计算机组成原理第8章ppt课件.ppt

主要内容 输入设备 如键盘 鼠标 扫描仪等 输出设备 如显示器 触摸屏 打印机等 各种外存设备 如硬盘 软盘 磁带 光盘等 1 8 1外围设备概述 外围设备就是指除主机 CPU 主存 之外的设备 外围设备为计算机与计算机 以及计算机与用户提供联系 计算机支持的外围设备种类是否丰富 外围设备的功能是否强大 对计算机的使用有很大的影响 2 8 1 1外围设备的地位和作用 1 实现人 机对话 外围设备是人机联系的重要桥梁2 变换数据形式 在人机对话交换信息时 首先必须依靠外围设备将各种信息变成计算机能识别的二进制代码形式输入计算机 才能为计算机加工处理 同样 计算机处理的结果也必须变换成人们所熟悉的表示方式 这两种变换都必须通过外围设备来实现 3 暂存系统软件和信息4 外围设备是计算机在各领域应用的桥梁 3 8 1 2外围设备与主机的连接 4 8 1 3外围设备的分类 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围设备称为输入设备 接受计算机输出信息的外围设备称为输出设备 2 辅助存储设备 辅助存储设备指主机以外的存储装置 又称为后备存储设备 3 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 4 过程控制设备 过程控制设备的核心就是A D转换器和D A转换器 每一种外围设备 都是在它自己的设备控制器的控制下进行工作 而设备控制器则通过适配器和主机连接 并受主机控制 5 6 8 2输入设备 8 2 1键盘键盘目前仍然是计算机系统中最基本的输入设备 是一种通过按键直接向计算机输入信息的设备 1 按键的结构1 机械式按键2 塑料薄膜式按键3 导电橡胶式按键4 电容式按键2 键盘发展和布局 7 3 扫描式键盘的工作原理 8 键盘实例 PC键盘 9 8 2 2鼠标 鼠标 Mouse 也是一种非常重要的输入设备 于1964年由美国科学家DougEngelbart发明 鼠标主要用于控制光标的移动 因为它能在屏幕上快速精确地实现光标定位 所以可用于屏幕编辑 菜单选择和屏幕作图等 随着Windows操作系统的普遍应用和计算机网络的流行 鼠标已经成为计算机系统中人机交互工具 按鼠标的工作原理分 鼠标可分为机械式鼠标 光电式鼠标和光学鼠标3种 10 1 机械式鼠标 机械式鼠标又叫半光学鼠标 其工作原理是 在机械式鼠标底部有一个可以自由滚动的球 称为轨迹球 在球的前方及右方装置两个支成90度角的内部编码器滚轴 移动鼠标时小球随之滚动 便会带动旁边的编码器滚轴 前方的滚轴代表前后滑动 右方的滚轴代表左右滑动 两轴一起移动则代表非垂直及水平方向的滑动 编码器由此识别鼠标移动的距离和方位 产生相应的电信号传给电脑 以确定光标在屏幕上的正确位置 若按下鼠标按键 则会将按下的次数及按下时光标的位置传给电脑 电脑及软件接收到此信号后 可依此进行工作 11 2 光电式鼠标 利用一块特制的光栅板作为位移检测元件 光栅板上方格之间的距离为0 5mm 鼠标器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜 发射光经过透镜聚焦后从底部的小孔向下射出 照在鼠标器下面的光栅板上 再反射回鼠标器内 而光栅板也不同于一般的鼠标垫 它上面布满交叉的网格线 当鼠标移动时 光线会被反光板的线条所吸收 鼠标器内部的感光器将强弱变化的反射光变成电脉冲 对电脉冲进行计数即可测出鼠标器移动的距离 光电式鼠标定位精度较高 防尘性能好 有利于工程绘图 但必须在专门的光栅板上使用 鼠标的移动范围受到限制 价格也较高 12 3 光学鼠标 光学鼠标是由微软最新设计出来的一种高级鼠标 它采用的是一种类似扫描仪的工作方式 在鼠标底部有一个小的扫描器对摆放鼠标的桌面进行高速的扫描 扫描的频率达到每秒1500次 然后对比扫描结果确定鼠标移动的位置 由于精细的影像捕捉扫瞄 光学鼠标可以传达每秒1800万次指令到计算机内部 这是传统鼠标的十多倍 尽管其价格还比较贵 但光学鼠标的分辨率高 灵敏度强 即不象机械式鼠标那样担心灰尘的污染 也不配置专门的光栅板 所以这种鼠标的应用也越来越广泛 13 8 2 3条码阅读器 条码阅读器是读取条码包含信息的所必需的设备 属于一种信息输入设备 其结构通常通常包括光源 接收装置 光电转换部件 译码电路 计算机接口等部件 其基本工作原理是 由光源发出的光线经过光学系统照射到条码上 从条码反射回来的光经过光学系统在光电转换器上成像 并产生电信号 信号经过电路放大后产生相应的模拟信号 其强度与照射到条码符号上被反射回来的光的强度成正比 再经过滤波 整形 形成与模拟信号对应的方波信号 经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号 根据扫描原理的不同 条码阅读器通常包含光笔 CCD阅读器 激光阅读器3种 14 1 光笔 15 2 CCD阅读器 CCD是电子耦合器件 ChargeCoupleDevice 的简称 这种阅读器采用CCD线阵列作为图像传感器 只要把扫描器放在条码上 不需要移动 就能将条码读出 因此比较适合近距离和接触阅读 CCD阅读器使用一个或多个LED 发出的光线能够覆盖整个条码 条码的图像被传到一排光探测器上 被每个单独的光电二激管采样 由邻近的探测器的探测结果为 黑 或 白 区分每一个条或空 从而确定条码的字符 16 3 激光阅读器 激光阅读器是非接触式阅读器 其优点很多 可以离开条形码一定的距离阅读条码 对条码的宽度适应性强 条码密度范围广 可以阅读不规则的条码表面或透过玻璃或透明胶纸阅读 甚至可以阅读曲线上的条形码 由于配备了较先进的阅读及解码系统 首读识别成功率高 识别速度相对光笔及CCD更快 而且对印刷质量不好或模糊的条码识别效果也很好 误码率极低 仅约为三百万分之一 防震防摔性能也很好 与其他条码阅读器相比 激光阅读器所能提供的各项功能指标都最高 其唯一缺点在于它的价格很高 17 8 2 4扫描仪 扫描仪是继键盘和鼠标之后的第三代主要的电脑输入设备 这种输入设备结合了光学 机械 电子 软件应用各种技术 自80年代诞生之后 扫描仪得到了迅猛的发展和广泛的应用 利用扫描仪 可以方便 快捷地将图片 照片 胶片 各类图纸图形以及文稿资料输入到计算机中 从而实现对这些图像信息的处理 管理 使用 存储或输出 1 扫描仪的种类手持式扫描仪 滚筒式扫描仪 平台式扫描仪 18 2 扫描仪的内部结构与工作原理 CCD型平板扫描仪的内部结构 19 8 2 5数字化仪 数字化仪全称图形数字化仪 是一种将平面上点的位置数字化并将坐标数据显示或送给计算机的一种外部设备 这种图形输入设备已经广泛应用于工程 机械 服装设计 以及地质 测绘 国土等行业 数字化仪主要由一块图形输入板和一个游标定位器 简称探头 组成 其作用与鼠标差不多 但在输入图形时非常方便 输入图形时 先将要输入的图形固定在数字化仪的图形输入板上 用游标定位器对图形描绘一遍 便可将图形输入 快速而方便 20 8 2 5数字化仪 21 8 2 6触摸屏 一种特殊的计算机输入设备 是一种新的人机交互作用技术 它利用传感器来确定手指触摸屏幕的位置的坐标 并将位置信号传送给主机去处理 触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成 使用触摸屏时 用户用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏 此时触摸检测部件检测出用户触摸屏幕的位置 然后将此信息送到触摸屏控制器 触摸屏控制器接收到触摸信息后 将它转换成触点坐标 再送给CPU加以处理 从而确定用户选择的输入信息 除此之外 触摸屏控制器也能接收CPU发来的命令并加以执行 电阻式 红外线式 电容感应式 表面声波式触摸屏 22 1 电阻式触摸屏 23 2 电容式触摸屏 24 3 红外线式触摸屏 25 4 表面声波触摸屏 26 8 3显示设备 一 显示设备的分类与有关概念 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备 它是目前计算机系统中应用最广泛的人 机界面设备 分辨率 显示器所能表示的像素个数 灰度级 黑白显示器中所显示的像素点的两暗差别刷新 为了使人眼能看到稳定的图像显示 必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕 这个过程叫刷新 刷新存储器 为了不断提供刷新图像的信号 必须把一帧图像存储在刷新存储器 也叫视频存储器 其存储容量由图像分辨率和灰度级决定 分辨率越高 灰度级越多 刷新存储器容量越大 27 CRT显示器 28 2 CRT显示器的扫描方式 1 随机扫描方式在随机扫描方式中 电子束在屏幕上作随机运动 其轨迹随显示内容而变化 只在需显示图像的地方扫描 而不必扫描全屏 这种方式显示速度快 图像清晰 线条的轮廓十分光滑 一般用于少数专用场合 如雷达显示和某些专用图形显示中 2 光栅扫描方式 29 3 CRT显示系统的工作原理 30 显存的组织方式 31 字符显示器的工作原理 字符发生器 32 字符显示器的控制电路 33 图形显示器的工作原理 图形显示器以像素为显示单位 显示器要显示的图形点阵数据存放在显示存储器中 每个像素点可以视要显示的图形属性 如单色显示 灰度级显示 彩色显示等 用8 16 24位来描述其显示属性 图像显示器的分辨率 颜色数都与显示存储器的容量密切相关 与字符显示器相比 图形显示器需要更大容量的显示存储器 34 8 3 4显示适配器 35 8 3 5液晶显示器 扭曲向列式液晶显示原理 a 闭态 b 开态 36 8 4打印机 在计算机系统中 打印机是重要的输出设备 与显示器只是将图像暂时显示在屏幕上不同 打印机可将计算机的处理结果以字符或图形的形式输出到以纸为代表的介质上 便于人们阅读和保存 由于输出设备能永久保留 故打印机属于硬拷贝输出设备 打印机设备主要分为击打式和非击打式打印机两类 典型的击打式打印机有针式打印机 而喷墨打印机和激光打印机则属于非击打式打印机 37 8 4 1点阵打印技术 点阵式打印的字符或汉字由m行 n列的点阵组成 1 表示打点 0 表示不打点 于是每个mxn的点阵字形可用m个n位的二进制数来表示列点阵码 为书写方便 通常用十六进制数来表示列点阵码 38 8 4 2针式打印机 39 1 针式打印机的结构 40 8 4 3喷墨打印机 1 压电式喷墨技术 41 2 气泡式喷墨技术 气泡式喷墨技术 42 3 喷墨打印机的结构 同针式打印机一样 喷墨打印机也分为机械和控制驱动电路两大部分 其机械部分主要由墨盒和喷头 清洗系统 字车机构 输纸机构和传感器等几个部分 墨盒和喷头有两种类型 一种是二合一的一体化结构 另一类是分离式结构 两种方式各有好处 清洗系统是喷头的维护装置 字车机构用于实现打印位置定位 输纸机构提供纸张输送功能 运动时它必须和字车机械很好的配合才能完成全页的打印 传感器用于检查打印机各部件工作状况 43 8 4 4激光打印机 1 黑白激光打印机的工作原理 44 激光打印机完成打印操作的基本工作过程 充电对硒鼓进行充电 使其表面均匀地带上一层正电荷 曝光在工作过程中 打印控制器中光栅位图图像数据转换为激光扫描器的激光束信息 激光束照在一个反射棱镜上 随着反射棱镜的转动 光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过 中途通过各种聚焦透镜使扫描到硒鼓表面的光点非常小 硒鼓以每秒1 300英寸或1 600英寸的步幅转动 一行扫描完后接下来扫描下一行 受激光束照射的硒鼓表面的电荷消失 没有光线照射到的地方仍保留有电荷 最终 硒鼓表面就形成了由电荷组成的与打印内容完全一样的 静电潜像 45 激光打印机完成打印操作的基本工作过程 显影墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒 其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反 当带有电荷的硒鼓表面经过涂墨辊时 有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒 静电潜像就变成了真正的墨粉图像 转印硒鼓转动的同时 另一组传动系统将打印纸送进来 经过一组电极 打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷 随后纸张经过带有墨粉的硒鼓 硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上 于是图像在纸张表面形成 分离转印完成后对打印纸进行放电 以清除纸与转印鼓的相互吸引力 使由于静电引力紧贴鼓面的纸离开鼓面 46 激光打印机完成打印操作的基本工作过程 定影转印在打印纸上的墨粉和打印机仅仅是靠电荷的引力结合在一起 在打印纸被送出打印机之前 经过高温加热 使塑料质的墨粉熔化 并在冷却过程中粘附在纸张表面 从而得到终的打印输出结果 放电 清洁转印完成后 硒鼓表面还留有残余的电荷和墨粉 为了进行后面的打印工作 必须先经过放电将硒鼓表面的电荷中和 然后经过清扫辊除去残留的碳粉 这样 硒鼓便恢复了原来的状态 可以进行下一次打印操作 47 2 彩色激光打印机的工作原理 彩色激光打印机的成像原理和黑白激光打印机是一样的 都是利用激光扫描 在硒鼓上形成电荷静电潜像 然后吸附墨粉 再将墨粉转印到打印纸上 只不过黑白激光打印机只有一种黑色墨粉 而彩色激光打印机要使用C Cyan 蓝色 M Magenta 品红 Y Yellow 黄色 K Black 黑色 4色碳粉 彩色激光打印机的基本结构 48 8 5辅助存储器 辅助存储器中信息的读出为非破坏性读出 不需像DRAM一样的信息再生过程 DRAM中存储的数据会因断电而丢失 而辅助存储器中的数据可以长期保持 并能重复读出使用 以磁记录介质作为信息载体的辅助存储器可以通过重新磁化改变记录介质的磁化状态 即允许多次重写 不同的辅助存储器支持不同的存取方式 如硬磁盘和软磁盘为直接存储方式 而磁带为顺序存储方式 辅助存储器的存储容量大 记录密度高 存储成本低 49 8 5 1辅助存储器的种类 目前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 硬磁盘存储器 软磁盘存储器和磁带存储器统称为磁表面存储器 光盘存储器简称光盘 也是目前使用非常广泛的一种外存储器 它以介质材料的光学性质 如反射率 偏振方向 的变化来表示所存储信息的 1 和 0 其面密度高于一般的磁表面存储器 存储容量也很大 其缺点是数据的存取时间长 数据传输率低 50 8 5 2磁表面存储器的技术指标 记录密度存储密度是指磁表面存储器上单位长度或单位面积所存储的二进制信息量 存储容量存储容量是指整个磁表面存储器所能存储的二进制信息的总量 一般用位或字节为单位表示 它与存储介质的尺寸和记录密度直接相关 平均存取时间数据传输率数据传输率表示磁表面存储器在单位时间内向主机传送数据的位数或字节数 单位为b s或B s 误码率误码率是衡量磁表面存储器出错概率的参数 它等于读出的出错信息位数和读出总的信息位数之比 51 8 5 3磁记录原理与磁记录编码方式 1 磁记录原理 磁滞回线 52 2 磁记录编码方式 53 8 5 4硬磁盘存储器 硬盘驱动器 54 8 5 4硬磁盘存储器 硬盘的盘体 55 磁盘的扇区 56 8 5 5软磁盘存储器 57 8 5 6磁带存储器 磁带的记录格式 58 8 6光盘存储器 1 光盘的信息记录方式 2 光盘的扇区数据结构 59 复习 60 1 2点阵式设备显示技术中有那些基本术语 1 图形与图像A 图像 点位图像 一个像素的颜色 亮度和位置由若干个位 点阵 来描述 将一幅图像的全部像素信息转换而成的数据文件 适合表示一张照片或是较复杂的绘画 B 图形 矢量图形 一个由数学方法描述的图形 只记录生成图形的绘图命令 坐标点和图形特征 适合图形生成 几何造型 二维 三维 或是图形的操作和处理 61 2 像素 点距与分辨率A 像素 屏幕上的一个发光点 B 点距 两个像素点之间的距离 一般由长度表示 如 31mm 28mm 25mm C 分辨率 屏幕上能显示的全部像素的数目 一般由水平像素 垂直像素或点距表示 某显示器的点距为0 25mm 长宽为25 6cm 19 2cm 则分辨率为1024 768 62 3 灰度 像素点的亮暗差别 灰度级越多 则图像层次感越丰富 在单显中表示灰度级 而在彩显中则表示颜色的不同 若用8bit表示一个像素 则有256级灰度或颜色 4 点阵 用点模式形成的字符和图像 P249 5 1 5 2A 一个表示有 无的像素点所占的数据量为 1bitB 一个含单基色256级灰度或颜色的像素点所占的数据量为 8bitC 一个含3基色256级灰度或颜色的像素点所占的数据量为 8bit 3 分辨率为1024 768的显示器显示一副图像 则需要存储的数据量为 1024 768 3B 2 359296 MB 63 1 3CRT阴极射线管的组成原理是什么 1 4CRT字符显示器的组成原理是什么 字符显示方式 1 扫描 电子束在显示屏上按一定轨迹的运动过程 2 扫描方式 A 光栅扫描 电子束从左到右 上到下扫描整个屏幕 其特点是电子束在屏幕上重复移动 而不用区分点的位置 B 随机扫描 电子束只上们扫描屏幕上有显示内容的位置 不用扫描整个屏幕 3 显示存储器VRAM 用于保存用于显示的字符 如ASCII码 由RAM构成 P252 4 字符发生器 用于保存字形的点阵数据 由ROM构成 64 5 字符显示器组成 A VRAM 字符发生器和移位寄存器 显示卡中 将字符的点阵信息送到CRT B 扫描控制逻辑 显示器中 控制电子束的扫描过程 6 字符显示器运行原理 P253字符窗口 每个字符所占有的区域 像素位置 分辨率为720 350 每行80字符 25行 则字符窗口的区域为9 14 65 针式打印机的组成原理是什么 1 组成 打印头 色带机构 走带纸及打印控制逻辑 2 运行原理 打印头上的每个打印针受电磁磁铁的作用撞击色带 形成一个字符的纵向的点阵列 然后打印头右移一个点的位置打印下一个纵向点列阵 经过几次可打印一个完整的字符