输入输出设备ppt课件

1、第8章 输入输出设备 输入输出设备又称外部设备简称外设，是指衔接到主机上的任何设备，它是计算机系统与人或其他机器之间进展信息交换的安装。 输入设备的功能是把数据、命令、字符、图形、图像、声音、电流或电压等信息，变换成计算机可以接纳和识别的二进制数字代码，供计算机进展运算处置。 输出设备的功能是把计算机处置的结果，变成人最终可以识别的数字、文字、图形、图像或声音等信息，打印或显示出来，供人们分析运用。外设普通分成： 人机交互设备：用来实现操作者与计算机之间相互通讯的设备。它可分为输入设备和输出设备。 机机通讯设备：用来实现计算机与其他计算机之间或者计算机与其他系统之间通讯的设备。 本章主要讨论常

2、用外部设备的作用和任务原理。 81输入输出设备的分类与特点811外设的分类外设有多种分类方法，按照信息的传输方向来划分可以分为输入设备、输出设备、输入输出设备。1输入设备输入设备是将外部信息输入到计算机内的一类设备。例如，键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、手写汉字输入系统、纸带输入机、卡片输入机等都属输入设备。这类设备又可以分为媒体输入设备如卡片输入机和交互式输入设备键盘，鼠标。 2输出设备 输出设备是接纳计算机处置结果的一类设备。例如，显示器、打印机、绘图仪、言语输出设备、纸带穿孔机等都属输出设备。 3输入输出设备 同一设备既可以作输入设备，又可以作输出设备即既可以输入信息又可以输出信息。例如，磁

3、盘机、可读/写的光盘、触摸屏、通讯设备等。 外设假设按功能划分，可以分成人机接口设备、存储设备、机-机互联设备。 1人机接口设备 人机接口设备是用于人机交互信息的，操作员可以直接加以控制，又称为字符型设备或面向字符的设备，即输入输出设备与主机交换信息是以字符为单位的。例如，键盘、鼠标、显示器、打印机等。 2存储设备 存储设备是用于存储大容量的数据的，作为计算机的外存储器运用，又称为面向信息块的块设备，即主机与外设之间交换信息不是以字符为单位，而是由几十到几百个字节组成的信息块为单位。如磁盘、光盘等。 3机机互联设备 这类设备主要用于机机通讯。如调制解器、数/模和模/数转换设备等。 812外设特

4、点 外部设备具有以下特点： 1异步性 输入输出设备相对于CPU来说是异步任务的，两者之间无一致的时钟。各类外设之间的任务速度差别很大，它们的操作很大程度上独立于CPU之外，但又要在某个时辰接受CPU的控制，这就势必呵斥输入输出相对于CPU时间的恣意性与异步性。 2实时性 一个计算机系统中能够接有多个外部设备，有高速设备又有低速设备，各个设备与CPU之间要交换信息是随机的，CPU必需能及时接纳来自外设的信息，否那么，外设备就有能够丧失信息。 3多样性 外设的种类多，它们的物理特性差别很大，信息的格式多种多样，这就呵斥了主机和外设之间衔接的复杂性。为了简化控制，计算机系统中往往采用规范接口，以便外

5、设与计算机的衔接。 82输入设备 输入设备能将各种原始信息转换为计算机能识别和处置的信息方式，输入计算机，它具有完成输入程序、数据和操作命令的功能，是进展人机对话的主要工具。常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。 821键盘 键盘是目前运用最普遍的一种输入设备，经过键盘可以向计算机直接输入信息。键盘按照它提供应主机的数据方式可以分为无编码键盘和有编码键盘。一切键盘都经过接口电路和主机相连。 1无编码键盘 无编码键盘是由一组行线和一组列线组成一个二维矩阵，按键开关是跨接在行、列线的交叉点交叉点不相连，图8-1由8行8列88构成的64键无编码键盘原理框图。 判键原理：首先，主机将8位行线全

6、置0，读8位列线，假设全1，那么无键按下，只需有1位是0阐明有键被按下，然后主机再逐行送0其他行依然为1，常称键盘扫描，每送一次读一次列线，假设列线为0，阐明送0的行线与读0的列线交叉的按键被按下。 以图8-1为例，如K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7=01111111时L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7=01111111阐明0键被按下， L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7=10111111阐明1键被按下。 这种无编码键盘构造简单，识别的仅仅是位置码按键所在的行和列的位置，然后再经过软件将位置码转换成按键所对应的编码如ASCII码。 2电子编码式键盘 以AS

7、CII码键盘为例来阐明编码式键盘的任务原理。由于ASCII码的每个字符码用7位二进制数表示，可表示128个键，键盘矩阵由8行16列组成。用一个7位计数器进展循环计数，用计数器的值来控制行线和列线，实现对键盘上的字键扫描，图8-2电子编码式键盘。 键盘上矩阵中的128键与7位计数器值相对应，未按键时，行列都是高电平。 判键方法是：将7位计数器的高4位送到416译码器的输入端中，4位二进制数对应的16015个形状，输出L0L15对应这16个形状，任何时辰只需一根列线为低电平“0。 7位计数器的低3位作为8选1多路选择器的控制端，3位二进制数的8个形状分别选择输入K0K7中的一个作为输出，依次对键盘

8、矩阵中的8条行线分别进展选通检测。 7位计数器不断循环计数，键盘上每一个键都依次被访问，假设某个键被按下，例如，数字“0键对应的ASCII码值为30H被按下，当7位计数器的值=0110000B低30H时， 416译码器的输出L6=0，其他为“1，此列上加的低电平经过被按下的0键传到此键所在的行，使K0=0其他行依然为“1，经过8选1电路输出的低电平去封锁7位计数器的计数脉冲，停顿计数。 此时7位计数器的内容就是该键的编码，将该值送出计数器，作为键码输出，等该键释放后再继续恢复计数。 计算机中的键盘是经过PS/2或USB接口与主机相连的，键盘内含有本人的控制芯片，完成判键能否有键被按下，哪一个键

9、被按下，能否是组合键等和与主机通讯任务。 822鼠标器鼠标器又称mouse如今已成为计算机系统的规范输入配件，鼠标器的操作主要是选择操作完成定位和控制操作。选择操作是根据鼠标箭头在屏幕上的位置来确定的。控制操作是经过鼠标器上的按键能否按下来实现的如通常所说的左键的单击、双击，按住拖动等。计算机在开机检测时，操作系统对鼠标进展定位，起始位都定在屏幕的中心。 鼠标器根据任务原理分成机械式鼠标、光机式鼠标、光电式鼠标和光学式鼠标。 1机械式鼠标 机械式鼠标的任务原理很简单，它采用一个小滚球和桌面接触，当滚球挪动的时候，滚球推进压力滚轴滚动，滚轴的另一边连着编码器，在每个编码器上呈圆形陈列很多触点。当

10、滚球滚动时，经过传导，使触点依次碰到接触条，构成“接通和“断开两个形状，产生计算机容易识别的 “1和“0信号。 通常鼠标内部有一个芯片将这些数据转换成“X和“Y轴的位移，这样就可以看到光标在屏幕上挪动了。 机械鼠标的定位精度遭到了桌面光洁度、采样精度等多方面要素的制约，因此并不适宜在高速挪动或者大型游戏中运用，目前以根本淘汰。 2光机鼠标 光机鼠标是在纯机械式鼠标根底上进展改良的，经过引入光学技术来提高鼠标的定位精度。与纯机械式鼠标一样，光机鼠标同样拥有一个胶质的小滚球，并衔接着X、Y转轴，所不同的是光机鼠标不再有圆形的译码轮，取而代之的是两个带有栅缝的光栅码盘，并且添加了发光二极管和接纳二极

11、管。图8-4光机鼠标内部构造。 当鼠标在桌面上挪动时，滚球会带动X、Y转轴的两只光栅码盘转动，而X、Y方向的发光二极管发出的光便会照射在各自方向的光栅码盘上，由于光栅码盘存在栅缝，当二极管发射出的光透过栅缝直接照射在接纳二极管组成的检测头上时，便会产生“1信号。假设光被遮挡，接纳二极管没有接纳到光信号，那么将之定为信号“0。接下来，这些信号被送入专门的控制芯片内运算生成对应的坐标偏移量，确定光标在屏幕上的位置， 光机鼠标经过多年的开展，消费技术更加成熟，精度曾经到达了这种构造的极限。 但是它也有一个致命的缺陷：在鼠标运用一段时间后，普通都会出现光标挪动缓慢、光标定位不准、鼠标挪动时有疙疙瘩瘩的

12、觉得，这是由于在衔接编码器的转轴上附有很多污垢呵斥的，所以，每运用一段时间需求对滚球和转轴进展彻底清洁。 3光电鼠标光电鼠标的底部没有圆球，其主要部件为两个发光二极管、感光芯片、控制芯片和一个带有网格的反射板简称光学板。任务光阴电鼠标必需在反射板上挪动，X方向发光二极管和Y方向发光二极管会分别发射出光线照射在反射板上，接着光线会被反射板反射回去光学板的明暗条纹对关的发射强度与方向是不同的，经过镜头组件传送后照射在感光芯片上。 感光芯片将光信号转变为对应的数字信号后将之送到定位芯片中专门处置，进而产生X-Y坐标偏移数据。 由于光学板携带不方便，光电鼠标的造价颇高，且反射板不慎被严重损坏或遗失，那

13、么整个鼠标就无法运用，目前这种光电鼠标已很少运用。 4光学鼠标 光学鼠标的定位原理采用了照相技术和图像处置技术做成专业芯片，不再需求光学板。 任务原理是：在光电鼠标内部有一个发光二极管，经过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部外表这就是为什么鼠标底部总会发光的缘由，光电鼠标底部外表反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件CMOS微成像器，低档摄像头上采用的感光元件或CCD内成像，图8-6光学鼠标。 当光电鼠标挪动时，其挪动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的衔接图像。最后利用光电鼠标内部的一块公用数字信号处置芯片DSP芯片对挪动轨迹上摄取的一系列图像进展分析处置，经过对这些图像

14、上特征点位置的变化进展分析，来判别鼠标的挪动方向和挪动间隔，从而完成光标的定位。如今的光学鼠标大多是这种鼠标。 光学鼠标的缺陷是不能在镜面上运用，由于镜面一致性非常好，没有参照点，无法定位。 另外一个缺陷是光学鼠标有“色盲景象，某些颜色的鼠标垫也影响光学鼠标的运用，这是由于鼠标底部发光二极管发出的光正好被该种颜色的鼠标垫完全吸收两者波长一致而无法反射，使鼠标无法定位。 目前，市场主要销售的鼠标是光机鼠标和光学鼠标。 光机鼠标，定位精度差，要经常清洁滚球和传动轴，但价钱低。 光学鼠标定位精度高手感好，价钱稍高于光机鼠标。 823触摸屏 触摸屏皆是输入设备也是输出设备。 通常是在普通的显示器的显示

15、屏外加上一组感应控制电路构成，普通用在公共场所为用户提供信息查询和简单的操作，其操作经过菜单提示就可以完成，如银行的ATM机；地铁的自动售票系统；大型商场的导购系统等。 触摸屏的任务原理是经过接触或接近来产生定位信号并结合软件来完成操作的。 根据定位方式，触摸屏可以分成5类：电阻式、电容式、外表超声波式、扫描红外线式和压感式。1电阻式电阻式任务原理是在显示屏上加两层高度透明的并涂有导电物质的薄膜组成，两层薄膜是隔开的间距约0.0001英寸。当用户触摸屏幕时被压点两层薄膜就会接触，根据接触电阻的变化就可以求出触摸点的x,y坐标。2电容式电容式触摸屏是在显示屏上加一个内部涂有金属层的玻璃罩，当手触

16、摸时，手和金属建立了耦合电容，在触摸点将产生微小电流并流向屏幕的四个角，根据电流大小算出触摸点的x,y坐标。3外表超声波式外表超声波式定位原理是在显示屏的程度方向和垂直方向的一边装有超声波发射器组，其对边安装超声波接纳器组，当手触摸屏幕时会吸收或遮挡两个方向的超声波，超声波接纳器就接纳不到超声波，根据其超声波接纳器的位置就可以计算触摸点的(x,y) 坐标。4扫描红外线式扫描红外线式定位原理与超声波式定位原理是一样的，只是将超声波发射器和接纳器换成红外线发射器和接纳器。5压感式压感式是在屏幕上装上透明的压力传感器，经过触摸点的压力变化，由压力传感器转化成电信号来确定触摸点的x,y坐标。触摸屏通常

17、放在公共场所，运用环境较差，对触摸屏技术要求要比普通的显示器高，主要是防潮、防尘和温度的变化，密封性要好。 83输出设备 输出设备的作用是将计算机处置的中间结果或最终结果，以用户可以识别的数字、字符、图形等方式记录或显示出来，供用户识别、分析、处置和保管。 常用的输出设备有打印机、绘图仪、显示器等。831打印机 打印机是将计算结果、程序等以人们能识别的数字和字符方式打印在记录纸上的一种设备。 击打式打印机 ：是以机械力量击打字锤从而使字模隔着色带在纸上打印出字符的设备，原理同盖印章类似 。 非击打式打印机 ：是一种利用物理或化学的方法实现“打印输出的设备。这类打印机的共同特点是打印头在打字过程

18、中无击打动作，所以又称印字机，主要是喷墨打印机、激光打印机和热敏打印机。1打印机控制电路 点阵针式打印机的印字方法是经过打印针撞击色带在打印纸上印出n横m纵个点阵组成的字符图形。普通西文字符由57，77，79点阵组成，而汉字由1616或2424点阵组成。点越多，字的质量越高 。点阵式打印机的组成 打印头 字车机构 输纸机构 色带机构 打印机控制电路 2喷墨打印机 喷墨打印机利用喷墨印字技术，即从细小的喷嘴中喷出墨水滴，在纸上构成点阵字符或图形。 与针式打印机相比，主要是将针式打印头换成喷墨打印头，也不再有色带机构。 喷墨技术分为喷泡式技术和压电式技术。2喷墨打印机 喷泡式技术 ：喷泡式技术的任

19、务原理是每一个喷嘴内有一个电阻发热元件，在电脉冲作用下，发热元件对墨水加热，使周围的墨水气化，生成一个气泡，并在高温的作用下迅速膨胀，挤压墨水，使墨水从细小的喷嘴中喷出，构成一列墨点，在打印纸上构成打印的像点 。电脉冲终了后，气泡收缩，在喷头内构成负压，新的墨水被吸入，补充了喷头里减少的墨水。 2喷墨打印机 压电式技术：压电式技术的任务原理是每一个喷嘴外侧有一压电晶体，当电脉冲加到压电晶体上，压电晶体对喷嘴产生压力，墨滴从喷嘴喷出，在纸上构成点阵字符或图形。喷头的另一端有续墨水用的导管与墨水罐相连，当电脉冲终了后，压电体晶体复原，墨水补充进喷头 。喷墨打印机构造 墨盒及喷嘴 清洗系统 字车构造

20、 输纸机构 控制驱动部分 喷墨打印机最大的优点可以打印彩色图片，而且可以打印宽幅图片，价钱也廉价。随着数码照相机的普及，喷墨打印机几乎是家用打印机的首选。3激光打印机 激光打印机是一种高精度、低噪声的非击打式打印机。 它是利用激光扫描技术与电子照相技术共同来完成整个打印过程的 。激光打印机的构造 激光打印机由激光光电扫描系统、电子照相系统和控制系统组成。 激光扫描系统： 包括激光器，偏转调制器，扫描器，光路系统。它的功能是对激光器产生的激光按照字符点阵信息或图像进展高频调制，将电信号转换成光信号。利用调制后的载有信息的激光束扫描光导资料感光鼓，在感光鼓上构成静电潜像。激光打印机的构造电子照相系

21、统包括感光鼓、高压发生器、显影安装、定影安装和清洁安装等组成。作用是将静电潜像变成可见的影像并固化在打印纸。控制系统包括输入缓冲器，字符发生器、图形处置器及其他控制电路。控制系统对激光打印机的整个打印过程进展控制。 激光打印机的打印原理及过程 充电 暴光 显影 转印 分别 定影 清扫 4打印机的技术目的 打印质量 ：dpi 打印速度 ：ppm 打印纸张的种类和幅度 ：A4 噪声 ：db 打印机价钱和打印本钱 驱动程序 打印机的接口832显示设备 以可见光的方式传送和处置信息的设备称为显示设备。 它可以把计算机的输出信息以字符、图形和图像的方式在屏幕上显示出来。1显示设备分类1.按显示设备的组成

22、器件分类 阴极射线管Cathode Ray Tube，简称CRT显示器液晶Liquid Crystal Display，简称LCD显示器等离子 (PDP)显示器。 1显示设备分类2.按显示的信息内容分类 字符显示器图形显示器图像显示器 显示器中的有关概念 1图形和图像 图形Graphics：最初是指没有亮暗层次变化的线条图，如工程设计图，电路图等。图像Image：最初是指有亮暗层次的图，如自然景物、照片等 2阴极射线管CRTCRT是一个漏斗形的电真空器件。有电子枪偏转线圈荧光屏构成 3分辨率和灰度级分辨率Resolution是指显示设备所能显示的像素个数，像素点越密，分辨率越高，图像越明晰。通

23、常用列像素点行像素点来表示。如1024768表示有768行，每行有1024个像素点。灰度级gray level黑白显示器指的是所显示像素点的亮暗差别，彩色显示器中那么表示的颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。假设用8位二进制表示一个像素的灰度级，那么灰度级为2562 =256级。假设是彩色，三基色的每种颜色用8位二进制表示，可以表示的颜色为2 种。红、绿、蓝简称RGB三基色 8244刷新和刷新存储器刷新CRT器件的发光是由电子束打在荧光粉上引起的。电子束扫过之后，其发光亮度只能维持几十毫秒便消逝，为了使人眼能看到稳定的图像，就必需在图像消逝前使电子束不断反复扫描整个屏幕，这个过程就叫刷

24、新refresh。每秒钟刷新的次数为刷新率。刷新存储器为了不断提供刷新图像的信号，必需把图像存储起来。存储图像的存储器就叫刷新存储器，也叫“帧存储器或“视频存储器VRAM。 刷新存储器的容量由图像分辨率和灰度级决议，分辨率越高灰度级越多，刷新存储器容量越大。 例如，分辨率为512512，灰度级为256级的图像存储器容量为：5125128bit=256KB。 刷新存储器的存取周期必需满足刷新频率的要求。 容量和存取周期是刷新存储器的两个重要目的。5随机扫描和光栅扫描电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描scan。控制电子束扫描轨迹的电路叫扫描偏转电路。扫描方式有随机扫描random scan和光

25、栅扫描raster scan两种。随机扫描控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需求作图的地方扫描，扫描的线路最短，所以速度快，图像明晰。高质量的图形显示器采用这种扫描方式。缺陷是这种扫描方式的偏转系统与电视规范不兼容，驱动系统较复杂，价钱较贵。光栅扫描控制电子束从上至下顺序扫描，又分为逐行扫描和隔行扫描。逐行扫描是从上到下按顺序进展扫描，从左上角扫到右下角显示一屏图像。隔行扫描是将一屏图像的像素分成奇数行和偶数行两部分，先扫描奇数行，然后再扫描偶数行。光栅扫描是电视机中采用的一种扫描方法。除了高质量的图形显示器外，大部分的字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描。2字

26、符显示器的组成字符显示器包括：字符显示控制器CRTC ：CRTC为中心部件，其作用有两个，一是选择字符存储器对应的ASCII码值，在光栅计数信号的控制下，读出点阵信息；二是构成行、列地址信号，并产生程度同步信号HYSNC和垂直同步信号VSYNC。显示存储器：由字符存储器和属性存储器存储字符的亮度、颜色等属性组成。字符发生器。 3彩色图像显示的显示显示原理 彩色图像显示时，每个像素需求运用多个二进制位来表示。 图形存储器有两种组织方式： 多个位平面方式和组合型像素格式。 多个位平面方式 显示存储器由多个位平面如R、G、B、I组成，CRTC除了完成以前引见的两个根本功能外，还实现画图功能。CRTC

27、接受并实现CPU送来的画图命令，其结果写入显示存储器，不同的颜色数据写入不同的位平面。另一方面CRTC读出显存内容，经过并-串变换和D/A转换后送显示器的R、G、B三根电子枪，方式RGB三种不同的彩色信号，从而在屏幕上显示出彩色图形。 在微机系统中CRTC又称为图形显示卡简称显卡。目前，显卡的功能越来越强，大多数显卡除了完成二维画图命令外，还具有三维图形功能。这种图像显示方式缺陷是彩色功能有限，速度比较慢。 组合型像素格式 采用显存中一个字的假设干位称为像素深度来代表一个像素。 例如，8位/每像素，可以表示256色，24位/每像素，可以表示16M种颜色称为真彩色。每次画图操作可以同时对8位进展

28、读/写操作，也可以采用一次读出多个字节的方案 优点是显示操作速度快，颜色才干强，缺陷是对显存的速度要求较高。 彩色表功能 从显存中读出的像素值不直接送CRT亮度信号，而是去查一张彩色表，从表中读出的R、G、B三个分量值内容才去控制CRT的亮度。 彩色表的功能： 扩展了彩色范围，如从8位的256色扩展到24位的16M色。 彩色表是RAM，可以由CPU直接改写，当写入彩色表的内容变化而显存内容不变时，那么屏幕上显示色也相应变化显示内容不变。利用彩色表还可以实现高速清屏和简单的动画功能。4CRT显示器的主要技术目的显像管外形：显像管的外型主要由球面；平面直角；纯平等。目前，主要以纯平为主。显像管尺寸

29、：以显示区对角线长度来标称，有14、15、17、19、21英寸等。点距：通俗的讲就是两个像素点之间的间隔。点距越小越好。分辨率：表示屏幕上可以显示的像素点的多少，用程度显示的象素个数程度扫描线数列行表示。如1024768。 垂直刷新率：也称场频，是指每秒电子枪从上到下的扫描次数。规范规定85Hz以上为无闪烁。 程度刷新率：又称行频，是指电子枪从左到右扫描一条程度线所需求的时间。以KHz为单位。 带宽：指每秒电子枪扫描过的总像素点数。等于程度分辨率垂直分辨率场频 电子辐射规范：有MPR-和TCO规范。4液晶显示器液晶在物理学上是指某种物质的过渡形状，这种形状在外形上看是流动的半液体、半固体，即所

30、谓的晶体，这种能在某个温度区域内坚持固态和液态中间形状的物质就叫液晶体。液晶可在磁场、电场热能等作用下改动其光学特性。作为显示器所关怀的主要是电压、电流改动时的光学效应，就是在电压、电流作用下，其液晶分子的形状和陈列的方式。 目前市场上广为流行的液晶显示器根据其分子的形状和陈列的方式分成两种。 一种是扭曲向列式TNTwist Nematic，包括超扭曲向列STN(Super Twist Nematic)。 另一种是源阵列薄膜场效应管器件型TFT(Thin Film Transistor)液晶显示器。 任务原理就是在电场的作用下改动液晶晶体的陈列，使得液晶具有透光和不透光，到达在屏幕上显示图像的目的。 1TNSTN方式的任务原理 它是在两个玻璃基片之间填上液晶，且在上、下极板间延续改动90度陈列，即扭曲陈列。 不加电的情况下，液晶使入射的偏振偏转90度，正好与下侧的偏振片光轴正交，构成不透光形状。 在电场的作用下，液晶分子按照电场方向陈列，不再扭