輸入輸出設(shè)備課件

1、第10章輸入輸出設(shè)備2022/7/29第10章輸入輸出設(shè)備第1頁，共34頁。本章主要內(nèi)容輸入輸出設(shè)備概述常用輸入設(shè)備組成與運(yùn)行原理鍵盤鼠標(biāo)常用輸出設(shè)備組成與運(yùn)行原理顯示器打印機(jī)2第10章輸入輸出設(shè)備第2頁，共34頁。輸入輸出設(shè)備概述計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)計(jì)算機(jī)總線輸入輸出接口輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備概念：又稱為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，具有一定操作功能的比較完整和相對獨(dú)立的精密機(jī)械電子裝置；功能：進(jìn)行人機(jī)交互，完成輸入輸出功能；特點(diǎn)：種類繁多，功能多樣，組成與運(yùn)行原理各不相同；發(fā)展：智能化、高可靠性、小型廉價(jià)。3第10章輸入輸出設(shè)備第3頁，共34頁。輸入輸出設(shè)備概述常用的輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備鍵

2、盤圖形輸入設(shè)備：鼠標(biāo)器，圖形板，操縱桿，光筆圖象輸入設(shè)備：掃描儀，傳真機(jī)，攝像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)條形碼閱讀器語音與文字輸入顯示器（字符、圖形、圖像）打印機(jī)（針式、噴墨、激光）繪圖儀語音輸出4第10章輸入輸出設(shè)備第4頁，共34頁。輸入輸出設(shè)備概述點(diǎn)陣式設(shè)備運(yùn)行原理把字形、圖形、圖像等信息以不同的點(diǎn)陣布局方式表現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上，這些被顯示的內(nèi)容，是以可見光形式表現(xiàn)出來的；而在打印紙上，通常是以“印刷”（染色）的效果表現(xiàn)出來的。它們共同的特點(diǎn)是，要表示的信息，最終要以平面上的各種可見的“形狀”體現(xiàn)出來，而這些“形狀”原理上又都是以許多斷續(xù)的點(diǎn)的不同布局表示出來的。點(diǎn)陣式設(shè)備需要解決的問題點(diǎn)陣布

3、局規(guī)律：確定形狀的對象（保存對象的布局） 無確定規(guī)律對象（保存所有點(diǎn)信息）點(diǎn)陣的密度：更密的點(diǎn)可以把要表示的形狀呈現(xiàn)得更精細(xì)準(zhǔn)確，但表示同樣大小的形狀，用到的數(shù)據(jù)數(shù)量會(huì)更多，對輸入輸出設(shè)備的處理精度要求也越高。 點(diǎn)陣中點(diǎn)的屬性：二值表示（0、1表示點(diǎn)的有、無） 單色表示（灰度級表示不同亮度） 彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）5第10章輸入輸出設(shè)備第5頁，共34頁。輸入輸出設(shè)備概述點(diǎn)陣式舉例6第10章輸入輸出設(shè)備第6頁，共34頁。本章主要內(nèi)容輸入輸出設(shè)備概述常用輸入設(shè)備組成與運(yùn)行原理鍵盤鼠標(biāo)常用輸出設(shè)備組成與運(yùn)行原理顯示器打印機(jī)7第10章輸入輸出設(shè)備第7頁，共34頁。鍵盤的運(yùn)行原理鍵盤功能計(jì)

4、算機(jī)的鍵盤是通過手工輸入字符，用于向計(jì)算機(jī)送入操作命令、源程序語句、運(yùn)行程序所使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設(shè)備?；窘M成機(jī)械部分：按鍵（導(dǎo)電件）彈簧金屬件（有導(dǎo)電件控制實(shí)現(xiàn)電信號(hào)連通與斷開）電子線路部分：識(shí)別按鍵，給出編碼；通過串行接口把編碼送給主機(jī)。由鍵盤上專門的CPU完成。鍵盤接口串口、USB接口8第10章輸入輸出設(shè)備第8頁，共34頁。鍵盤的運(yùn)行原理識(shí)別閉合鍵的具體實(shí)現(xiàn)：是用行列掃描的方法，即把每個(gè)鍵分配在一個(gè) m 列 * n 行矩陣的一個(gè)交叉點(diǎn)上，通過并行接口向 n 行依次送出僅有一行為 0、其余各行均為 1 的值，再用并行接口讀入 m 列上的取值。當(dāng)該值不為 FFH （全 1 碼）時(shí)，表明有

5、鍵按下，若該值僅含一位零，表明取值為 0 的行、列的交叉點(diǎn)的鍵被按下，用一個(gè)對照表即可得到相應(yīng)鍵的編碼。尚需解決如下的一些問題：抖動(dòng)：按下和松開按鍵時(shí)按鍵在接通和斷開位置之間跳動(dòng)幾次才能穩(wěn)定下來。重鍵：多鍵同時(shí)按下，如何處理。9第10章輸入輸出設(shè)備第9頁，共34頁。1 1 0 1.并行接口并行接口+5V10K0列1列m-1列0行1行n-1行鍵盤鍵.。.011A鍵 并行接口送來 1 0 1 的 n 位數(shù)值到二極管的負(fù)極，并行接口接收 鍵盤線路 m 列送出的 m 位數(shù)據(jù)。當(dāng)A鍵按下去后，5V電源送出經(jīng)電阻、A鍵、二極管到 0 信號(hào)處的電流，從而在 第 2列產(chǎn)生 0 電平（紅線所示），其他各列都給出

6、高電平（黑線所示），故并行接口接收到的是 1 1 0 1 這樣的 m 位數(shù)據(jù)。110.。1 1 0 1.二極管10第10章輸入輸出設(shè)備第10頁，共34頁。鼠標(biāo)的運(yùn)行原理鼠標(biāo)的產(chǎn)生圖形界面的出現(xiàn)，需要鼠標(biāo)來進(jìn)行拖動(dòng)等操作鼠標(biāo)的功能根據(jù)鼠標(biāo)的移動(dòng)，在屏幕上移動(dòng)位置選中某個(gè)對象，進(jìn)而執(zhí)行某些操作鼠標(biāo)的種類機(jī)械式鼠標(biāo)光電式鼠標(biāo)鼠標(biāo)的接口串口、USB接口11第10章輸入輸出設(shè)備第11頁，共34頁。機(jī)械式鼠標(biāo)機(jī)械鼠標(biāo)原理底部有1個(gè)圓球，連接有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器圓球在移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)變阻器，使X和Y方向電流產(chǎn)生變化計(jì)算機(jī)主機(jī)由此計(jì)算出X和Y方向的位移，并將它在屏幕上進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定12第10

7、章輸入輸出設(shè)備第12頁，共34頁。光電式鼠標(biāo)光電鼠標(biāo)原理沒有機(jī)械滾動(dòng)部分，代之以兩個(gè)互成直角的光電探測器，分別代表X和Y方向特制鼠標(biāo)墊配合，墊上有小格。發(fā)光二極管照到線條和空白之上反射光使光敏三極管產(chǎn)生不同的電平CPU根據(jù)感應(yīng)的高低脈沖，即格數(shù)來計(jì)算鼠標(biāo)的位移量鼠標(biāo)命令由鼠標(biāo)表面的按鍵決定13第10章輸入輸出設(shè)備第13頁，共34頁。本章主要內(nèi)容輸入輸出設(shè)備概述常用輸入設(shè)備組成與運(yùn)行原理鍵盤鼠標(biāo)常用輸出設(shè)備組成與運(yùn)行原理顯示器打印機(jī)14第10章輸入輸出設(shè)備第14頁，共34頁。常用輸出設(shè)備顯示器陰極射線管顯示器液晶顯示器等離子顯示器打印機(jī)針式打印機(jī)噴墨打印機(jī)激光打印機(jī)15第10章輸入輸出設(shè)備第15

8、頁，共34頁。陰極射線管顯示器成像原理通過電子束撞擊熒光板上的熒光粉，發(fā)光產(chǎn)生亮點(diǎn)基本組成電子槍、顯示屏和偏轉(zhuǎn)控制裝置（見下頁圖）相關(guān)術(shù)語分辨率沿水平和垂直兩個(gè)方向把屏幕分成許多小的區(qū)域，一個(gè)小的區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)發(fā)光點(diǎn)（稱為象素），一個(gè)屏幕上所提供的全部象素的數(shù)目被稱為分辨率 掃描電子束在顯示屏上按某種軌跡運(yùn)動(dòng)被稱為掃描，控制電子束掃描軌跡的電路被稱為掃描控制邏輯部件 光柵掃描：電子束從左到右，從上到下掃描整個(gè)屏幕（隔行掃描和逐行掃描）隨機(jī)掃描：電子束只掃描需要顯示的點(diǎn)，而不是整個(gè)屏幕刷新余輝時(shí)間：電子束打在熒光粉上發(fā)出的光的所持續(xù)時(shí)間為了得到穩(wěn)定的圖象，需要重復(fù)掃描整個(gè)屏幕（每秒50場）幀存儲(chǔ)器

9、：為了重復(fù)掃描，需要存儲(chǔ)屏幕字符或者圖象信息。16第10章輸入輸出設(shè)備第16頁，共34頁。燈絲陰極聚焦極石墨層熒光屏顯示屏陽極帽偏轉(zhuǎn)線圈柵極陽極電子槍電子束陰極射線管的構(gòu)成和工作原理17第10章輸入輸出設(shè)備第17頁，共34頁。字符顯示的一般原理為有效地提供屏幕上要顯示的內(nèi)容，字符顯示器內(nèi)有一個(gè)顯示存儲(chǔ)器VRAM，用于保存將顯示在整個(gè)屏幕的全部字符，顯示存儲(chǔ)器中保存的是這些字符的ASCII碼和顯示屬性，每個(gè)字符都配有一個(gè)屬性字節(jié)，用來描述字符的顯示屬性，即字符的顏色、亮度、是否顯示等等。顯示存儲(chǔ)器是一個(gè)可讀寫的存儲(chǔ)器，被顯示的字符將由計(jì)算機(jī)主機(jī)以兩個(gè)字節(jié)（ASCII碼和顯示屬性）的方式提供并寫進(jìn)

10、該存儲(chǔ)器中，由顯示器的控制邏輯按需要從中讀出準(zhǔn)備顯示的一個(gè)字符的ASCII碼的字節(jié)值和顯示屬性的字節(jié)值。 字符發(fā)生器，就是用于保存每個(gè)可顯示字符字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的邏輯部件，通常是一個(gè)只讀存儲(chǔ)器（ROM），如果每個(gè)字符的字形用7（橫向）9（縱向）的點(diǎn)陣表示，則每個(gè)字符字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)要占用9個(gè)存儲(chǔ)器字節(jié)（橫向的7個(gè)點(diǎn)的布局用一個(gè)字節(jié)表示）。 18第10章輸入輸出設(shè)備第18頁，共34頁。字形的產(chǎn)生過程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字符發(fā)生器( R O

11、 M )ASCII字符代碼84RA3 - RA0(a) “ A ”的點(diǎn)陣表示(b)字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(來自VRAM)(來自光柵地址計(jì)數(shù)器輸出)RA3 -RA0D7D0D7D0ASCII代碼(41H)指向這個(gè)字形19第10章輸入輸出設(shè)備第19頁，共34頁。移位寄存器S L字符發(fā)生器( ROM)加載控制水平消隱行間消隱垂直消隱水平同步電路垂直同步電路點(diǎn)振蕩器點(diǎn)計(jì)數(shù)器水平地址計(jì)數(shù)器光柵地址計(jì)數(shù)器垂直地址計(jì)數(shù)器定時(shí)控制電路垂直同步信號(hào)水平同步信號(hào)字符時(shí)鐘代碼控制OSCVRAM19180+1819+5125+1視頻信號(hào)RA3 - RA0字符顯示的一般原理20第10章輸入輸出設(shè)備第20頁，共34頁。CRT圖

12、形顯示器大的VRAM存儲(chǔ)點(diǎn)陣屬性分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB高速總線50場/秒，帶寬為2.3*50MB/s=115MB/s需要連接PCI總線專用接口分辨率更高的圖形設(shè)備將采用專用接口21第10章輸入輸出設(shè)備第21頁，共34頁。液晶顯示器顯示原理利用液晶的光學(xué)特性平板后面設(shè)置光源通過液晶改變透射光的偏振性（從水平到垂直）電場控制特點(diǎn)平板顯示，不需要高壓電，移動(dòng)方便無輻射價(jià)格較高22第10章輸入輸出設(shè)備第22頁，共34頁。液晶顯示器23第10章輸入輸出設(shè)備第23頁，共34頁。等離子顯示器成像原理利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電的特性產(chǎn)生紫外線，

13、紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光在玻璃板之間隔開成象素，每個(gè)象素點(diǎn)內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制特點(diǎn)易于實(shí)現(xiàn)大畫面顯示全色顯示，色純度與CRT相當(dāng)視角達(dá)160度壽命長功耗大、成本高、對比度差。24第10章輸入輸出設(shè)備第24頁，共34頁。打印機(jī)計(jì)算機(jī)最基本的輸出形式之一，可將打印在紙上的信息長期保存。打印設(shè)備種類繁多，性能各異，結(jié)構(gòu)上的差別也較大，按印字方式分類：擊打式：通過印字的機(jī)械裝置撞擊色帶以便把字形染印在紙上，速度慢，噪聲大，打印質(zhì)量一般。點(diǎn)陣針式、字模式非擊打式：通過靜電、噴墨等非機(jī)械撞擊方式完成在紙上著色，打印速度快，噪聲低，印字質(zhì)量高 噴墨、激光、熱轉(zhuǎn)印打印設(shè)備與計(jì)算機(jī)主機(jī)的連接方式串行

14、接口、并行接口、USB接口3種常用的點(diǎn)陣式打印機(jī)的組成機(jī)構(gòu)和他們的打印過程 25第10章輸入輸出設(shè)備第25頁，共34頁。針式打印機(jī)打印原理用鋼針或鎢錸合金針撞擊色帶，將色帶的顏色印到打印紙上，完成一個(gè)點(diǎn)的輸出，完成全部點(diǎn)陣后輸出完畢基本組成打印頭、輸紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)及打印控制器打印控制器包括字符緩沖存儲(chǔ)器、字型發(fā)生器、時(shí)序控制電路和接口電路四部分輸出過程字車將打印頭橫向移動(dòng)到打印起始位置取出輸出對象點(diǎn)陣的第一列，驅(qū)動(dòng)打印針撞擊色帶字車移動(dòng)一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢回車輸紙機(jī)構(gòu)進(jìn)紙輸出下一行26第10章輸入輸出設(shè)備第26頁，共34頁。針式打印機(jī)構(gòu)造打印紙導(dǎo)軌打印針永磁鐵 鐵芯銜鐵 線圈

15、色帶色帶保護(hù)片滾筒27第10章輸入輸出設(shè)備第27頁，共34頁。螺管式電磁鐵打印針電磁鐵線圈銜鐵殼帽外殼導(dǎo)軌彈簧28第10章輸入輸出設(shè)備第28頁，共34頁。針式打印機(jī)打印字符“E”的過程29第10章輸入輸出設(shè)備第29頁，共34頁。針式打印機(jī)和CRT字符顯示器工作原理比較CRT字符顯示器使用電子束撞擊熒光粉產(chǎn)生發(fā)光點(diǎn)，針式打印機(jī)是用打印針撞擊色帶產(chǎn)生印染點(diǎn)；CRT字符顯示器以整屏信息為單位連續(xù)掃描以維持穩(wěn)定的顯示畫面，故它需要有顯示存儲(chǔ)器VRAM，而針式打印機(jī)接收到要打印的一縱列點(diǎn)陣信息并完成打印之后，這些點(diǎn)陣信息就不再有用了；光柵掃描的CRT字符顯示器，電子束在整個(gè)屏幕上按逐個(gè)橫行的掃描方式重復(fù)

16、，掃描完多個(gè)橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機(jī)則是按逐列打印方式依此打印出字符的點(diǎn)陣列，幾次后打印出一個(gè)完整的字符。 30第10章輸入輸出設(shè)備第30頁，共34頁。激光打印機(jī)打印原理激光技術(shù)和電子照相技術(shù)相結(jié)合，它由走紙機(jī)構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機(jī)控制器等幾部分組成激光掃描系統(tǒng)的功能，是控制激光束能掃描到光導(dǎo)鼓柱面的任何位置，它由激光器，偏轉(zhuǎn)調(diào)制器，掃描器和光路系統(tǒng)組成。 電子照相部分的核心部件是字形鼓，又稱光導(dǎo)鼓，這是一個(gè)圓柱型的物體，柱面高度光潔，鍍有一層由硒碲合金組成的具有良好光導(dǎo)特性（光線照射后電阻率降為原來的1/100到1/1000）的材料，用于完成對打印內(nèi)容的照相、顯影

17、和轉(zhuǎn)印。 輸出過程準(zhǔn)備階段：電暈放電裝置使光導(dǎo)鼓表面充電，對光導(dǎo)鼓表面均勻的充上一層正電荷；照相階段：激光束使光導(dǎo)鼓表面被照射的部分放電，未照射到的部分的帶電情況不變；顯影階段：光導(dǎo)鼓表面帶電部分吸附墨粉，從而形成了由墨粉顯示出來的字形 轉(zhuǎn)印階段：光導(dǎo)鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上；定影階段：通過紅外光加熱或輻射加熱的辦法，高溫將墨粉固定在打印紙上；清除階段：清掃器清除光導(dǎo)鼓表面上剩余墨粉，消電燈消除光導(dǎo)鼓上殘存電荷 31第10章輸入輸出設(shè)備第31頁，共34頁。激光打印機(jī)的組成激光部分打印機(jī)控制部分光導(dǎo)鼓顯象部分.定形部分 加熱輥預(yù)熱板輸紙用輥轉(zhuǎn)寫清掃輥帶電器印寫部分清掃部分轉(zhuǎn)寫部分接紙 部分紙激光32第10章輸入輸出設(shè)備第32頁，共34頁。噴墨