有趣的输入输出设备论.docx

计算机组成与设计课程论文学生姓名： 杨天河 班 学 号： 116131-11 学生学号： 20131001996 指导老师： 陈亮 中国地质大学（武汉）信息工程学院 2015年 1月 目录输入设备2输出设备3输入输出设备意义3输入输出设备简要4输入输出设备4终端设备4过程控制设备5脱机设备6输入设备具体6存储输入 6光笔输入7图形板和游动标输入8其他定位设备9输出设备具体9字符显示9图像显示10随机扫描和光栅扫描11参考文献11有趣的输入输出设备输入设备和输出设备是数据处理系统的关键设备之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去,而输出设备则把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。1输入设备输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一.键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔,手写输入板,游戏杆,语音输入装置等都属于输入设备（Input Device ）是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。现在的计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。输入设备有键盘、鼠标、扫描器、数字化仪、磁卡输入设备、语音输入设备等。计算机的输入设备按功能可分为下列几类： 字符输入设备:键盘； 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机； 图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔； 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机； 模拟输入设备:语言模数转换识别系统。（如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等）将数据、程序和控制信息送入计算机内。 2输出设备输出设备（Output Device）是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备、输出设备有显示设备、绘图机、打印输出设备等。输出设备：将计算机中的数据或信息输出给用户。如显示器、打印机等。（如行式打印机、卡片输出机、静电印刷机、绘图机、声音回答装置等）把计算机的计算结果或中间结果以各种方式输出。控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。输入输出设备（I/O）起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。 3.输入输出设备意义：中央处理器（CPU）和主存储器（MM）构成计算机的主机。除主机以外，而又围绕着主机设置的各种硬件装置称为外部设备或外围设备。它们主要用来完成数据的输入、输出、成批存储以及对信息加工处理的任务。外部设备是计算机和外界联系的纽带、接口和界面。如果没有外部设备，计算机将无法工作。外部设备在计算机系统中占据的地位变得越来越重要了。 外部设备在计算机系统中的作用有：n 是人机对话的通道；n 是完成数据媒体变换的设备；n 是计算机系统软件和信息的驻在地；n 是计算机在各领域应用的桥梁。简要1. 输入输出设备 从计算机的角度出发，向计算机输入信息的外部设备称为输入设备；接收计算机输出信息的外部设备称为输出设备。 1.存储器存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和外存储器（辅助存储器），主存储器又称内存储器（简称内存） a.辅助存储器是指主机以外的存储装置，又称为后援存储器。辅助存储器的读写，就其本质来说也是输入或输出，所以可以认为辅助存储器也是一种复合型的输入输出设备，常见的辅助存储器有软磁盘存储器、硬磁盘存储器、磁带存储器及光盘存储器等。 外存储器 U盘 b. 主存储器Mainmemory简称主存。指的就是主板上的存储部件，是计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。现代计算机是为了提高性能，又能兼顾合理的造价，往往采用多级存储体系。 主存储器 各种类型的主存储器 主存储器的电路图2. 终端设备 终端设备由输入设备、输出设备和终端控制器组成，通常通过通信线路与主机相连。终端设备具有向计算机输入信息和接收计算机输出信息的能力，具有与通信线路连接的通信控制能力，有些还具有一定的数据处理能力。 各种终端设备3. 过程控制设备 当计算机进行实时控制时，原始参数需要先用模数转换器将模拟量转换为数字量，然后再输入计算机进行处理。而经计算机处理后的控制信息，需先经数模转换器把数字量转换成模拟量，再送到执行部件对控制对象进行自动调节。模数、数模转换设备均是过程控制设备。 过程控制设备图 4. 脱机设备 脱机设备是指在脱离主计算机的情况下，由设备本身完成数据制备的设备。中央部分是CPU和主存，通过总线与第二层的适配器(接口)部件相连，第三层是各种外围设备控制器，最外层则是外围设备。 每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器和主机连接，并受主机控制。 磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。 存储密度 存储密度分道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。 存储容量 一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。存储容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%70%。 输入设备 1.存储输入设备(1)闪存卡和USB电子盘作为移动存储介质，闪存卡和USB电子盘与磁盘、光盘等传统存储产品相比表现出更为旺盛的生命力。这种高速发展的半导体存储器属于非易失性存储器，在保存数据时不需要消耗能量，在一定的电压下可以改写内部数据。它与普通以字节存储的RAM不一样，是分块存储的。 闪存卡是数码相机的最好搭档，所以也被称为数字“胶卷”，和普通的胶卷不同，它可以被擦除，然后可重新使用。对于闪存卡来说，最重要的指标是容量,其次是读写速度。写入速度高意味着数码相机可以迅速地把拍摄的数据传送到闪存卡中，准备好进行下一次拍摄。读出速度高的闪存卡可以缩短图像数据上载到计算机所需的时间。 闪存卡是相当特殊的存储介质，从接口规范和使用来看，它就像一块外置硬盘，但在内部，半导体存储器的特性相当突出。目前的闪存卡主要有六大类CF卡、SmartMedia卡、记忆棒、SD卡、xD图卡和MMC卡。 作为移动存储介质，闪存卡和USB电子盘与磁盘、光盘等传统存储产品相比表现出更为旺盛的生命力。这种高速发展的半导体存储器属于非易失性存储器，在保存数据时不需要消耗能量，在一定的电压下可以改写内部数据。它与普通以字节存储的RAM不一样，是分块存储的。 闪存卡是数码相机的最好搭档，所以也被称为数字“胶卷”，和普通的胶卷不同，它可以被擦除，然后可重新使用。对于闪存卡来说，最重要的指标是容量,其次是读写速度。写入速度高意味着数码相机可以迅速地把拍摄的数据传送到闪存卡中，准备好进行下一次拍摄。读出速度高的闪存卡可以缩短图像数据上载到计算机所需的时间。 闪存卡是相当特殊的存储介质，从接口规范和使用来看，它就像一块外置硬盘，但在内部，半导体存储器的特性相当突出。目前的闪存卡主要有六大类CF卡、SmartMedia卡、记忆棒、SD卡、xD图卡和MMC卡。 相对于利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁盘而言，用光学方式读写信息的圆盘称为光盘，以光盘为存储介质的存储器称为光盘存储器。光盘存储器 闪存卡是数码相机的最好搭档，所以也被称为数字“胶卷”，和普通的胶卷不同，它可以被擦除，然后可重新使用。对于闪存卡来说，最重要的指标是容量,其次是读写速度。写入速度高意味着数码相机可以迅速地把拍摄的数据传送到闪存卡中，准备好进行下一次拍摄。读出速度高的闪存卡可以缩短图像数据上载到计算机所需的时间。 闪存卡是相当特殊的存储介质，从接口规范和使用来看，它就像一块外置硬盘，但在内部，半导体存储器的特性相当突出。目前的闪存卡主要有六大类CF卡、SmartMedia卡、记忆棒、SD卡、xD图卡和MMC卡。(2)光笔输入 光笔，电子计算机的一种输入设备，与显示器配合使用。对光敏感，外形像钢笔，多用电缆与主机相连。可以在屏幕上进行绘图等操作。依靠计算机内的光笔程序向计算机输入显示屏幕上的字符或光标位置信息的光敏传感器。光笔是计算机的一种输入设备，结构简单、价格低廉、响应速度快、操作简便，常用于交互式计算机图形系统中。在图形系统中光笔将人的干预、显示器和计算机三者有机地结合起来，构成人机通信系统。利用光笔能直接在显示屏幕上对所显示的图形进行选择或修改。光笔的外形象一支圆珠笔，由笔体、透镜组、光导纤维、开关和导线等组成(图1)。工作时,光笔接受显示屏幕上的光，并将其变成电信号经放大、整形，产生脉冲信号，输入计算机，向计算机发出中断请求。储存在显示器缓冲存储器中的图形档案代表一个图形实体。这个档案由显示控制器按时序读出并翻译成字符、矢量等，再由字符产生器、矢量产生器等通过电子扫描束将它在屏幕上显示出来。此时，若光笔停留在图形的某个位置上，则光笔因测到光而发出中断请求，光笔程序立即使显示器“冻结”。显示器所“冻结”的数据状态向计算机提供缓冲存储器地址、主偏转计数器坐标位置和控制器的模式字等信息。这些信息就是计算机按人的意愿处理图形的依据。 光笔的工作方式有选点和跟踪两种。选点：又称标定,是用光笔选取显示对象中某一元素作为参考点,对显示对象加以处理的过程。跟踪：又称定位，是在显示屏幕上显示出一个光标（屏幕上可以没有图形）并用光笔拖动光标实施定位的过程。光标可用硬件方法或软件方法产生。 (3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。这种二维的输入方式比光笔与屏幕相结合的方式有许多优点，因此得到了广泛应用。 游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。十字标 记的中心就是游动标的中心。使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。 图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。 (4)鼠标器输入 光笔和图形板两种输入方式都是输入某一点的绝对坐标，而鼠标器只要输入相对坐标。鼠标（显示系统纵横位置指示器）：是计算机输入设备的简称，分有线和无线两种。也是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器，因形似老鼠而得名“鼠标”（港台作滑鼠）。鼠标器是一种手持的坐标定位部件，有两种类型。鼠标器按其内部结构的不同可分为机械式、光机式和光电式3大类。尽管结构不同，但从控制光标移动的原理上讲3者基本相同，都是把鼠标器的移动距离和方向变为脉冲信号送给计算机，计算机再把脉冲信号转换成显示器光标的坐标数据，从而达到指示位置的目的。 红外线散射之光斑照射粒子带发光半导体及光电感应器之光源脉冲信号传感器（光电鼠标）；橡胶球传动之光栅轮带发光二极管及光敏三极管之晶元脉冲信号转换器（滚球鼠标） 鼠标工作原理 ：按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的鼠标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。这类传感器需要特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。2.图像输入设备最理想的图像输入设备是数字摄像机。它可以摄取任何地点、任何环境的自然景物和物体，直接将数字图像存入磁盘。当图像已经记录到某种介质上时，要利用读出装置读出图像。例如记录在录像带上的图像要用录像机读出，再将视频信号经图像板量化后输入计算机。记录在数字磁带上的遥感图像可以直接在磁带机上输入。如果想把纸上的图像输入计算机，一种方法是用摄像机对着纸上的图像摄像输入，另一种方法是利用装有CCD(电荷耦合器件)的图文扫描仪或图文传真机。还有一种叫“光机扫描鼓”的专用设备，可以直接将纸上的图像转换成数字图像。 由于一帧数字图像要占很大的存储空间，图像数据的传输与存储间题将是一个十分重要的研究课题，目前普遍采用的方法是压缩-恢复技术。 3.语音输入设备利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。下图为一种语音输入/输出设备的原理方框图：语音识别器作为输入设备，可以将人的 语言声音转换成计算机能够识别的信息，并将这些信息送入计算机。而计算机处理的结果又可以通过语音合成器变成声4.其他定位设备a. 轨迹球轨迹球的结构颇像一个倒置的鼠标，好像在小圆盘上镶嵌一颗圆球。轨迹球的功能与鼠标相似，朝着指定的方向转动小球，光标就在屏幕上朝着相应的方向移动。b. 跟踪点跟踪点是一个压敏装置，只有铅笔上的橡皮大小，所以可嵌在按键之间，用手指轻轻推它，光标就朝着指点的方向移动。c. 触摸板触摸板是一种方便的输入设备，它的表面对压力和运动敏感，当用手指轻轻在触摸板滑动时，屏幕上的光标就同步运动。有的触摸板周围设有按钮，其作用与鼠标的按钮相同，另一些触摸板，则是通过轻敲触摸板表面完成与点击鼠标相同的操作。显示设备的分类与有关概念输出显示 显示设备是将电信号转换成视觉信号的一种装置。在计算机系统中，显示设备被用作输出设备和人机对话的重要工具。与打印机等硬拷贝输出设备不同，显示器输出的内容不能长期保存，当显示器关机或显示别的内容时，原有内容就消失了，所以显示设备属于软拷贝输出设备。以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备。显示设备可分为以下分类1.字符显示(1) 字符的显示方法：显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由mn个点组成的阵列，并以此来构造字符。(2) 点阵信息的存放：将点阵按行组织，存入由ROM构成的字符发生器中。(3) 字符的显示过程：在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个字符的点阵，按照点阵中0和1代码不同控制扫描电子束的关或开，从而在屏幕上显示出字符。(4) 点阵的结构：点阵的多少取决于显示字符的质量和字符窗口的大小。字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，它包括字符显示点阵和字符间隔。2图像显示 计算机系统中的显示设备，若按显示对象的不同可分为字符显示器、图形显示器和图像显示器。字符显示器是指能显示有限字符形状的显示器。图形和图像是既有区别又有联系的两个概念，图形是指以几何线、面、体所构成的图；而图像是指模拟自然景物的图，如照片等。从显示角度看，它们都是由像素（光点）所组成的。事实上目前常用的CRT显示器都具有两种显示方式：字符方式和图形方式，所以它们既是字符显示器，又是图形图像显示器。 若按显示器件的不同可分为阴极射线管（CRT）、等离子显示器（PD）、发光二极管（LED）、场致发光显示器（ELD）、液晶显示器（LCD）、电致变色显示器（ECD）和电泳显示器（EPID）等。 显示器件按显示原理可分为两类。一类是主动显示器件，如CRT显示器、发光二极管等，它们是在外加电信号作用下，依靠器件本身产生的光辐射进行显示的，因此也叫光发射器件；另一类叫做被动显示器件，如液晶显示器，这类器件本身不发光，工作时需另设光源，在外加电信号的作用下，依靠材料本身的光学特性变化，使照射在它上面的光受到调制，因此这类器件又叫光调制器件。 在CRT显示设备中以扫描方式不同，分成光栅扫