第9章输入输出设备

第9章输入输出(I/O)设备中央处理器(CPU)和主存储器(MM)构成计算机的主体，称为主机。主机以外的大部分硬设备都称为外部设备或外围设备，简称外设。输入设备键盘图形输入设备（鼠标，图形板，等等）图像输入设备（扫描仪、数码相机、等等）条形码、光学字符识别（OCR）输出设备显示器、打印机、绘图仪、语音输出外存储器磁带、磁盘、光盘、其他常用I/O设备I/O设备的分类字符型设备打印机键盘显示设备终端……….块设备磁盘、磁带………..输入设备——键盘键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，是由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，每按下一个键，产生一个相应的字符代码，然后将它转换成ASCII码或其他码，送给主机。常用的标准键盘有101个键（104个键）。ASCII：美国标准信息交换码，每个字符用7位二进制代码表示，是由128个字符组成的字符集。见表9.2。表9.2ASCII字符编码表b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000NULDLESP0＠P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2″2BRbr0011ETXDC3＃3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB′7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K［k{1100FFFS，＜L＼l｜1101CRGS-=M］m｝1110SORS·＞N↑n~1111SIUS/?O-oDEL输入设备——键盘输入设备——鼠标鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和选择能力而受欢迎，目前已经成为微机必备的输入设备。鼠标是一种手持的坐标定位部件，有两种类型：机械式和光电式。鼠标只输入相对坐标。输出设备——显示器以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。显示器的分类：按显示设备所用的显示器件分类：LCD、CRT、PDP显示器。按所显示的信息内容分类：字符、图形、图像显示器。按设备功能分类：普通显示器和显示终端。CRT（阴极射线管）显示器CRT（cathoderaytube）：由电子枪、偏转装置、荧光屏组成。电子枪：由灯丝、阴极、栅极、加速阳极、聚焦极组成。阴极：发出电子；栅极：控制电子束的强度；加速阳极：对电子束进行加速；聚焦极：电子束的聚焦；偏转极：控制电子束的运动方向。荧光屏：将电子束的动能转化为光能。CRT的工作原理P306图9.4CRT结构图平板显示器液晶显示器（LCD）利用液态晶体调制外照光实现显示。主要应用于便携式电子产品、监视器、消费类电子产品。彩色等离子显示器（PlasmaDisplayPanel）利用惰性气体放电发光显示；易于大面积、全色、广角显示；能持续长时间工作、功耗低。显示技术中的常见术语图形（Graphics）：没有亮暗层次变化的线条图。图像（Image）：具有亮暗层次的图。图形学：研究如何用计算机表示现实世界的事物。图像处理：去除噪音，恢复原形，使图像清晰，并从中抽取有用的信息。像素/像象元：Pixel显示技术中的常见术语分辨率/解析度（Resolution）：显示设备能表示的像素个数。如640×480、1024×768、1024×1024等。像素越密，分辨率越高分辨率取决于显示设备灰度级（GrayLevel）：显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越逼真灰度级取决于刷新存储单元的位数和显示设备的性能。显示技术中的常见术语刷新：在图像消失之前不断地重复扫描整个屏幕的过程。刷新频率大于30次/秒电视标准：50帧/秒帧存储器：存储图像的存储器帧存储器的容量由分辨率和灰度级决定1024X1024，256级灰度的图像存储容量为1MB扫描：电子束按某种轨迹在荧光屏上运动随机扫描：电子束随机在荧光屏上运动，只在需要作图的地方扫描，而不必扫描全屏幕。光栅扫描：电子束从上至下在荧光屏上运动，有逐行扫描和隔行扫描两种方式。字形的产生（见316页图9.5a）字符的显示过程点计数器：控制字符发生器中每行点的输出个数。水平地址计数器：对一行的显示进行控制，送出当前要显示的这一行字符的VRAM(视频存储器)地址。光栅地址计数器：对字符窗口的高度进行控制。垂直地址计数器：对一屏中显示的行数进行控制。VRAM的地址由水平地址计数器和垂直地址计数器决定。VRAM中存放的是字符的ASCII码。VRAM输入的ASCII码作为字符ROM的高位地址，ROM的低位地址来自光栅地址计数器。（见316页图9.5b）字符的显示原理字符的显示原理P311图9.6图形和图像显示光栅扫描显示器是当前应用最多的显示器光栅扫描是把屏幕上每个像素的信息都存储起来，然后按地址逐个刷新显示在微机系统中，主机和显示设备之间的电路放在显示适配器接口中IBMPC系列机的显示系统1.显示标准随着IBMPC系列机的升级发展，PC机采用的显示标准经历了如下变化：MDA→CGA→EGA→VGA→SuperVGAMDA：是PC机最早使用的显示标准。MDA是单色字符显示适配器，采用9×14点阵的字符窗口，满屏显示80列×25行字符，对应分辨率为720×350CGA：是彩色图形/字符显示适配器，可以兼容字符和图形两种显示方式。在图形方式下，可以显示320×200显示标准EGA：显示标准兼容CGA和MDA各种显示方式，在图形方式下分辨率为640×350，16VGA：显示标准下，字符窗口为9×16点阵，图形方式下分辨率为640×480，16种颜色，或320×200，256种颜色。扫描频率(水平同步)是31.5kHz，刷新频率(垂直同步)是60Hz。VGA显示适配器还增添了一个新接口VFC，允许来自其他设备的图形，图像信号与适配器生成的图形信号合成。自IBM公司推出VGA后，VESA(美国视频电子标准协会)定义了一个VGA扩展集，将显示方式标准化，从而成为著名的SuperVGA模式。该模式除兼容MDA，CGA，EGA，VGA的显示方式外，还支持1280×1024像素光栅，每像素点24位颜色深度，刷新频率可达75Hz。显示适配器显示适配器由刷新存储器、显示控制器、ROMBIOS三部分组成。刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。(1)若显示工作方式采用分辨率为1024×768，颜色深度为3B，帧频(刷新速率)为72Hz，计算刷存总带宽应为多少?(2)为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施?解：(1)∵刷新所需带宽=分辨率×每个像素点颜色深度×刷新速率∴1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s刷存总带宽应为162MB/s÷50%=324MB/s(2)为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：①使用高速的DRAM芯片组成刷存；②刷存采用多体交叉结构；③刷存至显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位，甚至128位；④刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。输出设备——打印机按印字原理分击打式：点阵针式打印机非击打式：激光、喷墨、静电打印机按工作方式串行：逐字打行式：逐行打宽行/窄行彩色/单色点阵针式打印机点阵针式打印机是目前应用最普及的一种打印设备，特点是结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，易实现汉字打印，还可以打印图形/图像，因此在微小型机中都配置这种打印机。点阵针式打印机的印字方法是由打印针选择n×m个点阵组成的字符图形。显然点越多，印字质量越高。西文字符点阵通常有5×7，7×7，7×9等几种，中文汉字至少要16×16或24×24点阵。为了减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的打印头中只装有一列m根打印针，每针可以单独驱动(意味着最多可以并行驱动m根打印针)，印完一列后打印头沿水平方向动一步微小距离，n步以后，可形成一个n×m点阵的字符。以后又照此逐个字符进行打印。针式打印机的结构针式打印机由打印头与字车、输纸机构、色带机构与控制器四部分组成。图9.8为针式打印机构示意图。打印头由打印针、磁铁、衔铁等组成。输纸机构由步进电机驱动，每打印完一行字符，按给定要求走纸，走纸的步距由字符行间距离决定。色带的作用是供给色源，在打印过程中色带不断移动，改变其受击打的位置，以免破损。驱动色带不断移动的装置称色带机构。打印控制器与显示控制器类似，主要包括字符缓冲存储器、字符发生器、时序控制电路和接口四部分。主机将欲打印的字符通过接口送到缓存，在打印时序控制下，从缓存顺序取出字符代码，对字符代码进行译码，得到字符发生器ROM的地址，逐列取出字符点阵并驱动打印头，形成字符点阵。打印速度约每秒100个字符。激光打印机激光打印机是激光技术和电子照相技术结合的产物，其基本原理与静电复印机相似。激光器输出的激光束经光学透镜系统被聚焦成一个很细小的光点，沿着圆周运动的滚筒进行横向重复扫描。滚筒是记录装置，表面镀有一层具有光敏特性的感光材料，通常是硒，因此又将滚筒称为硒鼓。硒鼓在未被激光束扫描之前，首先在黑暗中充电，使鼓表面均匀地沉积一层电荷。此后根据控制电路输出的字符或图形，变换成数字信号来驱动激光器的打开与关闭。扫描时激光器将对鼓表面有选择地曝光，曝光部分产生放电现象，未曝光部分仍保留充电时的电荷，从而形成静电潜像。随着鼓的转动，潜像部分将通过装有碳粉盒的显影器，使得具有字符信息的区域吸附上碳粉，达到显影的目的。当鼓上的字符信息区和普通纸接触时，由于在纸的背面施以反向的静电电荷，鼓表面上的碳粉就会被吸附到纸上来，这个过程称为转印。最后，当记录有信息的纸经过定影辊高温加热，碳粉被溶化，永久性地粘附在纸上，达到定影的效果。另一方面，转印后的鼓面还留有残余的碳粉。因此先要除去鼓表面的电荷，然后经清扫刷，将残余的碳粉全部清除。清除以后的鼓表面又继续重复上述的充电、曝光、显影、转印、定影等一系列过程。激光印字机是非击打式硬拷贝输出设备，输出速度快，印字质量高，可使用普通纸张。其印字分辨率达到每英寸300个点以上，缓冲存储器容量一般在1MB以上，对汉字或图形/图像输出，是理想的输出设备，因而在办公自动化及轻印刷系统中得到了广喷墨打印机喷墨打印机是类似于用墨水写字一样的打印机,可直接将墨水喷射到普通纸上实现印刷,如喷射多种颜色墨水则可实现彩色硬拷贝输出。喷墨打印机的喷墨技术有连续式和随机式两种,目前市场上流行的各种型号打印机,大多采用随机式喷墨技术。而早年的喷墨打印机以及当前输出的大幅面打印机采用连续式喷墨技术。常见打印机——热转印打印机将具有热敏性能的油墨涂在涤纶基膜上，印字时加热印字头，然后将印字头压在色带上，色带上的颜色在记录纸上形成字符和图形/图像。汉字处理技术汉字编码标准汉字的输入方法汉字的存储汉字的输出1汉字编码标准1981年，我国的国家技术监督局公布了国家标准：GB2312《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，收集了常用汉字6763个，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。在大多数情况下，这些汉字已够用，但遇到户籍管理或古籍整理等，这一字符集就不够用了。国家标准信息交换用汉字字符集GB2312-80收录汉字6763个，按照汉字的使用频度分为两级，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。16至55区是一级汉字，56至87区是二级汉字。经过世界各国标准化组织的积极参与，1993年由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)公布了国际标准ISO／IEC10646.1，即《信息技术——通用多八位编码字符集(UCS)》。该标准对世界各国正在使用的诸多文字进行了统一编码，整个字符集内每一个字符用四个8位(bits)