1、第8章 外 围 设 备第8章 外 围 设 备8.1 外围设备概述8.2 输入设备8.3 输出设备8.4 外存储设备关联习题第8章 外 围 设 备8.1 外围设备概述外围设备概述外围设备是计算机系统不可缺少的组成部分，用户在使用计算机系统时，接触最多的就是外围设备。外围设备是计算机和外部世界联系的桥梁。8.1.1 外围设备的概念外围设备的概念外围设备(Peripheral Device)又叫做外部设备(External Device)，在计算机硬件系统中，外围设备是计算机与外界交换信息的全部附属设备，如图8-1所示。第8章 外 围 设 备图8-1 外围设备第8章 外 围 设 备外围设备的主要作用
2、是：将外界的信息输入计算机；取出计算机要输出的信息；存储需要保存的信息和编辑整理外界信息以便输入计算机。外围设备一般由媒体、设备和设备控制器组成。设备控制器是控制该设备进行操作的控制部件，它接受中央处理机通过接口传送来的各种信息，并按设备的不同要求把这些信息传送到设备或从设备读出信息传送到接口。因为不同设备有不同的要求，所以要求各种专门的设备控制器与之配合。第8章 外 围 设 备8.1.2 外围设备的分类外围设备的分类外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备五大类。每一种设备都在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器(接口)和主机相连，并受主
3、机控制。第8章 外 围 设 备1输入设备输入设备输入设备是人和计算机之间最重要的接口，它的功能是把原始数据和处理这些数据的程序、命令通过输入接口输入到计算机中。因此，凡是能把程序、数据和命令送入计算机进行处理的设备都是输入设备。由于需要输入到计算机的信息多种多样，如字符、图形、图像、语音、光线、电流、电压等，因此需要不同的输入设备。输入设备包括字符输入设备(如键盘、条形码阅读器、磁卡机)、图形输入设备(如鼠标器、图形数字化仪、操纵杆)、图像输入设备(如扫描仪、传真机、摄像机)。第8章 外 围 设 备2输出设备输出设备输出设备同样是十分重要的人机接口，它的功能是用来输出人们所需要的计算机的处理结
4、果。输出的形式可以是数字、字母、表格、图形、图像等。最常用的输出设备是各种类型的显示器、打印机和绘图仪等。第8章 外 围 设 备3外存设备外存设备在计算机系统中除了计算机主机中的内存储器(包括主存和高速缓冲存储器)外，还应有外存储器，简称“外存”。外存储器用来存储大量暂时不参加运算或处理的数据和程序，因而速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充，因此叫它为“辅助存储器”。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久地保存信息，进行重复使用。外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的主要是硬磁
5、盘存储器和光盘存储器。目前，可移动磁盘如移动硬盘和U盘已广泛在微机系统中使用，为用户提供了很大的方便。第8章 外 围 设 备8.1.3 外围设备的功能外围设备的功能外围设备的功能是在计算机和其他机器之间以及计算机与用户之间提供联系。人操作计算机必须要进行人机对话，程序要输入，程序运行中所需要的数据也要输入，操作者要了解程序运行的情况，以便随时对出现的不正常情况进行干预和处理，计算机系统要把处理结果以操作者需要的方式输出，这些都要通过外围设备来实现。不少输入/输出设备，如键盘、显示器、软盘驱动器、打印机等就是提供这种手段的设备。外围设备就像人的五官和四肢一样，通过其接受外界的信息，并对处理的结果
6、做出反应。第8章 外 围 设 备进入21世纪，随着计算机技术的飞速发展，对外围设备的要求也越来越高，外围设备正向电子化和智能化的方向发展。如尽量减少外围设备中机械部件的比重，采用伺服电机和大规模超大规模集成电路器件代替，使结构简化。外围设备的控制采用微处理器、单片机和专用大规模集成电路器件，使外围设备具有处理机的功能。这样不仅使外围设备的体积缩小，增强了功能，提高了可靠性，而且降低了成本。这些在打印机、显示器、磁盘存储器、扫描仪中体现得十分明显。第8章 外 围 设 备8.2 输输 入入 设设 备备输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，用于把原始数据和处理这
7、些数的程序输入到计算机中。现在的计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。第8章 外 围 设 备8.2.1 键盘键盘键盘(Keyboard)是常用的输入设备，它由一组排列成阵列形式的按键组成，目前常用的键盘有104个按键，包括数字键、字母键、符号键、功能键及控制键等。每一个按键在计算机中都有它的唯一代码。当按下某个键时，键盘接口将该键的二进制代码送入计算机主机，并将按键字符显示在显示器上。当快速输入大量字符而主机来不及处理时，先将这些字符的代码送往内存的键盘缓冲区，然后再
8、从该缓冲区中取出进行分析处理。键盘接口电路多采用单片微处理器，由它控制整个键盘的工作，如上电时对键盘的自检、键盘扫描、按键代码的产生、发送及与主机的通信等。第8章 外 围 设 备1键盘的分类键盘的分类1)触点式按键 早期的键盘几乎全部是机械式键盘，每个按键的下部有两个触点，平时两个触点没有接触，相当于断路，该键被按下后两触点导通。这种键盘手感差、易磨损，故障率较高。第8章 外 围 设 备2)电容式按键这种按键通过改变电容器电极之间的距离，产生电容的变化。每个按键内活动极、驱动极与检测极组成两个串联的电容器。键按下时，上下两极片靠近，极板间距离缩短，来自振荡器的脉冲信号被电容耦合后输出；反之，则
9、无信号输出。这种键使用中不存在磨损、接触不良等问题，其耐久性、灵敏度和稳定性比较好。为了避免电极间进入灰尘，电容式按键开关采用密封组装。电容式键盘手感好、寿命长，目前使用的计算机键盘多为电容式无触点键盘。第8章 外 围 设 备2键盘接插件标准键盘接插件标准目前PC上常用的键盘插口是直径为8mm的6芯PS/2键盘插口，如图8-2所示。图8-2 键盘插口图第8章 外 围 设 备8.2.2 鼠标鼠标鼠标(Mouse)是一种手持式屏幕坐标定位设备，它是适应菜单操作的软件和图形处理环境而出现的一种输入设备，特别是在现今流行的Windows图形操作系统环境下应用鼠标方便快捷。目前常用的鼠标是光电式的。光电
10、式鼠标的底部装有两个平行放置的小光源，需要与一块画满小方格的反射板配合使用鼠标在反射板上移动，光源发出的光经反射板反射后，由鼠标接收，并转换为电移动信号送入计算机，使屏幕的光标随之移动。其他方面与机械式鼠标一样。第8章 外 围 设 备鼠标一般有三个键，也有更多按键的。由于鼠标所配的软件系统不同，对三个键的定义有所不同。一般情况下，鼠标左键可在屏幕上确定某一位置，该位置在字符输入状态下是当前输入字符的显示点；在图形状态下是绘图的参考点。在菜单选择中，左键可选择菜单项，也可以选择绘图工具和命令。当作出选择后系统会自动执行所选择的命令。鼠标能够移动光标，选择各种操作和命令，并可方便地对图形进行编辑和
11、修改，但却不能输入字符和数字。常用的鼠标接口有PS/2和USB两种。第8章 外 围 设 备1PS/2接口鼠标接口鼠标PS/2接口鼠标因最早用在IBM PS/2系列微机上而得名。它使用专用的鼠标接插座(6芯DIN型头)，安装灵活方便，不占用串口资源。现在的PC机主板都有支持PS/2鼠标接口的插座。其插口如图8-3所示。图8-3 鼠标插口图第8章 外 围 设 备2USB接口鼠标接口鼠标由于USB接口的普及，USB接口的鼠标使用越来越广泛。PS/2接口不支持热拔插，因为它并不像USB接口那样具有保护电路，热拔插很容易使PS/2接口电路中的电容被击穿，从而导致PS/2接口损坏，而USB鼠标支持热插拔。
12、另外USB还有支持即插即用的优点，所以USB接口已经成为计算机的最主要的接口方式。第8章 外 围 设 备8.2.3 其他输入设备其他输入设备1光学标记阅读机光学标记阅读机光学标记阅读机是一种利用光电原理，对已经印刷好或书写好的文字稿样进行扫描，获得文字图像信息，并通过计算机软件决策出识别的结果的输入设备。首先，对输入原稿上的文字进行光学扫描。然后，对取样点的文字进行二值化。其次，对二值化图像进行预处理，包括消除污染、杂音和倾斜校正等。预处理后的信息经过特征抽取，得到图像的特征。它是识别的依据，如笔画长度、角度、端点、笔画分布、四周特征等。第8章 外 围 设 备这些特征以多维数据的形式表示，作为
13、识别标准的学习图形，也以多维矢量形式存于分类辞书和判定辞书中。最后，将输入汉字图像的特征与辞书中的标准图像特征比较，最接近的被认为是相匹配的，并作为判定的结果输出。第8章 外 围 设 备2扫描仪扫描仪扫描仪是一种光、机、电一体化的产品，用于捕获影像(照片、文字页、图形和插画等)，并将之转换为电脑可以显示、编辑、储存和输入的数据格式，是继键盘和鼠标之后的第三代主要的电脑输入设备。扫描仪刚投放市场时曾因其过高的价格而使人望而却步，然而随着扫描技术的不断改进和发展，以及扫描仪价格的日趋大众化，扫描仪正逐步成为计算机不可缺少的外设产品之一。第8章 外 围 设 备感光器件的工作是将感应到的光信号转换成电
14、信号。大功率日光灯管用于对文字或者图像进行强烈的照射以达到完全感应的作用。驱动马达的作用是带动日光灯管，将光一步步扫过需要的物品。驱动皮带是与驱动马达一起带动日光灯管的装置。模数信号转换器是将模拟信号转换成数字信号以供电脑识别，其工作过程非常简单，电源发出的光被图样反射后，反射光(或透射光)被图样调制并被光电传感器转换成数字信号，数字信号经接口送到主机中可进行下一步处理。光源和传感器在步进电机的带动下可扫过整个图样。扫描仪的技术指标主要有分辨率、色彩位数、幅面和接口方式。第8章 外 围 设 备1)分辨率分辨率是扫描仪所能够捕捉到的真实的分辨率，平板式扫描仪的光学分辨率为CCD的点数除以扫描仪的
15、最大扫描宽度。分辨率是扫描仪最重要的技术指标，分辨率高，扫描精度自然会提高，但扫描速度会相应降低。一般来说，家用或者普通办公室文档使用300 d/in600 d/in的扫描仪即可满足基本需求。第8章 外 围 设 备2)色彩位数色彩位数(bit)表示扫描仪在采样时，它捕捉的每个像素上检测出的最大颜色或灰度级。从理论上说，色彩位数增加，可以捕捉到的细节数量增加，密度范围增加。但是由于采用的CCD(Charge Couple Device，电荷耦合器件)品质不同，信噪比不同，所以不能一概而论。对于专业扫描仪来说，应该有对应关系，36位的扫描仪应该有3.4D的密度范围，而42位的扫描仪则应该有3.7D
16、的密度范围，否则就不是真正的色彩位数。色彩位数越高，所表现的色彩种类就越丰富自然。常见的扫描仪色彩位数为24位、30位、36位等。普通用户可选择24位或30位的扫描仪。第8章 外 围 设 备3)幅面幅面表示扫描仪扫描普通文档或照片的大小。幅面大的扫描仪，对大面积图像的扫描比较方便，但价格也就高得多。家用扫描仪多用来扫描普通文档或者相片，所以幅面一般不超过A4，因此A4或者A4加长的扫描仪即可满足家庭用户的使用。幅面达到A1或A0的扫描仪，一般称为大幅面扫描仪。第8章 外 围 设 备4)接口方式接口方式是指扫描仪与计算机之间采用的接口类型。常用的有并行打印机接口、USB接口和IEEE 1394
17、SCSI接口。第8章 外 围 设 备3语音设备语音设备语音不但是人类交流信息最自然、最有效的手段，而且是人机通信最有效的一种方法，它摆脱了各种传统输入方法的弱点。语音识别和文字识别都属于模式识别的范畴，有共同的基本原理，但输入技术和工具则大不相同。语音输入方式是利用声音的物理模型，通过语音分析手段，预先将一些语音的特征参数提取，并存于计算机系统中。当讲话者语音输入时，处理系统就对该信号进行特征参数抽取，然后和已储存的特征参数进行比较，通过逻辑判别或距离测量，对输入的语音进行识别。第8章 外 围 设 备通过话筒或录音输入设备输入的语音信号是模拟量，经放大、滤波和进行A/D转换后，得到这个语音信息
18、的数字编码，才能送入计算机进行处理。精确地测定一个语音的起始点和结束点，是语音参量与样音参量比较的基础。为了便于测量，常按每10ms为一帧的时间顺序来进行，并由粗判和细判两个步骤来具体确定。首先进行粗判：由某帧开始，若连续NF帧的参数满足粗判有声条件，则判为头部有声；此后，若连续NR帧满足粗判无声条件，则判为尾部无声。然后再进行细判：从粗判起始点前25帧开始向后搜索，当从某帧开始连续SNF帧满足细判有声条件，该帧确定为起始点；尾部判定从粗判无声后的15帧开始向前搜索，连续SNR帧为无声，该帧被判定为结束点。第8章 外 围 设 备当进行语音识别时，时间的扭曲处理是极为重要的一步。准确地测定语音的
19、起始点和终点，并从中提取了该区间有关语音参量之后，还不能立即和样音进行比较。这是因为，即使是同一个人重复发同一个音，每次发音也不可能完全一致，即各帧参量不可能完全相同，为了消除各帧由离散性带来的影响，使被测语音尽可能地与样音对齐，就必须将它们中的一个进行时间扭曲处理。经过扭曲处理后，被测语音强度曲线和样音强度曲线的吻合程度得到改进。这时，就可以转入识别处理，即选出各参量最为接近的样音的语言信号作为最后输出。第8章 外 围 设 备此外，还有一种识别方法是按照一定规则把测得的语音特征进行计算，译成单词、短语和句子。这种方法较为复杂，但前途极广。第8章 外 围 设 备8.3 输输 出出 设设 备备输
20、出设备是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。本节只简要介绍显示器和打印机两种常用的输出设备。第8章 外 围 设 备8.3.1 显示器显示器以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，它是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。阴极射线管显示器有黑白和彩色两种。目前，大多数显示设备使用彩色CRT显示器。阴极射线管显示器结构如图8-4所示。液晶和等离子显
21、示器都是平板式显示器，它们的特点是体积小、功耗低，是很有发展前途的新型显示器。第8章 外 围 设 备图8-4 阴极射线管结构图第8章 外 围 设 备1显示器的分类显示器的分类在阴极射线管显示器中，以扫描方式不同，可分成光栅扫描和随机扫描两种显示器；以分辨率不同，可分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；以CRT荧光屏对角线的长度分类，可分成12英寸、14英寸、17英寸、19英寸等多种。另外，阴极射线管显示器还可分为字符显示器和图形显示器。字符显示器只能显示字符，不能显示图形，一般只有两种颜色。图形显示器不仅可以显示字符，而且可以显示图形和图像。图形是指工程图，即由点、线、面、体组成的图形；图像是指
22、景物图。不论图形还是图像在显示器上都是由像素(光点)所组成。第8章 外 围 设 备显示器屏幕上的光点是由阴极电子枪发射的电子束打击荧光粉薄膜而产生的。彩色显示器的显像管的屏幕内侧是由红、绿、蓝三色磷光点构成的小三角形(像素)发光薄膜。由于接收的电子束强弱不同，像素的三原色发光强弱就不同，可以产生一个不同亮度和颜色的像素。当电子束从左向右、从上而下地逐行扫描荧光屏时，每扫描一遍，就显示一屏，称为刷新一次，只要两次刷新的时间间隔少于0.01s，人眼在屏幕上看到的就是一个稳定的画面。第8章 外 围 设 备2显示器的技术指标显示器的技术指标1)逐行/隔行扫描受扫描频率的限制，隔行扫描显示器在低分辨率下
23、逐行扫描，在高分辨率下改为隔行扫描。此时，对同一屏幕的图像先扫描奇数行，再扫描偶数行。扫描奇数行时，电子束可能因偏移扫描到偶数行；反之，扫描偶数行时的电子束可能扫描到奇数行，造成水平线上的抖动。采用逐行扫描后，有效地避免了上述不足。第8章 外 围 设 备2)分辨率与灰度级分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。第8章 外 围 设 备灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别程度，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，
24、图像层次越清晰逼真。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。如果用4位表示一个像素，则只有16级灰度或颜色；如果用8位表示一个像素，则有256种灰度或颜色。字符显示器只用“0”、“1”两级灰度就可表示字符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器。具有多种灰度级的黑白显示器称为多灰度级黑白显示器。第8章 外 围 设 备3)刷新频率只有当CRT的电子束打到显示屏上的荧光粉时，荧光屏相应的点才会发亮。这段发亮的时间很短，一般只能维持几十毫秒。在这么短的时间内，眼睛是感觉不到的。为了使眼睛能感觉到稳定的图像显示，必须使电子束不停地重复扫描，这个重复扫描的过程叫做刷新。而刷
25、新频率就是每秒屏幕刷新的次数。刷新频率越低，图像闪烁得就越明显。一般显示器要求在1024768的分辨率下要能达到75Hz的刷新率。与这个指标有关的还有行频和带宽。行频是每秒扫描的行数，如65K/s、85K/s等。带宽是每秒扫描像素的点数，常见的是几十兆赫兹，高性能显示器的带宽在100MHz以上。第8章 外 围 设 备4)随机扫描和光栅扫描控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符的方式称为随机扫描。电子束只需在需要显示的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式的速度快，图像清晰。高质量的图形显示设备一般采用随机扫描的方式。由于这种扫描的控制电路与电视标准不同，因此驱动电路较复杂
26、，价格较贵。第8章 外 围 设 备光栅扫描同电视系统的扫描方式。在电视中图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但由于电视技术业已成熟，计算机系统中除高质量图形显示器外，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但其扫描方式与电视系统相同，控制电路比较简单，技术比较成熟，因此成本较低。目前大部分字符、图像、图形显示器采用光栅扫描方式。第8章 外 围 设 备显示器是通过“显示接口”及总线与主机连接，待显示的信息(字符或图形图
27、像)是从显示缓冲存储器(一般为内存的一个存储区，占16KB)送入显示器接口的，经显示器接口的转换，形成控制电子束位置和强弱的信号。受控的电子束就会在荧光屏上描绘出能够区分出颜色不同、明暗层次的画面。显示器的两个重要技术指标是：屏幕上光点的多少，即像素的多少，称为分辨率；光点亮度的深浅变化层次，即灰度，可以用颜色来表示。分辨率和灰度的级别是衡量图像质量的标准。第8章 外 围 设 备8.3.2 打印机打印机打印机是计算机最基本的输出设备之一，是一种复杂而精密的机械电子装置。它主要用于打印结果及程序，还可用于打印统计图表和描绘图形。随着计算机技术的发展，对打印机提出了更高的要求，如高速度、低噪声、高
28、分辨率、输出图形图像化和彩色化等。第8章 外 围 设 备打印机按印字方式可分为击打式和非击打式两类。击打式打印机是利用机械动作将字体通过色带打印在纸上，根据印出字体的方式又可分为活字式打印机和点阵式打印机。活字式打印机是把每一个字刻在打字机构上，可以是球形、菊花瓣形、鼓轮形等各种形状。点阵式打印机是利用打印钢针按字符的点阵打印出字符。每一个字符可由m行n列的点阵组成。一般字符由78点阵组成，汉字由1616、2424或3232点阵等组成。点阵式打印机常用打印头的针数来命名，如9针打印机、24针打印机等。第8章 外 围 设 备非击打式打印机是用各种物理或化学的方法印刷字符的，如静电感应、电灼、热敏
29、效应，激光扫描和喷墨等。其中激光打印机和喷墨式打印机是目前最流行的两种打印机，它们都是以点阵的形式组成字符和各种图形的。激光打印机接收来自CPU的信息，然后进行激光扫描，将要输出的信息在磁鼓上形成静电潜像，并转换成磁信号，使碳粉吸附到纸上，加热定影后输出。喷墨式打印机是将墨水通过精制的喷头喷到纸面上形成字符和图形的。下面分别介绍针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。第8章 外 围 设 备1针式打印机针式打印机针式打印机是通过打印针击打色带来进行工作的。对针式打印机来说，最大的好处是对纸张来者不拒，如普通纸、旧挂历纸的背面、旧塑膜挂历的衬纸、平整的商品包装纸、街上散发的广告单背面等，尤其对打印多层
30、介质，如多联发票等，它有着激光打印机与喷墨打印机无可取代的优势，还有其耗材省和维护简单的优点，使得针式打印机有着比较大的市场。第8章 外 围 设 备1)针式打印机的组成针式打印机主要由打印头单元、小车单元、送纸单元及控制单元组成。其中，打印头单元是针式打印机机械部分的核心，具有体积小、结构紧密、精度高的优点。打印头的种类很多，常用的有拍合式打印头和永磁式打印头。当打印单元接到打印命令时，打印针向外撞击，色带的墨迹打印到纸上，从而在打印纸上形成字符或图像。小车单元的任务是打印头送到指定位置，以使打印头的打印针打到正确位置。送纸单元主要是在打印过程中提供纸张输送或退出的装置。控制单元是打印机的控制
31、中心。第8章 外 围 设 备2)针式打印机的印字原理针式打印机的印字原理是将要输出的ASCII码字符、汉字或图形转换成对应的点阵码，再根据点阵码由驱动电路驱动钢针击打色带，从而印出字符或图形。点阵码用二进制数表示，“1”表示要打的点，“0”表示不打点。一个ASCII码字符的点阵格式有57、77和99几种。图8-5是字符A对应的点阵码。第8章 外 围 设 备图8-5 A对应的点阵码第8章 外 围 设 备汉字点阵格式有1616、2424、3232和4040几种。当打印汉字钢针数不够时，可以采用多次扫描实现。点阵式打印机有两种打印方式：一是字符打印方式，主机将字符的编码(ASCII码或汉字内码)通过
32、接口传送给打印机，然后在打印机的字符库中找出对应的点阵码，再根据点阵码驱动打印头冲击色带印出字符；二是图形打印方式，主机将图形的点阵码送给打印机，由驱动电路冲击色带印出图形的点阵。第8章 外 围 设 备2喷墨打印机喷墨打印机喷墨打印机具有体积小、重量轻、工作噪声低的特征。目前，在与PC相配合的应用领域里，喷墨打印机已取代了针式打印机，其原理如图8-6所示。第8章 外 围 设 备图8-6 喷墨打印机原理图第8章 外 围 设 备喷墨打印机主要由喷头、墨盒、清洁单元、小车单元、送纸单元和控制单元组成。其中小车、送纸、控制三个单元与针式打印机大同小异；喷头与针式打印机打印头的作用相同。喷头和墨盒的结构
33、可分为两类：一类是喷头和墨盒是一体化结构；另一类是喷头和墨盒分离结构。前者整体结构简单、体积小，但打印机消耗费用大，墨盒中的墨水用完后要连同喷头一起更换；而后者则只需更换墨盒，这样就可大大节省费用。第8章 外 围 设 备工作时，导电的墨水在墨水泵的高压作用下进入喷嘴，通过喷嘴形成一束极细的高速射流，射流通过高频振荡发生器断裂成连续均匀的墨水滴流。在充电极上，施加一个静电场给墨水充电，所充电荷的多少随墨水喷在纸上的高低位置而变化。在充电电极上所加的电压越高，充电电荷就越多。电荷一直保持到墨点落到记录纸上为止。带不同电荷的墨点通过加有恒定高压偏转电极形成的电场后垂直偏转到所需的位置。若在垂直线上某
34、处不需喷点，则相应的墨点不充电，这些墨点在偏转电场中不发生偏转而按原方向射入回收器。当一列字符印完后，喷墨头以一定的速度沿水平方向由左向右移动一列距离。依次下去，即可印刷出一个字符，并由若干个字符构成一个字符行。喷墨打印机有以下三个方面的指标。第8章 外 围 设 备1)打印精度打印精度的度量单位为每英寸可打印的点数dpi(dot per inch)，是指打印机在，是衡量打印质量的一个重要标准，也是一个最为基本的判断打印机分辨率的指标。至少应有300 dpi的分辨率，才能使打印效果得到基本保证。一般应用时，dpi值也不一定是越大越好，720 dpi左右就比较合适了。第8章 外 围 设 备2)打印
35、速度打印速度的度量单位为ppm(page per minute)。ppm是指打印机每分钟可打印多少页，是衡量打印机打印速度的一个重要指标。但要注意，打印机说明书上所标明的ppm值是指该机所能达到的最高打印速度，实际使用时，这个值会受到多种因素的影响，肯定会低于标称值。3)打印幅面喷墨打印机的打印幅面一般以A4为主。普通家庭用户和中小型办公用户使用A4幅面的喷墨打印机，可以满足绝大部分应用要求。A3、A2幅面的喷墨打印机一般用于CAD、广告制作、艺术设计、印刷出版等行业。第8章 外 围 设 备3激光打印机激光打印机激光打印机是发展较快的一种非击打式打印机。它使用成熟的技术，具有很高的稳定性，打印
36、速度快，噪声小，使用成本低廉，并且输出接近印刷的质量，其原理框图如图8-7所示。第8章 外 围 设 备图8-7 激光打印机原理框图第8章 外 围 设 备当计算机主机向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的信号流，对于激光打印机而言，这个信号流就是驱动激光头工作的一组脉冲信号。第8章 外 围 设 备激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术，这种技术结合了影像学与电子学的原理和技术以生成图像，核心部件是一个可以感光的硒鼓。激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，随着反射镜的转动
37、，光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过(中途有各种聚焦透镜，使扫描到硒鼓表面的光点非常小)，硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅转动，扫描又在接下来的一行进行。硒鼓是一只表面涂覆了有机材料的圆筒，预先带有电荷，当有光线照射时，受到照射的部位会发生电阻的变化。计算机所发送来的数据信号控制着激光的发射，扫描在硒鼓表面的光线不断变化，有的地方受到照射，电阻变小，电荷消失，也有的地方没有光线射到，仍保留有电荷，最终，硒鼓表面就形成了由电荷组成的潜影。第8章 外 围 设 备墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒，其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反，当带有电荷的硒鼓表面经过显影辊时，有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒，潜
38、影就变成了真正的影像。硒鼓转动的同时，另一组传动系统将打印纸送进来，经过一组电极，打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷，随后纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上，图像就在纸张表面形成了。此时，墨粉和打印机仅仅靠电荷的引力结合在一起，在打印纸被送出打印机之前，经过高温加热，塑料质的墨粉被熔化，在冷却过程中固着在纸张表面。第8章 外 围 设 备将墨粉传给打印纸之后，硒鼓表面继续旋转，经过一个清洁器，将剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环。激光扫描控制系统包括激光器、光调制器、扫描器、光偏转器等部件。激光器是激光打印机的光源，具有相干性高、方向性好、单色性强、能量集中等优
39、点，并能进行高速调制和偏转控制。光调制器对光的传播方向和强度进行控制，控制的方法有机械、电光和声光等几种。由于声光调制器完全满足打印机调制频率带宽的要求，因而被普遍采用。要把调制过的激光束射到感光体上形成图形，必须使激光束沿光导鼓轴线方向产生横向移动和纵向移动，纵向移动利用光导鼓的旋转实现，横向移动则靠扫描器来实现。光偏转器配合扫描器，使激光束聚焦，并使聚焦轨迹在光导鼓表面上匀速直线运动。第8章 外 围 设 备电子照相转印系统应用电子照相技术记录激光扫描信息，经过显影转印到普通纸上。电子照相转印系统包括感光鼓、转印电极、充电极、显影器、清洁器及输纸机构。电子照相转印系统的工作过程归纳为充电、曝
40、光、显影、转印、定影和清洁等步骤。充电过程使感光鼓的光导层表面带电。根据所需印出的字符或图形，激光束的感光鼓表面上产生静电现象，称为曝光过程。由于光导层的光电效应，受激光照射的鼓面部分正电荷流向地，电荷消失后成为良导体。鼓面未被照射的部分，即字符或图像以外的地方，仍保留电荷，这样就生成不可见的静电现象。第8章 外 围 设 备可以看出，激光打印机与针式、喷墨打印机的一个本质的区别在于：激光打印机打印一次成像一整页，是逐页打印；而针式和喷墨打印机都是打印头一次来回打印一行，是逐行打印。因此，相同打印要求下，激光打印机的打印速度要比针式打印机和喷墨打印机要快，这也是激光打印机的一个优势所在。第8章
41、外 围 设 备针式打印机由于采用的是机械击打式的打印头，因此穿透力很强，能打印多层复写纸，具备拷贝功能，另外还能打印不限长度的连续纸。使用的耗材是色带，在三种打印机中是最廉价的一种。其缺点就是体积、重量都较大，打印噪音大，精度低，速度慢，一般无打印彩色图像功能。适合有专门要求的专业应用场合，例如财务、税务、金融机构等等。常见的机型有EPSON的LQ系列，如LQ-680K；STAR的AR、CR系列，如AR-6400等。喷墨打印机打印精度高，通常都能打印彩色图像，而且体积及重量都可以做得非常小巧，甚至能随身携带打印，打印时的噪音也很小。第8章 外 围 设 备但所使用的消耗材料(墨水)是三种打印机中
42、相对来说最为昂贵的。而且，想要打印精美的图像，还要使用同样昂贵的专用打印纸才能有很好的打印效果。因此喷墨打印机的使用成本较高。同时，喷墨打印机也不具备拷贝和打印连续纸功能。适合对打印质量要求高但数量较小的场合，如家庭，小型办公室等等。常见的机型有EPSON的Stylus Photo系列，如Stylus Photo 900；CANNON的iPixma系列，如i6500、i355等。激光打印机的打印精度也很高，基本上与喷墨打印机无太大区别。第8章 外 围 设 备它使用的耗材硒鼓，其成本介于针式打印机和喷墨打印机之间。同样也能打印彩色图像，且对打印介质的要求没有喷墨打印机那么高。打印的速度是三种打印
43、机中最快的，而且噪音也很小，但体积和重量相对喷墨打印机要大。也只能逐页打印，无拷贝和打印连续纸功能。适合打印数量大、任务重的场合，如大型商务机构，设计、印刷领域等等。常见的机型有惠普(HP)的LaserJet系列，如LaserJet 1010、Color LaserJet 8550等。第8章 外 围 设 备8.4 外外存存储储设设备备外存储设备的特点是容量大、成本低，可以永久保存数据，是主存的重要补充。外存目前主要有磁表面存储器和光存储器两类，如磁盘、光盘等。第8章 外 围 设 备8.4.1 磁表面存储器的原理磁表面存储器的原理磁表面存储器是利用磁性材料在不同的磁场作用下具有的两个稳定剩磁状态
44、来记录信息的。其利用一层仅有几微米甚至不到1微米的表面磁介质作为逻辑信息的媒体，以磁介质的两种不同的剩磁方向变化的规律来表示二进制数字信息，如图8-8所示。第8章 外 围 设 备图8-8 磁性材料的物理特性 第8章 外 围 设 备磁记录的过程是一种电磁信息的转换过程。写入时，首先将数字代码信息以电流的形式输入到磁头线圈中，然后转换成磁场去磁化磁介质，最终将数字代码信息以磁化状态的形式记录在磁介质上。读出时，首先通过磁头将磁化状态转换成电信号，最后还原成数字形式输出。所谓记录方式，是指以写入电流波形的不同方式记录数字信息“0”和“1”，即按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态
45、，用读写电路实现这种转换，如图8-9所示。第8章 外 围 设 备图8-9 磁表面存储器的读/写操作图 第8章 外 围 设 备8.4.2 磁记录方式磁记录方式在磁记录设备中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式，主要有归零制(RZ)、不归零制(NRZ)、调相制(PM)、调频制(FM)和改进的调频制(MFM)等几大类。下面以数字序列10001110为例来说明各种方式的记录原理。1归零制归零制归零制的电流波形如图8-10所示。第8章 外 围 设 备图8-10 归零制波形图第8章 外 围 设 备归零制记录方式的特点是：正向电流代表“1”，负向电流代表“0”，不论某存储元记录
46、的代码是“0”还是“1”，记录电流都要恢复到零电流(即没有电流)。这种记录方式简单易行，但记录密度低、抗干扰能力差，往往把各种干扰的电流信号同时写入。第8章 外 围 设 备2不归零制不归零制不归零制有两种方式，一种是一般的不归零制，另一种是见“1”就翻不归零制。一般的不归零制电流波形如图8-11所示。第8章 外 围 设 备图8-11 一般的不归零制波形图第8章 外 围 设 备这种方式在记录数据时，磁头线圈中不是有正向电流流过，就是有反向电流流过，即磁头线圈总是有电流流过。它的特点是：对连续记录的“1”或“0”，写电流不改变方向。因此，这种记录方式比归零制减少了磁化翻转的次数。见“1”就翻的不归
47、零制的电流波形如图8-12所示。同样，这种方式在记录数据时，磁头线圈中始终有电流流过。和一般的不归零制的显著不同之处是：流过磁头的电流在记录“1”时改变方向，在记录“0”时，电流方向不变。第8章 外 围 设 备图8-12 见“1”就翻的不归零制波形图第8章 外 围 设 备3调相制调相制调相制记录方式是利用电流两个相位相差180来表示数字信息“0”和“1”。在一个位周期的中间位置，电流由负到正变化为“1”，由正到负为“0”，即利用电流相位的变化进行写入“1”或写入“0”的操作，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次。这种记录方式中“1”和“0”的读出信号相位不同，抗干扰能力较强。另外，读出信号经
48、分离电路可提取自同步脉冲，因此具有自同步能力。调相制的电流波形如图8-13所示。第8章 外 围 设 备图8-13 调相制波形图第8章 外 围 设 备4调频制调频制调频制的电流波形如图8-14所示。这种方式在记录数字“1”时，电流不仅在位周期的中心位置翻转一次，而且在位与位之间也发生翻转。在记录数字“0”时，在位位置的中心不发生翻转，但在位与位之间的边界要翻转一次。调频制在记录数据“1”时，其翻转频率是记录“0”的两倍，所以又称为倍频制。第8章 外 围 设 备图8-14 调频制波形图第8章 外 围 设 备5改进的调频制改进的调频制这种记录方式基本上与调频制相同，即在记录“1”时，电流在位周期的中
49、心位置翻转一次，在记录“0”时，电流方向不翻转。与调频制不同之处在于：只有连续记录两个或两个以上“0”时，才在位周期的起始处翻转一次，而并非在每个位周期的起始位置都要翻转，因此进一步提高了记录密度。改进的调频制电流波形如图8-15所示。第8章 外 围 设 备图8-15 改进的调频制波形图第8章 外 围 设 备8.4.3 硬磁盘存储器硬磁盘存储器硬磁盘存储器HDD(Hard Disk Driver)是磁表面存储设备，即用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。硬磁盘驱动器是记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。硬磁盘存储器具有速度快、容量大、可以直接存取等优点，是计算机系统中的
50、大容量辅助存储器，在辅存家族中担当着重要的角色。其结构如图8-16所示。第8章 外 围 设 备图8-16 磁盘存储器的结构第8章 外 围 设 备1硬磁盘存储器的分类硬磁盘存储器的分类硬磁盘存储器根据磁头和盘片结构的不同可以分为固定磁头硬盘、活动磁头固定盘片硬盘、活动可换盘片硬盘以及温彻斯特硬磁盘等几种类型。1)固定磁头磁盘存储器每一磁道均对应一个磁头，又称为每道一头磁盘。当要读写某一磁道时，通过译码器构成的磁头选择开关选取对应磁头工作。其特点是无需寻道操作，存取速度最快，但每道一头，磁头数量的增加使造价提高，且因机械装配限制了道密度的提高，仅用于少数要求快速存取而容量不大的场合。第8章 外 围
