86外围设备

外围设备内容提要：外围设备是计算机硬件系统的重要组成部分。本章介绍常用的输入输出设备：CRT显示器、打印设备、键盘、鼠标器等工作的基本原理；还重点介绍硬磁盘存储器、软磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器的存储机理及工作原理。第一节外围设备概述一、外设的功能1、外围设备：计算机硬件系统除主机外的其他部分。（1）外设的重要性：不可缺少，且成本所占比重在不断上升。（从60年代的3：1到70年代的1：1到80年代的1：3～10）。（2）外设的发展方向：采用新技术，向低成本、小体积、高速大容量、低功耗、智能化等方面发展。2、外设的功能提供人－机之间、机器与机器之间的信息交往。3、外设的基本组成1）具有保存信息物理特征的存储介质，如磁带、通过磁化元表示信息。2）用于移动存储介质的驱动装置，如磁带机的驱动装置、磁盘的主轴电机、直线电机等。3）向存储介质读写数据的控制电路，如磁盘的读写过程。二、外设的分类1．输入设备2．输出设备3．外存设备4．数据通信设备5．过程控制设备显示设备一．显示设备概述1、显示设备－以可见光的形式传递和处理信息的设备。2、显示设备的分类1)按显示器件分类：(1)阴极射线管（CRT）显示器(2)液晶显示器（LCD）(3)等离子显示器(PDP)(4)发光二极管显示器（LED）等2)按显示信息内容分类：(1)字符显示器(2)图形显示器(3)图像显示器3、分辨率和灰度级分辨率：显示器所能表示的像素个数。如：12英寸彩显，分辨率：640×480,像素间距：0.31mm。17英寸彩显，1024×768、1280×1024等。灰度级：单色显示器—指所显示的像素点的亮暗差别的级数；彩色显示器—表现为颜色的不同。如：用4位表示一个像素可有16级灰度，用8位则为256级灰度。4、刷新和刷新存储器（1）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，一般采用电视的标准－50次/秒。（2）刷新存储器：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。如：分辨率1024×1024，256灰度级，则容量：1024×1024×8=1MB5、随机扫描和光栅扫描（1）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。（2）光栅扫描：电子束自左至右，从上到下扫描整个屏幕。逐行扫描：场频等于帧频。隔行扫描：帧频＝偶数场+奇数场。二．字符显示器1.字符显示器的原理框图(1)视频存储器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。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。(2)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单元中。如：字符I的第一行点阵码为FEH，I的ASCII码为二进制的1001001，光栅地址为0000。则第一行点阵码FEH存放在ROM的10010010000号单元中。即：（10010010000）=FEH(3)定时控制电路----控制显示器逐点、逐字、逐行、逐屏地刷新显示。a、点计数器：配合水平方向扫描线和点阵码产生辉亮脉冲。b、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。c、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。d、垂直地址计数器：控制屏幕一行行字符的显示。（给出字符在VRAM的行地址）点振荡器频率f的确定：f=50×(25+1)×(9+5)×(80+18)×9=16.0524MHz2、CRT显示字符的操作过程(1)访问VRAM，读出要显示字符的ASCII码。(2)顺序地多次访问字符发生器，逐步读取该字符对应每条水平扫描线上的点阵码。(3)将并行格式的点阵码送到视频移位寄存器。(4)移位寄存器用串行方式将视频串行数据流送到显示器。三．图形显示器图形显示—用计算机手段形象逼真的显示各种事物。1．图形显示器的种类1）随机扫描图形显示器将所显示图形的一组坐标点和绘图命令组成显示文件存于缓存中，由矢量产生器产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动。2）光栅扫描图形显示器把对应于屏幕上每个像素的信息存于存储器中,然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上。四．图像显示设备图形：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：由摄象机摄取下来存入计算机的数字图像，称为客观图像。五．IBMPC机的显示系统1．显示标准（1）MDA标准（单色字符显示系统）9×14点阵、80列×25行字符、分辨率:720×350（2）CGA标准（彩色图形/字符显示系统）兼容字符和图形两种方式字符方式：8×8点阵图形方式：640×200(二色)或320×200(四色)（3）EGA标准（增强型图形适配器）字符方式：8×14点阵；图形方式：640×350(16色)（4）VGA标准（视频图形阵列）字符方式：9×16点阵图形方式：640×480(16色)、320×200(256色)（5）TVGA标准（超级视频图形阵列）字符方式：9×16点阵；图形方式：1024×768(256色)（6）XGA标准（智能型图形适配器）2．VESA显示模式（视频电子标准协会）（1）图形方式共23种。方式码为100h－107h，10Dh－11Bh（2）文本方式共5种。方式码为108h－10Ch3．显示适配器（1）组成有三部分：刷新存储器—存放显示图案的点阵数据。ROMBIOS—用于支持显示控制器建立所要求的显示环境。显示控制器—控制图像点阵数据的显示及屏幕的更新。（2）AVGA芯片典型的图形加速功能：a.位和块传送—用于生成和移动一个矩形块（如窗口）数据；b.画线—由硬件在屏幕上任意两点间画一向量；c.填线—以预定颜色或花样填满一个任意多边形；d.颜色扩充—给一个单色图像制定前景颜色和背景颜色。第三节打印设备一．打印设备的分类1．按印字原理分类击打式——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——采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符，如静电、激光、喷墨等。2．按工作方式分类串行打印机—逐字打印的打印机并行打印机—一次可输出一行字符的打印机二．点阵针式打印机1.针式打印机的构成（1）打印头—由打印针、磁铁、衔铁等组成（2）输纸机构—由步进电机驱动，使印完一行字符后走纸（3）色带机构—使色带在打印过程中自动循环移动（4）打印控制器—由缓存、字符发生器、时序控制器及接口等组成2.工作原理在字符发生器（ROM）中存储全部字符的点阵,打印时，读出字符的点阵去驱动打印针打印。特点：用点阵组成字符—灵活，如5×7、7×9、10×14点阵等。三．激光印字机1．激光印字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。2．激光印字机的印字过程（1）预先使硒鼓表面在黑暗中充电沉积一层电荷；（2）扫描时，激光器依据输出的字符或图形有选择地将鼓面曝光而形成静电潜象；（3）随着鼓的转动，潜象部分的区域吸附上碳粉，达到显影的目的；（4）鼓表面的碳粉由于反向静电荷的作用而被吸附到纸上，称为转印；第四节输入设备一．字符和数字的输入设备－键盘1．按键（1）机械式：触点式按键（结构简单，便宜，开关特性好，但寿命短，可靠性较差）；干簧管式按键（响应速度快，寿命较长）；（2）电子式：电容式按键（如图所示）；霍尔效应式按键；2．键盘编码把按键的开关信号转换为相应的二进制代码。静态编码器：通过编码电路将按键的闭合信号转换为该键的编码输出.动态编码器：当计数器的计数值与所按键的编码一致时，封锁计数脉冲，则计数器的计数值即为按键的代码。二、图形输入设备１、光笔输入把屏幕上光笔对准的信息转变为电信号送主机。２、图形板和游动标输入将图纸贴在图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。３、鼠标器输入手持的坐标定位器。①机械式鼠标器通过金属球与四个方向的电位器接触，以测量出上下左右四个方向的相对位移量；②光电式鼠标器在板上移动时，安装在鼠标器底部的光电转换装置可以定位坐标点。三．图像、语音输入设备１、图像输入设备：图像数据的输入与存储；如摄像机、图文扫描仪。２、语音输入设备语音识别器—将人的语音转换为计算机可识别的信息送到计算机。语音合成器—将数字化的语音信息转变成声音输出。第五节磁表面存储设备一、磁表面存储器的特点优点：1、存储容量大，位价格低；2、记录介质可反复使用，记录信息能长久保存；3、属非破坏性读出。缺点：存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。二、磁性材料的记忆原理1.记忆原理利用磁表面不同的剩磁状态记录二进制信息,例如，用+Br表示“1”，用-Br表示“0”。1)记录媒体磁层涂布1-5μm厚度的rFe2O3（如软磁盘）或电镀0.2-1μm厚度的镍钴合金（如硬磁盘）。2)磁－电转换器件是磁头：由铁心（有缝隙）和线圈组成。2、写操作——写入线圈通入写脉冲电流Ｉ，产生磁通Φ，通过磁头缝隙将高速运动的磁层磁化，磁层的剩磁记录了写入的信息。二进制位→磁化位（磁化元）3、读操作——记录有磁化位的磁层高速通过磁头缝隙，与铁心耦合形成闭合磁路，磁通的变化可在读出线圈感应出电势，经放大输出1或0的信号。ｅ＝-Ｋ×（dΦ/dｔ）三、磁记录方式磁表面存储器记录二进制信息的写电流的编码方式。1.归零制RZ(returnzero)：写“1”时通入正向脉冲电流，写“0”时通入负向脉冲电流，写入后记录电流恢复为零。特点：简单易行，但记录密度低，抗干扰能力差。2．不归零制NRZ(non-returnzero)：写入线圈在写入时始终有电流。（1）见“1”就翻不归零制（NRZ1）：记录“0”时写电流不变向，遇“1”时写电流变向。（2）特点：抗干扰性能较好3．调相制PM(phasemodulation)：（1）写电流规律：记录“0”时，写电流先正后负（0相位）；记录“1”时，写电流先负后正（π相位）。（2）特点：读“1”读“0”输出信号相位相反，可从读出信号提取自同步定时脉冲，抗干扰能力较强。4．调频制：FM（frequencymodulation）（1）写电流规律：信息位交界处写电流变向，记录“1”时，在位周期中间电流变向。（2）特点：写“1”电流的频率是写“0”的2倍，记录密度高，具有自同步能力。5．改进型调频制MFM（modifiedfrequencymodulation）：写电流规律：写“1”则在位中间电流变向，独立写“0”时电流不变向，连续写两个“0”时，则在位之间电流变向。小结：MFM比FM写电流翻转次数少约一半,按FM翻转的最小间隔记录信息，则MFM密度高约一倍。双密度－MFM；单密度－FM。还有改进的MFM-MMFM（四频制）、游程长度受限码RLLC、成组编码GCR等。四、磁盘存储器的技术指标1.存储密度----磁盘记录区单位面积所能存储的二进制位的数量。衡量标准：１)道密度Dt：磁盘在记录区内径向单位长度所记录的磁道数。Dt的单位：TPI(道/英寸)或TPM（道/毫米）。２)位密度Db：磁道(最内圈)单位长度所能记录的二进制位数。Db的单位：bPI(位/英寸)或bPM(位/毫米)。2．存储容量:磁盘装置所能存储的二进制数据的总量。Ｃ＝ｎ×Ｋ×S式中：n—数据记录面数；K—每面磁道数；S—每道容量*格式化容量＝60—70％非格式化容量3．平均存取（定位）时间:发出读/写命令后，磁头由某一位置移动到所指定的记录位置并开始读/写所需的时间。衡量：平均找道时间Tsa（定位时间）平均等待时间Twa（旋转等待时