I&O设备发展历史及未来趋势

I/O设备发展历史及未来趋势一、背景资料我们知道现在一台PC机的标准输入设备是鼠标和键盘，那么在没有键盘之前，世界上第一代微型计算机是靠什么向计算机输入数据和程序呢？有了键盘之后，鼠标又是如何发明和推广的呢？a)从纸带到键盘戴尔公司在1999年举行过一次比赛，以决出仍在使用的年头最久的小型商用电脑。该公司宣布，有超过200台的机器值得获奖，冠军则是一台Altair8800b，这台电脑从1976年10月以来就一直在进行文字处理。1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。1975年1月出版的《大众电子》，刊出了一篇MITS介绍其Altair8800计算机的文章，Altair出现在杂志的封面，实际上这只是一个空壳的模型而不是真正的机器。PaulAllen和BillGates在三周内为Altair开发出BASIC语言，MITS成为两个未来富翁的第一个客户。当BillGates崭露头角时，昔日校友正在哈佛上二年级。不过，那时的微电脑软件比如BASIC是保存在穿孔纸带上的！这就是第一代“个人电脑”，更准确的说是微电脑。Altair8800体型很大，没有显示器，却装了发光二极管和许多开关。使用者需要用手按下面板上的代表地址和数据的各个开关，把二进制数“0”或“1”输进机器。我曾在网上找到过一个软件仿真的Altair8800B，用鼠标体验了一下早期个人电脑的使用感觉。Altair8800面板上虽然有两排发光二极管可以显示地址和指定地址的内容，并且那些开关可以输入数据和程序。但用户使用这些开关和二发光二极管只是用来输入一些指令数很小的，用来控制外设的小程序，最常用的就是控制纸带读入机，把要运行的程序自动输入到电脑的内存中。如果用过国产的小型机DJS-130，那就很容易理解了，DJS-130就有一个“手拨13条”的读纸带程序，纸带读完之后，电脑自动跳转至读入的程序执行入口，开始程序的运行，从而完成一次自举（Boot-up）。初次露面的微电脑为什么要这样设计呢？原因是这样的：当时已经开发出集成电路的ROM（只读存储器），但为了降低销售价格，Altair8800没有使用ROM，而是围绕着“用纸带输入程序”的思路，这就是主机带有发光二极管和许多开关的面板的由来。我把使用开关和发光二极管面板加上穿孔纸带输入程序的微电脑，称之为第一代微电脑。时间没过多久，大约是1977年吧，ROM和RAM价格大幅下降，微电脑很快就出现第二代：这次可是真正的电脑了，几乎可以完成当时最流行的PDP-11小型计算机能做的各种任务，而且外观也大大改进，这时的微电脑装备了ROM（面板上的数据地址拨动开关和发光二极管没有了，不过电源开关和Reset是有的，这个到今天的电脑依然都是有的，有时厂商会省掉Reset，用关机再开来替代了），ROM里面有一个提供外设控制功能的监控程序，具有8英寸的软磁盘驱动器，使用终端作为用户与电脑之间的交互设备，基本的控制命令已经可以做到用终端键盘输入，终端屏幕显示了。其实Altair8800在设计之初就可以做到第二代微电脑的模样了，比如具有S-100总线，扩装8英寸的软磁盘驱动器和RS232接口是轻而易举的，内存也可寻址64KB字节。只是价格因素让它以残缺不全的面貌降临市场。b)鼠标的由来（1）鼠标的发明鼠标是1964年由DouglasEngelbart(如图01)发明的，当时DouglasEngelbart在斯坦福研究所(SRI)工作，该研究所是斯坦福大学赞助的一个机构，DouglasEngelbart很早就在考虑如何使电脑的操作更加简便，用什么手段来取代由键盘输入的繁琐指令。图0160年代初，他在参加一个会议时随手掏出了随身携带的笔记本(可不是笔记本电脑哦)，画出了一种在底部使用两个互相垂直的轮子来跟踪动作的装置草图，这就是鼠标的雏型。到了1964年，DouglasEngelbart再次对这种装置的构思进行完善，动手制作出了第一个成品。因此DouglasEngelbart也被称为“鼠标之父”。当时还没有“鼠标”的名称，这个新型装置是一个小木头盒子，里面有两个滚轮，但只有一个按钮。它的工作原理是由滚轮带动轴旋转，并使变阻器改变阻值，阻值的变化就产生了位移讯号，经电脑处理后屏幕上指示位置的光标就可以移动了(如图02所示)。图02由于该装置像老鼠一样拖着一条长长的连线(象老鼠的尾巴)，因此，DouglasEngelbart和他的同事在实验室里把它戏称为“Mouse”，他当时也曾想到将来鼠标有可能会被广泛应用，所以在申请专利时起名叫“显示系统X-Y位置指示器”，只是人们觉得“Mouse”这个名字更加让人感到亲切，于是就有了“鼠标”的称呼。（2）鼠标的普及及历程鼠标被发明之后，首先于1973年被Xerox公司应用到经过改进的Alto电脑系统中(如图03所示)，但是遗憾的是，当时这些系统都是实验用的，完全被用于研究工作，并没有向大众推广，所以鼠标一直都默默无闻。图031979年，Apple公司创始人SteveJobs被邀请观看Alto以及执行在该系统上的软件。SteveJobs被自己所看到的电脑技术所震撼，他意识到这些技术代表了电脑未来的发展潮流。这些技术就包括使用鼠标作为指点输入设备和操作系统使用的GUI(GraphicsUserInterface，图形用户界面)。Apple公司立即将这些功能加入自己的系统中，准备开发新型的家用电脑，并且高薪挖到了十几位Xerox公司的技术人员。1981年，Xerox公司推出了使用鼠标，并应用GUI操作系统的Star8010电脑(如图04所示)，这是大众首次了解鼠标，可惜由于这种电脑价格过于昂贵，销量很小。尽管如此，鼠标已经引起了不少人的注意，并开始为人们所掌握。图041983年，Apple公司正式推出LISA电脑(如图05所示)，这是Apple公司自己的第一台使用鼠标的电脑，进一步把鼠标介绍给了广大用户，让用户认识到了鼠标的作用。图051984年，LISA的升级产品--Macintosh问世(如图06所示)，这是Apple公司的一个里程碑，也是电脑发展史上的一个里程碑，它为Apple公司带来丰厚收入的同时，也让鼠标走进了前家万户。之后，由于OS/2，Windows系统的广泛使用更进一步推广了鼠标和GUI的应用，使得鼠标逐渐流行起来，并最终成为了电脑的标准配置，从此，每台电脑旁边都有了一个忠实的伴侣，那就是“Mouse”--鼠标。图6二、提出问题随着科技的发展，现代计算机的应用深入到我们生活的方方面面，输入输出设备的种类有多种多样，请选择一样输入或输出设备对其做简要的介绍。三、回答问题a)触摸屏——键盘鼠标时代的终结1）触摸屏的技术无论是MP3、MP4，还是平板电脑、数码相机，触摸屏都显示出了巨大的优势。体积小巧化一直是随身数码设备追求的主要目标，而触摸屏的应用是减少体积的革命性手段，不使用触摸屏技术，是很难在越来越小的体积上实现人机交互的目标的。通过触摸屏实现人机交互，正在给人们生活带来前所未有的变化。在银行，人们通过触摸屏取款存款；在KTV，人们通过触摸屏点播喜欢的歌曲；在医院，人们通过触摸屏查询自己医疗服务价格，选择专家门诊，为患者就诊提供方便……触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解那种触摸屏适用于那种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。触摸屏（2）苹果公司乔布斯开心地笑了。当苹果iPhone把实体按键简化到只剩一个之后，利用触摸屏自由轻松地触控体验发挥到了极致。轻点相片，它们便都飞了出来。网站也能通过手指轻松地放大缩小。在屏幕上，用户只要用两根手指张开或者合拢，iPhone就能重新调整窗口大小。除了一个返回按钮，所有的操作均通过触摸屏来完成，喔，对于用户来说，一切就仿佛魔术一样。（3）苹果的魔力触板预示鼠标时代的终结MagicTrackpad是首款为Mac台式电脑设计的Multi-Touch触控板。与MacBookPro相同，它也采用了令人心动的Multi-Touch技术，更支持一整套操作手势，让你以耳目一新的方式操控电脑，与你的显示屏互动。手指轻扫翻动网页，就像翻书一样自然。惯性滚动让上下移动页面前所未有的自如。MagicTrackpad通过蓝牙无线技术与你的Mac相连，你可以用它代替鼠标，或与鼠标一起配合任意的Mac电脑使用，还可用于笔记本电脑。在Multi-Touch表面随处点按，可实现单击和双击。或在系统偏好设置中启用轻拍点按”，轻拍触控板一次或两次就可实现单击和双击。人机界面的技术1．1人机交互（Human-ComputerInteraction,HCI）人机交互技术(Human-ComputerInteractionTechniques)是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。1946年：由指示灯和机械开关组成的操纵界面1980年代：由终端和键盘组成的字符界面1990年代：由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面(GUI)，PC，工作站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointingdevices)界面，所见即所得21世纪：虚拟现实（VR）技术的应用(发展方向)1.2人机交互的发展人机交互（Human-ComputerInteraction,HCI），就是人与机器的交互，本质上是指人与计算机的交互，或者可以理解为人与含有计算机的机器的交互。为了以下讨论方便，我们现把计算机和含有计算机的机器，通称为计算机。人机交互研究的最终目的在于探讨如何使所设计的计算机能帮助人们更安全，更高效地完成所需的任务。自1946年世界上第一台数字计算机ENIAC诞生以来，计算机技术取得了惊人的发展。但计算机仍然是一种工具，一种高级的工具，它是人脑，人手，人眼等的扩展，因此它仍然受到人的支配，控制，操纵和管理。在计算机所完成的任务中，有大量是人与计算机配合共同完成的。在这种情况下，人与计算机需要进行相互间的通信，即所谓的人机交互。其实现人与计算机之间通信的硬，软件系统即为交互系统。交互系统通常包括计算机通过输出或显示设备给人提供大量信息及提示，以及人通过输入设备向计算机输入有关信息，问题回答等。从计算机早期的面板开关，显示灯和穿孔纸带等交互装置，发展到今天的视线跟踪，语音识别，手势输入，感觉反馈等具有多种感知能力的交互装置。人机界面经历了手工操作，命令语言和图形用户界面（GUI）的三个阶段。人机交互的发展大致可以分为四个阶段：初创期（1929-1970）1959年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年，LikliderJCK首次提出人机紧密共栖（Human-ComputerCloseSymbiosis）的概念，被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会，同年第一份专业杂志国际人机研究（IJMMS）创刊。可以说，1929年是人机界面学发展史的里程碑。奠基