描、键盘扫描码的读取和发送。1）增强型扩展键盘的结构增强型101键扩展键盘被广泛应用于各种微机系统中，它的内部结构如图所示。 键盘开关矩阵为l 6行8列，来自8048内部计数器的7位计数信号通过数据线的DB0DB6，它们的内容随计数频率有规律地改变。这些信号送到键盘矩阵的行列译码器，实现对键盘开关矩阵的行列扫描。有键按下时，通过KETDEP信号通知单片机。8048扫描程序根据当前计数值，分析确定按键的行、列位置，形成键盘扫描码。按下键时的编码称为接通扫描码（通码），松开键时的编码称为断开扫描码（断码）。2）键盘扫描码的发送8048单片机从DATA OUT端输出扫描码，送到五芯插头的2脚，并由CLOCK OUT输出时钟定时信号，送到五芯插头的1脚。主板上的键盘接口电路按照这两个脚的信号同步串行接收数据。值得注意是，主机也可以通过接口（1，2引脚）向键盘发送信息，包括复位、重新发送、启动、设置速率等。此时，8048单片机把键盘扫描码暂时存入内部20个字节的缓冲区。4PC机键盘接口目前PC机常用的键盘接口有3种：（1）标准接口：一般用于早期的AT主板上，所以也叫做AT接口。标准接口为圆形，比PS/2接口要大，习惯上称之为大口。（2）PS/2接口：PS/2接口为具有6针的圆形插座，目前PC机上一般都具有连接键盘的PS/2接口。（3）USB接口：由于USB设备具有即插即用，支持热插拔等优点，很多设备都采用了USB接口，键盘也不例外。选择USB接口的键盘先要考虑主机上是否具有空余的USB接口。发送端相当于D/A转换器，而在接收端则相当于A/D转换器。键盘接口的功能主要有：接收键盘送来的扫描码；输出缓冲区满，产生键盘中断；接收并执行系统命令，对键盘进行初始化、测试、复位等操作。 5IBM-PC机键盘中断服务主板上的键盘接口收到一个字节数据后，通过8259的IRQ1向CPU请求中断。键盘中断类型码为09H，中断服务程序主要功能如下：（1）从键盘接口（8255的PA端口，地址60H）读取键盘扫描码。（2）将扫描码转换成ASCII码或扩展码，存入键盘缓冲区。（3）如果是换档键（如CapsLock，Ins等），将状态存入BIOS数据区的键盘标志单元。（4）如果是组合键（如Ctrl+A1t+Del）则直接执行，完成其对应的功能。（5）对于中止组合键（如Ctrl+C或Ctrl+BreaK），强行中止程序的执行，返回系统。读取键盘缓冲区中的内容可通过BIOS软中断INT 16H或操作系统功能调用实现。 6键的识别在键盘中通常用硬件或软硬件结合的方法来识别键盘中的闭合键，常用的按键识别方法有：行扫描法、行反转法和行、列扫描法。（1）行扫描法我们把PC系列键盘视为二维矩阵的行列结构，键盘的识别采用行扫描法，如图所示，为16行8列的矩阵结构。键盘扫描程序周期性地对行列结构的按键进行扫描，然后根据回收的信息来确定当前的行、列位置码。行扫描法的工作原理为：7位计数器处于定时工作方式，计数器输出分别送至两个译码器（行译码和列译码），高4位译码形成Y0Y15共16行扫描驱动线；低3位译码形成X0X7共8列扫描驱动线。由于计数器的特点，列扫描驱动线随着时钟而步进1列，行扫描驱动线经过8个时钟而步进1行。 （2）行反转法 行反转法是利用可编程并行接口（如8255A）来实现的，在硬件上要求键盘的行、列线分别连接到两个双向并行接口，如图所示。 行反转法的工作原理为：将行线接一个并行口，先工作在输出方式，将列线接到另一个并行口，先工作在输入方式。经初始化编程使CPU通过输出端口往各行线全部送低电平，然后读入列线的值。如果有某个键被按下，则必有一条列线为低电平。然后进行线反转，通过编程对两个并行端口进行方式设置，使连接行线的端口工作在输入方式，并将刚才读到的列线值通过所连接的并行口再输出到列线，然后读取行线的值，那么闭合键所对应的行线必为低电平，这样当一个键被按下时，就可以读到一对唯一的列值和行值。 在键盘设计时除了对键码的识别外，还需要解决抖动和重键问题。 按键开关在开闭过程中不可避免地会出现瞬态抖动，其时间长短约为510ms。在抖动时检测键盘状态是不可靠的，因此要进行去抖动处理，去抖动可用硬件或软件实现。硬件去抖动电路通常由一个R-S触发器或单稳态电路构成。软件去抖动的方法是在检测到有键按下时，先延迟10ms再检测键是否仍保持闭合状态。 重键是指在同一时刻有两个或多个键同时按下的情况，此时存在着是否给予识别或识别哪一个键的问题。对重键的处理，一般可以不予理睬，认为重键是一次错误的按键。通常情况下则是只承认先识别出来的键，对同时按下的其它键不作识别，直到所有键都释放以后，才读入下一个键。这种方法称为“连锁法”。此外，还可采用“巡回法”，其基本思想是等被识别的键释放以后，才对其它闭合键作识别，该方法比较适合于快速键入操作。 多媒体音响键盘型号为K30V00P的晶悦多媒体键盘，这款键盘的生产商是苹果新概念数码科技（深圳）有限公司，英文名New Apple Concept digital technology (Shenzhen) co.，Ltd。键盘实物如上图。这款键盘并没有采用标准的101键盘设计，采用长回车长退格的设计，将方向键集成到回车键的下方，只是这款晶悦多媒体键盘重新设计了Home、Delete等按键的位置。键盘整体黑色与上方银白色功能键区给人以十分强烈的对比，应该说这款键盘在外观的设计上是相当出众的，脱离了一般键盘死板呆滞的外观，给人更多时尚的感受。键盘键冒表面的经过了精致的磨砂处理，字母的印刷也十分清晰精致。键冒本身具有一定的弧度，使手指的触感相当舒适。键盘采用超薄短键程设计，按键反应灵敏，但明显偏硬，也具有相当的弹性，这款键盘的按键静音效果却十分到位，按键声音要比一般的超薄键盘小，总体而言，这款键盘适合长期打字的办公人士使用。键盘中部偏上集成了9个多媒体按键，只是各个按键的键程有些微差别，Play/Pause键稍长，不过按键的灵敏度反应还是十分到位的。超薄设计使键盘本身最厚的地方也不足1cm，背板支架的高度设计也恰到好处，使键盘本身相对水平面倾斜6度，只是送测样品的支架，较市场一般产品的支架略薄一些，也相对更松。在多媒体按键区的两侧各有两个如上的扬声器，音量较大，但实际效果一般，适合一些桌面空间狭小的办公人士。在右Alt键的正下方，晶悦多媒体音响键盘还配备了一个MIC孔，其实际表现与市场中主流的麦克风产品区别不大，话音清晰，只是略有底背景噪音。在键盘右侧上方，晶悦多媒体键盘还单独设计了耳机和独立麦克风的插孔，方便有需求的用户自行更换。键盘本身采用PS/2接口，为实现音响功能，音频/麦克插头必不可少，插头本身也进行了颜色区分。 综上所述，晶悦多媒体键盘十分适合进行长期打字的用户使用，其良好的按键反应和静音效果令人满意，同时，这款键盘还适合桌面空间紧凑的用户用以欣赏音乐，其市场参考价为170元左右。 微软人体工学键盘4000 豪华大气的包装散发着浓郁的艺术气息，键盘以黑色作为主色、银灰作为辅色。外观可谓无与伦比，个性十足。 微软人体工学键盘4000的出色绝不仅限于外观，更多的亮点体现在设计层面带来的极致舒适的应用体验。 “鸥翼”造型的微软人体工学键盘4000既有动感活力又富曲线魅力，它首次引入了自然的弓形仿生学曲线，完全贴合五指自然弯曲下垂时的曲线，使得手指在按键时移动距离更小，减少了手指的疲劳度。 “自定义键”向来是微软键盘的“保留项目”，只须安装相应的驱动程序，用户便可自行定义某些键位的“快捷方式指向”微软人体工学键盘4000提供了5个自定义键，用户可将之设定为访问频度较高的文件夹、播放、应用程序或是网站。 键盘设计了宽大的坡度手托，彻底解放了玩家的手腕。而且手托是可以随意拆卸的，看看自己键盘又短又窄的托盘，不禁叹服微软工程师的设计之人性化。 这款微软人体工学键盘4000的手托部分采用了仿皮革材质，手感非常好，柔软舒适，能够缓解长期使用键盘的疲劳感。 对于一款顶级键盘来说，微软人体工程学键盘4000具备了所有顶级键盘应该具备的因素，如果你是最求完美感受的高端用户，那么微软人体工程学键盘4000将是你理想的选择二、 鼠标接口鼠标是一种快速定位器，其功能与键盘的光标键相似。通过移动鼠标可以快速定位屏幕上的对象，是计算机图形界面人机交互必备的外部设备。“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”，它从出现到现在已经有近40年的历史了。鼠标的使用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。1. 鼠标的结构和工作原理。1）鼠标按其结构可分为为光电机械式、光电式、轨迹球等。（1）光电机械式是目前最为常见的鼠标。鼠标内置了3个滚轴：X方向滚轴和Y方向滚轴，另1个是空轴。这3个滚轴都与一个可以滚动的橡胶球接触，并随着橡胶球滚动一起转动。X，Y滚轴上装有带孔的译码轮，它的转动会阻断或导通LED发出的光线，在光敏晶体管上产生表示位移的脉冲。（2）光电鼠标用发光二极管向底部发射光线，光敏三极管接收经反射的光线，将位移信号转换为电脉冲。由于没有橡胶滚球，日常维护方便。3）鼠标的工作原理利用鼠标可方便地定位光标在显示屏幕上的位置。鼠标器通常通过微机中的串行口与主机连接。当在平面上移动鼠标器时，把鼠标器移动的距离和方向转换成两个脉冲信号传送给计算机，计算机鼠标驱动程序将脉冲个数转换为鼠标器的水平方向、垂直方向的位移量，从而达到移动鼠标箭头的目的。当鼠标在平面上移动时，随着移动方向和快慢的变化，会产生两个在高低电平之间不断变化的脉冲信号，CPU接收这两个脉冲信号并对其计数。根据接收到的两个脉冲信号的个数，CPU控制屏幕上的鼠标指针在横（X）轴、纵（Y）轴两个方向上移动距离的大小。脉冲信号是由鼠标内的半导体光敏器件产生的。 2鼠标的种类1）根据结构和鼠标测量位移部件的类型的不同，鼠标一般分为以下2类： （1）机械式鼠标 这是目前大家使用最多的鼠标，其最大特点是构造简单，成本低廉，易于维修。将此类鼠标翻过来看时，都会发现其底部有一个橡胶球。紧靠着橡胶球有两个相互垂直的转轴，在转轴上装有旋转编码器和相应的电路。（2）光电式鼠标 光电式鼠标是利用发光二极管（LED）与光敏三极管的组合来测量位移的，二者之间的夹角使LED发出的光照到光电板后，正好反射给光敏三极管，鼠标中的电路将检测到的光的强弱转变成表示位移的脉冲，因此，光电式鼠标的底部没有橡胶球。2）鼠标还可按外形分为两键鼠标、三键鼠标、滚轴鼠标和感应鼠标，两键鼠标和三键鼠标的左右按键功能完全一致，一般情况下，我们用不着三键鼠标的中间按键，但在使用某些特殊软件时(如AutoCAD等)，这个键也会起一些作用；滚轴鼠标和感应鼠标在笔记本电脑上用得很普遍，往不同方向转动鼠标中间的小圆球，或在感应板上移动手指，光标就会向相应方向移动，当光标到达预定位置时，按一下鼠标或感应板，就可执行相应功能。3）无线鼠标和3D鼠标：新出现无线鼠标和3D振动鼠标都是比较新颖的鼠标。无线鼠标器是为了适应大屏幕显示器而生产的。所谓“无线”，即没有电线连接，而是采用二节七号电池无线摇控，鼠标器有自动休眠功能，电池可用上一年，接收范围在1.8米以内。3D振动鼠标是一种新型的鼠标器，它不仅可以当作普通的鼠标器使用，而且具有以下几个特点： (1) 具有全方位立体控制能力。它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向。 (2) 外形和普通鼠标不同。一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成。 (3) 具有振动功能，即触觉回馈功能。玩某些游戏时，当你被敌人击中时，你会感觉到你的鼠标也振动了。 (4) 是真正的三键式鼠标。无论DOS或Windows环境下，鼠标的中间键和右键都大派用场。 3. 鼠标接口标准鼠标接口有传统的COM、PS/2和新型的USB三种。1）串行通信口鼠标串口鼠标使用9针D型接口，采用RS-232C标准进行通信。这种鼠标的电源由串口的RTS信号提供，GND作为地线，使用TXD发送数据，DTR作为联络信号线。大多数鼠标采用7位数据位、1位停止位，无奇偶校验方式、以1200-2400 b/s的速率发送数据。2）PS2鼠标嚣PS2鼠标最早用在IBM PS2系列微机上而得名。它使用专用的鼠标接插座（6芯DIN型头），安装灵活方便，不占用串口资源。现在的PC机主板都有支持PS2鼠标接口的插座。它们的接插件及信号如图所示。4鼠标的技术参数（1）分辨率所谓分辨率，是指鼠标每移动一英寸能检测出的点数，分辨率越高，鼠标移动的精度也就越高，最早鼠标的分辨率通常为100dpi，现在使用的鼠标多为400dpi以上，也有某些高档产品的分辨率可以达到500dpi甚至更高。（2）采样率鼠标采样速率可以视为Windows操作系统确认鼠标位置的速率，一般情况下采用USB接口的鼠标固定为120次/秒，而PS/2接口的鼠标默认接口采样率比较低，只有60次/秒。3）扫描次数 扫描次数是光学鼠标特有的指标，它是指每秒钟鼠标的光学接收器将接收到的光反射信号转换为电信号的次数，次数越高，鼠标在高速移动的时候屏幕指针就不会由于无法判别光反射信号而“乱飘”。 5鼠标的编程应用Microsoft为鼠标提供了一个软件中断指令INT 33H，只要加载了支持该标准的鼠标驱动程序，在应用程序中可直接调用鼠标器进行操作。INT33H有多种功能，可通过在AX中设置功能号来选择。 优派V8激光鼠标产品采用比较经典的银黑双色搭配，左右对称的设计适合左右双手操作，但略有一些不合手。5+1（五按键+一个DPI切换）的键位设计十分方便用户操作。同时，键身分离的设计也使得按键的过程不会影响到鼠标外壳的状态。使用更轻松。同时，这款鼠标内部含有了一个25g的配重。在鼠标的正中央，有一个标识着dpi的按键，在按键的上方，有一个dpi指示灯，分别用红、绿、暗三种状态标识着800、1600、2000dpi三种状态。并可一键切换。这款V8鼠标采用了安捷伦激光引擎，提供了2000DPI以及7080次的扫描速度，这个速率在业内还是非常先进的。产品左右双按键采用了高端传统的omron微动开关，按键寿命的理论值为500万次。产品的滚轮部分略窄。手感比较松，使用时很舒服，燥音也很小。V8比较有特色的一个设计就是它的尾部用手写体标有2000dpi、6.4M像素/s、7080fps等技术参数。可以看到，这款鼠标的底部设计的比较大。给人以稳重的感觉，虽然它很大，但是加滑设计的四个脚贴并没有出现很多鼠标中所出现的不平稳的情况发生，相反，原配的脚贴可以加快鼠标的爽滑程度。一款来自Elecom生产的无线鼠标，外形是不是很像合上盖子以后的剃须刀？！尺寸大小为43.5x79.5x23.5mm，重量为41.5g。 配备一个贴身设计的包装盒并且作为USB接口使用，需要2节AAA电池供电。从外观上看，无线光学迷你鲨4000有线版的相比感觉更具现代感，特殊的弧线切割工艺使得这款鼠标的外观堪称华丽。 鼠身完全对称式的设计让用户不管是使用左手还是右手都可以无线迷你鲨4000应用自如，全磨砂材质的塑料鼠身让用户在实际使用中不会轻易的出现滑手的现象，银灰色和蓝褐色的搭配也使其显得十分前卫。 其还具有“放大镜”功能“放大镜”功能能够发现屏幕上的更多细节，只要点击按键就可以放大并对屏幕细节进行编辑；纵横滚轮功能可以轻松向4个方向滚动屏幕，轻松浏览、编辑网页、数据表格、照片等。 无线光学迷你鲨4000采用了微软最新的激光引擎，提供了1000dpi以及6000次/s的扫描率，可以适应除玻璃表面外的其它表面。 无线光学迷你鲨4000同样采用了体积较小的Mini无线接收器设计，而为了提升便携性，无线接收器采用了内置式设计，当鼠标闲置时，可以把接收器固定在鼠标的底部，并且在接收器不工作之时，鼠标可以自动断电，以节约电池电能。U盘式无线接收器设计为用户彻底免去了烦人线材的干扰，且即插即用的特性也让用户使用起来相当的便捷，它那小巧的身躯更是可以在不抵触外界物件的情况安插在笔记本电脑的任何一个USB接口上，相当的方便三、打印机接口1打印机的分类及技术指标（1）打印机的分类 打印机的种类比较多，按照与微机接口的方式分类有并行输出和串行输出打印机；按照打印机印字技术分类有击打式和非击打式打印机；按照印字方式分类有行式和页式打印机等。常见的打印机主要有针式打印机、激光打印机、喷墨打印机。（2）打印机的主要技术指标对于采用不同打印技术的打印机之间性能有很大差别，一般而言，衡量打印机性能优劣的指标主要包括分辨率、打印速度、行宽、颜色数目。此外，打印机的耗材及维护费用也要考虑。2打印机的工作原理（1）针式打印机的结构和工作原理针式打印机的主要工作是接收外部送来的数据或控制命令，然后根据控制命令的格式要求，将要打印的数据变为打印头的动作，把数据记录在打印纸上，打印机还接收控制面板上的操作命令，根据面板上的操作命令完成相应的操作。针式打印机结构框图如图所示。图中的电源单元将交流电压转换成需要的直流电压；主控逻辑电路以微处理器为主，包括CPU、用来存储待打印汉字或字符的点阵数据的行缓存RAM、用于存储CPU的监控程序和固化点阵字库数据的ROM、打印头驱动电路等；机械机构包括字车驱动、走纸、色带移动、用于纸尽检测和初始位置检测的检测器等；操作面板包括电源接通或断开、联机或脱机、自检、报警和走纸控制等。 2）激光打印机的工作原理 激光打印机是通过激光技术和电子照相技术完成印字功能的，它是一种高精度、高速度、低噪声的非击打式打印机。其工作原理如图所示，它主要由激光扫描系统、电子照相系统和控制系统三部分组成。 3打印机接口信号如图所示是打印机接口的接插件。左边为打印机适配器接口（25芯DB25），右边为打印机联接器（36芯Centronics）。1）打印机接口内部由数据总线缓冲器、输出数据锁存器、输入数据缓冲器、控制寄存器、状态缓冲器以及地址译码和读写控制逻辑等组成。（1）输出锁存器锁存微处理器送来的待打印的字符ASCII码，这个代码可以通过输入数据缓冲器读回CPU。（2）控制寄存器接收并寄存微处理器的控制命令。（3）状态缓冲器连接打印机送来的状态信号。2）打印机接口的主要控制信号（输出）有：（1）STROBE：数据选通，低电平有效。数据在它的配合下送入打印机。（2）AUTO_FD：自动换行，高电平有效。有效时打印机每次回车后自动换行。（3）INIT：初始化信号，低电平有效。有效时，打印机被复位。（4）SEL：联机控制位，高电平有效。有效时打印机才能与接口连通。3）主要状态信号（输入）如下：（1）BUSY：忙信号，高电平有表示打印机忙。有四种情况：正在输入数据、正在打印操作、在脱机状态、打印机出错。（2）ACK：确认，低电平有效。有效时表示打印机已经接收完毕接口送来的一个数据。（3）PE： 纸尽信号，高电平有效。有效时表示打印机缺纸。（4）SLCT IN：选择信号，高电平有效。有效时表示打印机处于联机状态。4打印机接口内的端口打印机适配器的端口地址可通过跳线或CMOS设置选择378H37FH（LPT1）或278H27FH（LPT2）。默认端口地址为378H37FH，实际应用的端口地址主要有三个：数据输出端口378H，状态输入端口379H，控制输出端口37AH。5打印机IO功能调用IBM PC系列微机的ROM BIOS中有一组打印机I/O功能中断调用程序，显示器中断调用指令为INT 17H，共有3种不同的打印机操作。用户可利用中断调用方便地编写显示器的接口程序。INT 17H的01H功能用来初始化打印机，并回送打印机状态到AH寄存器。如果把打印机开关关上然后又打开，打印机各部分就复位到初始值，此功能和打开打印机时的作用是一样的。 6打印机适配器的工作过程（1） 系统启动时，在INIT上发出负脉冲，对打印机进行初始化。（2）发送打印数据。用输出指令将字符代码写入接口的输出数据寄存器，这些代码出现在打印机数据线DATA0DATA7上。（3）向打印机发送选通脉冲。通过写控制端口，由STROBE端向打印机发出一个负脉冲信号，使数据进入打印机。中断方式下，打印机输出一个数据后，返回应答信号ACK，产生IRQ7请求信号送往8259A。在中断服务程序中输出下一个字符。查询方式下，CPU检查BUSY信号，为0时发送下一个字符。（4）重复过程（2）和（3），直到打印完成。 7SPP、EPP和ECP接口标准原始的打印机接口只能连接用于输出的并行打印机。随着PC机应用范围的扩大，需要能够进行信号输入的并行接口。为了不增加接口数量，有关厂商对打印机接口进行了改造，在兼容的前提下增加了新的功能。1）标准型并行接口SPP最初的IBM PC机中使用的并口，称为标准并行接口（Standard Parallel Port，SPP）。SPP可以同时向外设传送8个位信息。SPP没有专用的输入端口，但是可以借用打印机的五根状态信号线，进行每次四位（半字节）的输入。这种方式速度较慢。 在标准型并行接口中可以使用以下模式：（1）兼容模式：即主机在某一时刻向外设送出一个字节，随后主机与外设之间通过Busy和ACK现握手联络。这也是PC与PC兼容设备采用的默认传输模式。（2）四位组模式：定义了一种可以被所有接口用于反向传递数据，即由外设到主机方向数据传输的方法。每次在状态端口传送一字节中的四位，剩下的状态位和数据位用作联络信号。2）增强型并行接口EPPEPP（Enhanced Parallel Port，增强型并行接口）最早由Intel和其他厂商共同研制，兼容SPP方式。它采用双向数据线，在ISA总线的一个周期，EPP可以完成包括握手联络在内的一字节数据传送。同样完成这一工作，SPP接口需要较多的时间。EPP可以实现快速转向，因此适合于需要进行双向数据传输的设备。在EPP接口中，一个控制信号负责确定数据端口的方向。另外两个控制信号用来区分数据线上传输的是数据还是地址信息，这就为传送完整的信息提供了条件。例如，发送设备可以向接收设备写入一个地址信息，然后再写入一个或多个数据字节，对接收设备进行有选择的数据传输。EPP使用了8个寄存器，比早期的并行接口多出了5个。3）扩展功能接口ECPECP（Extended Capabilities Port，扩展功能接口）由HP和Microsoft首先推出，它为并行接口上的快速数据传输提供了另一种途径。与EPP一样，ECP也是双向接口，ECP传输可以在一个ISA总线周期的时间内完成。ECP通常使用一个16字节缓冲器存储待发送与写入的数据。在缓冲器与内存之间进行数据传输的过程中，可以使用DMA方式。与EPP一样，ECP也可以兼容SPP和PS2型接口工作。ECP中还包括一个Fast Centronics模式，它可以与SPP外设之间实现改进的通信。许多ECP也可以进行EPP传输。与EPP不同的是，ECP的硬件握手联络不存在自动超时的问题, 它可以降低传输速度，适应较慢的外设。所以，除了传输速度快这一特点之外，ECP传输还有更大的灵活性。与EPP模式类似，扩展功能接口（ECP）模式也可以实现双向的高速字节传输。传送数据与地址信息时使用不同的握手联络信号。控制字节中可能包含地址或数据压缩信息。一个FIFO存储器负责保存接收到的字节或待发送的字节。为了考虑打印机接口可以用在非标准打印机的使用上，在涉及并口信号时，常使用一些更通用的叫法。8个数据位分别为D0D7，5个状态位为S3S7、4个控制位为C0C3。其中的字母代表端口寄存器，数字表示该信号在寄存器中的位置。8打印机接口中各类寄存器1）数据寄存器：数据寄存器保存了写入数据输出端口的一字节信息。当端口在双向接口中作为输入使用时，数据寄存器中保存的是从连接器数据线上读取的一字节信息。状态寄存器：状态寄存器保存的是5个输入（S3S7）的逻辑状态。S0S2位不出现在并口连接器中。除了S0以外，状态寄存器是只读的。2）控制寄存器：控制寄存器保存了C0C3的4位信息。一般来说，这些位被用作输出，然而它们同样可以用作输入。要从控制位上读取外部逻辑信号，首先将向相应的输出写入1，然后读取控制寄存器的值。但是，为了提高交换速度，大多数支持EPP和ECP接口中，控制位工作在不能用作输入的推拉模式下。在一些多模式接口中，控制位采用的是改进型的推拉模式。在控制位的常规用法中，C0C3的用法与SPP相同，其他位功能为：C4：Enable interrupt request（允许中断请求）。此信号为高电平时，允许将中断请求信号由ACK（S6）送往计算机的中断控制电路。C5：Direction Control（方向控制）。在双向端口中用于设置数据端口的方向。为0时端口用作输出（数据输出启用）；为1时端口用于输入（数据输出禁止）。通常要使这个信号有效，你必须先将端口设置为双向模式。此信号在SPP模式中无效。C6，C7：未定义。9应用实例通过编程可以直接控制打印机进行打印操作，也可以用来完成数据采集和其他通信工作。1）打印功能假设待打印的字符在AL中，则用汇编语言编写的打印单个字符的子程序如下：SUBPRINTPROCNEAR PUSH AX ；保护现场 PUSH DX MOV DX，378H ；指向输出数据端口OUT DX，AL ；输出待打印的字符（AL中为要打印的ASCII字符） MOV DX，379H ；指向状态寄存器端口SUBWAIT： IN AL，DX ；读打印机状态 TEST AL，10000000B ；检查是否忙 JE SUBWAIT ；忙则等待，继续查询状态 MOV AL，00001001B ；选通位为1，发选通信号 MOV DX，37AH ；指向控制寄存器端口 OUT DX，AL ；选通打印机MOV AL，00001000B ；选通位复位OUT DX，AL ；送打印机选通 POP DX ；恢复现场 POP AL RET SUBPRINTENDP2）打印机的BIOS调用四、硬盘驱动器和接口标准 1. 硬盘驱动器结构与读写过程 1）硬盘存储器主要由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成。盘片用铝合金材料制成，其表面涂有磁性材料。 2）硬盘的读写过程从查找磁道开始，驱动机构把磁头定位在目标磁道上方，目标扇区旋转到磁头下方时，读/写操作开始。写入时，数据经编码电路变换成相应的写电流，送到磁头写线圈，磁化盘面上的表面磁层，形成一个微小的磁化单元。读出时，磁化单元高速经过磁头，在磁头读线圈中感应出电压信号，经放大，整形和选通后输出。 2. 硬盘的主要技术指标 （1）磁头类型：磁头是硬盘读写数据的重要部件。目前采用两种类型的磁头：磁阻磁头MR（Magneto Resistive heads）和巨磁组磁头GMR（Giant Magneto Resistive heads）。MR和GMR磁头通过磁阻的变化去感应信号的幅度，具有高灵敏度，高可靠性的优点。采用上述磁头后，单盘容量有了很大提高。（2）单碟容量：硬盘一般由四到五张碟片组成。单张碟片的容量越大，硬盘的总容量随之增大。而且，由于磁盘密度增大，数据读写速度也得到提高。（3）转速：IDE接口硬盘工作时主轴和碟片转速多为5400 rpm和7200 rpm两种。某些SCSI硬盘的转速已经超过10000 rpm。转速越高，硬盘的传输速率越快，但由此也带来发热量和噪声增大等问题。（4）Cache：硬盘中Cache的容量越大，硬盘的实际传输率就越大。目前，硬盘采用的Cache多为512 KB和2 MB两种。（5）平均寻道时间：磁头寻找目标磁道的时间直接影响磁盘的工作速度。（6）传输速率：影响传输速率的因素有电机转速、存储密度、Cache容量、接口方式等。3. IDE接口 IDE的全称是Integreted Driver Electronics，即集成驱动器电子部件，是由Western Digital公司生产的控制器接口。IDE接口把控制器集成到驱动器内，可以消除驱动器和控制器之间的数据丢失问题，提高数据传输可靠性。由于控制电路并入驱动器内，从驱动器中引出的信号线已不是控制器和驱动器之间的接口信号线，而是通过简单处理后可与主系统连接的信号线。 IDE采用了40线单组电缆连接，除了对系统总线上的信号做必要的处理之外，其余信号基本上是原封不动地送往硬盘驱动器。由此可见，IDE实际上是系统级的接口，有的资料上因此也称IDE为ATA（AT- Attachment，AT嵌入式）接口。 IDE由于具有多种优点，且成本低廉，在微型计算机中得到了广泛的应用。4. EIDE接口 IDE标准虽然有上述优点，但它只能管理容量在512 MB以下的硬盘，不能满足技术的快速发展。Western Digital在原有基础上开发了新的EIDE（增强型IDE）接口，它已经成为新一代的标准。与IDE相比，EDIE有以下几个方面的特点： （1）支持大容量的硬盘。 （2）EIDE允许连接更多的外设。IDE通常只提供一个IDE插座，最多只能挂主、从两个硬盘。EIDE通常提供两个插座，称为主插座和辅插座，每个插座可连接主、从两个设备，一共可连接4个设备。 （3）EIDE具有更高的数据传输速率。原有的IDE驱动器的最大突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）仅为3 MB / s。而标准EIDE驱动器的最大突发数据传输率可达16 MB / s。 （4）为了支持大容量硬盘，EIDE支持三种硬盘工作模式：普通模式（Normal）、逻辑块寻址模式（Logical Block Addressing）、大硬盘模式（Large）。5 现代硬盘接口技术 Ultra DMA/33/66接口是在ATA上发展起来的新型硬盘接口标准。采用此接口的硬盘，其数据传输率理论上可分别达到33MBs和66MBs。 Ultra DMA/66仍然采用40脚插座，但是在连接线缆的每根信号线之间增加了1根地线，线缆宽度达到80。因此，Ultra DMA/66不仅提高了数据传输率，还有效地降低信号之间的串扰，提高了传输数据的可靠性。同时，它也保持了与目前40pin排针的兼容，如果使用普通的40线硬盘线，其结果是把Ultra DMA/66当作Ultra DMA/33接口的硬盘来使用。最近，昆腾公司开发了新一代的ATA/100接口，它允许主机和硬盘之间以100MB/s的传输率进行数据传输。6笔记本电脑硬盘采用很多新技术，象日立最新的7200转硬盘，便采用了Femto Slider Head (毫微微米级滑行读写头)技术，使读写头与盘面之间的距离缩短了40%，增加了大约10%的纪录区域，实现了高密度化。此外还采用了IBM开发的一项所谓“仙尘技术”，（Pixie Dust），使硬盘的可靠性和存储密度大幅增加。仙尘技术实际上是IBM发明的一种稀有金属涂层，它能够克服当磁存储设备的存储密度到达一定限度的时候所出现的超磁效应。这样磁盘的存储密度就能进一步上升。目前笔记本电脑硬盘的接口技术基本上与台式机硬盘是同步的。大多数都支持DMA/100/66。最新的Serial ATA即串行ATA接口，以连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，因此能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作，这样能降低电力消耗，减小发热量，十分适合笔记本。7. 微硬盘在人们追求大容量和小体积的新时代中，闪存和传统硬盘均无法满足市场需求，由超小型笔记本和数码相机领域发展过来的微硬盘向存储更多歌曲和体积更小的方面发展。1）优点 （1）超大容量：要知道，微硬盘的盘片面积只有1英寸，整体也不过电话卡1/3面积，主流容量却达到了1-4GB级水平，有的可以达到15GB（1英寸）和60GB（1.8英寸），无论是用作相机拍摄，还是数据存储，都是卓卓有余。 （2）使用寿命长：采用比硬盘更高技术来制作，保证了它的使用寿命，可反复抹写30万次以上，通常能稳定工作五年。 （3）带有缓存：这不仅仅是出于避震的需要，而是提高数据传输率的重要保证，避震可以由外置的内存来完成，但没有缓存的话，微硬盘的速度会显得比较慢，一般产品都配有128KB容量数据缓存。 （4）无须外置电源：微硬盘的功耗极小，连接USB就可以用了，如果一个接口不够电，连接两个接口便可以，直接解决了硬盘盒外加电源的麻烦。所以未来的硬盘型MP3，有可能无须电池就可以接入电脑。 （5）高速传输：现在的微硬盘都有3600-4200 RPM（Rotation Per Minute，转/分），最快的已经达到4500 RPM。当然，由于盘片体积小，相同转速时，数据传输率比普通硬盘要低。虽说体积小散热不容易，但它们都拥有自动省电模式，能主动降低发热量，让高速可以更持久。 （6）接口广泛兼容性：微硬盘与普通硬盘一样，都兼容兼容工业标准的多种硬盘接口，这主要由控制芯片来决定，使其适用于多种手持装置。所以，我们会看到CF卡、PCMCIA、USB 2.0、ATA并口的微硬盘，未来可能还有ATA串口和SCSI口。 （7）USB 2.0高速外部传输：当你用这个大容量微型硬盘存储歌曲、图片、视频录象、应用软件和文件时，一定会和别人交换数据，这时，一个快速的传输通道必不可少。USB 2.0是现时兼容性最广的外部接口标准，能实现480Mbps的传输速度，约为60MB/秒的速度。 （8）高防震性：由于微硬盘的特殊设计，它的防震能力比一般笔记本硬盘强许多，其特殊的磁头载入载出技术，使抗冲击能力高达1500G（非工作状态）和175G（工作状态）。即使配合低端读取设备使用，读取器和硬盘的双重保护，也能避免硬盘内部受到撞击。不仅作为微硬盘MP3，还可以为数码相机、手提电脑、掌上电脑、GPS及其它便携式设备提供了可靠的存储性能。 2）结构分析 微型硬盘是多层超薄设计（包括：底座、盖、电路板、防震层等），磁头载入载出技术，可以做到抗冲击能力高达1500G（非工作状态）。底座和盖子经过特别的防静电设计，值得注意的是，由于微型硬盘比较薄，防静电层只能阻隔一定量的静电，我们在使用的时候也尽量消除手上的静电才去接触微型硬盘，别像拿普通硬盘那样伸手就碰。 3）主要产品微硬盘有许多种英文名称，无论是MacroDrive、MagicStor，只要是1.8英寸以下，拥有硬盘结构的存储设备，都可以称为微硬盘。不过，对于移动存储而言，1英寸以下的微硬盘，才具有真正的意义。 （1）IBM刚推出时，微硬盘仅有170MB的容量，经过研制人员的不懈努力，现已将微硬盘的容量提高到4GB。 （2）日立 日立环球储存科技公司（Hitachi GST）收购IBM硬盘部门后，自然也获得了微硬盘技术，所以日立的硬盘也称为MacroDrive，并且继续在IBM原有基础上继续研发新产品。日立微硬盘现在也应用于MP3上，如：创新NOMAD Muvo2。型号Microdrive 3K4-2/3K4-4尺寸43365mm重量16克接口CompactFlash+（CFII），兼容PCMCIA扩展接口符合Ultra ATA-33盘片数1面记录密度15.2GB/平方英寸转速3600/4500转数据缓存128KB电源电压3.3V或5V最大功耗305mA/314mA待机功耗16mA/18mA最大数据传输率57.197.9Mbit/秒实际数据传输速率4.37.2MB/秒平均寻道时间12ms （3）东芝 东芝是最早推出小型硬盘的厂商，当人们还在竞争1英寸微硬盘市场时，东芝已经抢先一步过滤到0.85英寸领域上。1956年诞生的世界第一块硬盘若想达到4.4GB容量，需要50块直径为24英寸的盘片才能实现。 型号 2GB/4GB 尺寸 33243.3mm/33245mm 盘片数 1/2 面记录密度 80Gbit/英寸 转速 3600 （4）希捷 推出了一款容量高达5GB的微型硬盘（5GB HDD），不过希捷并没有采用“Microdrive”来称呼这款产品。这款新产品新产品的转速为3600转/秒，容量有2.5GB和5GB两种规格，采用了CFII接口，可以兼容市面上销售的大部分数码相机，以及少部分PDA掌上电脑等消费电子产品。 5）Cornice Cornice是一间新兴公司，由前Maxtor首席技术官Kevin Magenis成立，其1英寸微硬盘称为SE（Storage Element，存储元件），核心技术同样来自于PC硬盘。Cornice最先发布的是1.5GB微硬盘，其性能与其它微硬盘相当，不过，它有个特点，就是工作时的功耗极低，只有207mA（毫安）。它的待机功耗有30mA，但考虑到微硬盘并不总是处于待机，大多数时间都是工作或关闭状态，待机功耗可以忽略不计了。 它通过一个特有的20针并行总线和主机连接，最小读写速度为4MB/秒，这对于音频图像应用已经足够，由于没有数据缓存，可以大大降低了成本，甚至比CF卡还要便宜，性能价格比极高，被众多厂商采用。市场上1.5GB的MP3大多内含Cornice的微硬盘，包括有：Rio Nitrus、RAC Lyra、iRiver的IGP-100等。 六、显示器 1概述显示是一项重要的人机交互方式。计算机系统通过显示设备以多种方式向外部输出各种信息，如字符、图形和表格等计算机数据处理的结果。一般的计算机系统主要采用CRT（Cathode Ray Tube阴极射线管）显示器。但在一些简单或专用的微机系统中，往往只要显示数字，该情况下一般使用简单的数码管来构成系统的显示设备。 C