外围设备-鼠标显示器打印机等

第七章输入输出设备徐涛ise_xut@1本章主要内容外围设备概述I/O接口输入设备输出设备2外围设备概述外围设备所处的层次外围设备功能外围设备的特点外围设备分类3外围设备所处的层次主机外围设备CPU运算器控制器存储器输入设备输出设备系统总线外围设备功能定义广义:凡与计算机相连、受主机控制完成数据处理或控制操作的装置都可称外围设备。输入输出设备，外存储器，数据通讯设备，终端设备，以及计算机自动控制、检测系统中的各种采样、检测设备，A／D和D／A转换器，各种与计算机相关的仪表及装置。狭义:仅指输入输出设备和外存储器，它们是只用于输入输出数字信息的、构成计算机系统必不可少的设备。外围设备又称外部设备，提供人－机之间、机器与机器之间的信息交往。5外围设备特点I/O设备由信息载体、设备及设备控制器组成。I/O设备的工作速度比主机要慢得多。各种I/O设备的信息类型和结构均不相同。各种I/O设备的电气特性也不相同。=》主机与输入输出设备的连接的复杂性。必须设置一个1／O接口来解决信息的缓冲、同步与通讯，格式的转换及电气特性的适配等一系列问题。

6外围设备分类按外设的功能分类：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、手写笔输出设备：显示器，打印机，绘图仪；输入兼输出设备：外存，终端，传真机；7外围设备分类按外设所起的作用分类：人—机交互设备：键、鼠、光笔、触摸屏、扫描仪、摄像机、打印机、显示器、绘图机、语音合成器等；外存储器：磁盘，硬盘、磁带、光盘；机—机通信设备：数据通讯设备：FAX，MODEM；过程控制设备：A/D，D/A，传感器，仪表8I/O接口

I/O接口定义

I/O接口功能

I/O接口组成9输入输出接口接口是指两个不同部件或系统之间的交接部分。它既可以是两种硬件设备之间的连接电路，也可以是两个软件之间的共同逻辑边界。I/O接口是指计算机主机与I/O设备之间通过总线进行连接的逻辑部件，接口部件在动态连接的两个部件之间起着转换器的作用，以实现彼此之间的信息交换。

10I/O接口功能选址传送主机命令数据传送和格式转换数据缓冲监控设备状态11接口数据缓冲寄存器DBR主机设备选择电路设备状态寄存器命令寄存器数据模式转换电路控制逻辑电路数据线数据线地址线状态线命令线状态命令I/O设备I/O接口组成12I/O接口分类外设供求数据方式的不同串行接口并行接口13输入设备输入设备定义及分类键盘鼠标扫描仪，数码相机等14输入设备定义及分类输入设备：指向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。输入设备将各类信号变换成主机能识别的二进制代码，并负责送到主机。

字符数字输入、图形输入、图象输入、声音输入

15字符和数字的输入设备―键盘16键盘--字符数字输入设备键盘结构的关键是如何将键盘上的按键动作转换成相应的ASCll码。键开关：如何产生键盘按键动作，并产生相应的信号键盘编码：按键开关本身只能产生一个开关信号，因此，需要有一套编码电路或程序，将某个按键的开关信号转换成相应的ASCll编码。17键盘开关

按键开关的种类很多，基本上可归为两类：接触式（有抖动现象）非接触式键开关（无抖动现象）18键盘开关--接触式键开关原理：借助机械簧片，直接使两个导体接通或断开，从而产生电信号；例如：机械簧片式、干簧片式、薄膜式和导电橡胶式等。特点：结构简单、便宜，开关特性好，但寿命短，可靠性较差。19键盘开关--非接触式键开关原理：利用电磁场或电压、电流的变化而产生输出信号。例如：电容式键开关、霍尔式键开关20键盘开关矩阵21键盘编码按键盘编码的功能和实现方法进行分类全编码键盘非编码键盘：利用简单的硬件和专用软件识别按键位置，提供位置码，再由处理器执行查表程序，将位置码转换成ASCII码；单片机应用系统常用；

PC上的键盘是一种非编码的智能键盘（由8048单片机管理）。22电子扫描编码原理框图时钟发生器循环计数器ROM接口列译码器行译码器换档控制

8*8矩阵键盘去抖电路锁定信号D7～D0STB电子扫描编码原理23常用扫描方法行反转扫描法行扫描法行列扫描法24非键盘输入-鼠标25道格恩格尔巴特显示系统X-Y位置指示器Douglas

Englebart博士26鼠标分类机械式鼠标光电式鼠标光学式鼠标27鼠标一种手持式坐标定位部件。1968年12月9日，全世界第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学，它的发明者是Douglas

Englebart博士，设计鼠标的初衷就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。28机械式鼠标精度有限、传输速度慢、寿命低29光电鼠标内部只有两对互相垂直的光电检测器，光敏三极管通过接收发光二极管照射到光电板反射的光进行工作旧式的光电鼠标：使用专门的光栅做鼠标垫，即光电板上印有许许多多黑白相间的小格子，光照到黑色的格子上，由于光被黑色吸收，所以光敏三极管接收不到反射光；相反，若照到白色的格子上，光敏三极管可以收到反射光，如此往复，形成脉冲信号。新式的光电鼠标：采用一种名为“光眼”的新型光学引擎，精确度更高、可靠性更好。30轨迹球-Track

ball外观上看就像是翻转过来的机械鼠标，用手拨动轨迹球来控制光标的移动。31按照鼠标的接口分类。串口、PS/2口、USB口和wireless。

鼠标接口32一种能够进行拍摄，并通过内部处理把拍摄到的景物转换成以数字格式存放的图像的特殊照相机。数码相机用快门来激活包含光敏栅格的电荷耦合器件传感器（CCD）。栅格由许多单元（也叫做像素）组成，它们把光信号转换成电信号。传统基于胶片的相机其分辨率是无穷的，而数码相机的分辨率则是有限的。传统相机的使用成本较高。数码相机33数码相机组成

CCDA/D转换器

MPU(微处理器)

图像存储器

34各种存储器实物图35扫描仪以数字形式再现图像的输入设备光源反射镜透镜CCD或PMTA/D计算机W原图CCD平板扫描仪原理图36其他输入设备汉字识别与手写输入台湾的中华第一笔，中科院的汉王笔，北大方正的如意笔，香港的易达笔等语音识别与输入37输出设备输出设备定义打印机显示设备38输出设备

输出设备将计算机处理过的二进制代码信息，转换成人们能识别的形式，如数字、符号、文字、图形、图像或声音等输出，供人们分析和使用。常用输出设备有打印机及CRT显示器。39打印设备（硬拷贝设备）40打印设备分类（按印字原理）击打式

利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符。如针型、球型、菊花瓣型、活字鼓等。非击打式利用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符。如静电、激光、喷墨等。41打印设备分类（按工作方式）串行打印机------逐字打印针式点阵式打印机，喷墨打印机并行打印机------逐行/页打印激光打印机42点阵式打印机针式打印机：打印头、输纸机构、色带机构、打印控制器43点阵式打印机工作原理采用打印钢针撞击色带与纸，印出点阵字符。它的印字机构，又称打印头，装有排列整齐的一列或两列打印钢针，每根钢针带有电磁铁，受驱动电流控制。打印头安装在字车上，字车由驱动机构牵引，可沿水平方向移动。特点：用点阵组成字符—灵活，

ASCII码的字符：5×7或7×9点阵，汉字：16×16，24×24，32×32点阵。

44点阵式打印机工作原理微处理器RAMROM控制程序ROM字库面板显示接口2主机面板开关接口电路接口1针数据形成电路打印头驱动电路打印电磁铁字库控制输纸控制45激光印字机又称激光印刷机，一种非击打式高速印字机，其基本原理与静电复印机相似。激光扫描技术和电子照像技术结合的产物激光扫描系统电子照像部分字符发生器控制电路46激光印字机结构组成47激光印字机结构示意图48激光印字机工作过程充电→曝光→显影→转印→定影→消电→清洁核心部件硒鼓（具有光敏特性的滚筒装置）49激光印字机工作过程充电：硒鼓首先在黑暗中充电，使得硒鼓表面沉积一层均匀的电荷曝光：根据控制电路输出的字符信息，对激光器进行调制，控制激光的扫描，扫描时激光在硒鼓表面有选择的曝光，曝光部分产生放电现象，未曝光部分仍然保留电荷。形成静电潜像。显影：静电潜像通过装有碳粉的显影器，碳粉事先充有相同电荷，这样硒鼓上没有电荷的地方就会吸附碳粉，形成影像，达到显影的目的50激光印字机工作过程转印：当打印纸通过硒鼓时，在打印纸的背面加上反向的静电电荷，将硒鼓上的碳粉吸附到纸张上，这就是转印的过程。定影：带有碳粉的纸张通过加热的定影辊，碳粉融化，永久粘附在纸张上。消电：消电灯照射硒鼓，消除残余电荷。清洁：清除硒鼓上的残余碳粉。51显示设备显示设备基本概念：以可见光的形式传递和处理信息的设备显示设备分类CRT显示器基本原理字符显示器图形显示器平板显示器52基本概念图形早期的图形是指没有亮暗层次变化的线条图。如电路图、机械图、印制板图、建筑图等。它是一种二值化的线条图，要么是一条明亮的线，要么就不显示，看到的只是屏幕底色。目前，图形也可以有颜色、亮暗层次的变化，表现的内容更加丰富。图像图像是一种具有亮暗层次变化的图。如人物、景物照片等。经计算机处理与显示的图像称为数字图像。它是将图片上连续的亮暗变化变换成离散的数字量，以点阵的形式显示出来。53像素在图像处理时，将组成图像的各点按几何位置排列成矩阵，矩阵中的每个元素称为像素（或称像元）实际上就是显示屏上不可再小的光点。分辨率显示器所能表示的像素的个数。取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸、CRT电子束的聚焦能力以及刷新存储器的存储容量。以显示屏上水平方向像素个数/垂直方向像素个数来表示。如某显示器的分辨率为640X480，则表示该显示器水平方向有640个像素，垂直方向有480个像素。

54灰度级灰度级是像素点的亮度值，在彩色显示器中表示颜色的差别。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器中存储单元的位数和CRT本身的性能。如位数为4，则有16级灰度或颜色。若位数为8，则有256级灰度或颜色。55刷新：为获得稳定的图像显示而使电子束重复扫描屏幕的过程，称为刷新。频率必须大于30次/秒，一般采用50次/秒的电视标准，当前常用75、85次/秒等。刷新存储器：又称视频存储器或显存，用来存储一帧图像信息，以提供刷新图像的信号。其容量由图像分辨率和灰度级共同决定。例如：分辨率1024×1024，256灰度级，则容量：1024×1024×8=1MB56微型计算机显示子系统显示控制适配器（显卡）主要功能是控制光栅的产生及主机与显示器之间数据的暂存和传送等，显卡的性能直接影响到显示的效果。显示缓冲区（显存）字符发生器显示控制器显示器57显示缓冲区(VRAM)存放屏幕上需要显示的字符或者图形的全部信息字符显示模式：

VRAM中存放欲显示字符的两个字节代码

一个就是欲显示字符的ASCII代码本身另外一个是该字符的属性，表示颜色，亮度等图形显示模式

VRAM中存放每一个像素点的颜色信息

58IBMPC的显示标准1．MDA单色字符显示标准

MDA是1981年由IBM公司随IBMPC一起推出，是一种字符显示卡。它采用9×14点阵显示一个字符，满屏可显示80列×25行字符，其分辨率为720×350个像素。字符显示的质量较高，但不能兼容图形方式。2．CGA彩色图形/字符显示标准

CGA兼容图形和字符两种方式。在字符方式下，每个字符采用8×8点阵显示，显示的质量不如MDA，但字符本身及其背景可以选择16种颜色。在图形方式下，分辨率为640×200，显示2种颜色或320×200，4种颜色。593．MGA单色图形适配器一

MGA可显示单色图形或字符，分辨率为720×350个像素。它用于那些不需彩色图形的场合，以降低硬件开销。4．EGA增强型图形适配器

EGA兼有MDA和CGA的优点，并增加了一些显示功能。字符方式下，采用8×14点阵显示一个字符，显示质量优于CGA。图形方式下，其分辨率为640×350，显示16种颜色。经改进后的EGA，其分辨率达640×480．或800×600。605.VGA视频图形阵列

VGA是IBM公司1987年推出的。它的主要特点是在微型机的基本显示系统中采用模拟量输入，使显示的颜色更加丰富和逼真。VGA在字符方式下以9×I6点阵显示字符，质量好于EGA，图形方式下，其分辨率为640×480，显示16种颜色或320×200，256种颜色。6．SVGA超级VGASVGA改进了VGA标准，增强了VGA功能。它的分辨率为800×600、显示256种颜色。7.XGA智能型图形适配器：1024×768SXGA1280×1024UXGA1600×120061显示设备分类按显示器件分阴极射线管(CRT)显示器液晶显示器(LCD)等离子体显示器，发光二极管显示器（LED）等

按显示信息内容分字符（字符为基本单位）图形（像素）按显示颜色分单色彩色（三枪显管）62光栅扫描成像原理荧光屏电子枪聚焦系统水平偏转垂直偏转显示头63CRT显示器组成及工作原理随机扫描和光栅扫描64随机扫描控制电子束在CRT屏幕上随机运动，从而产生图形和字符（电子束只在需要做图的地方扫描）。优点：画图速度快，图像清晰；缺点：驱动系统较复杂，价格较贵。65光栅扫描方式(a)逐行扫描(b)隔行扫描电子束自左至右，从上到下扫描整个屏幕66字符显示器以字符为基本单位的显示设备每个字符以点阵的形式显示，与打印机原理类似点阵是m*n个点构成的阵列所有需要显示的字符的点阵都固化在字符发生器显示时根据AscII码到字符发生器中寻找点阵进行显示67字符显示器的原理框图计算机接口电路刷新存储器字符发生器并/串转换CRT显示器定时控制电路光标逻辑行同步驱动场同步驱动68视频（刷新）存储器VRAM存放要显示的字符的ASCII码；注意：字符ASCII码的存放位置与其在屏幕上的显示位置相对应；例如：80×25=2000个字符，VRAM容量为2KB，第一行最左边字符ASCII码存放在000H单元中，最右边字符ASCII码存放在04FH(即十进制79)单元中，最后一行最右边字符ASCII码存放在7CFH（即十进制1999）单元中69字符发生器(ROM)存放要显示字符的字形点阵码；存放位置以字符ASCII码为高位地址、光栅地址为低位地址的ROM存储单元中；70定时控制电路控制显示器逐点、逐字、逐行、逐屏地刷新显示；点计数器：配合水平方向扫描线和点阵码产生辉亮脉冲。水平地址计数器：对一行字符的显示进行控制，即送出该行字符的VRAM的列地址。光栅地址计数器：与要显示的字符ASCII码配合，给出光栅的字符一行点阵的地址。垂直地址计数器：控制屏幕一行一行字符的显示。（即给出字符在VRAM的行地址）71

A编码

N编码

D编码VRAM

A点阵

B点阵

C点阵

D点阵

N点阵ROM屏幕移位寄存器并行串行ANDCRT显示字符的工作过程图形或图像显示器以像素为基本单位的显示设备每个像素可以有其颜色光栅扫描73图形：是用计算机表示和生成的图，称为主观图像。表示图形只需存储绘图命令和坐标点，无须存储每个像素点。图像：由摄象机摄取下来