第七章輸入輸出設備徐濤ise_xut@1本章主要內容外圍設備概述I/O接口輸入設備輸出設備2外圍設備概述外圍設備所處的層次外圍設備功能外圍設備的特點外圍設備分類3外圍設備所處的層次主機外圍設備CPU運算器控制器存儲器輸入設備輸出設備系統總線外圍設備功能定義廣義:凡與計算機相連、受主機控制完成數據處理或控制操作的裝置都可稱外圍設備。輸入輸出設備，外存儲器，數據通訊設備，終端設備，以及計算機自動控制、檢測系統中的各種采樣、檢測設備，A／D和D／A轉換器，各種與計算機相關的儀表及裝置。狹義:僅指輸入輸出設備和外存儲器，它們是只用于輸入輸出數字信息的、構成計算機系統必不可少的設備。外圍設備又稱外部設備，提供人－機之間、機器與機器之間的信息交往。5外圍設備特點I/O設備由信息載體、設備及設備控制器組成。I/O設備的工作速度比主機要慢得多。各種I/O設備的信息類型和結構均不相同。各種I/O設備的電氣特性也不相同。=》主機與輸入輸出設備的連接的復雜性。必須設置一個1／O接口來解決信息的緩沖、同步與通訊，格式的轉換及電氣特性的適配等一系列問題。

6外圍設備分類按外設的功能分類：輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、手寫筆輸出設備：顯示器，打印機，繪圖儀；輸入兼輸出設備：外存，終端，傳真機；7外圍設備分類按外設所起的作用分類：人—機交互設備：鍵、鼠、光筆、觸摸屏、掃描儀、攝像機、打印機、顯示器、繪圖機、語音合成器等；外存儲器：磁盤，硬盤、磁帶、光盤；機—機通信設備：數據通訊設備：FAX，MODEM；過程控制設備：A/D，D/A，傳感器，儀表8I/O接口

I/O接口定義

I/O接口功能

I/O接口組成9輸入輸出接口接口是指兩個不同部件或系統之間的交接部分。它既可以是兩種硬件設備之間的連接電路，也可以是兩個軟件之間的共同邏輯邊界。I/O接口是指計算機主機與I/O設備之間通過總線進行連接的邏輯部件，接口部件在動態連接的兩個部件之間起著轉換器的作用，以實現彼此之間的信息交換。

10I/O接口功能選址傳送主機命令數據傳送和格式轉換數據緩沖監控設備狀態11接口數據緩沖寄存器DBR主機設備選擇電路設備狀態寄存器命令寄存器數據模式轉換電路控制邏輯電路數據線數據線地址線狀態線命令線狀態命令I/O設備I/O接口組成12I/O接口分類外設供求數據方式的不同串行接口并行接口13輸入設備輸入設備定義及分類鍵盤鼠標掃描儀，數碼相機等14輸入設備定義及分類輸入設備：指向主機輸入程序、原始數據和操作命令等信息的設備。輸入設備將各類信號變換成主機能識別的二進制代碼，并負責送到主機。

字符數字輸入、圖形輸入、圖象輸入、聲音輸入

15字符和數字的輸入設備―鍵盤16鍵盤--字符數字輸入設備鍵盤結構的關鍵是如何將鍵盤上的按鍵動作轉換成相應的ASCll碼。鍵開關：如何產生鍵盤按鍵動作，并產生相應的信號鍵盤編碼：按鍵開關本身只能產生一個開關信號，因此，需要有一套編碼電路或程序，將某個按鍵的開關信號轉換成相應的ASCll編碼。17鍵盤開關

按鍵開關的種類很多，基本上可歸為兩類：接觸式（有抖動現象）非接觸式鍵開關（無抖動現象）18鍵盤開關--接觸式鍵開關原理：借助機械簧片，直接使兩個導體接通或斷開，從而產生電信號；例如：機械簧片式、干簧片式、薄膜式和導電橡膠式等。特點：結構簡單、便宜，開關特性好，但壽命短，可靠性較差。19鍵盤開關--非接觸式鍵開關原理：利用電磁場或電壓、電流的變化而產生輸出信號。例如：電容式鍵開關、霍爾式鍵開關20鍵盤開關矩陣21鍵盤編碼按鍵盤編碼的功能和實現方法進行分類全編碼鍵盤非編碼鍵盤：利用簡單的硬件和專用軟件識別按鍵位置，提供位置碼，再由處理器執行查表程序，將位置碼轉換成ASCII碼；單片機應用系統常用；

PC上的鍵盤是一種非編碼的智能鍵盤（由8048單片機管理）。22電子掃描編碼原理框圖時鐘發生器循環計數器ROM接口列譯碼器行譯碼器換檔控制

8*8矩陣鍵盤去抖電路鎖定信號D7～D0STB電子掃描編碼原理23常用掃描方法行反轉掃描法行掃描法行列掃描法24非鍵盤輸入-鼠標25道格恩格爾巴特顯示系統X-Y位置指示器Douglas

Englebart博士26鼠標分類機械式鼠標光電式鼠標光學式鼠標27鼠標一種手持式坐標定位部件。1968年12月9日，全世界第一個鼠標誕生于美國加州斯坦福大學，它的發明者是Douglas

Englebart博士，設計鼠標的初衷就是為了使計算機的操作更加簡便，來代替鍵盤那繁瑣的指令。28機械式鼠標精度有限、傳輸速度慢、壽命低29光電鼠標內部只有兩對互相垂直的光電檢測器，光敏三極管通過接收發光二極管照射到光電板反射的光進行工作舊式的光電鼠標：使用專門的光柵做鼠標墊，即光電板上印有許許多多黑白相間的小格子，光照到黑色的格子上，由于光被黑色吸收，所以光敏三極管接收不到反射光；相反，若照到白色的格子上，光敏三極管可以收到反射光，如此往復，形成脈沖信號。新式的光電鼠標：采用一種名為“光眼”的新型光學引擎，精確度更高、可靠性更好。30軌跡球-Track

ball外觀上看就像是翻轉過來的機械鼠標，用手撥動軌跡球來控制光標的移動。31按照鼠標的接口分類。串口、PS/2口、USB口和wireless。

鼠標接口32一種能夠進行拍攝，并通過內部處理把拍攝到的景物轉換成以數字格式存放的圖像的特殊照相機。數碼相機用快門來激活包含光敏柵格的電荷耦合器件傳感器（CCD）。柵格由許多單元（也叫做像素）組成，它們把光信號轉換成電信號。傳統基于膠片的相機其分辨率是無窮的，而數碼相機的分辨率則是有限的。傳統相機的使用成本較高。數碼相機33數碼相機組成

CCDA/D轉換器

MPU(微處理器)

圖像存儲器

34各種存儲器實物圖35掃描儀以數字形式再現圖像的輸入設備光源反射鏡透鏡CCD或PMTA/D計算機W原圖CCD平板掃描儀原理圖36其他輸入設備漢字識別與手寫輸入臺灣的中華第一筆，中科院的漢王筆，北大方正的如意筆，香港的易達筆等語音識別與輸入37輸出設備輸出設備定義打印機顯示設備38輸出設備

輸出設備將計算機處理過的二進制代碼信息，轉換成人們能識別的形式，如數字、符號、文字、圖形、圖像或聲音等輸出，供人們分析和使用。常用輸出設備有打印機及CRT顯示器。39打印設備（硬拷貝設備）40打印設備分類（按印字原理）擊打式

利用機械作用使印字機構與色帶和紙相撞擊而打印字符。如針型、球型、菊花瓣型、活字鼓等。非擊打式利用電、磁、光、噴墨等物理、化學方法印刷字符。如靜電、激光、噴墨等。41打印設備分類（按工作方式）串行打印機------逐字打印針式點陣式打印機，噴墨打印機并行打印機------逐行/頁打印激光打印機42點陣式打印機針式打印機：打印頭、輸紙機構、色帶機構、打印控制器43點陣式打印機工作原理采用打印鋼針撞擊色帶與紙，印出點陣字符。它的印字機構，又稱打印頭，裝有排列整齊的一列或兩列打印鋼針，每根鋼針帶有電磁鐵，受驅動電流控制。打印頭安裝在字車上，字車由驅動機構牽引，可沿水平方向移動。特點：用點陣組成字符—靈活，

ASCII碼的字符：5×7或7×9點陣，漢字：16×16，24×24，32×32點陣。

44點陣式打印機工作原理微處理器RAMROM控制程序ROM字庫面板顯示接口2主機面板開關接口電路接口1針數據形成電路打印頭驅動電路打印電磁鐵字庫控制輸紙控制45激光印字機又稱激光印刷機，一種非擊打式高速印字機，其基本原理與靜電復印機相似。激光掃描技術和電子照像技術結合的產物激光掃描系統電子照像部分字符發生器控制電路46激光印字機結構組成47激光印字機結構示意圖48激光印字機工作過程充電→曝光→顯影→轉印→定影→消電→清潔核心部件硒鼓（具有光敏特性的滾筒裝置）49激光印字機工作過程充電：硒鼓首先在黑暗中充電，使得硒鼓表面沉積一層均勻的電荷曝光：根據控制電路輸出的字符信息，對激光器進行調制，控制激光的掃描，掃描時激光在硒鼓表面有選擇的曝光，曝光部分產生放電現象，未曝光部分仍然保留電荷。形成靜電潛像。顯影：靜電潛像通過裝有碳粉的顯影器，碳粉事先充有相同電荷，這樣硒鼓上沒有電荷的地方就會吸附碳粉，形成影像，達到顯影的目的50激光印字機工作過程轉印：當打印紙通過硒鼓時，在打印紙的背面加上反向的靜電電荷，將硒鼓上的碳粉吸附到紙張上，這就是轉印的過程。定影：帶有碳粉的紙張通過加熱的定影輥，碳粉融化，永久粘附在紙張上。消電：消電燈照射硒鼓，消除殘余電荷。清潔：清除硒鼓上的殘余碳粉。51顯示設備顯示設備基本概念：以可見光的形式傳遞和處理信息的設備顯示設備分類CRT顯示器基本原理字符顯示器圖形顯示器平板顯示器52基本概念圖形早期的圖形是指沒有亮暗層次變化的線條圖。如電路圖、機械圖、印制板圖、建筑圖等。它是一種二值化的線條圖，要么是一條明亮的線，要么就不顯示，看到的只是屏幕底色。目前，圖形也可以有顏色、亮暗層次的變化，表現的內容更加豐富。圖像圖像是一種具有亮暗層次變化的圖。如人物、景物照片等。經計算機處理與顯示的圖像稱為數字圖像。它是將圖片上連續的亮暗變化變換成離散的數字量，以點陣的形式顯示出來。53像素在圖像處理時，將組成圖像的各點按幾何位置排列成矩陣，矩陣中的每個元素稱為像素（或稱像元）實際上就是顯示屏上不可再小的光點。分辨率顯示器所能表示的像素的個數。取決于顯像管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸、CRT電子束的聚焦能力以及刷新存儲器的存儲容量。以顯示屏上水平方向像素個數/垂直方向像素個數來表示。如某顯示器的分辨率為640X480，則表示該顯示器水平方向有640個像素，垂直方向有480個像素。

54灰度級灰度級是像素點的亮度值，在彩色顯示器中表示顏色的差別。灰度級取決于每個像素對應刷新存儲器中存儲單元的位數和CRT本身的性能。如位數為4，則有16級灰度或顏色。若位數為8，則有256級灰度或顏色。55刷新：為獲得穩定的圖像顯示而使電子束重復掃描屏幕的過程，稱為刷新。頻率必須大于30次/秒，一般采用50次/秒的電視標準，當前常用75、85次/秒等。刷新存儲器：又稱視頻存儲器或顯存，用來存儲一幀圖像信息，以提供刷新圖像的信號。其容量由圖像分辨率和灰度級共同決定。例如：分辨率1024×1024，256灰度級，則容量：1024×1024×8=1MB56微型計算機顯示子系統顯示控制適配器（顯卡）主要功能是控制光柵的產生及主機與顯示器之間數據的暫存和傳送等，顯卡的性能直接影響到顯示的效果。顯示緩沖區（顯存）字符發生器顯示控制器顯示器57顯示緩沖區(VRAM)存放屏幕上需要顯示的字符或者圖形的全部信息字符顯示模式：

VRAM中存放欲顯示字符的兩個字節代碼

一個就是欲顯示字符的ASCII代碼本身另外一個是該字符的屬性，表示顏色，亮度等圖形顯示模式

VRAM中存放每一個像素點的顏色信息

58IBMPC的顯示標準1．MDA單色字符顯示標準

MDA是1981年由IBM公司隨IBMPC一起推出，是一種字符顯示卡。它采用9×14點陣顯示一個字符，滿屏可顯示80列×25行字符，其分辨率為720×350個像素。字符顯示的質量較高，但不能兼容圖形方式。2．CGA彩色圖形/字符顯示標準

CGA兼容圖形和字符兩種方式。在字符方式下，每個字符采用8×8點陣顯示，顯示的質量不如MDA，但字符本身及其背景可以選擇16種顏色。在圖形方式下，分辨率為640×200，顯示2種顏色或320×200，4種顏色。593．MGA單色圖形適配器一

MGA可顯示單色圖形或字符，分辨率為720×350個像素。它用于那些不需彩色圖形的場合，以降低硬件開銷。4．EGA增強型圖形適配器

EGA兼有MDA和CGA的優點，并增加了一些顯示功能。字符方式下，采用8×14點陣顯示一個字符，顯示質量優于CGA。圖形方式下，其分辨率為640×350，顯示16種顏色。經改進后的EGA，其分辨率達640×480．或800×600。605.VGA視頻圖形陣列

VGA是IBM公司1987年推出的。它的主要特點是在微型機的基本顯示系統中采用模擬量輸入，使顯示的顏色更加豐富和逼真。VGA在字符方式下以9×I6點陣顯示字符，質量好于EGA，圖形方式下，其分辨率為640×480，顯示16種顏色或320×200，256種顏色。6．SVGA超級VGASVGA改進了VGA標準，增強了VGA功能。它的分辨率為800×600、顯示256種顏色。7.XGA智能型圖形適配器：1024×768SXGA1280×1024UXGA1600×120061顯示設備分類按顯示器件分陰極射線管(CRT)顯示器液晶顯示器(LCD)等離子體顯示器，發光二極管顯示器（LED）等

按顯示信息內容分字符（字符為基本單位）圖形（像素）按顯示顏色分單色彩色（三槍顯管）62光柵掃描成像原理熒光屏電子槍聚焦系統水平偏轉垂直偏轉顯示頭63CRT顯示器組成及工作原理隨機掃描和光柵掃描64隨機掃描控制電子束在CRT屏幕上隨機運動，從而產生圖形和字符（電子束只在需要做圖的地方掃描）。優點：畫圖速度快，圖像清晰；缺點：驅動系統較復雜，價格較貴。65光柵掃描方式(a)逐行掃描(b)隔行掃描電子束自左至右，從上到下掃描整個屏幕66字符顯示器以字符為基本單位的顯示設備每個字符以點陣的形式顯示，與打印機原理類似點陣是m*n個點構成的陣列所有需要顯示的字符的點陣都固化在字符發生器顯示時根據AscII碼到字符發生器中尋找點陣進行顯示67字符顯示器的原理框圖計算機接口電路刷新存儲器字符發生器并/串轉換CRT顯示器定時控制電路光標邏輯行同步驅動場同步驅動68視頻（刷新）存儲器VRAM存放要顯示的字符的ASCII碼；注意：字符ASCII碼的存放位置與其在屏幕上的顯示位置相對應；例如：80×25=2000個字符，VRAM容量為2KB，第一行最左邊字符ASCII碼存放在000H單元中，最右邊字符ASCII碼存放在04FH(即十進制79)單元中，最后一行最右邊字符ASCII碼存放在7CFH（即十進制1999）單元中69字符發生器(ROM)存放要顯示字符的字形點陣碼；存放位置以字符ASCII碼為高位地址、光柵地址為低位地址的ROM存儲單元中；70定時控制電路控制顯示器逐點、逐字、逐行、逐屏地刷新顯示；點計數器：配合水平方向掃描線和點陣碼產生輝亮脈沖。水平地址計數器：對一行字符的顯示進行控制，即送出該行字符的VRAM的列地址。光柵地址計數器：與要顯示的字符ASCII碼配合，給出光柵的字符一行點陣的地址。垂直地址計數器：控制屏幕一行一行字符的顯示。（即給出字符在VRAM的行地址）71

A編碼

N編碼

D編碼VRAM

A點陣

B點陣

C點陣

D點陣

N點陣ROM屏幕移位寄存器并行串行ANDCRT顯示字符的工作過程圖形或圖像顯示器以像素為基本單位的顯示設備每個像素可以有其顏色光柵掃描73圖形：是用計算機表示和生成的圖，稱為主觀圖像。表示圖形只需存儲繪圖命令和坐標點，無須存儲每個像素點。圖像：由攝象機攝取下來