第八章 外部设备

第八章 外部设备（I/O 设备）一、输入设备（Input Device ）1、键盘（Keyboard ）（1）按键特点* “QWERTY ”排列，亦称“柯蒂”键盘 //如此排列主要是避免按键卡死 * 按键数目 早期83键 //无功能区（F1—F12）和小数字区 101键和102键 //386和486普遍使用108键或更多 //现在普遍采用（2）工作原理* 逐行扫描法（以8行×8列为例）上图为8行×8列示意图，所有按键均在行和列的交叉点上，无按键按下时，列线与行线无连接，所以读列线状态均为+5V （即逻辑1），如有按键按下，则按键位置处，列线与行线导通，相应列线状态会改变。

扫描方式为逐行改变行线电位状态，初始时第0行为0V （逻辑0），其余行均为+5V ，如果改行有按键按下，则相应位置列线与行线导通，对应的列线读出为0V （逻辑0），根据行线和列线的位置可确定该按键。

然后第1行为0V ，执行上述操作确定该行是否有按键按下，然后各行依次为0V 状态，循环执行上述操作。

* 如果8行×16列，可有128键（3位行地址，4位列地址，共7位数据）（3）键盘分类* 按是否有接触点触点式键盘——按下按键时，触点接通，松开按键时，触点断开 //存在抖动 电容式键盘——按键下为一逻辑电容，按下时电容改变，引起电流和电压的变化 * 按是否有编码编码键盘——返回按键的信息编码（如ASCII 码或其它编码） //原理略复杂 非编码键盘——仅返回按键的扫描码（即位置值） //需辅助处理、速度慢（4）接口类型* 五芯接口：时钟、数据（串行操作，仅1位）、复位、电源、地* USB 接口（通用性强）V CC0V +5V +5V 行 扫 描 地 址 读列线状态2、鼠标（Mouse ）（1）机械式鼠标* 内置塑胶滚球，带动相互垂直的辊（g ǔn ）轴，产生x 、y 的位移量* 特点：原理简单、可靠性差（易磨损）（2）光电鼠标 //原理类似一个小型的数码照相机和图像处理器* 主要部件发光二极管（发出光束）棱镜、透镜（实现光线的折射和聚焦）光感应器件（微成像器） //移动轨迹会记录成一组高速拍摄连贯的图像图像分析芯片（DSP 数字微处理器）//通过特征点位置变化来定位移动的方向和距离 * 技术指标DPI ——每移动一英寸所能检测出的点数（值越大，精度越高）帧速率——DSP 每秒能处理图像的帧数（值越大，灵敏度越好）（3）接口类型* 五芯接口：时钟、数据（串行操作，仅1位）、复位、电源、地* USB 接口（通用性强）二、输出设备（Output Device ）1、显示器（1）CRT 显示器（阴极射线管）* 电子束击中屏幕产生光色，余辉时间决定显示性能，适合人眼为中余辉（1-100ms ） * 电子束经过水平偏转场和垂直偏转场击中屏幕上不同的位置，一次仅显示一点，逐点显示完成一屏图像（称一帧，Frame ），利用人眼的视觉暂留（0.1s ）观察者可看到一幅完整图像* 多次重复显示形成稳定画面，每秒重绘次数称为帧刷新频率，对于人眼85Hz 为无闪烁频率（2）液晶显示器（Liquid Crystal Display ，LCD ）* 液态晶体——一种介于液体与固体之间的物质 //本身不发光在不同的电场作用下，内部晶体排列会发生改变，影响透光性* 彩色液晶每个像素点，显示RGB 三色（Red 、Green 、Blue ），每种颜色用8位数据（即256级） 24位真彩色（三种颜色共256×256×256级），人眼无法分辨这么多颜色* 光源通常采用冷阴极荧光灯（CCFLS ）注意：液晶显示器的原理类似街头的广告灯箱屏幕（荧光粉）（3）LED显示器* LED（Light-emitting Diode）即发光二极管* LED的特点：功耗低、亮度高、色域宽广（更艳丽的色彩）、环境适应强、绿色环保（无水银之类有害元素）、低电磁辐射* 现在所说的LED显示器通常指具有LED背光技术的液晶显示器即液晶显示器的每个像素点后面设置一个发光二极管作为光源，具有比LCD显示器更省电的优点（4）分辨率和点间距* 物理分辨率（Physical Resolution）：单位面积所能显示的最大光点数逻辑分辨率（Logical Resolution）：整个屏幕所能容纳的光点数//屏幕的大小决定显示的精细程度，例如均为1024×768分辨率，在20寸屏幕和在7寸屏幕上显示的效果截然不同* 点间距（Dot Pitch）指两个相邻光点（像素）中心的距离，有时亦称行距也可以用像素密度来描述，像素密度是指单位长度的像素数，单位PPI（每英寸像素数）例：显存用DRAM实现，显示分辨率为1600×1200，颜色采用24bit真彩色，帧频85Hz，显示总带宽的50%用来刷新屏幕，则显存总带宽为多少？显存至少多大容量？总带宽为[（1600×1200）×3Byte×85]÷50%＝7834MB/s显存容量为（1600×1200）×3Byte＝5760000 Byte＝5.49 MB //以1024＝1K计算（5）图形显示卡简称显卡，有时亦称为图形适配器（Graphics Adapter Card），具体操作要涉及到屏幕的模拟量操作（控制显示屏的电压或电流值）* 主要包含部件图形处理芯片GPU（Graphics Processing Unit）//与CPU对立区别显存——一帧图像要显示的相关数据（数据量）RAMDAC（数/模转换存储器）//其中DAC（Digital-to-Analog Converter）* 显示模式字符模式——在屏幕上按字符阵列为最小处理单位（仅可显示字符，图像处理复杂）图形模式——在屏幕上按像素点为最小处理单位（把字符当图像处理）2、打印机* 打印模式击打式（Impact）——用机械力量击打字锤或字模来完成打印非击打式（Nonimpact）——用物理或化学方法将油墨印在纸张上（1）针式打印机* 用字车（Carriage，也称打印头）击打纸张来完成字符的打印//仅能打印字符* 字车分单列（7针或9针）和双列（14针：7×2或24针：12×2）两种* 字模格式英文字符——5×7、7×7、7×9、9×9汉字字符——24×24 //点阵越大，显示越细腻上面左图示意的是5×7的英文点阵，即5列7行，共35个点，右图示意击打后的“A”点阵，即把需要的点击打出来，构成一个大写的A。

针式打印机在某些特定场合还在使用。

（2）激光打印机（Laser Printer）* 感光鼓（硒鼓）//类似于老式相机的底片* 简要过程描述a、硒鼓充电（表面均匀布满电荷）b、激光束扫描照射硒鼓（被照射部分产生光电流，电荷消失）//生成翻转图像c、硒鼓表面吸附碳粉（仅有电荷部分能吸附上）//要打印的图像d、打印纸通过硒鼓，纸后面有转印电晕丝（用其磁场把硒鼓上带电荷的碳粉吸附在纸上）e、热辊定影（把纸上的碳粉固定在纸上）f、硒鼓放电，清扫刷清其表面的碳粉（除像），为下一次做准备注意：激光打印机是用物理方式来完成的打印（3）喷墨打印机（Ink-Jet Printer）* 喷嘴喷射代垫墨滴束，经过水平和垂直的偏转电场到达纸张表面//偏转电场原理类似CRT显示器中的偏转电场* 单色打印——黑色墨滴彩色打印——CMYK混色（即青色、品红色、黄色和黑色4种墨滴）//不同颜色的混色来形成彩色打印三、辅存设备1、硬盘特点：容量大、每位价格低，非易失性（1）基本组成部件* 盘片——一种金属合金//硬盘名字来源于此* 磁头——硬盘的磁头工作时是非接触式//悬浮0.2-0.5微米，不同于早期的软磁盘通常设置一个读头和一个写头，主要因为读写操作和时间均不相同* 磁盘驱动器（HDD，Hard Disk Driver）磁盘控制器（HDC，Hard Disk Controller）//外围电路，驱动和控制磁盘工作注意：现在硬盘多为温盘，即温彻斯特盘的简称，是把上述部件集成为一体，使用时不用具体了解内部结构。

（2）磁道（Track）——工作时磁头所形成的轨迹* 对于磁盘是磁盘面若干半径不同的同心圆，对于磁带是沿着带面方向的一条直线* 柱面（Cylinder）——多盘片结构时，各盘面中相同半径的磁道可以构成一个虚拟的柱面，有时磁道亦称作柱面扇区（Sector）——盘面上的磁道被分成的若干弧，每一段弧线即为一个扇区* 不同半径的扇区角速度相同（磁盘转速恒定）* 不同半径的扇区的容量恒定（由于弧长不同，所以记录密度不同）//便于控制注意：磁盘地址格式如下所示磁盘地址不同于主存地址，主存地址是按单元编址，磁盘是按块（扇区）编址。

（3）磁记录原理* 写入——磁化磁盘盘面介质写1：正向驱动电流，盘面上产生正向磁通写0：反向驱动电流，盘面上产生反向磁通* 读出——用磁头在盘面上移动，产生相应的感生电动势ee ＝－n （d φ／dt ）＝－n （d φ／dl ）（d l ／dt ）＝－n （d φ／dl ）v//其中l 为长度，（d l ／dt ）为单位时间长度的变化，即线速度，d φ为磁通量的变化 注意：由于驱动电流很小，所以产生的磁通φ也不是很大，要想获得一个有效的感生电动势e ，就得增大匝数n ，另外还要有一个很大的线速度（磁盘高速转动的一个原因）。

同时要清楚，稳定的磁通由于没有变化，所以产生不了感生电动势e ，感生电动势e 只有在磁通变化处才有。

（4）磁记录方式* 归零制（RZ ）信号1用正向电流（+I ）驱动，信号0用反向电流（-I ）驱动，信号之间驱动电流为0（归零制名称的由来）特点：原理简单、有单倍电流驱动（φ和e 都小）、记录密度低* 不归零制（N RZ ） //见变就翻转驱动电流只在信号交界处翻转，翻转时为（+I →-I ）或（-I →+I ），仅当前后信号不同时，驱动电流才翻转，如前后信号相同时，保持驱动电流+I 或-I 不变。

无0值驱动电流，所以称非归零制特点：波形简单，记录密度大，需外加辅助电路（触发器标识0或1、同步时钟记录信号个数），某位出错会影响其后的若干位（故障敏感）* 不归零制（N RZ-1） //见1就翻转，一种改进的不归零制记录波形与NRZ 相似，不同之处在于驱动电流翻转的条件，仅当新来信号为1时，驱动电流翻转（+I →-I ）或（-I →+I ），否则保持驱动电流+I 或-I 不变。

特点：波形简单，记录密度大，需同步时钟记录信号个数，某位出错不会影响其后的0 1 1 0 0 1 0 +I -I0 0 1 1 0 0 1 0 +I -I0 1 1 0 0 1 0 +I -I数值（故障不敏感）。