第10章输入输出设备

第10章输入输出设备2本章主要内容输入输出设备概述常用输入设备组成与运行原理键盘鼠标常用输出设备组成与运行原理显示器打印机3输入输出设备概述计算机输入输出系统计算机总线输入输出接口输入输出设备计算机输入输出设备概念：又称为计算机外部设备，具有一定操作功能的比较完整和相对独立的精密机械电子装置；功能：进行人机交互，完成输入输出功能；特点：种类繁多，功能多样，组成与运行原理各不相同；发展：智能化、高可靠性、小型廉价。4输入输出设备概述常用的输入输出设备输入设备输出设备键盘图形输入设备：鼠标器，图形板，操纵杆，光笔图象输入设备：扫描仪，传真机，摄像机，数码相机条形码阅读器语音与文字输入显示器（字符、图形、图像）打印机（针式、喷墨、激光）绘图仪语音输出5输入输出设备概述点阵式设备运行原理把字形、图形、图像等信息以不同的点阵布局方式表现出来，在计算机显示器屏幕上，这些被显示的内容，是以可见光形式表现出来的；而在打印纸上，通常是以“印刷”（染色）的效果表现出来的。它们共同的特点是，要表示的信息，最终要以平面上的各种可见的“形状”体现出来，而这些“形状”原理上又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的。点阵式设备需要解决的问题点阵布局规律：确定形状的对象（保存对象的布局）无确定规律对象（保存所有点信息）点阵的密度：更密的点可以把要表示的形状呈现得更精细准确，但表示同样大小的形状，用到的数据数量会更多，对输入输出设备的处理精度要求也越高。点阵中点的属性：二值表示（0、1表示点的有、无）单色表示（灰度级表示不同亮度）彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）6输入输出设备概述点阵式举例7本章主要内容输入输出设备概述常用输入设备组成与运行原理键盘鼠标常用输出设备组成与运行原理显示器打印机8键盘的运行原理键盘功能计算机的键盘是通过手工输入字符，用于向计算机送入操作命令、源程序语句、运行程序所使用的数据等内容的输入设备。基本组成机械部分：按键（导电件）＋弹簧＋金属件（有导电件控制实现电信号连通与断开）电子线路部分：识别按键，给出编码；通过串行接口把编码送给主机。由键盘上专门的CPU完成。键盘接口串口、USB接口9键盘的运行原理识别闭合键的具体实现：是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个m列*n行矩阵的一个交叉点上，通过并行接口向n行依次送出仅有一行为0、其余各行均为1的值，再用并行接口读入m列上的取值。当该值不为FFH（全1码）时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为0的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。尚需解决如下的一些问题：抖动：按下和松开按键时按键在接通和断开位置之间跳动几次才能稳定下来。重键：多键同时按下，如何处理。101101...并行接口并行接口+5V10K0列1列m-1列0行1行n-1行键盘键.....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。…...011A键并行接口送来10…1的n位数值到二极管的负极，并行接口接收键盘线路m列送出的m位数据。当A键按下去后，5V电源送出经电阻、A键、二极管到0信号处的电流，从而在第2列产生0电平（红线所示），其他各列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是110…1这样的m位数据。110...。1101...二极管11鼠标的运行原理鼠标的产生图形界面的出现，需要鼠标来进行拖动等操作鼠标的功能根据鼠标的移动，在屏幕上移动位置选中某个对象，进而执行某些操作鼠标的种类机械式鼠标光电式鼠标鼠标的接口串口、USB接口12机械式鼠标机械鼠标原理底部有1个圆球，连接有两个滑动变阻器圆球在移动时带动变阻器，使X和Y方向电流产生变化计算机主机由此计算出X和Y方向的位移，并将它在屏幕上进行相应的移动鼠标命令由鼠标表面的按键决定13光电式鼠标光电鼠标原理没有机械滚动部分，代之以两个互成直角的光电探测器，分别代表X和Y方向特制鼠标垫配合，垫上有小格。发光二极管照到线条和空白之上反射光使光敏三极管产生不同的电平CPU根据感应的高低脉冲，即格数来计算鼠标的位移量鼠标命令由鼠标表面的按键决定14本章主要内容输入输出设备概述常用输入设备组成与运行原理键盘鼠标常用输出设备组成与运行原理显示器打印机15常用输出设备显示器阴极射线管显示器液晶显示器等离子显示器打印机针式打印机喷墨打印机激光打印机16阴极射线管显示器成像原理通过电子束撞击荧光板上的荧光粉，发光产生亮点基本组成电子枪、显示屏和偏转控制装置（见下页图）相关术语分辨率沿水平和垂直两个方向把屏幕分成许多小的区域，一个小的区域对应一个发光点（称为象素），一个屏幕上所提供的全部象素的数目被称为分辨率扫描电子束在显示屏上按某种轨迹运动被称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路被称为扫描控制逻辑部件光栅扫描：电子束从左到右，从上到下扫描整个屏幕（隔行扫描和逐行扫描）随机扫描：电子束只扫描需要显示的点，而不是整个屏幕刷新余辉时间：电子束打在荧光粉上发出的光的所持续时间为了得到稳定的图象，需要重复扫描整个屏幕（每秒50场）帧存储器：为了重复扫描，需要存储屏幕字符或者图象信息。17灯丝阴极聚焦极石墨层荧光屏显示屏阳极帽偏转线圈栅极阳极电子枪电子束阴极射线管的构成和工作原理18字符显示的一般原理为有效地提供屏幕上要显示的内容，字符显示器内有一个显示存储器VRAM，用于保存将显示在整个屏幕的全部字符，显示存储器中保存的是这些字符的ASCII码和显示属性，每个字符都配有一个属性字节，用来描述字符的显示属性，即字符的颜色、亮度、是否显示等等。显示存储器是一个可读写的存储器，被显示的字符将由计算机主机以两个字节（ASCII码和显示属性）的方式提供并写进该存储器中，由显示器的控制逻辑按需要从中读出准备显示的一个字符的ASCII码的字节值和显示属性的字节值。字符发生器，就是用于保存每个可显示字符字形的点阵数据的逻辑部件，通常是一个只读存储器（ROM），如果每个字符的字形用7（横向）×9（纵向）的点阵表示，则每个字符字形的点阵数据要占用9个存储器字节（横向的7个点的布局用一个字节表示）。19字形的产生过程00000001001001000101011011110111001110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符发生器(ROM)ASCII字符代码84RA3-RA0(a)“A”的点阵表示(b)字符发生器的结构(来自VRAM)(来自光栅地址计数器输出)RA3-RA0D7D0D7D0ASCII代码(41H)指向这个字形20移位寄存器SL字符发生器(ROM)加载控制水平消隐行间消隐垂直消隐水平同步电路垂直同步电路点振荡器点计数器水平地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器定时控制电路垂直同步信号水平同步信号字符时钟ＡＳＣＩＩ代码ＣＰＵ控制OSCVRAM19180+1819+5125+1视频信号RA3-RA0字符显示的一般原理21CRT图形显示器大的VRAM存储点阵属性分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB高速总线50场/秒，带宽为2.3*50MB/s=115MB/s需要连接PCI总线专用接口分辨率更高的图形设备将采用专用接口22液晶显示器显示原理利用液晶的光学特性平板后面设置光源通过液晶改变透射光的偏振性（从水平到垂直）电场控制特点平板显示，不需要高压电，移动方便无辐射价格较高23光线扭转的光线液晶分子电极(b)不透光状态(a)透光状态(偏震光被扭转90度)偏光镜横向排列垂直排列纵向排列偏光镜电极玻璃面板玻璃液晶显示器24等离子显示器成像原理利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电的特性产生紫外线，紫外线激发荧光粉发光在玻璃板之间隔开成象素，每个象素点内有惰性气体和三色荧光粉，用电极控制特点易于实现大画面显示全色显示，色纯度与CRT相当视角达160度寿命长功耗大、成本高、对比度差。25打印机计算机最基本的输出形式之一，可将打印在纸上的信息长期保存。打印设备种类繁多，性能各异，结构上的差别也较大，按印字方式分类：击打式：通过印字的机械装置撞击色带以便把字形染印在纸上，速度慢，噪声大，打印质量一般。点阵针式、字模式非击打式：通过静电、喷墨等非机械撞击方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量高喷墨、激光、热转印打印设备与计算机主机的连接方式串行接口、并行接口、USB接口3种常用的点阵式打印机的组成机构和他们的打印过程26针式打印机打印原理用钢针或钨铼合金针撞击色带，将色带的颜色印到打印纸上，完成一个点的输出，完成全部点阵后输出完毕基本组成打印头、输纸机构、色带机构及打印控制器打印控制器包括字符缓冲存储器、字型发生器、时序控制电路和接口电路四部分输出过程字车将打印头横向移动到打印起始位置取出输出对象点阵的第一列，驱动打印针撞击色带字车移动一小格，输出下一列，直到本行输出完毕回车输纸机构进纸输出下一行27针式打印机构造打印纸导轨打印针永磁铁铁芯衔铁线圈色带色带保护片滚筒28螺管式电磁铁打印针电磁铁线圈衔铁壳帽外壳导轨弹簧29针式打印机打印字符“E”的过程30针式打印机和CRT字符显示器工作原理比较CRT字符显示器使用电子束撞击荧光粉产生发光点，针式打印机是用打印针撞击色带产生印染点；CRT字符显示器以整屏信息为单位连续扫描以维持稳定的显示画面，故它需要有显示存储器VRAM，而针式打印机接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了；光栅扫描的CRT字符显示器，电子束在整个屏幕上按逐个横行的扫描方式重复，扫描完多个横行才完整显示出一行字符，针式打印机则是按逐列打印方式依此打印出字符的点阵列，几次后打印出一个完整的字符。31激光打印机打印原理激光技术和电子照相技术相结合，它由走纸机构、激光扫描系统、电子照相部分和打印机控制器等几部分组成激光扫描系统的功能，是控制激光束能扫描到光导鼓柱面的任何位置，它由激光器，偏转调制器，扫描器和光路系统组成。电子照相部分的核心部件是字形鼓，又称光导鼓，这是一个圆柱型的物体，柱面高度光洁，镀有一层由硒—碲合金组成的具有良好光导特性（光线照射后电阻率降为原来的1/100到1/1000）的材料，用于完成对打印内容的照相、显影和转印。输出过程准备阶段：电晕放电装置使光导鼓表面充电，对光导鼓表面均匀的充上一层正电荷；照相阶段：激光束使光导鼓表面被照射的部分放电，未照射到的部分的带电情况不变；显影阶段：光导鼓表面带电部分吸附墨粉，从而形成了由墨粉显示出来的字形转印阶段：光导鼓表面墨粉转移到打印纸上；定影阶段：通过红外光加热或辐射加热的办法，高温将墨粉固定在打印纸上；清除阶段：清扫器清除光导鼓表面上剩余墨粉，消电灯消除光导鼓上残存电荷32激光打印机的组成激光部分打印机控制部分光导鼓显象部分…..定形部分加热辊预热板输纸用辊转写清扫辊带电器印写部分清扫部分转写部分接纸部分纸激光33喷墨打印机打印原理通过把很小的墨水滴利用喷嘴喷射到打印纸上形成打印点来完成打印输出功能的。主要问题集中到如何提供出很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的喷射速度，如何准确控制墨水滴落到打印纸上的位置，如何处理墨水的循环流动和过滤。输出过程压电陶瓷受振荡电脉冲激励产生电致伸缩，喷射出墨滴充电电极给墨滴充电，电量多少决定了偏转距离利用电场控制墨滴的垂直偏转方向，喷墨头移动控制墨滴水平方向34墨水槽喷墨头过滤器收集槽高压电源振荡发生器字形发生器打印纸充电电极压电陶瓷偏转电极墨水泵回收器墨滴偏转方向喷墨头移动方向组成与打印原理字符打印过程（充了电的墨滴偏转射向打印纸，不带电的墨滴射入回收器被回收）(以7*5点阵为例)