第10章常见外部设备

第十章常见外部设备外部设备分类按器件性质，可以分为机电设备、电子机械设备、光电设备、磁电设备等。按信息的传输方向，可以分为输入设备、输出设备、输入输出设备（例如磁盘、通信设备等）。按服务对象，外部设备可以分为人机交互设备、机—机通信设备（例如通信设备、数/模转换设备等）和计算机信息驻在设备等。按处理的内容，可以有字符设备、图形/图像设备、声音设备、影视设备、虚拟现实等。人-机界面技术1.符号界面技术利用纸带、卡片穿孔机和光电输入机，实现“0”、“1”码的输入。汇编语言高级语言面向符号处理的人机交互设备：打印机、键盘、显示器人-机界面技术2.图形界面技术1950年，美国麻省理工学院用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）显示计算机处理的简单图形。基于电视技术的光栅扫描图形显示器光笔、图形输入板、操纵杆、鼠标器、绘图仪、扫描仪液晶显示器人-机界面技术3.多媒体界面技术据统计，人类通过感觉器官收集到的全部信息中，视觉约占65%，听觉约占20%，触觉约占10%，味觉约占2%。“眼见为实”将文本、声音、图形和图像综合处理，建立多种信息媒体的逻辑连接，使之具有人—机交互性，称为多媒体计算机技术（multimediacomputing）。人-机界面技术视觉听觉触觉其他（嗅觉、味觉）静止动态其他图像图形文字图像图形符号语言文字动态影像视频真实感三维动画二维动画三维动画声响(自然界）语音(人类语言)(人头录音技术）音乐压力运动传感/发生器常见的计算机媒体及其分类人-机界面技术多媒体技术的核心具有视觉、听觉和说话能力的外部设备。高速、大容量的计算机系统。视频和音频数据压缩和解压缩技术。人工智能和交互式技术，“能听会说”，“能读会写”。人-机界面技术4.虚拟现实（virtualreality）技术虚拟现实（VR）又称灵境（或幻境）技术，它是以某些直接感觉为引导，借助人脑的联想，激发其他非直接感觉神经活动，产生的一种幻觉。虚拟现实的目标是要人“信”，或者是“出神”、“着迷”、“上瘾”，产生一种“情不自禁”的沉浸感。通常作为引导（或导入）感觉的是视觉（如“望梅止渴”）、听觉（如听小说）和触觉等。人-机界面技术4.虚拟现实（virtualreality）技术虚拟现实技术的三个基本特征Interaction——交互性：参与者可以通过专门设备，用人的自然技能对模拟环境进行考察与操作。Imagination——幻觉性：VR并非真实的存在，而是计算机技术形成的幻觉。Immersion——沉浸感：VR用一套全新的电子刺激代替真实世界的各种感觉，使人在计算机产生的仿真中，有一种“身临其境”的感觉。绿色计算机节能低污染，生产过程的绿色化，使用可再生的材料代替聚脂类材料，降低噪声，减少电磁辐射。易回收，包括系统本身的材料、包装材料、雷射印表机的色匣、以及大量的纸张等。机器的结构设计合理，拆装容易。符合人体工程学，主机、显示器、键盘等的造型将设计得更加舒适美观。显示设备一、显示设备的分类及有关的概念按所用的显示器件分类：阴极射线管显示器(cathoderaytube，简称CRT)，液晶显示器(liquidcrystaldisplay，简称LCD)，等离子显示器等。按所显示的信息内容分类：字符显示器、图形显示器和图像显示器。按显示设备的功能分类：普通显示器和显示终端。显示器的功能简单，只能用于接收视频信号。终端的结构复杂，能完成显示控制与存储、键盘管理及通信控制等功能。显示设备二、显示技术中的有关术语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，如建筑机械所用的工程设计图、电路图等。早期的图形显示和处理只能用线条的有无来表示简单的图形。图像(image)最初就是指具有亮暗层次的图，如自然景物、新闻照片等。经计算机处理后显示的图像称作数字图像，就是将图片上连续的亮暗变化变换为离散的数字量，并以点阵列的形式显示输出。显示设备二、显示技术中的有关术语1.图形和图像图形是用计算机表示和生成的图(如直线、矩形、椭圆、曲线、平面、曲面、立体及相应的阴影等)，称为主观图像，它是基于绘图命令和坐标点的存储与处理；图像多半来自客观世界，是基于象素点的存储与处理，如由摄像机摄取下来存入计算机的数字图，这种图像称为客观图像。随着计算机技术的发展以及图形和图像技术的成熟，图形、图像的内涵日益接近并相互融合。显示设备二、显示技术中的有关术语2.分辨率及灰度级显示器一般采用光栅扫描方式，即电子束从左向右、自上向下作水平扫描和垂直扫描，电子束撞击显示屏上的众多的荧光粉点而使其发光，每个发光点就是一个像素。显示屏幕上相邻两个像素中心点之间的距离称为显示器的点距(dotpitch)。点距越小图像的清晰度越高。分辨率(resolution)指的是显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力。显示设备二、显示技术中的有关术语2.分辨率及灰度级灰度级(graylevel)指的是所显示像素点的暗亮差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。理论上对1024×768的空间分辨率，用3位二进制码表示的颜色等级，需要的显示存储器为1024×768×3=230.4KB。显示设备二、显示技术中的有关术语3.刷新和帧存储器CRT器件的发光是由电子束射在荧光粉上引起的。电子束扫过之后，其发光亮度只能维持短暂一瞬(大约几十毫秒)便消失。为了使人眼能看到稳定的图像就必须在图像消失之前使电子束不断地重复扫描整个屏幕。这个过程叫做刷新(refresh)。每秒刷新的次数称刷新频率或扫描频率。结合人的视觉生理，刷新频率应大于30次/秒，人眼才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视标准，每秒刷新50帧(frame)图像。显示设备二、显示技术中的有关术语3.刷新和帧存储器为了不断提供刷新图像的信号，必须把图像存储起来，存储图像的存储器叫“帧存储器”或“视频存储器”(VRAM)(电视不需要用帧存储器，因为它不断接收从天线来的信号)。帧存储器的容量由图像分辨率和灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，帧存储器的容量越大。如分辨率为1024×1024，256级灰度的图像，存储容量为1024×1024×8bit=1MB。帧存储器的存取周期必须满足刷新频率的要求。容量和存取周期是帧存储器的两个重要技术指标。显示设备二、显示技术中的有关术语4.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。扫描方式有两种：随机扫描是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要作图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，图象清晰。光栅扫描是电视中采用的扫描方法。在电视中，要求图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。显示设备二、显示技术中的有关术语4.随机扫描和光栅扫描光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。逐行扫描就是从屏幕顶部开始一行接一行地扫描，一直到底反复进行。电视系统采用隔行扫描。它把一帧图像分为奇数场和偶数场，奇数行构成奇数场，偶数行构成偶数场。扫描顺序是先偶数场，再奇数场，交替传送，每秒显示50场。显示设备三、字符显示器显示字符的方法有3种：点阵法，由若干像素（pixel）组成字符。向量法，用若干依次产生的向量形成字符。特殊法。显示设备四、图形和图像显示器程序段缓存中存储由计算机送来的显示文件和交互式图形图像操作命令，如图形的局部放大、平移、旋转、比例变换、图形的检索以及图像处理等。帧存储器中存放一帧图形的信息，与屏幕的像素和灰度相对应，若屏幕的分辨率为1024×1024个像素，灰度为256级，帧存就要有1024×1024个单元，每个单元字长8位。光栅扫描显示器结构输入设备一、键盘1.键盘工作原理键盘由一组按键和相应的键盘控制器组成。键盘主要由三种基本类型的键组成：1）字符数字键：字母、数字以及％，$，#等。2）扩展功能健：如Home、End、Backspace、Return、Delete、Insert、PgUp、PgDn以及功能键F1～F10等。3）与其他组合键使用的控制健：如Alt、Ctrl和Shift等。输入设备一、键盘1.键盘工作原理键盘和主机通过5芯电缆相连，分别是电源线、地线、复位线以及键盘数据线和时钟线。按键开关：将操作员的按键动作转换成与该按键对应的字符或控制功能的电信号。触点式按键借助机械簧片构成的触点开关的接通或断开，来产生电信号。非触点式开关借助霍尔效应开关(利用磁场变化)和电容开关(利用电流或电压变化)产生输入信号。输入设备一、键盘1.键盘工作原理键盘控制器：其功能是进行扫描，判断按键的位置，然后将键盘上的位置码转换成相应的ASCII码，送入计算机。全编码键盘：通过识别键是否按下，以及所按下键的位置，由全编码电路产生唯一对应的编码信息（如ASCII码）送入主机。键盘响应速度快，但是硬件结构复杂。非编码键盘：位置码转换成ASCII码的过程由软件来完成，即主机执行键盘驱动程序，进行查表，将位置码转换成相应的ASCII码。速度较低，结构简单，某些键的功能可以通过软件来重定义，使用灵活。输入设备一、键盘2.BIOS键盘中断调用及编程类型16的中断提供了基本的键盘操作，它的中断处理程序包括3个不同的功能，分别根据AH寄存器的内容来选择：利用INT16H调用键盘I/OROM例行程序时，先在AH中存放功能编号0、1或2。AH功能返回参数0从键盘读一字符AL=字符码，AH=扫描码1读键盘缓冲区的字符如ZF=0：AL=字符码，AH=扫描码如ZF=1：缓冲区空2取键盘状态字节AL=键盘状态字节输入设备二、光笔、图形板和画笔（或游动标）输入光笔(lightpen)的头部装有一个透镜系统，能把进入的光汇聚为一个光点。在光笔头部附有开关，当按下开关时，进行光的检测，光笔就可拾取显示器屏幕上的坐标。光笔与屏幕上的光标配合，可使光标跟踪光笔移动，在屏幕上画出图形或修改图形，这个过程与人用钢笔画图的过程类似。经操作员确认后，即可存入计算机。输入设备二、光笔、图形板和画笔（或游动标）输入画笔(stylus)不是光笔，不是用于显示器屏幕，而是用于图形板(tablet)。当画笔接触到图形板上时，位置坐标就会自动传送到计算机中去，随着笔在板上的运动可以画出图形。图形板和画笔结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。将图纸贴在图形板上，画笔沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。图形板是一种二维的A/D变换器，因此图形板也称作数字化板。坐标量测的方法有电阻式、电容式、电磁感应式和超声波式几种。输入设备三、鼠标器、跟踪球和操作杆输入鼠标器(mouse)是一种手持式的坐标定位部件，由于它拖着一根长线与接口相连，样子像老鼠，由此得名。跟踪球(trackboll)是用手指或掌心推动的金属球体。操作杆(joystick也叫游戏棒)是能用于前后左右移动的金属杆，它们读取坐标的方式与鼠标器类似，都是得到相对位移量，用相对坐标定位。输入设备四、触摸屏触摸屏系统一般包括两部分：触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置。触摸屏控制卡上有微处理器和固化的监控程序，其主要作用是将触摸检测装置送来的触摸信息转换成触点坐标，再送给计算机；同时它能接收计算机送来的命令，并予以执行。触摸屏根据其所采用的技术可分成5类：电阻式、电容式、红外线式、表面声波技术和底坐式矢量压力测力技术。输入设备五、图像输入设备（摄像机和数码相机）摄像机摄取的景物，经数字化后变成数字图像。如果被摄对象在微观世界，可以将摄像机装在显微镜上