1、计算机原理及系统结构 第四十一讲主讲教师：赵主讲教师：赵宏伟宏伟 学时：学时：64第第1010章章输入输出设备输入输出设备3本章主要内容本章主要内容输入输出设备概述输入输出设备概述常用输入设备组成与运行原理常用输入设备组成与运行原理n键盘n鼠标常用输出设备组成与运行原理常用输出设备组成与运行原理n显示器n打印机4输入输出设备概述输入输出设备概述计算机输入输出系统计算机输入输出系统n计算机总线n输入输出接口n输入输出设备计算机输入输出设备计算机输入输出设备n概念概念：又称为计算机外部设备，具有一定操作功能的比较完整和相对独立的精密机械电子装置；n功能功能：进行人机交互，完成输入输出功能；n特点特
2、点：种类繁多，功能多样，组成与运行原理各不相同；n发展发展：智能化、高可靠性、小型廉价。5输入输出设备概述输入输出设备概述常用的输入输出设备常用的输入输出设备输入设备输入设备输出设备输出设备键盘键盘图形输入设备：鼠标器，图形板，操纵杆，光笔图形输入设备：鼠标器，图形板，操纵杆，光笔图象输入设备：扫描仪，传真机，摄像机，数码相机图象输入设备：扫描仪，传真机，摄像机，数码相机条形码阅读器条形码阅读器语音与文字输入语音与文字输入显示器（字符、图形、图像）显示器（字符、图形、图像）打印机（针式、喷墨、激光）打印机（针式、喷墨、激光）绘图仪绘图仪语音输出语音输出6输入输出设备概述输入输出设备概述点阵式设
3、备运行原理点阵式设备运行原理n把字形、图形、图像等信息以不同的点阵布局方式表现出来，在计算机显示器屏幕上，这些被显示的内容，是以可见光形式表现出来的；而在打印纸上，通常是以“印刷”（染色）的效果表现出来的。n它们共同的特点是，要表示的信息，最终要以平面上的各种可见的“形状”体现出来，而这些“形状”原理上又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的。点阵式设备需要解决的问题点阵式设备需要解决的问题n点阵布局规律：确定形状的对象（保存对象的布局）无确定规律对象（保存所有点信息）n点阵的密度：更密的点可以把要表示的形状呈现得更精细准确，但表示同样大小的形状，用到的数据数量会更多，对输入输出设备的处理精度
4、要求也越高。n点阵中点的属性：二值表示（0、1表示点的有、无）单色表示（灰度级表示不同亮度）彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）P247P2477输入输出设备概述输入输出设备概述点阵式举例点阵式举例P248P2488本章主要内容本章主要内容输入输出设备概述输入输出设备概述常用输入设备组成与运行原理常用输入设备组成与运行原理n键盘n鼠标常用输出设备组成与运行原理常用输出设备组成与运行原理n显示器n打印机9键盘的运行原理键盘的运行原理键盘功能键盘功能n计算机的键盘是通过手工输入字符，用于向计算机送入操作命令、源程序语句、运行程序所使用的数据等内容的输入设备。基本组成基本组成n机械部分：按键（导电件
5、）弹簧金属件（有导电件控制实现电信号连通与断开）n电子线路部分：识别按键，给出编码；通过串行接口把编码送给主机。由键盘上专门的CPU完成。键盘接口键盘接口n串口、USB接口P262P26210键盘的运行原理键盘的运行原理识别闭合键的具体实现：识别闭合键的具体实现：n是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个 m 列*n 行矩阵的一个交叉点上，通过并行接口向 n 行依次送出仅有一行为 0、其余各行均为 1 的值，再用并行接口读入 m 列上的取值。当该值不为 FFH（全 1 码）时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为 0 的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。尚需解决
6、如下的一些问题：尚需解决如下的一些问题：n抖动：按下和松开按键时按键在接通和断开位置之间跳动几次才能稳定下来。n重键：多键同时按下，如何处理。111 1 0 1.并行接口并行接口并行接口并行接口+5V10K0列列1列列m-1列列0行行1行行n-1行行键盘键盘键键.。.011A键键 并行接口送来并行接口送来 1 0 1 的的 n 位数值到二极管的负极，位数值到二极管的负极，并行接口接收并行接口接收 键键盘线路盘线路 m 列送出的列送出的 m 位数据。当位数据。当A键键按下去后，按下去后，5V电源送出经电阻、电源送出经电阻、A键键、二极管到二极管到 0 信号处的电流，从而在信号处的电流，从而在 第
7、第 2列产生列产生 0 电平（红线所示），其他各电平（红线所示），其他各列都给出高电平（黑线所示），故列都给出高电平（黑线所示），故并行接口接收到的是并行接口接收到的是 1 1 0 1 这样的这样的 m 位数据。位数据。110.。1 1 0 1.二极管二极管计算机原理及系统结构 第四十二讲主讲教师：赵主讲教师：赵宏伟宏伟 学时：学时：6413鼠标的运行原理鼠标的运行原理鼠标的产生鼠标的产生n图形界面的出现，需要鼠标来进行拖动等操作鼠标的功能鼠标的功能n根据鼠标的移动，在屏幕上移动位置n选中某个对象，进而执行某些操作鼠标的种类鼠标的种类n机械式鼠标n光电式鼠标鼠标的接口鼠标的接口n串口、USB接
8、口14机械式鼠标机械式鼠标机械鼠标原理机械鼠标原理n底部有1个圆球，连接有两个滑动变阻器n圆球在移动时带动变阻器，使X和Y方向电流产生变化n计算机主机由此计算出X和Y方向的位移，并将它在屏幕上进行相应的移动n鼠标命令由鼠标表面的按键决定15光电式鼠标光电式鼠标光电鼠标原理光电鼠标原理n没有机械滚动部分，代之以两个互成直角的光电探测器，分别代表X和Y方向n特制鼠标垫配合，垫上有小格。发光二极管照到线条和空白之上反射光使光敏三极管产生不同的电平nCPU根据感应的高低脉冲，即格数来计算鼠标的位移量n鼠标命令由鼠标表面的按键决定16本章主要内容本章主要内容输入输出设备概述输入输出设备概述常用输入设备组
9、成与运行原理常用输入设备组成与运行原理n键盘n鼠标常用输出设备组成与运行原理常用输出设备组成与运行原理n显示器n打印机17常用输出设备常用输出设备显示器显示器n阴极射线管显示器n液晶显示器n等离子显示器打印机打印机n针式打印机n喷墨打印机n激光打印机18阴极射线管显示器阴极射线管显示器成像原理成像原理n通过电子束撞击荧光板上的荧光粉，发光产生亮点基本组成基本组成n电子枪、显示屏和偏转控制装置（见下页图）相关术语相关术语n分辨率w沿水平和垂直两个方向把屏幕分成许多小的区域，一个小的区域对应一个发光点（称为象素），一个屏幕上所提供的全部象素的数目被称为分辨率 n扫描w电子束在显示屏上按某种轨迹运动
10、被称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路被称为扫描控制逻辑部件 w光栅扫描：电子束从左到右，从上到下扫描整个屏幕（隔行扫描和逐行扫描）w随机扫描：电子束只扫描需要显示的点，而不是整个屏幕n刷新w余辉时间：电子束打在荧光粉上发出的光的所持续时间w为了得到稳定的图象，需要重复扫描整个屏幕（每秒50场）w帧存储器：为了重复扫描，需要存储屏幕字符或者图象信息。P249P24919灯丝灯丝阴极阴极聚焦极聚焦极石墨层石墨层荧光屏荧光屏显示屏显示屏阳极帽阳极帽偏转线圈偏转线圈栅极栅极阳极阳极电子枪电子枪电子束电子束阴极射线管的构成和工作原理阴极射线管的构成和工作原理P250P25020字符显示的一般原理字符显示
11、的一般原理为有效地提供屏幕上要显示的内容，字符显示器内有一个为有效地提供屏幕上要显示的内容，字符显示器内有一个显示存储器显示存储器VRAM，用于保存将显示在整个屏幕的全部字，用于保存将显示在整个屏幕的全部字符，显示存储器中保存的是这些字符的符，显示存储器中保存的是这些字符的ASCII码和显示属码和显示属性，每个字符都配有一个属性字节，用来描述字符的显示性，每个字符都配有一个属性字节，用来描述字符的显示属性，即字符的颜色、亮度、是否显示等等。显示存储器属性，即字符的颜色、亮度、是否显示等等。显示存储器是一个可读写的存储器，被显示的字符将由计算机主机以是一个可读写的存储器，被显示的字符将由计算机主
12、机以两个字节（两个字节（ASCII码和显示属性）的方式提供并写进该存码和显示属性）的方式提供并写进该存储器中，由显示器的控制逻辑按需要从中读出准备显示的储器中，由显示器的控制逻辑按需要从中读出准备显示的一个字符的一个字符的ASCII码的字节值和显示属性的字节值。码的字节值和显示属性的字节值。字符发生器，就是用于保存每个可显示字符字形的点阵数字符发生器，就是用于保存每个可显示字符字形的点阵数据的逻辑部件，通常是一个只读存储器（据的逻辑部件，通常是一个只读存储器（ROM），如果），如果每个字符的字形用每个字符的字形用7（横向）（横向）9（纵向）的点阵表示，（纵向）的点阵表示，则每个字符字形的点阵数
13、据要占用则每个字符字形的点阵数据要占用9个存储器字节（横向个存储器字节（横向的的7个点的布局用一个字节表示）。个点的布局用一个字节表示）。P252P25221字形的产生过程字形的产生过程0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 00 1 0 00 1 0 10 1 1 01 1 1 10 1 1 10 0 1 110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符字符发生器发生器(R O M)ASCII字符代码字符代码84RA3-RA0(a)“A”的点阵表示的点阵表示(b)字符发生器的结构字符发生器的结构(来自来自VRAM)(来自光栅地址来自光栅地址计数器输出计数器输出)RA3-RA0
14、D7D0D7D0ASCII代码代码(41H)指向这个字形指向这个字形22移位移位寄存器寄存器S L字符字符发生器发生器(ROM)加载控制加载控制水平消隐水平消隐行间消隐行间消隐垂直消隐垂直消隐水平同步电路水平同步电路垂直同步电路垂直同步电路点振荡器点振荡器点计数器点计数器水平地址计数器水平地址计数器光栅地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器垂直地址计数器定时控制定时控制电路电路垂直同步信号垂直同步信号水平同步信号水平同步信号字符时钟字符时钟代码代码控制控制OSCVRAM19180+1819+5125+1视频视频信号信号RA3-RA0字符显示的一般原理字符显示的一般原理P252P25223CRT
15、图形显示器图形显示器大的大的VRAMn存储点阵属性n分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB高速总线高速总线n50场/秒，带宽为2.3*50MB/s=115MB/sn需要连接PCI总线专用接口专用接口n分辨率更高的图形设备将采用专用接口P254P25424液晶显示器液晶显示器显示原理显示原理n利用液晶的光学特性n平板后面设置光源n通过液晶改变透射光的偏振性（从水平到垂直）n电场控制特点特点n平板显示，不需要高压电，移动方便n无辐射n价格较高P255P25525光线扭转的光线液晶分子电极(b)不透光状态(a)透光状态(偏震光被扭转 90 度)偏光镜横向排列垂直排
16、列纵向排列偏光镜电极玻璃面板玻璃液晶显示器液晶显示器P255P25526等离子显示器等离子显示器成像原理成像原理n利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电的特性n产生紫外线，紫外线激发荧光粉发光n在玻璃板之间隔开成象素，每个象素点内有惰性气体和三色荧光粉，用电极控制特点特点n易于实现大画面显示n全色显示，色纯度与CRT相当n视角达160度n寿命长n功耗大、成本高、对比度差。计算机原理及系统结构 第四十三讲主讲教师：赵主讲教师：赵宏伟宏伟 学时：学时：6428打印机打印机计算机最基本的输出形式之一，可将打印在纸上的信息长计算机最基本的输出形式之一，可将打印在纸上的信息长期保存。打印设备种类繁多，
17、性能各异，结构上的差别也期保存。打印设备种类繁多，性能各异，结构上的差别也较大，按印字方式分类：较大，按印字方式分类：n击打式：通过印字的机械装置撞击色带以便把字形染印在纸上，速度慢，噪声大，打印质量一般。w点阵针式、字模式n非击打式：通过静电、喷墨等非机械撞击方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量高 w喷墨、激光、热转印打印设备与计算机主机的连接方式打印设备与计算机主机的连接方式n串行接口、并行接口、USB接口3种常用的点阵式打印机的组成机构和他们的打印过程种常用的点阵式打印机的组成机构和他们的打印过程 P256P25629针式打印机针式打印机打印原理打印原理n用钢针或钨铼合金针撞
18、击色带，将色带的颜色印到打印纸上，完成一个点的输出，完成全部点阵后输出完毕基本组成基本组成n打印头、输纸机构、色带机构及打印控制器n打印控制器包括字符缓冲存储器、字型发生器、时序控制电路和接口电路四部分输出过程输出过程n字车将打印头横向移动到打印起始位置n取出输出对象点阵的第一列，驱动打印针撞击色带n字车移动一小格，输出下一列，直到本行输出完毕n回车n输纸机构进纸n输出下一行30针式打印机构造针式打印机构造打印纸打印纸导轨导轨打印针打印针永磁铁永磁铁 铁芯铁芯衔铁衔铁 线圈线圈色带色带色带保护片色带保护片滚筒滚筒P257P25731螺管式电磁铁螺管式电磁铁打印针打印针电磁铁线圈电磁铁线圈衔铁衔
19、铁壳帽壳帽外壳外壳导轨导轨弹簧弹簧P257P25732针式打印机打印字符针式打印机打印字符“E”的过程的过程33针式打印机和针式打印机和CRT字符显示器工作原理比较字符显示器工作原理比较CRT字符显示器使用电子束撞击荧光粉产生发光点，针式字符显示器使用电子束撞击荧光粉产生发光点，针式打印机是用打印针撞击色带产生印染点；打印机是用打印针撞击色带产生印染点；CRT字符显示器以整屏信息为单位连续扫描以维持稳定的字符显示器以整屏信息为单位连续扫描以维持稳定的显示画面，故它需要有显示存储器显示画面，故它需要有显示存储器VRAM，而针式打印机，而针式打印机接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点
20、接收到要打印的一纵列点阵信息并完成打印之后，这些点阵信息就不再有用了；阵信息就不再有用了；光栅扫描的光栅扫描的CRT字符显示器，电子束在整个屏幕上按逐个字符显示器，电子束在整个屏幕上按逐个横行的扫描方式重复，扫描完多个横行才完整显示出一行横行的扫描方式重复，扫描完多个横行才完整显示出一行字符，针式打印机则是按逐列打印方式依此打印出字符的字符，针式打印机则是按逐列打印方式依此打印出字符的点阵列，几次后打印出一个完整的字符。点阵列，几次后打印出一个完整的字符。34喷墨打印机喷墨打印机打印原理打印原理n通过把很小的墨水滴利用喷嘴喷射到打印纸上形成打印点来完成打印输出功能的。n主要问题集中到如何提供出
21、很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的喷射速度，如何准确控制墨水滴落到打印纸上的位置，如何处理墨水的循环流动和过滤。输出过程输出过程n压电陶瓷受振荡电脉冲激励产生电致伸缩，喷射出墨滴n充电电极给墨滴充电，电量多少决定了偏转距离n利用电场控制墨滴的垂直偏转方向，喷墨头移动控制墨滴水平方向35墨水槽墨水槽喷墨头喷墨头过滤器过滤器收集槽收集槽高压高压电源电源振荡振荡发生器发生器字形字形发生器发生器打打印印纸纸充电电极充电电极压电陶瓷压电陶瓷偏转电极偏转电极墨水泵墨水泵回收器回收器墨墨 滴滴 偏偏 转转 方方 向向喷墨头移动方向喷墨头移动方向组成与打印原理组成与打印原理字符打印过程字符打印过程（充了电的墨滴
22、偏转射向打印纸，（充了电的墨滴偏转射向打印纸，不带电的墨滴射入回收器被回收）不带电的墨滴射入回收器被回收）(以以 7*5 点阵为例点阵为例)P259P25936激光打印机激光打印机打印原理打印原理n激光技术和电子照相技术相结合，它由走纸机构、激光扫描系统、电子照相部分和打印机控制器等几部分组成w激光扫描系统的功能，是控制激光束能扫描到光导鼓柱面的任何位置，它由激光器，偏转调制器，扫描器和光路系统组成。w电子照相部分的核心部件是字形鼓，又称光导鼓，这是一个圆柱型的物体，柱面高度光洁，镀有一层由硒碲合金组成的具有良好光导特性（光线照射后电阻率降为原来的1/100到1/1000）的材料，用于完成对打
23、印内容的照相、显影和转印。输出过程输出过程n准备阶段准备阶段：电晕放电装置使光导鼓表面充电，对光导鼓表面均匀的充上一层正电荷；n照相阶段照相阶段：激光束使光导鼓表面被照射的部分放电，未照射到的部分的带电情况不变；n显影阶段显影阶段：光导鼓表面带电部分吸附墨粉，从而形成了由墨粉显示出来的字形 n转印阶段转印阶段：光导鼓表面墨粉转移到打印纸上；n定影阶段定影阶段：通过红外光加热或辐射加热的办法，高温将墨粉固定在打印纸上；n清除阶段清除阶段：清扫器清除光导鼓表面上剩余墨粉，消电灯消除光导鼓上残存电荷 P260P26037激光打印机的组成激光打印机的组成激光部分激光部分打印机打印机控制部分控制部分光导鼓光导鼓显象显象部分部分.定形部分定形部分 加热辊加热辊预热预热板板输纸用辊输纸用辊转写转写清扫辊清扫辊带电器带电器印写部分印写部分清扫部分清扫部分转写部分转写部分接纸接纸 部分部分纸纸激光激光P260P260
