计算机硬件技术基础第06章.ppt

1、输入/输出设备（Input/Output Device）简称I/O设备，是计算机系统不可缺少的组成部分，是计算机与外部世界进行信息交换的中介，是人与计算机联系的桥梁。 根据外部设备的功能，可将外部设备分为输入设备和输出设备。键盘和鼠标等是常见的输入设备。显示器和打印机等是常见的输出设备。,第6章 输入、输出设备与技术,6.1.1 键盘 1键盘的种类 键盘的分类方法很多，从不同的角度，可以得到不同的分类方法。 （1）从键盘键位的多少来分，可分为83/84键的标准键盘、101/102键的扩展键盘、104键的Windows 95键盘和108键的Windows 98键盘等。,6.1 键盘和鼠标,（2）

2、从键开关的结构来分，可分为机械式和电容式两大类。 （3）从原理上分，键盘又可分为编码键盘和非编码键盘两种。,2键盘的结构 一般键盘的按键可分为4个区：打字键区、功能键区编辑控制键区和数字小键盘区。 （1）键开关的矩阵排列 通常，键开关在键盘内的电路板上都是按mn的矩阵方式排列的，如图6.1所示。,图6.1 键盘的矩阵结构,（2）键盘编码器 键盘编码器是一种专用电路，它的作用是当键盘上有键位被按下时，首先产生一个键位扫描码，然后经过相应的处理，转换为与各键字符相对应的7位编码，即ASCII码。最后，该ASCII码通过键盘接口电路送入到计算机进行处理。,键盘编码器的类型很多，电路各异，一般可分为静

3、态编码器和动态编码器两大类。静态编码器在早期的键盘中可以看到，现在大多采用动态编码器。 电子扫描编码器是一种较常见的动态编码器，它是利用电子动态扫描的方式来产生7位编码的。为了便于讨论，我们以88矩阵排列键盘的64个键的键盘编码器为例进行介绍，其原理如图6.2所示。,图6.2 电子扫描编码器原理图,由图6.2可见，这种编码器由时钟发生器、循环计数器、行译码器、列译码器、去抖电路、锁定脉冲产生电路、ROM和接口电路等组成。,6.1.2 鼠标 鼠标的种类很多，按其结构可分为机械式、半光电式、光电式、轨迹球式和网鼠等。目前，我们用得最多的是机械式和光电式鼠标。,除此之外，鼠标的按键数目也不相同，一般

4、可分为两键和三键。 还有一种分类方法是按照鼠标的接口分类，可以分为3种，即串口、PS/2口和USB口。,6.2 显示器技术原理,6.2.1 CRT显示器 CRT（阴极射线管）显示器是目前应用最广泛的显示器，也是几十年来，外形与功能变化最少的计算机外部设备之一。 1CRT显示器的分类 按照不同的标准，CRT显示器可划分为不同的类型。,（1）按大小分类 从十几年前的12英寸黑白显示器到现在的19英寸、21英寸大屏彩显，CRT显示器经历了从小到大的过程。 （2）按调控方式不同分类 CRT显示器的调控方式从早期的模拟调节到数字调节，再到在屏显示技术（On Screen Display，OSD）调节走了

5、一条极其漫长的道路。,（3）按显像管种类的不同分类 显像管是显示器生产技术变化最大的环节之一，同时也是衡量一款显示器档次高低的重要标准。按照显像管表面平坦度的不同可分为球面管、平面直角管、柱面管和纯平管。,（4）按显像管的颜色分类 按颜色可分为单色和彩色显示器。彩显既可以显示彩色，也可以显示单色。 （5）按所接显示适配卡（显卡）分类 按所接显卡可分为MDA单色显示器、CGA彩色显示器、EGA彩色显示器、VGA彩色显示器及TVGA彩色显示器等。,2CRT显示器的工作原理 （1）单色显像管 单色显像管只能显示一种颜色，它是由电子枪、偏转系统和荧光屏3部分组成，如图66所示。,（a）CRT示意图 （

6、b）CRT工作原理示意图 图6.6 单色显像管原理示意图, 电子枪 偏转系统 荧光屏,（a）光栅扫描示意图 （b）光栅扫描电流波形示意图 图6.7 光栅扫描及电流波形,（2）彩色显像管 彩色（color）显像管可以显示彩色字符和图像。目前采用较多的彩色显像管都是基于三基色原理进行显示的。所谓三基色原理，就是选择3种相互独立的单色光（多用红、绿、蓝，也有用青、紫、黄等），把它们按不同的比例组合，即可得到各种颜色。彩色CRT显示器可分为阴罩式CRT和电压穿透式CRT。,图6.8 彩色显像管结构,从图6.8中可见，彩色显像管有3个按“品”字形排列的电子枪，分别用来激发红、绿、蓝3种颜色的荧光粉发光。

7、 彩色CRT显示器的基本组成如图6.9所示。,图6.9 彩色CRT显示器的基本组成,3显示器常用的技术术语 （1）分辨率 （2）逐行与隔行扫描 （3）刷新频率 （4）灰度级 （5）点间距,6.2.2 液晶显示器和等离子体显示器 1液晶显示器 与传统的CRT显示器相比，LCD具有体积小、厚度薄、重量轻、能耗少、工作电压低，而且无辐射、无闪烁，并能直接和CMOS集成电路匹配等众多优点。因此，液晶显示器一投放市场，就受到广大用户的欢迎。,（1）液晶显示器的分类 液晶产品其实早就存在于我们的生活中，如电子表、计算器和掌上游戏机等的显示屏。按照分子结构排列的不同，液晶可分为3种：类似粘土状的Smesti

8、c液晶、类似棉花棒的Nematic液晶和类似胆固醇状的Choleseic液晶。,（2）液晶显示器的工作原理 无源点阵LCD 4种无源点阵LCD的结构见图6.10所示。,图6.10 4种无源点阵LCD的结构示意图, 有源点阵LCD 有源点阵LCD具有高对比度和高分辨率的特点。有源点阵单元一般采用三端薄膜晶体管（TFT）或二端二极管。其显示单元结构如图6.11所示。,图6.11 有源点阵LCD显示单元示意图,（3）液晶显示器与传统显示器的比较 结构和产品体积。传统的CRT显示器必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管颈就不能太短，当屏幕增大时也必须加大它的体积；LCD则通过显示屏上的电子板来

9、改变分子状态，以达到显示目的，即使屏幕加大，它只需将水平面积增大即可，而体积却不会有很大增加，而且要比CRT显示器轻很多。另外，LCD的功耗只用于电路板和驱动芯片上，因而耗电量较小。, 辐射和电磁干扰。传统的CRT 显示器由于采用电子枪发射电子束打到屏幕来显示图形图像，因而会产生辐射源。虽然现在有一些先进的技术可以将辐射降到最小，但仍然不能完全根除。LCD则不必担心这一点，至于电磁波的干扰，LCD只有来自驱动电路的少量电磁波，只要将外壳严格密封就可使电磁波不外泄。而CRT显示器为了散热，就不得不在机体上打出散热孔，所以必定会产生电磁干扰。, 屏幕平坦度和分辩率。LCD一开始就采用纯平面的玻璃板

10、，所以平坦度要比大多数CRT显示器好得多在分辨率上，LCD却远不如CRT显示器，虽然从理论上讲它可提供更高的分辩率，但事实却不是这样。 显示效果。CRT显示器是通过电子枪打击荧光粉，因而显示的亮度比液晶的透光式显示要好得多，在可视角度上CRT显示器要比LCD好一些，但在显示反应速度上两者相差无几。,2等离子体显示器 等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP）具有真正“平面化”、大画面效果。PDP能够提供水平和垂直方面约140160视野角，远胜液晶技术，且图像无几何失真。此外，PDP能抵抗磁场干扰，画面清晰稳定，易于安装，因此具有巨大的发展潜力。目前，PDP尚处于开发阶段

11、，价格较为昂贵。,（1）PDP的基本结构 PDP常用的基本结构有两种，一种是一维正交模式，另一种是双基板结构的高分辨率交流PDP（ac-PDP）。 一维正交模式 如图6.12所示，这种结构是由日本Fujitsu公司开发的，且被NEC和Mitsubishi所接受，并已分别制造出对角线为42英寸和40英寸的PDP。,图6.12 一维正交模式结构示意图, 双基板结构的高分辨率交流PDP （ac-PDP） 这种结构把一维持电极放置在前基板上，第二正交维持电极放在后基板上。荧光体用MgO覆盖。在表面放电电极结构中，荧光体做在玻璃基板上，不受离子轰击的影响，只受放电产生的紫外线激励。,图6.13 ac-P

12、DP 的表面放电和面电极基本结构,（2）PDP的特性 发光效率 亮度 黑场对比度 白场对比度 寻址驱动器 色彩 清晰度,6.2.3 其他新型显示装置 1场离子显示屏 场离子显示屏的结构十分简单，如图6.14所示。它是由背板、内板和面板3种玻璃平板相距一定的间隔平行对准组合而成的，周边用低熔点玻璃密封，内部充有10-410-5乇（tuo）的稀薄惰性气体。其厚度根据屏幕大小而定，一般为420mm。各平板上的电板引线留在外面以便与驱动电路相连接。,图6.14 FID结构示意图,2新型塑料显示器 日本和英国的专家共同研制成的一种加上低电压就能发光的新型塑料，已用于制造薄薄的柔性图像显示器。 这种新型显

13、示器利用名叫发光聚合物的塑料，形成像素一样的点，施加5V的电压就可激发它发光。这种发光聚合物显示器具有重量轻、低耗电、薄断面和柔性等特点，在制造便携式计算机、摄像机监视器和无线电话等装置中非常有用。,6.3 打 印 机,按打印机打印的动作分类，可分为击打式和非击打式两类。 按工作方式分类，打印机可分为串行打印机、行式打印机和页式打印机三种。 另外，还有输出图形/图像的打印机，具有彩色效果的彩色打印机等。,6.3.1 击打式打印机 1针式打印机的结构与基本工作原理 针式打印机主要由打印头、字车机构、输纸机构、色带机构和控制机构等部分组成。其结构如图6.16所示。,8字符点阵及编码 (b) 161

14、6汉字字模点阵及编码 图6.15 西文字符和汉字点阵及其编码,图6.16 针式打印机结构图,针式打印机的工作过程及原理见图6.17。,图6.17 针式打印机的工作过程及原理,2针式打印机的主要性能指标 一般而言，衡量打印机性能优劣的指标主要包括以下几点。 打印头针数与打印针寿命：常用的有9针、16针和24针的打印头，打印头寿命一般为2亿点/针。, 分辨率：用dpi（dot per inch）表示，即每英寸打印点数。针式打印机的分辨率比较低，一般为180180 dpi，理想的可达360360 dpi。 打印速度：打印机的打印速度一般指平均打印速度，单位为字/秒（char per second，c

15、ps）。针式打印机在印刷体方式下不超过100 cps，在草稿（高速）方式下可达200 cps。, 打印宽度，指打满一行的字数（char per line，cpl）。针式打印机一般为132 cpl和80 cpl。 噪音：用分贝（dB）表示，通常低于65dB。 打印机接口：一般有并行接口和串行接口两种。 打印字符集：指可供用户使用的字符种类。,6.3.2 喷墨打印机 1喷墨打印机的主要性能指标 衡量喷墨打印机性能优劣，主要包括以下几个主要指标。 （1）打印幅面 （2）打印精度 （3）打印速度 （4）噪音 （5）打印缓冲区 （6）其他功能和性能,2喷墨打印机种类 喷墨打印机按喷墨方式划分，可分为连续

16、型和按需型两种打印机。 按照所用油墨的形态又可分为固态喷墨打印机和液态喷墨打印机两种。 另外，还可按打印机打印的色彩分类，分为黑白喷墨打印机和彩色喷墨打印机两种。,3喷墨打印机的基本工作原理 连续式喷墨打印机的工作原理如图6.18所示。其中C表示控制电极，D表示位移电极，R表示打印面，K为墨滴捕捉器。,图6.18 连续式喷墨打印机工作原理图,6.3.3 激光打印机 激光打印机是集光学、精密机械和电子学于一体的非击打式计算机输出设备。其优点是打印速度快，精度高，噪声低，同时具有极强的图形打印和字体变化功能，使用也很方便。激光打印机的基本工作原理如图6.19所示。,图6.19 激光打印机工作原理图

17、,6.4 图像输入设备,计算机图像输入设备有扫描仪、数码相机和电视摄像机等。 6.4.1 扫描仪 1扫描仪的工作原理 目前，市场上的数字化扫描设备所采用的光敏探测器件主要有电荷耦合器件（CCD）和光学倍增管（PMT）。另外，所有扫描仪都使用模/数（A/D）转换器将感测到的信息转换成数字信号。,（1）采用电荷耦合器件作为传感元件的扫描仪 平台式扫描仪一般是用来扫描反射稿（如照片、杂志）的，如图6.20（a）所示。如需要扫描透射稿，如胶片、照像底片等，则需要从通过原稿的光线来观察图像，扫描仪就要采用不同的工作原理，将光源加到扫描稿的背面，如图6.20（b）所示。,图6.20 CCD平台式扫描仪工作

18、原理图,（2）采用光学倍增管作为传感元件的扫描仪 滚筒式扫描仪属最高档次的扫描仪，采用光电倍增管（Photomultiplier，PMT）作为感光元件，大多以3048位色采样，动态范围可达3.64.2，光学分辨率一般在25008000像素之间。而且，滚筒式扫描仪能放大非常小的原始图像（如幻灯片），且不会降低质量和丢失细节。,2扫描仪的分类 目前，市场上扫描仪的种类很多，大致可以从以下几个角度进行分类。 按扫描光源与待扫描材料之间的相对运动，可分为台式平板扫描仪、手持式扫描仪和滚筒式扫描仪。 按待扫描材料，可分为反射式扫描仪与透射式扫描仪。, 按可以扫描的图像类型，可分为黑白扫描仪和彩色扫描仪。

19、 除以上方式外，还可以按扫描仪的驱动方式、应用领域或尺寸等进行分类。,3扫描仪的技术指标 （1）扫描仪的分辨率 （2）扫描仪的色彩精度 （3）扫描仪的扫描尺寸 （4）扫描仪的工作速度 （5）扫描仪的接口方式,6.4.2 数码相机 1数码相机的组成与基本原理 （1）基本结构 数码相机主要由光学镜头、光电传感器（CCD或CMOS）、模/数转换器（A/D）、图像处理器（DSP）、图像存储器（Memory）、液晶显示器（LCD）、端口、电源和闪光灯等组成。数码相机中最贵的组件是CCD、DSP、LCD和图像存储器。其结构如图6.21所示。,图6.21 数码相机的结构图,数码相机的主要部分 ： 光学镜头

20、光电传感器 常用的光电传感器有电荷耦合器件（CCD）和CMOS光电传感器。 A/D转换器 图像处理器 图像存储器, 液晶显示器 一般数码相机都带有液晶显示器，主要用来取景、显示图像和显示相机的功能菜单。 接口 数码相机的输出接口主要有计算机通信接口、连接电视机的视频接口和连接打印机的接口。常用的计算机通信接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。,（2）基本工作原理 数码相机的工作过程如图6.22所示。,图6.22 数码相机的基本工作过程,2数码相机的主要技术指标 数码相机的主要技术指标有以下几项。 分辨率 色彩位数 镜头焦距 感光芯片尺寸 拍摄间隔时间和连拍速度 存储设备存储能力 白平衡调整方式,3数码相机的种类 数码相机的种类众多，大致可分成普通数码相机、高档数码相机和专业数码相机三种。,6.5 声音输入/输出技术,6.5.1 声卡工作原理 1声卡技术的发展状况 目前，声卡技术发展主要表现在如下几个方面。,首先，支持双光驱音频播放的声卡已经出现。 其次，符合MPC Leve 3标准的软件波表合成器在声卡上的实现，已成为一个新趋势。,2声卡的基本组成及原理 声卡一般由MIDI输入/输出电路、音频混合器、数/模转换器、模/数转换器、压缩和解压缩及CD-ROM接口等组成。其结构如图6.23所示。,图6.2