大學(xué)計算機組成原理--第8章、輸入輸出

1、1 第八章、輸入輸出設(shè)備outlineo 外圍設(shè)備概述o I/O接口o 輸入設(shè)備o 輸出設(shè)備2外圍設(shè)備概述o 外圍設(shè)備所處的層次o 外圍設(shè)備功能定義o 外圍設(shè)備分類3外圍設(shè)備所處的層次主機外圍設(shè)備CPU運算器控制器存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)總線4外圍設(shè)備功能定義o 廣義:凡與計算機相連、受主機控制完成數(shù)據(jù)處理或控制操作的裝置都可稱外圍設(shè)備。n輸入輸出設(shè)備，外存儲器，數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，終端設(shè)備，以及計算機自動控制、檢測系統(tǒng)中的各種采樣、檢測設(shè)備， AD和DA轉(zhuǎn)換器，各種與計算機相關(guān)的儀表及裝置。o 狹義:僅指輸入輸出設(shè)備和外存儲器，它們是只用于輸入輸出數(shù)字信息的、構(gòu)成計算機系統(tǒng)必不可少的設(shè)備。o 外

2、圍設(shè)備又稱外部設(shè)備，5外圍設(shè)備特點o由信息載體,設(shè)備和設(shè)備控制器組成;o工作速度比主機慢很多;o不同設(shè)備的信息類型和格式不同;o以上這些特點給主機與輸入輸出設(shè)備的連接帶來復(fù)雜性。因此，必須設(shè)置一個 1O接口來解決信息的緩沖、同步與通訊，格式的轉(zhuǎn)換及電氣特性的適配等一系列問題。 6外圍設(shè)備分類o 輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、掃描儀、手寫筆o 輸出設(shè)備：顯示器，打印機，繪圖儀；o 輸入兼輸出設(shè)備：終端，傳真機；o 外存儲器：磁盤，硬盤、磁帶、光盤；o 數(shù)據(jù)通訊設(shè)備：FAX ，MODEM；o 過程控制設(shè)備：A/D，D/A，傳感器，儀表。7I/O 接口o I/O接口定義o I/O接口功能o I/O接口組成8

3、輸入輸出接口o 接口是指兩個不同部件或系統(tǒng)之間的交接部分。它既可以是兩種硬件設(shè)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。o I/O接口是指計算機主機與I/O設(shè)備之間通過總線進行連接的邏輯部件，接口部件在動態(tài)連接的兩個部件之間起著轉(zhuǎn)換器的作用，以實現(xiàn)彼此之間的信息交換。 9I/O接口功能o 選址 o 傳送主機命令 o 數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換 o 數(shù)據(jù)緩沖o 監(jiān)控設(shè)備狀態(tài) 10接口數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBR主 機設(shè)備選擇電路設(shè)備狀態(tài)寄存器命令寄存器數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換電路控制邏輯電路數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線狀態(tài)線命令線狀態(tài)命令I(lǐng)/O設(shè)備I/O接口組成11I/O接口分類o串行接口o并行接口12輸入設(shè)備o 輸入設(shè)

4、備定義及分類o 鍵盤o 鼠標o 數(shù)碼相機13輸入設(shè)備定義及分類o 輸入設(shè)備是指向主機輸入程序、原始數(shù)據(jù)和 操作命令等信息的設(shè)備。o 輸入設(shè)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。n字符數(shù)字輸入 n圖形輸入n圖象輸入n聲音輸入 14鍵盤15鍵盤-字符數(shù)字輸入設(shè)備o鍵盤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何將鍵盤上的按鍵動作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCll碼。o由于按鍵開關(guān)本身只能產(chǎn)生一個開關(guān)信號，因此，需要有一套編碼電路或程序，將某個按鍵的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASCll編碼。16鍵盤組成 按鍵開關(guān)的種類很多，其原理也不盡相同，但是基本上可歸為兩類：n 接觸式n 非接觸式鍵開關(guān)17鍵盤開關(guān)o 接觸式鍵開關(guān) 借

5、助機械簧片，直接使兩個導(dǎo)體接通或斷開，從而產(chǎn)生電信號； 機械接觸式 干簧管式 薄膜式鍵開關(guān)o 非接觸式鍵開關(guān) 利用電磁場或電壓、電流的變化而產(chǎn)生輸出信號。 電容式鍵開關(guān) 霍爾式鍵開關(guān)18鍵盤開關(guān)矩陣+5V并行端口并 行 端 口19鍵盤分類o按鍵盤編碼的功能和實現(xiàn)方法進行分類n 全編碼鍵盤n 非編碼鍵盤20常用掃描方法o 行反轉(zhuǎn)掃描法o 行掃描法o 行列掃描法21道格 恩格爾巴特顯示系統(tǒng)X-Y位置指示器 22鼠標23鼠標分類o 機械式鼠標o 光電式鼠標o 光學(xué)式鼠標24鼠標o一種手持式坐標定位部件。1968年，鼠標誕生于美國加州斯坦福大學(xué)，設(shè)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

6、那繁瑣的指令。 25機械式鼠標滾球垂直軸水平軸支撐輪垂直輪水平輪轉(zhuǎn)角計數(shù)轉(zhuǎn)角計數(shù)26光電鼠標p內(nèi)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(fā)光二極管照射到光電板反射的光進行工作p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(fù)，形成脈沖信號。p需要注意的是光電鼠標相對于光電板的位置一定要正，稍微有一點偏斜就會造成鼠標器不能正常工作。27光學(xué)式鼠標o 新型的光學(xué)式鼠標器不需特殊鼠標墊板，克服了鼠標墊板易磨損的缺陷o 采用了新的光學(xué)技術(shù)光眼(Optical Sensor)o

7、 光電感應(yīng)裝置每秒發(fā)射和接收1500次信號，再配合18MIPS(每秒處理1800萬條指令)的CPU，實現(xiàn)精準、快速的定位和指令傳輸28軌跡球 外觀上看就像是翻轉(zhuǎn)過來的機械鼠標，用手撥動軌跡球來控制光標的移動。29o 按照鼠標的接口分類。n 串口、PS/2口、USB口和wireless。鼠標接口30o 一種能夠進行拍攝，并通過內(nèi)部處理把拍攝到的景物轉(zhuǎn)換成以數(shù)字格式存放的圖像的特殊照相機。o 數(shù)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(zhuǎn)換成電信號。 o 傳統(tǒng)基于膠片的相機其分辨率是無窮的，而數(shù)碼相機的分辨率則是有限的。傳統(tǒng)相機的使

8、用成本較高。 數(shù)碼相機31數(shù)碼相機組成o CCDo A/D轉(zhuǎn)換器 o MPU(微處理器)o 圖像存儲器 32各種存儲器實物圖33輸出設(shè)備o 輸出設(shè)備定義o 打印機o 顯示設(shè)備34輸出設(shè)備o 輸出設(shè)備輸出設(shè)備將計算機處理過的二進制代碼信息，轉(zhuǎn)換成人們能識別的形式，如數(shù)字、符號、文字、圖形、圖像或聲音等輸出，供人們分析和使用。o 常用輸出設(shè)備有打印機及CRT顯示器。35打印設(shè)備36 打印設(shè)備分類（印字原理）o 擊打式 利用機械作用使印字機構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符。n 串行、并行n 點陣針式、字模式o 非擊打式 利用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符。n 噴墨n 激光n 熱轉(zhuǎn)印37 打印設(shè)

9、備分類（工作方式）o 串行打印機-逐字打印n 針式點陣式打印機，噴墨打印機o 并行打印機-逐行/頁打印n 激光打印機38點陣式打印機39點陣式印字原理o 點陣式印字是采用打印鋼針撞擊色帶與紙，印出點陣字符。它的印字機構(gòu)，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(qū)動電流控制。o 打印頭安裝在字車上，字車由驅(qū)動機構(gòu)牽引，可沿水平方向移動。40點陣式串行打印機的組成o 印字機構(gòu)（又稱打印頭）、o 字車機構(gòu)、o 輸紙機構(gòu)、o 色帶系統(tǒng)o 控制電路o 字符發(fā)生器41激光印字機o 又稱激光印刷機，一種非擊打式高速印字機。o 激光掃描技術(shù)和電子照像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物n 激光掃描系統(tǒng)、

10、n 電子照像部分、n 字符發(fā)生器 n 控制電路42激光印字機 反射鏡 激光器 聲光偏轉(zhuǎn)調(diào)制器 充電器 消電燈 清潔錕 硒鼓 預(yù)熱板 轉(zhuǎn)印電極 定影輥 輸紙 聚焦鏡 多面轉(zhuǎn)鏡 功率放大器 頻率合成器 字符發(fā)生器 接口控制器 計算機 43激光印字機工作過程充電曝光顯影轉(zhuǎn)印定影消電清潔核心部件硒鼓（具有光敏特性的滾筒裝置）44激光印字機工作過程o 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o 曝光：根據(jù)控制電路輸出的字符信息，對激光器進行調(diào)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(chǎn)生放電現(xiàn)象，未曝光部分仍然保留電荷。形成靜電潛像。o 顯影：靜電潛像通過裝有碳粉的

11、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45激光印字機工作過程o 轉(zhuǎn)?。寒敶蛴〖埻ㄟ^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(zhuǎn)印的過程。o 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。o 消電：消電燈照射硒鼓，消除殘余電荷。o 清潔：清除硒鼓上的殘余碳粉。46顯示設(shè)備o 顯示設(shè)備基本概念o 顯示設(shè)備分類o CRT顯示器基本原理o 字符顯示器o 圖形顯示器o 平板顯示器47基本概念o 圖形n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

12、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(xiàn)的內(nèi)容更加豐富。o 圖像n圖像是一種具有亮暗層次變化的圖。如人物、景物照片等。經(jīng)計算機處理與顯示的圖像稱為數(shù)字圖像。它是將圖片上連續(xù)的亮暗變化變換成離散的數(shù)字量，以點陣的形式顯示出來。48o 像素n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。o 分辨率n顯示器所能表示的像素的個數(shù)。它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。分辨率一般以顯示屏上水平方向像素個數(shù)/垂直方向像

13、素個數(shù)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。 49o 灰度級n 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?；叶燃壢Q于每個像素對應(yīng)刷新存儲器刷新存儲器中存儲單元的位數(shù)和CRT本身的性能。如位數(shù)為4，則有16級灰度或顏色。若位數(shù)為8，則有256級灰度或顏色。50微型計算機顯示子系統(tǒng)o 顯示控制適配器（顯卡） 主要功能是控制光柵的產(chǎn)生及主機與顯示器之間數(shù)據(jù)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(qū)（顯存） 字符發(fā)生器 顯示控制器o 顯示器51顯示緩沖區(qū)(VRAM)存放屏幕上需要顯示的字符或者圖形的全部

14、信息字符顯示模式： VRAM中存放欲顯示字符的兩個字節(jié)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 521MDA單色顯示器適配器 MDA是1981年由IBM公司隨IBM PC一起推出，是一種字符顯示卡。它采用914點陣顯示一個字符，滿屏可顯示80列 25行字符，其分辨率為720350個像素。字符顯示的質(zhì)量較高，但不能兼容圖形方式。2 CGA彩色圖形適配器 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(zhì)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，

15、分辨率為 640200，顯示 2種顏色或 320 200， 4種顏色。533MGA單色圖形適配器一 MGA可顯示單色圖形或字符，分辨率為720350個像素。它用于那些不需彩色圖形的場合，以降低硬件開銷。4EGA增強型圖形適配器 EGA兼有 MDA和CGA的優(yōu)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(zhì)量優(yōu)于CGA。圖形方式下，其分辨率為640350，顯示16種顏色。經(jīng)改進后的 EGA，其分辨率達 640 480或 800 600。545.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(tǒng)中采用模擬量輸入，使顯示的顏色更加

16、豐富和逼真。 VGA在字符方式下以 9 I6點陣顯示字符，質(zhì)量好于EGA，圖形方式下，其分辨率為 640480，顯示16種顏色或320200，256種顏色。6.SVGA超級VGA SVGA改進了VGA標準，增強了VGA功能。它的分辨率為800600、顯示256種顏色。7. XGA 1024 768 SXGA 1280 1024 UXGA 1600 120055顯示設(shè)備分類o 按器件分n 陰極射線管(CRT)顯示器n 液晶顯示器(LCD)n 等離子體顯示器o 按顯示信息內(nèi)容分n 字符（字符為基本單位） 圖形（像素）o 按顯示顏色分n 單色 彩色（三槍顯管）56光柵掃描成像原理 熒光屏熒光屏電子槍

17、電子槍聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)水平偏轉(zhuǎn)水平偏轉(zhuǎn)垂直偏轉(zhuǎn)垂直偏轉(zhuǎn)顯示頭顯示頭57CRT顯示器組成及工作原理 計算機 I/O 接口 刷新存儲器 RAM 字符發(fā)生器 ROM 鍵盤 寫入 視頻放大 定時及控制 水平垂直偏轉(zhuǎn) CRT 管 視頻信號 同步掃描信號 58光柵掃描方式 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (a) 逐行掃描 (b) 隔行掃描59字符顯示器o 以字符為基本單位的顯示設(shè)備o 每個字符以點陣的形式顯示，與打印機原理類似o 點陣是m*n個點構(gòu)成的陣列o 所有需要顯示的字符的點陣都固化在字符發(fā)生器o 顯示

18、時根據(jù)ascii碼到字符發(fā)生器中尋找點陣o 逐列進行顯示 60 A A編碼編碼 N N編碼編碼 D D編碼編碼VRAMVRAM A A點陣點陣 B B點陣點陣 C C點陣點陣 D D點陣點陣 N N點陣點陣ROMROM屏幕屏幕 移位寄存器移位寄存器并行并行串行串行AND61圖形顯示器o 以像素為基本單位的顯示設(shè)備o 每個像素可以有其顏色o 光柵掃描62VRAM容量計算o 字符顯示方式與顯示字符的行列數(shù)有關(guān)o 若顯示規(guī)格為25行80列，o 屏幕上需要顯示=25*80=2000個字符 o 如每個字符需要2個字節(jié)表示，o 則VRAM需要4000byte63VRAM容量計算o 圖形顯示方式與顯示分辨率相關(guān) 若顯示分辨率為1024*768，32位真彩， 每個像素用32位表示其顏色，o