1、中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社 ISBN ISBN ISBN ISBN ISBN ISBN 978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4（第（第（第（第（第（第101010101010章）章）章）章）章）章）微型计算机原理与接口技术（第二版）微型计算机原理与接口技术（第二版）第10章 总线技术 10.1 总线技术概述 10.2 ISA总线 10.3 PCI总线
2、 10.4 USB总线 10.5 PCI Express总线 习题与思考10.1 总线技术概述 10.1.1 总线的基本概念 10.1.2 总线的规范 10.1.3 总线的主要参数 10.1.4 总线的分类10.1.1 总线的基本概念总线：计算机系统中的一组能为多个部件分时共享的公共信息传输通路。在微型计算机系统板上，微处理器、存储器部件、接口电路等各种部件之间有大量的信息传送需要使用总线；系统与系统之间、插件板与插件板之间、同一插件板上各个芯片之间、芯片内部也都需要通过总线传输信息。标准总线的使用，给微型计算机系统的开发及应用带来了极大的方便和好处：（1）简化了软件和硬件的设计。（2）简化了
3、系统的结构。（3）便于系统的扩充和更新。10.1.2 总线的规范1机械结构规范2功能规范规定插件板尺寸、总线插头、边沿连结器等的规格及位置。确定每个引脚的定义、传输速率、时序、信息格式及功能。3电气规范规定各信号的逻辑电平、动态转换时间、负载能力及最大额定值。不同的总线在信号线数量、名称、功能上都有差异，大致分为地址总线、数据总线、控制总线、电源和地线、备用线。10.1.3 总线的主要参数1总线的带宽2总线的位宽指一定时间内总线上可传送的数据量，即每秒钟传送的最大稳态数据传输率，以MB/s为单位。与总线的带宽密切相关的是总线的位宽和总线的工作时钟频率。指总线能同时传送的数据位数，即常说的32位
4、、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越大则总线每秒钟数据传输率越高，即总线的带宽越大。3总线的工作时钟频率以MHz为单位，工作时钟频率越高则总线工作速度越快，即总线带宽越大。10.1.4 总线的分类1片内总线2局部总线3系统总线4通信总线是集成电路芯片内部用于连接各功能单元的信息通路。又称片总线，是电路板上连接各芯片之间的公共通路。又称内总线，用来连接微型计算机系统的各插件板。又称外总线，用于系统之间的连接。10.2 ISA总线 10.2.1 ISA总线的主要性能和特点 10.2.2 ISA总线信号定义10.2.1 ISA总线的主要性能和特点1.8/16位数据线，最大位宽16位。2.24位地址
5、线，可直接寻址16MB。3.I/O地址空间为0100H03FFH。4.最大时钟频率为8MHz。5.最大稳态传输率为16MB/S。6.具有中断功能，硬件中断可达11级。7.具有DMA通道功能，通道可达7个。8.开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源。10.2.2 ISA总线信号定义ISA总线在62引脚的PC总线基础上，扩展了36位，构成基本插槽和扩展插槽。基本插槽有62根信号线，兼容PC总线；扩展插槽有36根信号线，是ISA总线新增的信号。在ISA插槽上既可以插接ISA总线标准的插件板，也可以插接PC总线标准的插件板。A1B1基本插槽A31 B31C1D1C18D18扩展插槽ISA总线插槽示
6、意图10.2.2 ISA总线信号定义10.2.2 ISA总线信号定义A010203040506070809A10111213141516171819A2021222324252627282930A31B010203040506070809B10111213141516171819B2021222324252627282930B31GNDRESET DRV+5VIRQ2-5VDRQ2-12VReserved+12VGNDMEMWMEMRIOWIORDACK3DRQ3DACK1DRQ1DACK0CLOCKIRQ7IRQ6IRQ5IRQ4IRQ3DACK2T/CALE+5VOSCGNDI/O CHC
7、KD7D6D5D4D3D2D1D0I/O CHRDYAENA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0C010203040506070809C1011121314151617C18D010203040506070809D1011121314151617D18MEMCS16I/OCS16IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14DACK0DRQ0DACK5DRQ5DACK6DRQ6DACK7DRQ7+5VMASTERGNDSBHELA23LA22LA21LA20LA19LA18LA17MEMRMEMWSD8SD9SD10SD11SD
8、12SD13SD14SD1510.3 PCI总线 10.3.1 PCI总线的主要性能和特点 10.3.2 PCI总线的系统结构 10.3.3 PCI总线信号定义10.3.1 PCI总线的主要性能和特点1.支持33MHz/66MHz的时钟频率。2.支持32位和64位两种数据通道。3.数据传输速率高。大大缓解数据I/O瓶颈，使CPU的高性能得以充分发挥。4.采用多路复用技术，减少引脚数。5.支持突发方式传输，从而快速传输批量数据。6.自动识别外设，支持即插即用。7.独立于处理器的类型和速度，支持多种处理器，使PCI具有广泛的兼容性和扩展性。8.完全的多总线主控能力。9.采用同步操作，保证CPU与其
9、他总线主设备同时操作。10.PCI总线与CPU隔离，支持的外设数量多。11.与ISA、EISA等多种总线兼容，保证各种快速、慢速设备共存于一个系统。10.3.2 PCI总线的系统结构10.3.3 PCI总线信号定义PCI总线标准插槽有A、B两面，分为短槽和长槽。短槽提供32位接口，定义了124个引脚；长槽是在短槽的基础上又扩展了64个引脚，提供64位接口。短槽长槽PCI总线插槽示意图10.3.3 PCI总线信号定义10.4 USB总线 10.4.1 USB总线的主要性能和特点 10.4.2 USB系统的组成及原理10.4.1 USB总线的主要性能和特点1.支持热插拔。2.支持即插即用。3.节省
10、系统资源。整个USB系统只用1个端口和1个中断。4.速度快。USB 2.0、3.0、3.1的最大传输速率分别达到480Mbps、5Gbps、10Gbps。5.接口标准统一。6.连接灵活。7.可连接多个设备。可用USB集线器以树形结构增加USB分支，最多可以连接127个外部设备，且不会损失带宽。8.供电灵活。USB采用4线电缆，其中两根专门为下游设备提供电源。勿需专门的交流电源。9.具有很高的容错性能。10.4.2 USB系统的组成及原理1USB系统组成（1）USB硬件。包括USB主控制器、USB根集线器、USB集线器和USB设备。（2）USB软件。包括USB主控制器驱动程序、USB驱动程序、U
11、SB设备驱动程序。2USB的物理接口VBUSD-D+GNDVBUSD+D-GND10.4.2 USB系统的组成及原理3USB的拓扑结构主机USB根集线器USB设备1USB集线器1USB集线器2USB设备2USB集线器3USB集线器4USB设备3USB设备4USB设备510.4.2 USB系统的组成及原理4USB传输协议USB提供了种基本传输方式：1）控制传输方式。用来配置和控制主机到USB设备的数据传输方式和类型。设备控制命令、设备状态查询及确认命令均采用这种传输方式。2）同步传输方式。用来连接需要连续传输数据且对数据的正确性要求不高，而对时间极为敏感的外部设备，如麦克风、音箱、网络电话等。3
12、）中断传输方式。用于数据传输量小、无周期性、且需要实时处理的场合，如键盘、鼠标等输入设备。4）块传输方式。用于数据量大且要求正确无误的数据传输，如打印机、扫描仪等。10.4.2 USB系统的组成及原理5USB系统设置USB设备可随时安装或拆卸。集线器有一个状态指令器，可指明USB设备是否被安装或拆除，若安装则指明USB设备端口。在USB设备安装后，主机通过设备控制通道来激活该端口并为其指定一个唯一的USB地址（地址是动态分配的，每次可能不同），然后引发主机中关于该设备的软件，对设备进行初始化。之后，系统通过该USB地址对设备进行I/O操作。当USB设备从集线器的端口拆除后，集线器关闭该端口，并
13、向主机报告该设备已不存在。10.4.2 USB系统的组成及原理6USB的容错性能USB在硬件和软件上提供了多种机制，极大地保证了数据传输的可靠性：如使用差分驱动、接收和防护，以保证信号的完整性；建立各自独立的传输通道，避免USB设备的相互影响；使用CRC循环冗余校验码，以进行外设装卸的检测和系统资源的设置；对丢失和损坏的数据包暂停传输，利用协议自我恢复。10.5 PCI Express总线 10.5.1 PCI Express总线的主要性能和特点 10.5.2 PCI Express总线的层次结构 10.5.3 PCI Express总线信号定义10.5.1 PCI Express总线的主要性
14、能和特点1采用串行差分驱动，点对点互连。2带宽高，传输速度快，效率高。3支持双向传输，具有多种带宽的链路，可灵活地扩展。4低电源消耗，使用小型连接，节约空间，减少串扰。5支持设备热拨插和热交换。6支持数据同步传输。7具有数据包和分层协议结构。8为优先传输数据进行带宽优化。10.5.2 PCI Express总线的层次结构PCI Express设备A设备核心与软件PCI Express核心逻辑接口事务层数据链路层物理层发送接收TLPDLLPPLP链路发送接收PCI Express设备B设备核心与软件PCI Express核心逻辑接口事务层数据链路层物理层10.5.3 PCI Express总线信
15、号定义PCI Express总线也有多种规格，从PCI Express1到PCI Express16都可以在系统板上的PCI Express插槽上体现。PCI Express 1PCI Express 4PCI Express 8PCI Express 16PCI Express总线插槽示意图10.5.3 PCI Express总线信号定义习题与思考（）ISA总线是16位总线（）PCI适配卡和USB设备皆即插即用（）PCI总线和USB总线都是并行总线（）PCI Express总线是一种串行总线（）USB和PCI-E总线都支持设备热插拔（）PCI-E8总线与PCI-E1总线带宽相同（）在微机系统
16、板上，PCI-E1插槽和PCI-E16插槽上都可以插接PCI-E1适配卡 判断对错答案答案 什么是总线？微机中的总线通常分为哪几类？标准总线给微机系统的开发应用带来哪些好处？第10章 学习目标现代计算机系统普遍采用总线结构，使计算机系统现代计算机系统普遍采用总线结构，使计算机系统内各部件之间以及系统与系统之间通过总线建立信息联内各部件之间以及系统与系统之间通过总线建立信息联系，进行数据传送和系，进行数据传送和通讯。可以通讯。可以说，总线的性能直接影说，总线的性能直接影响到计算机系统的整体性响到计算机系统的整体性能。本章能。本章主要介绍总线的基本主要介绍总线的基本概念、分类和性能指标，并介绍了常
17、用总线的结构和性概念、分类和性能指标，并介绍了常用总线的结构和性能能特点。特点。通过本章的学习，读者应理解总线的功能和特点，通过本章的学习，读者应理解总线的功能和特点，了解总线的分类，掌握常用的了解总线的分类，掌握常用的ISA、PCI、USB、PCI Express总线的性能特点，体会各种总线在微型计算机系总线的性能特点，体会各种总线在微型计算机系统中的应用及其统中的应用及其作用。作用。帮助 再见中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社中国水利水电出版社 ISBN ISBN ISBN ISBN ISBN ISBN 978-7-5170-3719
18、-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4（第（第（第（第（第（第111111111111章）章）章）章）章）章）微型计算机原理与接口技术（第二版）微型计算机原理与接口技术（第二版）第11章 人机接口技术 11.1 键盘及其接口技术 11.2 鼠标及其接口技术 11.3 显示器及其接口技术 11.4 打印机及其接口技术 11.5 外存储器及其接口 11.6 扫描仪 习题与思考11.1 键盘及其接口技术 11.1.1 键盘的基本工作原理 11.1.2 键盘的分类 1
19、1.1.3 非编码键盘的按键识别方法 11.1.4 PC机键盘 11.1.5 PC机键盘接口技术11.1.1 键盘的基本工作原理按照结构形式，键盘有线性和矩阵两种结构。PA0PA1+5V+5V（a）线性结构+5VPA0PA1PA2PA30行1行2行3行0列 1列 2列 3列PA4 PA5 PA6 PA7（b）矩阵结构对于矩阵键盘有几个主要问题需要解决：1识别按键。2消除键抖动。3防止串键。11.1.2 键盘的分类1编码键盘2非编码键盘这类键盘带有相应的硬件电路，由专用控制器对键盘进行扫描，能够自动检测并提供按键扫描码。编码键盘还有去抖动和防串键等保护装置，这类键盘的硬件电路复杂，价格较贵，但是
20、键盘响应速度快，键盘接口简单，使用方便。这种键盘只提供键盘的行列矩阵，而按键的识别、扫描码的确定由软件完成。去除抖动也由软件来解决。这种键盘的响应速度不如编码键盘快，但是可靠性高，扩充和更改方便、灵活。11.1.3 非编码键盘的按键识别方法 1行扫描法 2行反转法11.1.4 PC机键盘PC机一般采用非编码键盘。这种键盘与主机分开，通过一根电缆与主机系统板上的键盘接口相连，这根电缆专用于串行传输键盘扫描码。PC机键盘上的按键数目从最早的83键逐步发展到后来的101、102、104、108等键。键盘内部主要有16行8列的键盘矩阵和一个用作键盘控制器的芯片Intel 8048。Intel 8048
21、负责完成键盘矩阵扫描、消除抖动、生成按键扫描码等功能，并对扫描码进行并/串转换，然后将串行扫描码及时钟送往主机。11.1.5 PC机键盘接口技术（a）AT接口（b）PS/2接口（c）USB接口 AT接口为标准5针圆形接口，用于早期的AT系统板上。PS/2接口为具有6针的圆形接口，当今许多PC机的系统板仍支持PS/2接口。USB接口是当今微机上广泛使用的键盘接口。实际应用中，利用“蓝牙”等无线技术连接到计算机的无线键盘也较多见。1键盘接口类型11.1.5 PC机键盘接口技术2PC机键盘中断主机通过中断类型号为09H号的硬件中断和16H号软件中断与键盘发生联系。当键盘上按下或释放个键时产生个扫描码
22、，扫描码被串行送往主机的键盘接口，键盘接口负责串/并转换，并将转换后的扫描码存入8255A的A口中。若键盘中断允许，就通过8259A的IR1引脚向CPU产生09H号中断，使CPU转去执行BIOS的键盘中断处理程序，该处理程序负责读取8255A的A口，并把读来的扫描码转换为ASCII码或扩展码。INT 16H用于检查是否有按键输入，并能从键盘缓冲区取出键值，当CPU需要得到键盘输入信息时就调用BIOS的INT 16H程序，用户也可以使用DOS功能调用（INT 21H）获得所需要的键盘信息。11.1.5 PC机键盘接口技术3键盘缓冲区键盘与CPU通信时，要借助键盘缓冲区传递键值，键盘缓冲区是一个“
23、先进先出”循环队列，进队列由09H号中断处理程序完成，出队列则由16H号程序完成。键盘缓冲区的主要作用，一是接收键盘的实时输入，二是满足随机应用的需要，此外键盘缓冲区也可以满足操作员快速键入的需要。11.1.5 PC机键盘接口技术4PC机键盘接口电路主要由负责键盘接口全部工作的Intel 8042组成。Intel 8042芯片内有1个8位的CPU、2KB的ROM、128B的RAM和2个8位的I/O端口。ROM中存放键盘管理程序，RAM则作为数据缓存器使用。键盘矩阵键盘控制器8048扫描码时钟备用+5VGND键盘接口 IR1扫描码8259AINTRCPU系统板键盘ASCIIRAM键盘缓冲区Int
24、el804211.2 鼠标及其接口技术 11.2.1 鼠标的分类及工作原理 11.2.2 鼠标的主要性能指标 11.2.3 鼠标与主机的接口11.2.1 鼠标的分类及工作原理1机械鼠标机械鼠标的移动使得轨迹球与桌面磨擦产生旋转，并带动两个辊柱转动，导致译码轮依次产生二进制信号串（译码轮上的金属导电片与电刷的接通/断开对应二进制1/0），经鼠标内部的专用芯片解析并产生X和Y坐标位移量，被串行输入主机后，最终经过鼠标驱动程序的处理和转换，控制屏幕上鼠标指针的移动。机械鼠标的构造简单，易于维护，成本低廉，但定位精度低，灵敏度差，而且易损耗。X方向输出X译码轮轨迹球Y译码轮Y方向输出X辊柱Y辊柱机械鼠
25、标工作原理图光机鼠标的底部仍有轨迹球并连接着X、Y辊柱，但不再有译码轮，而是2个带有栅缝的光栅码盘，并增加了发光二极管和感光芯片。二极管发射的光透过光栅码盘上的栅缝可以直接照射在感光芯片组成的检测头上，感光芯片便会产生信号1，若未感光则定义为信号0。鼠标在桌面上移动时，轨迹球会带动X、Y辊轴的两只光栅码盘转动，最后由感光芯片产生二进制信号串，并被送入专门的控制芯片内运算生成对应的坐标位移量，最终确定鼠标指针在屏幕上的位置。光机鼠标在精度、可靠性、反应灵敏度方面都大大超过机械鼠标，曾经得到广泛应用。2光机鼠标器11.2.1 鼠标的分类及工作原理鼠标的分类及工作原理在鼠标底部的微型光学定位系统中，
26、高亮度发光二极管向外发射光束，照亮鼠标底部的物体表面，反射回来的光线经过一组光学透镜，传输到光感应器件内成像，当鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。光电鼠标内部的专用图像分析芯片对摄取的一系列图像进行分析处理，通过这些图像上特征点位置的变化，判断出鼠标的移动距离和方向，最后完成屏幕上鼠标指针的定位。光电鼠标定位精度高、可靠性强、寿命长，应用广泛。3光电鼠标器11.2.1 鼠标的分类及工作原理鼠标的分类及工作原理激光鼠标是一种特殊的光电鼠标，它把普通LED光换成激光镭射，所以具有更高的分辨率和精准度，可以应用在更多的表面环境。11.2.2 鼠标的主要性能指标1分辨率2刷新率
27、指鼠标在桌面上每移动英寸，鼠标指针在屏幕上移动的像素点数，以dpi（像素/英寸）表示。dpi越高，表明屏幕上鼠标指针定位的精度越高、速度越快。另有一种标准cpi（采样次数英寸）能够反映出鼠标的精度。分辨率高的鼠标更适合在高分辨率的屏幕上使用。也称采样频率，指鼠标每秒钟采集和处理的图像数量，一般以fps（帧/秒）表示。fps越高，意味着快速移动鼠标时屏幕上鼠标指针的定位更加精准、及时。11.2.3 鼠标与主机的接口（a）串行通信接口（b）PS/2接口（c）USB接口 串行通信接口。即COM接口，是一种9针D型接口，鼠标采用9针D型插头与系统板上的鼠标接口相连，目前这种鼠标接口已淡出市场。PS/2
28、接口。为6针圆形接口，这6针中只有其中的4针用于传输数据、时钟、供电和接地，其余2针未用。当今许多PC机系统板仍支持PS/2接口。USB接口。目前鼠标产品多采用USB接口。实际应用中，无线鼠标也比较多见。11.3 显示器及其接口技术 11.3.1 显示器的分类 11.3.2 显示器的工作原理 11.3.3 显示器的主要性能指标 11.3.4 显卡的工作原理11.3.1 显示器的分类1阴极射线管（CRT）显示器2液晶（LCD）显示器其成像原理与早期家用电视机的成像原理大致相同，曾经是广泛应用的显示器之一，但目前已被LCD显示器替代。成像原理是利用液晶的物理特性，通电时液晶排列有序，易于光线通过，
29、不通电时排列混乱，阻止光线通过，光线通过与否的组合就形成了显示在屏幕上的图像。LCD显示器已成为便携式、台式电脑的必备组件。3二极管（LED）显示屏一种通过控制半导体发光二极管的显示方式显示文字、图形、图像、动画、视频等信息的显示屏幕。LED显示屏广泛应用于一些大型公共场所。11.3.2 显示器的工作原理1CRT显示器的结构及工作原理2LCD显示器的显示原理11.3.2 显示器的工作原理显示器的工作原理3LED显示屏的结构及工作原理11.3.2 显示器的工作原理显示器的工作原理11.3.3 显示器的主要性能指标1响应时间2分辨率3点距4可视角度5对比度6色彩度7屏幕尺寸响应时间反映了液晶显示器
30、各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越短越好，如果响应时间太长，显示动态画面时就会有尾影拖曳的感觉。指屏幕上水平方向和垂直方向可显示的像素数目，其中每个像素点都能被计算机单独访 问。常 见 的 分 辨 率 有12801024、1366768、19201080等。分辨率越高，图像越清晰。指屏幕上相邻两个像素之间的距离。点距越小，像素密度就越大，显示画面也就越细腻。指用户从不同方向清晰地观察屏幕上所有内容的角度。例如，若可视角为左右80，则表示站在与屏幕法线成80角的位置时仍可清晰地看见屏幕图像。可视角度越大，则观看的角度越好，液晶显示器就更具有适用性。屏幕画面的
31、明亮程度称为亮度，对比度是指屏幕上像素点最亮与最暗时亮度的比值。在最大可视角时所测得的对比度越大越好，较高的对比度意味着相对较高的亮度和呈现颜色的艳丽程度。指屏幕上最多可显示的颜色总数。对于屏幕上每个像素，256种颜色需要二进制8位表示，因此256色图形称作8位图。每个独立的像素色彩由红、绿、蓝种基本色控制，因此称为24位彩色图。液晶显示器一般都支持24位真彩色。指液晶显示器屏幕对角线的长度，单位为英寸，如14、15、19、23、27英寸等液晶显示器比较多见。液晶显示器的屏幕比例多为16:9和16:10。屏幕尺寸越大，显示器的可视面积就越大。11.3.4 显卡的工作原理显卡是主机与显示器之间连
32、接的桥梁，多以独立插件板形式插接于系统板的I/O扩展槽上，通过系统总线接收CPU送来的图形数据，对图形函数进行加速，转换成显示器可以接受的格式，并送往显示器，在显示器端形成图像。显卡主要组成：显示芯片、显存、RAMDAC、BIOS、显卡接口屏显过程：CPU显示芯片显存RAMDAC显示器VGA接口DVI-D接口HDMI接口DisplayPort接口是将显示芯片、显存及其相关电路做在一块独立插件板上，需占用系统板的I/O扩展槽。独立显卡单独安装显存，技术和性能优于集成显卡，适于对显卡要求较高的绘图、视频编辑等场合。是将图形核心与处理核心整合在同一块基板上，构成一颗完整的微处理器，提升了处理效能并大
33、幅降低芯片组整体功耗、尺寸。核芯显卡具有耗低功和高性能的优点。是将显示芯片、显存及其相关电路集成在系统板上的元件。其功耗低，但显存容量小，显示效果和处理性能较弱，目前已淡出市场。11.3.4 显卡的工作原理 显卡分类1集成显卡2独立显卡3核心显卡11.4 打印机及其接口技术 11.4.1 打印机的分类及工作原理 11.4.2 打印机的主要性能指标 11.4.3 打印机与主机的接口11.4.1 打印机的分类及工作原理1针式打印机打印头动作原理2喷墨打印机11.4.1 打印机的分类及工作原理打印机的分类及工作原理11.4.1 打印机的分类及工作原理打印机的分类及工作原理3激光打印机11.4.2 打
34、印机的主要性能指标1分辨率2打印速度指在打印输出时横向和纵向每英寸打印的点数，通常以dpi（点/英寸）表示。对于文本打印，600dpi能打印出色的线条质量；对于图像打印经常需要1200dpi以上。分辨率是衡量打印机打印质量的重要指标，分辨率越高，打印精度就越高。输出的图像越精细、清晰，色彩层次越丰富。指打印机打印输出的速度。针式打印机的打印速度用cps（字符/秒）来衡量，多见100cps200cps。激光打印机和喷墨打印机的打印速度用ppm（页/分钟）表示。当前，普通激光打印机的打印速度可以达到35ppm以上。11.4.3 打印机与主机的接口（a）并行接口（b）USB接口 并行打印机接口定义为
35、Centronics标准，为D型插头/插座，打印机与主机之间通过一根电缆线连接，电缆线的一头使用25针的D型插头与PC主机的并口相连，电缆线的另一头与打印机的D型36芯插座连接。随着USB接口成为主流的接口方式，打印机也广泛使用USB标准的接口，应用了USB接口的打印机，其传输速度大幅度提升。11.5 外存储器及其接口 11.5.1 硬盘存储器 11.5.2 光盘存储器 11.5.3 移动硬盘 11.5.4 U盘11.5.1 硬盘存储器1硬盘的基本工作原理盘片磁头传动轴主轴移动臂（a）硬盘（b）固态硬盘硬盘存储器由磁盘盘片、主轴、主轴电机、磁头、移动臂和控制电路等部分组成，通常它们组装成一个不
36、可拆卸的整体，统称为硬盘。11.5.1 硬盘存储器2硬盘存储器的主要性能指标1）容量2）转速3）平均访问时间4）缓存容量5）数据传输率存储容量一般以GB或TB为单位，目前硬盘容量多见500GB、14TB，甚至更大容量。硬盘的存储容量为所有盘片容量之和，硬盘容量=扇区容量扇区数柱面数磁头数。是指硬盘内电机主轴的旋转速度，以rpm（转/分钟）为单位。硬盘内部数据传输率就越高。目前一般硬盘的转速都在5400rpm以上，7200rpm比较多见，有些硬盘转速可达1000015000rpm。指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并从目标磁道找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，包括
37、硬盘的寻道时间和等待时间。硬盘中的缓存具有预读写的功能，且可以临时存储最近访问的数据。缓存可以大幅度提高硬盘整体性能。目前硬盘的缓存容量有8MB、16MB、32MB、64MB等多种，更大容量缓存是硬盘发展的趋势。指硬盘读写数据的速度，单位为MB/s。硬盘数据传输率又包括内部传输率和外部传输率。外部传输率是系统总线与硬盘缓冲区间的数据传输率；内部传输率指硬盘磁头至硬盘缓存之间的数据传输率；是评价硬盘整体性能的决定性因素。11.5.2 光盘存储器1光盘的信息存储原理光盘驱动器负责读取光盘数据，由主轴驱动机构、定位机构、光头装置及有关的控制、驱动电路组成。激光器发出的高精度微小激光束照射到光盘上，从
38、光盘上反射回来的激光束到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号转换成电信号，再经过电子线路处理后还原为二进制数据。保护层印刷层基板记录层反射层2光盘驱动器的组成和工作原理11.5.2 光盘存储器3光盘存储器的分类 只读型光盘 一次写入型光盘光盘上记录的信息由厂家事先刻录好，用户可对光盘多次重复读取，而不能对盘中的信息抹除或写入。CD-ROM和DVD-ROM属于此类光盘。光盘需要使用专用的光盘刻录机制作，但写过之后不能再写入或抹除，只可以读取。CD-R和DVD-R属于此类光盘。可重写型光盘通过改变记录层中介质的相位，或记录层中碳性或磁性物质的极性，实现重复改写，可以多次写入和读出
39、。CD-RW和DVD-RW属于此类光盘。11.5.2 光盘存储器4光盘驱动器的主要性能指标1）数据传输率2）平均寻道时间3）CPU占用时间4）缓存容量数据传输率是反映光驱性能的基本指标，以第一代CD-ROM驱动器的数据传输率（150KB/s）为单位，称150KB/s为单速，现在光驱的数据传输速率为150KB/s的倍速，如16倍速、24倍速、40倍速、48倍速等。指光驱接到读盘命令后，激光头移动到指定的目标位置开始读取数据所花费的时间。平均寻道时间越短，光驱的性能就越好。指光驱在维持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间，也是衡量光驱性能的一个重要指标。CPU占用时间越少，其整体性能就越好。
40、通过光驱缓存，可以预先读取或存储大容量数据段，有效地减少读盘次数，提高数据传输率，同时也减少了CPU占用时间，因此缓存在很大程度上可以提高光盘存储器的运行效率。11.5.3 移动硬盘移动硬盘的优点是容量大、体积小、读/写速度快、支持热插拔、即插即用、防震性强、数据存储安全可靠。移动硬盘是以硬盘为存储介质的外置式移动存储器，多以USB接口与主机连接，市场上也有无线移动硬盘。移动硬盘的存储容量有500GB、640GB、1TB、2TB、3TB、4TB、6TB甚至更大，硬盘尺寸多见2.5英寸、3.5英寸和1.8英寸。11.5.4 U盘U盘全称USB闪存盘，是一种利用半导体闪速存储器（Flash Mem
41、ory）芯片制成的外置式移动存储器，以USB接口与主机连接。常见的U盘容量有4GB、8GB、16GB、32GB、64GB、128GB甚至更大。U盘具有体积小、重量轻、稳定性好、携带方便的特点，可以热插拔，即插即用，只要通过专用线缆与主机相连，就可以像内置本地硬盘一样操作。11.6 扫描仪 11.6.1 扫描仪的分类 11.6.2 扫描仪的工作原理 11.6.3 扫描仪的主要性能指标11.6.1 扫描仪的分类根据扫描介质和用途的不同，有平板式扫描仪、馈纸式扫描仪、名片扫描仪、胶片扫描仪、文件扫描仪，此外还有手持式扫描仪、鼓式扫描仪、笔式扫描仪、实物扫描仪、3D扫描仪等。根据感光器件的不同，扫描仪
42、又有CCD（电荷耦合元件）、CIS（接触式感光器件）、PMT（光电倍增管）和CMOS（互补金属氧化物导体）四种。不同类型的扫描仪，其结构也不同，但工作原理大致相同。11.6.2 扫描仪的工作原理扫描方向 CCD扫描臂原稿玻璃板光源反射镜反射镜反射镜11.6.3 扫描仪的主要性能指标1.分辨率2.灰度级3.色彩位数4.扫描速度5.扫描幅面反映了扫描仪扫描图像的清晰程度，通常用dpi（像素/英寸）来表示。扫描仪分辨率分为光学分辨率和插值分辨率。光学分辨率是扫描仪上感光部件能捕捉到的图像点数；插值分辨率是在光学分辨率基础上，用数学插值法在像素之间再加入更多的像素，以达到提高分辨率的目的。灰度级指亮度
43、的明暗程度，表示图像的亮度层次范围，级数越多扫描仪图像亮度范围就越大、层次就越丰富。多数扫描仪的灰度为256级。256级已真实呈现出比肉眼所能辨识出来的层次还多的灰阶层次。又称色彩深度，指扫描仪对图像进行采样的数据位数，反映了扫描仪辨析图像色彩范围的能力。色彩位数越高，扫描还原出来的色彩就越丰富，扫描图像的效果越逼真。扫描仪的色彩位数以bit为单位，有24bit、30bit、36bit、42bit、48bit等多种。指扫描仪从预览开始到图像扫描完成后，扫描头移动的时间。扫描速度的表示方式一般有两种：一种用扫描标准A4幅面所用的时间来表示，另一种使用扫描仪完成一行扫描的时间来表示。实际中多用pp
44、m（页/分钟）来表示。指扫描仪的扫描尺寸范围，这个范围取决于扫描仪的内部机构设计和扫描仪的外部物理尺寸。大幅面的扫描仪价位比较高，A4、A3幅面最常见。()键盘 ()扫描仪()激光打印机()音箱 ()投影仪()彩喷打印机()话筒 ()触摸屏()数码摄相机()鼠标 ()显示器()数码照相机()硬盘 ()绘图仪()光笔习题与思考 衡量硬盘性能的指标主要有哪些？光盘存储器分为哪几类？各有何读写特点？一般用于什么场合？鼠标、显示器、打印机分别有哪几类？常用哪些主要指标衡量其性能？答案答案 下列各种微机设备中，具有输入功能的有：第11章 学习目标人们对计算机的使用是通过外设实现人们对计算机的使用是通过外
45、设实现的。外设的。外设的种类的种类繁多，组织结构和工作原理各不相同，不同的外设与计算繁多，组织结构和工作原理各不相同，不同的外设与计算机之间的接口以及交换信息的方式也各不机之间的接口以及交换信息的方式也各不相同。掌握相同。掌握外设外设及其接口的结构和使用方法，有助于人们对计算机系统的及其接口的结构和使用方法，有助于人们对计算机系统的应用和进一步应用和进一步开发。开发。本章本章主要主要了了介绍介绍微型计算机中几种常用外设及其接口微型计算机中几种常用外设及其接口的组织结构及工作的组织结构及工作原理。通过原理。通过本章的学习，读者应掌握键本章的学习，读者应掌握键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪等外设
46、的基本结构、盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪等外设的基本结构、工作原理；理解硬盘、光盘、移动硬盘、工作原理；理解硬盘、光盘、移动硬盘、U盘等外存储器盘等外存储器的存储的存储原理。体会原理。体会各种外设在微型计算机系统中的各种外设在微型计算机系统中的作用。作用。帮助 再见第1章 微型计算机基础 1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机系统的组成 1.3 计算机中数和字符的表示 1.4 二进制运算 习题与思考1.1 微型计算机概述 1.1.1 微型计算机的产生与发展 1.1.2 微型计算机的特点 1.1.3 微型计算机的分类 1.1.4 微型计算机系统的主要性能指标 1.1.5 微型计算机的应用
47、1.1.1 微型计算机的产生与发展1计算机的诞生1946年第一台电子数字计算机（ENIAC）于美国宾夕法尼亚大学诞生：18800多个电子管 1500多个继电器 占地面积170平方米 重约30余吨 耗电150千瓦 每秒钟完成5000次加法或400次乘法运算ENIAC的诞生，标识着计算机时代的到来。电子管计算机逻辑元件经历了电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路、甚大规模集成电路多个时代。计算机的运算速度、存储容量、体积、重量、功耗、成本、功能、可靠性、软件功能不断完善，性能价格比越来越高。1.1.1 微型计算机的产生与发展微型计算机的产生与发展晶体管集成电路超大规模集成电路1计算机的诞生19
48、71年第一个微处理器诞生，标志着微型计算机时代的开始。微型计算机以微处理器为标志，主要表现在微处理器的字长、主频、结构和功能等方面。1.1.1 微型计算机的产生与发展微型计算机的产生与发展2微型计算机的产生与发展显示器键盘机箱鼠标1.1.1 微型计算机的产生与发展微型计算机的产生与发展2微型计算机的产生与发展时代起止年份典型微处理器主频4位和8位低档微处理器19711973 Intel 4004 80081 MHz8位中高档微处理器19741977 Intel 8080 808525 MHz16位微处理器19781984 Intel 8086/8088 80286525 MHz32位微处理器1
49、9851992 Intel 80386 8048612100 MHz奔腾系列微处理器（32/64位）19932005 Pentium（、4、M）60 MHz3.8GHz酷睿系列微处理器（64位）2006今Core 2 Duo、Core（i7、i5、i3）13.6GHz多核心技术1.1.2 微型计算机的特点1体积小、重量轻、功耗低2功能强3可靠性高4价格低廉5结构灵活、适应性强6使用方便、维护容易1.1.3 微型计算机的分类2按用途分类1按字长分类l 专用机l 通用机l 4位机l 8位机l 16位机l 32位机l 64位机3按结构形式分类台式电脑掌上电脑一体电脑笔记本电脑 平板电脑1.1.3 微
50、型计算机的分类1.1.4 微型计算机系统的主要性能指标1字长2主频3内存容量4运算速度5外设配置6软件配置7性能价格比1.1.5 微型计算机的应用1科学计算2数据处理3过程控制4计算机辅助5网络通信6办公自动化7仪器仪表及家电控制计算机辅助设计（CAD）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助测试（CAT）计算机辅助教学（CAI）1.2 微型计算机系统的组成 1.2.1 冯诺依曼体系结构 1.2.2 微型计算机的硬件系统 1.2.3 微型计算机的软件系统 1.2.4 微处理器、微型计算机及微型 计算机系统1.2.1 冯诺依曼体系结构美籍匈牙利科学家冯冯诺依曼诺依曼又提出了“存存储程序储程序”思想思想
