《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課件第10章

第10章

人機(jī)接口技術(shù)10.1概述10.2鍵盤與鍵盤接口10.3鼠標(biāo)及鼠標(biāo)接口10.4顯示器及顯卡10.5打印機(jī)及接口10.6網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器10.7磁盤存儲(chǔ)器10.8光存儲(chǔ)器習(xí)題10

10.1概述

人機(jī)接口技術(shù)，指的是計(jì)算機(jī)和人之間信息交互的連接與控制方式，通過人機(jī)接口技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的信息交換。

10.1.1人機(jī)交互設(shè)備分類

人機(jī)交互設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的設(shè)備之一，是人和計(jì)算機(jī)之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設(shè)備。常見的人機(jī)交互設(shè)備可分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩類。

1．輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是人向計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備，按輸入信息的形態(tài)可分為字符(包括漢字)輸入、圖形輸入、圖像輸入及語音輸入等設(shè)備。常見的輸入設(shè)備有：

(1)鍵盤。這是人向計(jì)算機(jī)輸入信息的最基本的設(shè)備，人們可以通過按鍵向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字、字母、特定字符和命令。

(2)鼠標(biāo)。鼠標(biāo)是一種光標(biāo)指點(diǎn)設(shè)備，通過移動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行操作選擇以實(shí)現(xiàn)操作控制。

(3)掃描儀。掃描儀是繼鍵盤和鼠標(biāo)之后的第三代計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，它是將各種形式的圖像信息輸入計(jì)算機(jī)的重要工具。

2．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是直接向人們提供計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)果的設(shè)備。常見的輸出設(shè)備有：

(1)顯示器。顯示器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成視覺信號(hào)的一種裝置，可以以字符、圖形、圖像等方式顯示計(jì)算機(jī)處理信息的結(jié)果，它與鍵盤一起構(gòu)成最基本的人機(jī)對(duì)話環(huán)境。

(2)打印機(jī)。打印機(jī)將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙上，便于人們閱讀和保存，是計(jì)算機(jī)最基本的輸出設(shè)備。

10.1.2人機(jī)接口的功能

人機(jī)接口是計(jì)算機(jī)同人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐?。主機(jī)和外設(shè)之間進(jìn)行信息交換為什么一定要通過接口呢？這是因?yàn)橹鳈C(jī)和外設(shè)在信息形式和工作速度上具有很大的差異，接口正是為了解決這些差異而設(shè)置的。圖10.1為常見的主機(jī)、人機(jī)接口、外設(shè)的連接示意圖。圖10.1接口與主機(jī)、外設(shè)間的連接示意圖

人機(jī)接口電路通常要完成兩個(gè)任務(wù)：一個(gè)是信息形式的轉(zhuǎn)換，把外界信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收、處理的信息，或把計(jì)算機(jī)處理后的信息轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能顯現(xiàn)的形式；另一個(gè)是計(jì)算機(jī)與人機(jī)交互設(shè)備之間的速度匹配，也就是完成信息交換速率與傳輸速率的匹配控制。

10.2鍵盤與鍵盤接口

鍵盤是輸入設(shè)備，人們通過它可以向計(jì)算機(jī)輸入信息。鍵盤按獲取鍵碼的方式，分為兩類：非編碼鍵盤與編碼鍵盤。10.2.1非編碼鍵盤非編碼鍵盤主要用軟件來識(shí)別按鍵，獲取鍵值，主要有線性鍵盤和矩陣鍵盤兩種，相對(duì)而言其硬件簡單。

1.非編碼鍵盤的基本工作原理

1)線性鍵盤

線性鍵盤是最簡單的鍵盤，如圖10.2所示，其中，每一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)I/O端口的一位，無鍵閉合時(shí)各位均處于高電平。圖10.2線性鍵盤示意圖

2)矩陣式鍵盤

通常用的鍵盤是矩陣式結(jié)構(gòu)，如圖10.3所示。有一M×N個(gè)鍵的鍵盤，若采用簡單鍵盤設(shè)計(jì)方法，則需要M×N位端口，而采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要M+N位端口。圖10.3為一個(gè)8×8鍵盤，有64個(gè)鍵。只要用兩個(gè)8位I/O端口即可。圖10.3矩陣式鍵盤示意圖

識(shí)別矩陣式鍵盤閉合鍵的方法有兩種：行掃描法與行反轉(zhuǎn)法。

行掃描法識(shí)別閉合鍵的原理是：先通過行端口輸出數(shù)據(jù)，使第0行接低電平，其余行為高電平：然后從列端口讀入列線狀態(tài)，檢查是否有列線為低電平。

在實(shí)際應(yīng)用中，為提高CPU的工作效率，一般先快速檢查鍵盤中有無鍵按下，如有鍵按下，再具體識(shí)別是哪一個(gè)鍵?？焖贆z查的方法是：先向行端口送出全“0”，使所有行同時(shí)接低電平；再檢查是否有列線也處于低電平。如果有列線為0，則表明有鍵按下，再用行掃描法來確定具體位置。矩陣式鍵盤識(shí)別流程如圖10.4所示。圖10.4矩陣式鍵盤識(shí)別流程圖Ｓ

【例10-1】根據(jù)圖10.3所示的8×8鍵盤的硬件連接，利用行掃描法把閉合鍵的鍵值放入AX。

假設(shè)行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口，8255的端口地址分別為PA、PB、PC、PCTRL。程序如下：

2.行反轉(zhuǎn)法識(shí)別閉合鍵的原理

采用行反轉(zhuǎn)法識(shí)別閉合鍵時(shí)，要求矩陣式鍵盤的行線和列線分別接在可編程輸入與輸出端口。例如，圖10.3中行線接可編程并行接口8255的A端口，列線接B端口。識(shí)別鍵時(shí)，先使行端口工作在輸出方式，列端口工作在輸入方式。然后使行端口輸出全“0”，從列端口讀入列線數(shù)據(jù)(列值)，如有列線位為“0”，則表明有鍵按下。再使行端口作為輸入端口，列端口作為輸出端口，把剛才讀入的列值從列端口輸出，從行端口讀入行值，把該數(shù)據(jù)和剛才從列端口讀入的列值合成鍵號(hào)，根據(jù)鍵號(hào)判斷是哪行哪列的鍵被按下了。

【例10-2】根據(jù)圖10.3所示的8×8鍵盤的硬件連接，利用行反轉(zhuǎn)法識(shí)別閉合鍵的鍵值。行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口。

程序中CALLDELAY指令的作用是延時(shí)以消除鍵的抖動(dòng)。由于鍵盤的結(jié)構(gòu)及操作員的操作，當(dāng)一個(gè)鍵被按下或釋放以后，鍵往往要閉合斷開幾次才能穩(wěn)定閉合或釋放，這段時(shí)間一般不大于10ms。對(duì)操作員來說極短，但對(duì)CPU來說很長，可能引起識(shí)別出錯(cuò)。因此在識(shí)別鍵時(shí)必須去抖動(dòng)?？梢杂糜布姆椒ㄈザ秳?dòng)，但軟件去抖動(dòng)也非常容易，只要延時(shí)一段時(shí)間等抖動(dòng)消失以后再讀入鍵碼，就可以消除抖動(dòng)對(duì)識(shí)別鍵的影響。

10.2.2編碼鍵盤接口

矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤使接口引線大大減少，但當(dāng)鍵盤的行或列線多于8條時(shí)，鍵盤與主機(jī)的接口以及鍵的掃描和識(shí)別的復(fù)雜性隨之增加。在這種情況下，需要對(duì)鍵盤的行線或/和列線進(jìn)行編碼后通過接口再送往微計(jì)算機(jī)。這時(shí)鍵掃描和識(shí)別的方法及相應(yīng)的硬件連接也相應(yīng)有所改變。

1.IBM-PC鍵盤及接口技術(shù)

圖10.5為IBM-PC鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖。圖10.5IBM-PC鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖

圖10.5左側(cè)為IBM-PC編碼式鍵盤，它主要由單片微機(jī)和鍵盤矩陣構(gòu)成。單片計(jì)算機(jī)控制鍵盤的掃描和識(shí)別。鍵接通和斷開時(shí)，鍵盤單片微機(jī)根據(jù)鍵的位置發(fā)出兩個(gè)不同的掃描碼，掃描碼的最高位為“0”，表明鍵閉合；為“1”，表明鍵放開。在鍵被識(shí)別之后，鍵盤以串行通信方式把鍵的掃描碼而非ASCII碼送給微機(jī)系統(tǒng)。

主機(jī)部分鍵盤接口由兩部分構(gòu)成：一部分是以74LS322為主的串-并變換邏輯，另一部分是8255并行接口芯片。

大部分鍵盤的字符碼為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼；沒有ASCII碼的鍵，如Alt和功能鍵(F1～F10)，字符碼為0；其他沒有ASCII碼的鍵則產(chǎn)生一個(gè)指定的操作，如屏幕打印等。轉(zhuǎn)換后的字符碼及掃描碼存儲(chǔ)在ROMBIOS的鍵盤緩沖區(qū)中。鍵盤緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)如下：

鍵盤緩沖區(qū)是一個(gè)隊(duì)列。當(dāng)BUPF_HEAD和BUFF_TAIL相等時(shí)，表明鍵盤緩沖區(qū)空，當(dāng)CPU要獲取鍵盤輸入時(shí)，就調(diào)用BIOS鍵盤例行程序，按接收順序從緩沖區(qū)內(nèi)取出字符碼及掃描碼。當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，如此時(shí)又按鍵盤，則BIOS就不再處理，只發(fā)出“嘀”的聲音。

鍵盤與主機(jī)通過4芯接口電纜相連。4根信號(hào)線分別為+5V、GND、KeyboardData和KeyboardClock。其中，KeyboardData為鍵盤送往主機(jī)的串行數(shù)據(jù)，KeyboardClock為發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。

2.鍵盤I/O程序設(shè)計(jì)

在IBM-PC中，BIOS和DOS中斷提供了主機(jī)與鍵盤通信的中斷功能調(diào)用。BIOS的INT16H提供了基本的鍵盤操作。DOS的INT21H也提供了鍵盤功能調(diào)用，它可以讀入單個(gè)字符，也可以讀入字符串。BIOS和DOS提供的鍵盤功能調(diào)用見表10-1和表10-2。

BIOSINT16H的02H功能能夠讀取狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)字節(jié)反映了Shift、Ctrl、Alt、NumLock、ScrollLock、CapsLock和Insert這些不具備ASCII碼的鍵的狀態(tài)。具體含義如圖10.6所示。圖10.6鍵盤狀態(tài)字節(jié)的格式

【例10-3】分別利用DOS和BIOS鍵盤中斷功能調(diào)用編程。要求：檢測功能鍵F1。如有F1鍵按下，則轉(zhuǎn)HELP執(zhí)行。

用BIOSINT16H中斷00H功能調(diào)用編程。或采用DOS的INT21H中斷07H功能調(diào)用編程。由于功能鍵沒有ASCII碼，在采用DOSINT21H鍵盤功能調(diào)用讀鍵盤輸入時(shí)，如果有功能鍵輸入，那么返回的字符碼都為00H，因此采用DOSINT21H鍵盤功能調(diào)用讀功能鍵輸入時(shí)，必須進(jìn)行兩次DOS功能調(diào)用。第一次回送00，第二次回送掃描碼。

BIOS鍵盤中斷(16H)能同時(shí)回送字符碼和掃描碼，比較適合于要使用功能鍵和變換鍵的程序設(shè)計(jì)。而對(duì)于一般簡單的鍵盤操作，用DOSINT21H提供的鍵盤中斷服務(wù)更合適。

10.3鼠標(biāo)及鼠標(biāo)接口

微型計(jì)算機(jī)上常使用兩鍵或三鍵鼠標(biāo)。按接口不同，鼠標(biāo)可分為MS串行鼠標(biāo)、PS/2鼠標(biāo)、總線鼠標(biāo)和USB鼠標(biāo)。

1．MS串行鼠標(biāo)接口

MS串行鼠標(biāo)是通過RS-232C與微型計(jì)算機(jī)相連的，一般將DB-9的9針接口連到微型計(jì)算機(jī)的COM1或COM2端口上。MS串行鼠標(biāo)不需要專門的電源線，直接使用RS-232C串行通信接口線路中的RTS作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，SGND作為信號(hào)地，TxD用來發(fā)送數(shù)據(jù)，DTR作為主機(jī)的回答信號(hào)，如圖10.7所示。圖10.7MS串行鼠標(biāo)接口示意圖

2．PS/2鼠標(biāo)接口

PS/2鼠標(biāo)接口如圖10.8所示。在連接器中，只有4個(gè)有效的引腳：GND、+5V、data、clock。其中，+5V是由主機(jī)提供給外設(shè)的電源，data和clock都是具有集電極開路性質(zhì)的雙向信號(hào)線，每個(gè)信號(hào)線在外設(shè)及主機(jī)端都有一個(gè)上拉電阻。信號(hào)線的這種性質(zhì)使得外設(shè)、主機(jī)和數(shù)據(jù)線處于高電平狀態(tài)(+5V)，但它們可以很容易地被主機(jī)或外設(shè)拉成低電平(0V)。圖10.8PS/2鼠標(biāo)接口示意圖

MS串行鼠標(biāo)器采用RS-232C邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為-3～-15V，邏輯低電平“0”為+3～+15V。PS/2鼠標(biāo)器采用TTL標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為5V，邏輯低電平“0”為0V。

10.4顯示器及顯卡

顯示器是計(jì)算機(jī)最常用的輸出設(shè)備，可用來顯示字符、圖形、圖像。顯示輸出設(shè)備由顯示器和顯卡兩部分組成。

1．液晶顯示器

液晶的物理特性是：通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。利用此特性，可制成液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)。按照物理結(jié)構(gòu)，LCD可分為雙掃描無源陣列顯示器和薄膜晶體管有源陣列顯示器。

雙掃描無源陣列(DualScanTortuosityNomograph，DSTN)是液晶的一種。雖然這種液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器其對(duì)比度和亮度較差，可視角度小，色彩欠豐富，但是它結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)顯示器是指液晶顯示器上的每個(gè)液晶像素點(diǎn)都由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)。與DSTNLCD相比，TFTLCD具有屏幕反應(yīng)速度快、對(duì)比度和亮度高、可視角度大、色彩豐富等特點(diǎn)，克服了DSTNLCD的許多固有缺點(diǎn)，是當(dāng)前的主流顯示設(shè)備。液晶顯示器的主要參數(shù)如下：

(1)可視角度。若可視角度為左右80°，則表示站在與屏幕法線成80°角的位置時(shí)，仍可清晰地看見屏幕圖像。由于每個(gè)人的視力不同，因此以對(duì)比度為準(zhǔn)。在最大可視角度時(shí)，所測量到的對(duì)比度越大越好。一般而言，LCD的可視角度都是左右對(duì)稱的，但上下就不一定了，而且常常是上下角度小于左右角度?？梢暯嵌仍酱笤胶?。

(2)亮度。TFTLCD的可接受亮度為150cd/m2以上。目前，國內(nèi)能見到的TFTLCD其亮度都在200cd/m2以上。亮度低，人會(huì)感覺暗。

(3)響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間反映了液晶顯示器各像素點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)的反應(yīng)速度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度。響應(yīng)時(shí)間越短越好。若響應(yīng)時(shí)間短，則使用者在看運(yùn)動(dòng)畫面時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)尾影拖曳的感覺。

(4)顯示色數(shù)。幾乎所有15英寸LCD都只能顯示高彩(218種顏色)，因此許多廠商使用了所謂的FRC(FrameRateControl)技術(shù)，利用仿真的方式來表現(xiàn)全彩的畫面。

2．顯卡

顯卡的全稱是顯示接口卡(VideoCard或GraphicsCard)，又稱為顯示適配器(VideoAdapter)，是計(jì)算機(jī)最基本的組成部分之一。顯卡的作用是將計(jì)算機(jī)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)，并向顯示器提供行掃描信號(hào)，控制顯示器的正確顯示。顯卡是連接顯示器和計(jì)算機(jī)主板的重要部件。

1)顯卡的結(jié)構(gòu)

顯卡由圖形處理器(GraphicProcessingUnit，GPU)、顯存、隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)和顯卡BISO四部分組成。

(1)圖形處理器(GPU)。GPU是顯卡的核心部件，使顯卡減少了對(duì)CPU的依賴。它完成部分原本CPU的工作，尤其是在進(jìn)行3D圖像處理時(shí)，具有3D圖像和特效處理功能。GPU采用的核心技術(shù)是硬件多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理(TransformandLighting，T&L)。T&L是3D渲染中的一個(gè)重要部分，其作用是計(jì)算多邊形的3D位置和處理動(dòng)態(tài)光線效果，也稱為“幾何處理”模式。

2)顯存。顯存是顯示內(nèi)存的簡稱，是顯卡的重要組成部分，其主要功能是存儲(chǔ)要處理圖形的數(shù)據(jù)信息。屏幕上所顯現(xiàn)出的每個(gè)像素都由4～32位數(shù)據(jù)來控制它的顏色和亮度。GPU對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，RAMDAC讀入數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸出到顯示器上。

(3)隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)。

(4)顯卡BIOS。顯卡BIOS主要用于存放顯示芯片與驅(qū)動(dòng)程序之間的控制程序，另外還存有顯卡的型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠家及出廠時(shí)間等信息。

2)顯卡的工作原理

數(shù)據(jù)從CPU到達(dá)顯示屏，需要經(jīng)過以下四個(gè)步驟。

(1)從數(shù)據(jù)總線傳送至微機(jī)北橋電路，再傳送至圖形處理器GPU，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(2)將處理完的數(shù)據(jù)傳送至顯卡芯片組(VideoChipset)，進(jìn)入顯存。

(3)從顯存讀取數(shù)據(jù)送至RAMDAC，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬信號(hào))。

(4)將RAMDAC轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)送至顯示器，在顯示屏上顯示。

3)顯卡的分類

顯卡有集成顯卡和獨(dú)立顯卡兩類。

(1)集成顯卡。集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路都集成在主板上，與主板融為一體。

(2)獨(dú)立顯卡。獨(dú)立顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，它需要占用主板的擴(kuò)展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。

4)顯卡接口

顯卡接口是指顯卡與主板連接所采用的接口。顯卡的接口決定著顯卡與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱挘簿褪撬查g所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。不同的接口其性能不同。

目前，各種3D游戲和軟件對(duì)顯卡的要求越來越高，主板和顯卡之間需要交換的數(shù)據(jù)量也越來越大。顯卡發(fā)展至今，主要出現(xiàn)過ISA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬逐漸增大。其中，2004年推出的PCIExpress接口已經(jīng)成為主流，它解決了顯卡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而ISA、PCI接口的顯卡已經(jīng)基本被淘汰。

10.5打印機(jī)及接口

1．打印機(jī)分類及工作模式打印機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，其功能是將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙張上，轉(zhuǎn)換為書面信息，便于人們閱讀和保存。

1)打印機(jī)的分類

打印機(jī)按照工作原理不同可分為擊打式和非擊打式兩大類，按照工作輸出方式不同可分為串行打印機(jī)、行式打印機(jī)和頁式打印機(jī)三種，按照工作方式不同可分為點(diǎn)陣打印機(jī)、針式打印機(jī)、噴墨式打印機(jī)和激光打印機(jī)。

2)打印機(jī)的工作模式

打印機(jī)通常有兩種工作模式：文本模式(字符模式)和圖形模式。

(1)文本模式。

(2)圖形模式。

2．噴墨打印機(jī)

所謂噴墨打印機(jī)，就是通過將墨滴噴射到打印介質(zhì)上來形成文字或圖像的打印機(jī)。噴墨打印機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小，可靠性好，價(jià)格便宜。

(2)工作噪聲小，較為安靜。

(3)打印速度很高，每秒可達(dá)到150～400字。

(4)分辨率高，圖像、字跡清晰，并克服了針式打印機(jī)隨色帶使用次數(shù)增多造成打印字跡越來越不清晰的現(xiàn)象。

(5)可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)彩色照片打印，彩色效果逼真。

以上這些優(yōu)點(diǎn)，使噴墨打印機(jī)成為目前家庭用戶的首選打印機(jī)種類。但它也有不足之處：

(1)它對(duì)紙張要求較高，一般要選用稍厚并有一定硬度的紙，太薄的紙?jiān)诖蛴r(shí)容易起皺，紙面不平展，特別是打印高精度照片時(shí)，最好選用高品質(zhì)的專業(yè)相片紙打印。

(2)噴墨打印機(jī)的耗材較貴，不論是紙張還是墨盒，要想保證打印品質(zhì)，都以選用正宗原廠產(chǎn)品為宜。

(3)噴墨打印機(jī)的噴嘴容易堵塞，造成打印品質(zhì)下降，故需要定期對(duì)噴嘴進(jìn)行清洗。

3．激光打印機(jī)

激光打印機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)是打印速度快，品質(zhì)好，工作噪聲小，目前廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化和各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)領(lǐng)域。

激光打印機(jī)的工作原理是：

①微型計(jì)算機(jī)把需要打印的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列形式的原始圖像，然后再把這些數(shù)據(jù)傳送給打印機(jī)；

②打印機(jī)中的微處理器將這些數(shù)據(jù)存于打印機(jī)內(nèi)存中，再經(jīng)過打印機(jī)語言將這些數(shù)據(jù)破譯成點(diǎn)陣的圖樣；

③譯碼后的點(diǎn)陣圖樣被送到激光發(fā)生器中，激光發(fā)生器根據(jù)圖樣的內(nèi)容迅速做出開與關(guān)的反應(yīng)，把激光束投射到一個(gè)經(jīng)過充電的旋轉(zhuǎn)鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方，電荷都被釋放掉，而那些激光沒有照射到的地方仍然帶有電荷，通過帶電電荷吸附的碳粉轉(zhuǎn)印在紙上，從而完成打印。

4．打印機(jī)接口

打印機(jī)接口分為LPT接口、COM接口和USB接口。

1)LPT接口

LPT接口一般用來連接打印機(jī)或掃描儀，默認(rèn)的中斷號(hào)是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭。工作模式主要有以下三種：

(1)SPP標(biāo)準(zhǔn)工作模式。SPP采用半雙工單向傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，僅為15Kb/s，但應(yīng)用較為廣泛，一般設(shè)為默認(rèn)的工作模式。

(2)EPP增強(qiáng)型工作模式。EPP采用雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率比SPP高很多，可達(dá)2Mb/s，目前已有不少外設(shè)使用此工作模式。

(3)ECP擴(kuò)充型工作模式。ECP采用雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率比EPP還要高一些，但支持的設(shè)備不是很多。

2)COM接口

COM接口用在針式打印機(jī)和激光印字機(jī)上，同時(shí)，COM接口是多功能的端口，還可以接游戲手柄、鼠標(biāo)(舊式)等其他設(shè)備。

3)USB接口

目前，打印機(jī)采用USB接口的最多，因?yàn)閁SB接口的傳輸速率比LPT和COM快很多。

10.6網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器

1．網(wǎng)卡網(wǎng)卡是網(wǎng)絡(luò)接口卡(NetworkInterfaceCard，NIC)的簡稱，也稱為網(wǎng)絡(luò)適配器，是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相互連接的設(shè)備。無論是普通計(jì)算機(jī)還是高端服務(wù)器，要想連接局域網(wǎng)，就需要安裝一塊網(wǎng)卡。如果有必要，一臺(tái)計(jì)算機(jī)也可以同時(shí)安裝兩塊或多塊網(wǎng)卡。

1)網(wǎng)卡的主要功能

網(wǎng)卡的主要功能如下：

(1)數(shù)據(jù)的封裝與解封：發(fā)送時(shí)，將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀；接收時(shí)，將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊?，然后送交上一層?/p>

(2)鏈路管理：主要由帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

(3)編碼與譯碼：采用曼徹斯特編碼及時(shí)進(jìn)行編碼與譯碼。

2)網(wǎng)卡的分類

網(wǎng)卡分類如下：

(1)按照數(shù)據(jù)傳輸速率，可以分為10Mb/s網(wǎng)卡、100Mb/s網(wǎng)卡、10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡和1000Mb/s(千兆位)網(wǎng)卡。

(2)按總線接口的類型，可以分為EISA、VESA、ISA、PCI和USB等類型。目前的主流產(chǎn)品是PCI總線接口網(wǎng)卡。

3)網(wǎng)卡的工作原理

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并行寫到網(wǎng)卡的緩存中，網(wǎng)卡對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)編碼(10Mb/s以太網(wǎng)使用曼徹斯特碼，100Mb/s以太網(wǎng)使用差分曼徹斯特碼)，串行發(fā)到傳輸介質(zhì)上。接收數(shù)據(jù)時(shí)，則相反。對(duì)于網(wǎng)卡而言，每塊網(wǎng)卡都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址，它是網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)燒入ROM中的，稱為MAC物理地址，且保證絕對(duì)不會(huì)重復(fù)。MAC有48位，前24位由IEEE分配(需要購買)，后24位由網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家自行分配。

2．調(diào)制解調(diào)器(Modem)

調(diào)制解調(diào)器(Modem)是調(diào)制器(Modulator)與解調(diào)器(Demodulator)的簡稱。所謂調(diào)制，就是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào)。所謂解調(diào)，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。二者合稱為調(diào)制解調(diào)器。

1)Modem的功能

Modem的功能是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，而計(jì)算機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。所以當(dāng)通過電話線把自己的計(jì)算機(jī)連入Internet時(shí)，就必須使用Modem。連入Internet后，當(dāng)計(jì)算機(jī)向Internet發(fā)送信息時(shí)，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，因此必須要用Modem來把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，才能傳送到Internet上，這個(gè)過程稱為調(diào)制。當(dāng)計(jì)算機(jī)從Internet獲取信息時(shí)，由于通過電話線從Internet傳來的信息都是模擬信號(hào)，因此計(jì)算機(jī)必須借助Modem將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過程稱為解調(diào)。

2)Modem的分類

一般來說，根據(jù)Modem的形態(tài)和安裝方式，Modem大致可以分為以下四類。

(1)外置式Modem。外置式Modem放置于機(jī)箱外，通過串口與主機(jī)連接。其優(yōu)點(diǎn)是方便靈巧、易于安裝，閃爍的指示燈便于監(jiān)視Modem的工作狀況。但外置式Modem需要使用額外的電源與電纜。

(2)內(nèi)置式Modem。內(nèi)置式Modem在安裝時(shí)需要拆開機(jī)箱，并且要對(duì)中斷和串口進(jìn)行設(shè)置，安裝較為煩瑣。這種Modem要占用主板上的擴(kuò)展槽，但無須額外的電源與電纜，且價(jià)格比外置式Modem要便宜一些。

(3)插卡式Modem。插卡式Modem主要用于筆記本電腦，體積小，配合移動(dòng)電話，可方便地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

(4)機(jī)架式Modem。機(jī)架式Modem相當(dāng)于把一組Modem集中于一個(gè)箱體或外殼中，并由統(tǒng)一的電源進(jìn)行供電。機(jī)架式Modem主要用于Internet/Intranet、電信局、校園網(wǎng)、金融機(jī)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房。

10.7磁盤存儲(chǔ)器

10.7.1磁盤記錄原理1.磁表面存儲(chǔ)的基本原理任何一個(gè)磁記錄過程都可以看成是一個(gè)電磁轉(zhuǎn)換的過程，這個(gè)過程是通過磁頭和與其做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的磁記錄介質(zhì)(或稱為媒體)的相互作用來實(shí)現(xiàn)的，如圖10.9所示。圖10.9磁記錄原理示意圖

根據(jù)記錄信號(hào)的不同，磁記錄可分為模擬磁記錄和數(shù)字磁記錄兩種。

(1)模擬磁記錄：被記錄的信號(hào)是連續(xù)的模擬信號(hào)，記錄介質(zhì)上留下的是連續(xù)的正弦波磁化分布。

(2)數(shù)字磁記錄：被記錄的信號(hào)是脈沖信號(hào)，記錄介質(zhì)上留下的是一連串等距或不等距的飽和磁化翻轉(zhuǎn)。這種磁記錄主要要求磁化翻轉(zhuǎn)快、讀出可靠、重寫性好等，多用于計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)字信號(hào)記錄。

2.數(shù)字磁記錄編碼方式

在進(jìn)行數(shù)字磁記錄時(shí)，信息的寫入是一個(gè)電磁轉(zhuǎn)換過程。它將二進(jìn)制數(shù)據(jù)按特定規(guī)律轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的磁化反轉(zhuǎn)，這種規(guī)律稱為記錄編碼。記錄編碼對(duì)外存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄密度、讀出可靠性和存儲(chǔ)速度有較大的影響。

主要的記錄編碼方式有：遇1就翻轉(zhuǎn)的不歸零制(NRZ1)、調(diào)頻制(FM)與改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)和三單元調(diào)制碼等。有關(guān)編碼方式的具體內(nèi)容，本書不做詳細(xì)討論。

10.7.2硬磁盤及接口技術(shù)

1.硬磁盤概述

硬磁盤是微機(jī)(PC)系統(tǒng)配置中必不可少的外存，其存儲(chǔ)容量大且存取速度高。傳統(tǒng)的軟盤驅(qū)動(dòng)器中，讀寫磁頭與盤片接觸在一起，以便讀寫數(shù)據(jù)。在硬盤驅(qū)動(dòng)器中，磁頭和盤片是非接觸式的。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使盤片高速旋轉(zhuǎn)，通常達(dá)3600～10000r/min，從而在盤片表面產(chǎn)生一層氣墊，磁頭便浮在這層氣墊上。磁頭與盤片間具有pm級(jí)的空隙。值得注意的是，硬盤在各項(xiàng)指標(biāo)上都高于軟盤，其技術(shù)發(fā)展也更加迅速。

2.硬磁盤驅(qū)動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

圖10.10為硬磁盤驅(qū)動(dòng)器(以下簡稱HDD)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由磁頭定位系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、控制及讀寫電路組成。圖10.10硬盤驅(qū)動(dòng)器組成結(jié)構(gòu)框圖

3.硬盤控制器

與軟盤控制器相同，硬盤控制器是HDD與CPU之間的接口。隨著磁記錄技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的HDD已部分包括了以前的硬盤控制器的功能。因此硬盤控制器與HDD的劃分方法很多，在此不再敘述。

無論何種分法，作為硬盤控制器，通常應(yīng)該具備以下主要功能：

(1)接收主機(jī)CPU的命令，并對(duì)命令進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，控制I-IDD完成相應(yīng)的操作。

(2)向CPU提供命令執(zhí)行結(jié)果及各種狀態(tài)信息。

(3)完成主機(jī)與HDD間的DMA數(shù)據(jù)傳輸。

1)硬盤控制器與CPU的接口

硬盤控制器中的I/O接口控制邏輯，實(shí)現(xiàn)硬盤控制器與CPU的連接及信息的傳遞，除地址線及數(shù)據(jù)線以外，接口中還用到了其他一些控制及狀態(tài)信號(hào)線，這里不一一列出。

2)硬盤控制器與HDD的接口

在早期的HDD產(chǎn)品中，硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)采用的是ST506/412，而后又采用了ESDI、IDE、SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。采用ST506/412標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已淘汰，而ESDI用得很少。目前普遍采用的是SCSI和IDE標(biāo)準(zhǔn)。

目前硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)大多采用IDE標(biāo)準(zhǔn)。IDE接口采用16位數(shù)據(jù)并行傳輸，工作速度快。以前的IDE接口標(biāo)準(zhǔn)只適用于容量在528MB以下的HDD。為克服這個(gè)限制，又提出了ATA-2、ATA-3.X及ATA-4.0等標(biāo)準(zhǔn)，即E-IDE(EnhancedIDE)標(biāo)準(zhǔn)。這些新標(biāo)準(zhǔn)不僅可以使IDE接口適應(yīng)大容量硬盤，而且進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。

10.7.3磁盤輸入/輸出程序設(shè)計(jì)

IBM-PC的磁盤操作系統(tǒng)，提供了一組磁盤存取功能，利用這組功能，我們可以方便地進(jìn)行磁盤I/O程序設(shè)計(jì)。在DOS功能調(diào)用中，中斷25H和26H提供了按磁盤扇區(qū)號(hào)來絕對(duì)尋址的方法。在BIOS的功能調(diào)用中，中斷13H也提供按扇區(qū)號(hào)和磁道號(hào)來進(jìn)行讀寫操作的功能。限于篇幅，此處不再贅述。

10.8光存儲(chǔ)器

光存儲(chǔ)技術(shù)是一種通過光學(xué)的方法讀寫數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)技術(shù)，它通過激光束產(chǎn)生的能量，改變一個(gè)存儲(chǔ)單元的某種特性，如反射光極化方向等，這種特性的變與不變對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)0、1。檢測這種存儲(chǔ)單元性質(zhì)的變化，就可以讀出光盤上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。相對(duì)于利用磁通變化和磁化電流進(jìn)行讀寫的磁盤而言，用光學(xué)方式讀寫信息的圓盤稱為光盤，以光盤為存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)器稱為光盤存儲(chǔ)器。

1.光盤存儲(chǔ)器的類型

(1)CD-ROM光盤。CD-ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)，即只讀型光盤，又稱固定型光盤。

(2)CD-R光盤。CD-R光盤采用WORM(WriteOnlyReadMany)標(biāo)準(zhǔn)，光盤(WORM)只能寫入一次數(shù)據(jù)，然后任意多次讀取數(shù)據(jù)，主要用于檔案存儲(chǔ)。

(3)CD-RW光盤。CD-RW光盤也稱可擦寫光盤(E或R/W，亦即Erasable或Rewritable