第9部分外围设备.ppt

第9章 外围设备,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，接触最多的是外围设备。外围设备是计算机和外部世界联系的桥梁。随着计算机技术的飞速发展和应用的扩大，计算机系统要求外围设备的种类越来越多，并要求外围设备向低成本、小体积、大容量、低功耗和高速等方面发展。本章介绍常用外围设备的工作原理和使用。,目 录,9.1 外围设备概述 9.2 输入设备 9.3 显示设备 9.4 打印机 9.5 磁记录设备 9.6 光盘存储器 9.7 移动存储设备,9.1 外围设备概述,9.1.1 什么是外围设备 9.1.2 外围设备的分类和功能 9.1.3 外围设备与主机系统的联系 9.1.4 外围设备的发展方向,9.1.1 什么是外围设备,外围设备（peripheral device）俗称外部设备（external device），在计算机硬件系统中，外围设备是相对于计算机主机来说的，凡在计算机主机处理数据前后，把数据输入计算机主机、对数据进入加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备，而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说来，外围设备是为计算机和它的外部环境提供通信手段的设备。因此，除了计算机主机以外的设备原则上都叫外围设备。外围设备一般由媒体、设备和设备控制器组成。,外围设备的分类 一般按照对数据的处理功能进行分类。外围设备除了输入/输出设备外，还应包括外存储器设备、多媒体设备、网络通信设备和外围设备处理机等等。外围设备分类见右图。,9.1.2 外围设备的分类和功能, 输入设备 输入设备是人和计算机的最重要的接口，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。 常见输入设备有字符输入设备（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）、模拟量输入设备（如模-数（A/D）转换器、话筒）等。,外围设备的分类, 输出设备 输出设备也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，以及X-Y记录仪、数模(D/A)转换器、缩微胶卷胶片输出设备等。,外围设备的分类, 外存储器设备 外存储器用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序,因而允许速度较慢。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盘存储器和软磁盘存储器。光盘存储器作为一种新型的信息存储设备已经在微机上普及使用。目前，可移动磁盘如移动硬盘和U盘已开始在微机系统中使用，为用户提供了很大的方便。,外围设备的分类, 多媒体设备 多媒体设备的功能就是使计算机能够直接接受、存储、处理各种形式的多媒体信息。现在市场上出售的微型计算机（PC机）几乎都是多媒体计算机，都配置了若干多媒体设备。多媒体计算机必须配置的基本多媒体设备，除已列在外存储器中的CD-ROM或DVD-ROM外，还应有调制解调器MODEM、声卡和视频卡。其他多媒体设备还有数字相机、数字摄像机、MIDI乐器等。,外围设备的分类, 网络与通信设备 为了实现数据通信和资源共享，要求有专门的设备把计算机联接起来，实现这种功能的设备就是网络与通信设备。 目前的网络通信设备包括调制解调器、网卡，以及中继器、集线器、网桥、路由器、网关等。,外围设备的分类,输入输出处理机 输入输出处理机通常称作外围处理机（Peripheral Processor UnitPPU），用于分布式计算机系统中。这种外围处理机的结构接近一般的处理机，甚至就是一台小型通用计算机。主要用来完成计算机系统中输入/输出通道所要完成的I/O控制，还可进行码制变换、格式处理、数据块的检错、纠错等。但它不是独立于主机工作，是主机的一个部件。,外围设备的分类,提供人机对话 完成数据媒体的变换 存储系统软件和大型应用软件 为各类计算机应用领域提供应用手段,外围设备的功能,除要了解外围设备与计算机的连接接口外，由于外围设备与计算机在工作速度和数据表示形式上的不同外，还应了解它们传送信息的种类、传送控制方式和传送方法。在此基础上，才能确定它们的连接方式。 外围设备与中央处理器之间传送的信息种类有：设备地址信息、数据信息、设备状态信息和控制信息。这里是指某一设备上的数据交换，设备当前的操作状态，以及中央处理器对外围设备的控制操作命令等。,9.1.3 外围设备与主机系统的联系,数据传送的控制方式有同步和异步两种。同步传送是指各外围设备都在统一的节拍下进行数据传送，异步传送则根据回答信号决定传送周期。对传送时间短于一个节拍的同步传送，这是一种浪费；而后者却能充分地利用I/O通道上的工作时间。 传送的方式是：程序传送、程序中断传送、直接存储器传送和I/O处理机传送。早期的计算机以运算器控制器（简称运控）为中心，传送方式是程序传送和程序中断传送，程序传送使计算机经常处于等待状态，计算机使用的效率极低，程而序中断传送虽然解决了计算机等待的时间问题，但一些高速外围设备在与计算机交换数据时，常常会因中断次数过于频繁，致使计算机的效率仍然不高。,以存储器为中心的计算机硬件结构，实现的数据传送方式是直接存储器传送（DMA）方式。实行外围设备与内存储器直接进行数据交换，简化了中央处理机对I/O的控制。为了进一步减轻中央处理机对I/O系统的负担，将管理和控制I/O操作和数据交换的功能从中央处理机独立出来，即组成I/O处理机。 I/O处理机又可分为通道方式和外围处理机方式。通道具有处理机的特征，但它只有面向外部设备控制和数据交换的指令系统。而输入输出过程中的前处理和后处理仍由中央处理机来实现。外部处理机实际上是一台独立的作为管理和控制系统的专用计算机，它具有通道的功能，还能完成码制变换、检错纠错和格式变换等操作和运算，这样，计算机的运行效率就大为提高。,在小型机和微型机中，多采用指令传送、中断传送和直接存储器传送方式；而在大型机、中型机和高档小型机中一般采用I/O处理机传送方式。 无论采用哪一种控制方式和传送方式，都需要相应的控制逻辑电路和信息通道来实现。外围设备与计算机连接的一般模式如下图所示。,为了各种设备与计算机之间的连接和信息交换，必须要配备设备控制器。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。 中央处理机与各种设备的连接，进行信息交换有不同的传送方法规定，即有程序传送、程序中断传送、直接存储器传送和I/O处理机传送。为保证这些传送方法的实现，在中央处理机中要设置相应的指令和I/O控制逻辑电路以及传送信息的通路。通常把它们做成标准部件，称为中央处理机的标准接口，不同的传送方法要求有不同的标准接口。,设计设备控制器时，主要考虑该设备的特点和要求，但一般不考虑中央处理机标准接口的要求，而中央处理机的标准接口也不可能考虑到每一种连接设备的特殊要求。因此，某一类型设备与中央处理机某一类型标准接口连接时，还必须在其中设置一个起连接作用的控制电路，这就是借口控制器。当在中央处理机的标准接口连接各种不同类型的设备时，只要在每个设备的设备控制器上选配与此设备相适应的接口控制器，就可以使这些设备与同一种标准接口连接起来。 根据上述原理，外围设备与计算机连接时，应在设备与中央处理机之间配置设备控制器和接口控制器。在不同的计算机系统中，I/O控制有的与中央处理机结合成一体，有的与设备结合成一体，但对大、中型计算机系统，它们一般是各自独立的实体。,进入21世纪，计算机技术的飞速发展，使计算机系统朝着巨（高性能巨型机）、微（微型化的笔记本机、手掌机）、网（网络系统计算机）、智（智能化计算机）、多（多媒体化的各档计算机）的方向发展，这使得计算机的外围设备要与其相匹配。当前，外围设备发展的方向可以归纳为：大型高性能、和小型、微型的高可靠性、易维护、低价格相结合，电子化和智能化相结合，多种技术并存。,9.1.4 外围设备的发展方向,9.2 输入设备,9.2.1 键盘 9.2.2 图形输入设备 9.2.3 其它输入设备,9.2.1 键盘,键盘(Keyboard)是最常用的输入设备，它是现代计算机系统，特别是微型计算机系统中不可缺少的人机对话工具，用来输入主要由字符和数字组成的数据和程序。每个按键都对应它唯一的代码，当把某个键按下去时，键盘驱动电路发出一串代码，由键盘的控制电路接收并向CPU发出请求，CPU响应请求后就把此数据读入。所以，从本质上讲，键盘是通过按键把机械信号转换为电信号的机电转换设备。,9.2.1 键盘,键盘的结构 键盘的外形 键开关 有触点式键开关： 主要有机械簧片式、干簧管式、薄膜式、导电橡胶式等类型。 有触点式键开关的工作原理是用手按下按键后引起触点接触而接通信号，故也称为触点开关。触点开关结构简单，成本低，开关特性好，接通时电阻为零，断开时电阻为无穷大。但这种开关通断时会发生触点抖动，故会引起电信号干扰和机械磨损，从而影响使用寿命。因此在电路设计时要考虑去抖动、去噪声等引起误码的动作。,9.2.1 键盘, 无触点式键开关： 无触点式键开关在工作过程中，开关内部没有机械接触，而是利用按键动作改变某些参数或利用某种效应来实现电路的通或断。无触点式键开关主要有电容式键开关和霍尔效应式键开关两类，现在一般采用电容式键开关。 这类键开关无触点，故无机械磨损，不存在触点跳动现象，其可靠性高，寿命长，显著的优点是手感好。,键盘电路大多数都采用Intel8048或8049单片机控制的控制电路，该控制电路具有键扫描、消颤、生成键扫描码、检查被卡住的键等功能。键盘上的按键排列成矩阵形式，用硬件和软件的方法分别对行、列进行扫描，以获取按键的位置，并生成键扫描码。单片机将键扫描码以串行方式传送给主机，主机接收到键扫描码后，首先通过接口电路将串行数据转换为并行数据，再由并行接口送给CPU。最后由软件将扫描码转换为该键的ASCII码。,键盘的工作原理, 键开关阵列 键开关阵列是由单片机的输入/输出线及按键排列成行、列结构，按键设置在行、列线的交点上。这种结构的键盘也称矩阵式键盘。在按键数量较多时，矩阵式键盘可以节省单片机的I/O接口线。16×8的行列结构可以构成128个键的键盘。而实际上，大多数微机键盘的键数，在早期少于100个，目前100稍多。因此128个键位没有用完，在某些键位上并没有安装键开关。,键盘的工作原理,键盘工作时主要完成3项任务：一是键开关状态的可靠输入，二是判断有无键按下和哪个键按下，三是把按下的键的键值送给计算机。 键盘中哪一个键按下是由列线逐列置低电平后，检查行输入状态决定的。其方法是，依次给列线送低电平，然后检查所有行线状态 ，如果全为1，则所按下的键不在此列；如果不全为1，则所按下的键肯定在此列，而且是在与处于0电平状态的行线相交点上的那个键。, 键盘接口 微型计算机的键盘接口安装在系统主板上，主要芯片是键盘接口控制器8042。它通过一个5芯插头与键盘相连。右图所示为键盘接口的硬件连接示意图。, 键盘编码器 键盘由一组排列成矩阵方式的按键开关组成，按键开关的动作可转化为主机可识别的代码。这一过程由键盘编码器完成。 键盘编码器具有识别有无键按下和哪个键被按下的能力，键盘中的某一键按下后，能够向主机提供与该键相对应的编码信息。 键盘编码器分为静态编码器和动态编码器两类。两类编码器的主要区别在于，静态编码器的开关驱动源是直流电，而动态编码器中的开关驱动源是非直流电。静态编码器键盘可直接向主机提供所按键的编码；,而动态编码器键盘不直接提供所按键的编码信息，只能在主机的控制下对键盘进行扫描，键盘的闭合状态由主机取回，用较为简单的硬件和一套专用程序来识别所按键的位置，并提供与所按键相对应的中间代码，然后再把中间代码转换成对应的编码。这样，动态编码器键盘就为系统软件在定义键盘的某些操作上提供了更大的灵活性。目前普遍采用的是动态编码器键盘。, 抖动的消除 由于按键操作是人工进行的，因此，按键开关在按下与释放时的开闭过程中不可避免地会出现机械震动而产生瞬态抖动，其时间长短约为510ms。在抖动时检测键盘状态是不可靠的，因此要进行去抖动处理。去抖动处理可用硬件或软件的方法实现。硬件去抖动电路通常由一个R-S触发器或单稳态电路构成。,软件去抖是当前广泛采用的方法，其原理是在程序中加入延时子程序，延时子程序可在系统中调用，也可由用户自己编写。当键按下，主机检测到后，立即转入延时子程序。子程序的延时时间由键的抖动时间长短决定（一般为10ms左右）。,智能键盘是随着微处理器特别是单片机的发展而出现的一种多功能键盘，键盘扫描由微处理器控制，全部键盘控制程序放在键盘盒内的ROM中。它可以完成多种功能，例如在系统加电后自动检测，可以检查出是否有按键被卡住，ROM是否有效。一旦发生故障，便由扬声器报警，并在屏幕上显示错误的代码。在正常工作时，微处理器完成键盘的扫描、消抖、生成扫描码等任务，并对扫描码进行并/串转换，将串行的时钟脉冲和数据送往主机。由于在主机内部的RAM开辟有缓冲区，因而具有键盘缓冲的能力，实现多键滚按。,智能键盘,光笔 光笔的外形如铅笔，用来检测光信号。光笔由透镜组、光导纤维、触钮开关等组成，其结构如下图所示。光笔可定位和跟踪，与键盘配合使用，可以画出图形，进行编辑和修改，是计算机辅助设计的有力工具。,9.2.2 图形输入设备,光笔的基本功能由拾取和跟踪两种。拾取是指在显示屏上有图形的条件下，用光笔选取一个图形元素为参考点，对图形实施处理的过程。跟踪是指在显示屏上出现一个光标时，用光笔移动光标、实施定位的过程。光笔的工作过程是，把光笔放在显示器屏幕的一个位置上，当控制电路扫描到光笔所在的位置时，就把该位置的输入信息转换为电信号送给计算机。在计算机辅助设计中，常用光笔画图形或修改图形。,画笔呈笔状但不是光笔，它用于图形板。当画笔接触到图形板的某一位置时，图形板就把画笔的位置坐标自动地变为数字信号送给主机。图形板是一种二维的A/D变换器，图形板和画笔并用的方法称为数字化仪。画笔位置的测量方法有电阻式、电容式和电磁感应式等。在利用画笔和图形板进行图形处理的系统中，实际上常常要求把图形板上的画笔位置在显示屏上由光标显示出来。 为了提高读图精度，常用流动标代替画笔与图形板配合使用。流动标是一种手持的方形坐标读入器，在流动标上有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记，十字标记的中心即是流动标的中心，将十字中心对准图形的坐标点，就能精确地读取坐标。,图形板与画笔（游动标）,鼠标器： 是一种手持式的坐标定位部件。由于它拖着一根长线与接口相连，样子像老鼠，故此得名。鼠标器的种类有两种。一种是机械式的，在底座上装有一个球，在光滑的表面上摩擦，使球滚动，球的四个方向与电位器接触，就可以测量出上下左右四个方向的相对位移量。另一种是光电式的鼠标器，需要与一块画满小方格的长方形金属板配合使用。鼠标器在板上移动，安装在鼠标器底部的光电转换装置可以定位坐标点。光电式鼠标器比机械式鼠标器工作的可靠性高，但需要附带一块金属板。,鼠标器、跟踪球和操纵杆,跟踪球：是用手指或掌心推动的金属球体。 操纵杆： 是能前后左右移动的金属杆。 它们读取坐标的方式与鼠标器类似，都是得到相对位移量。用相对坐标定位，必须和显示器的光标配合使用。计算机首先给出光标的初始坐标，然后用读取的相对位移量，就可以确定目的地的坐标参数。鼠标器、跟踪球和操纵杆操纵容易、制作简单、价格低，但定位精度比较差。,鼠标器、跟踪球和操纵杆,光学文字识别设备 光学文字识别系统是利用光学阅读装置，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。 语音输入设备 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。 磁卡输入设备 磁卡读/写机,9.2.3 其它输入设备,9.3 显示设备,9.3.1 显示设备分类及显示技术的有关术语 9.3.2 字符显示器 9.3.3 图形显示器 9.3.4 图像显示器,9.3.1 显示设备分类及显示技术的有关术语,显示设备分类 以可见光的形式传递信息的设备称为显示设备。 按显示设备所用的显示器件分类： 阴极射线管（CRT）显示器 液晶显示器（LCD） 等离子显示器 按信息的显示内容分类 字符显示器 图形显示器 图像显示器 按显示设备的功能分类 普通显示器 显示终端两大类。,以扫描方式分 光栅扫描显示器 随机扫描显示器 以分辨率不同分 高分辨率显示器 中低分辨率显示器 以显示颜色分 彩色显示器 黑白显示器 以CRT荧光屏的对角线长度分，有12英寸显示器、15英寸显示器、17英寸显示器和21英寸显示器等。,CRT显示设备, 图形和图像 图形和图像是现代显示技术中常用的术语，它们是既有联系又有区别的两个概念。 图形最初是指没有亮暗层次变化的线条图，如建筑、机械所用的工程设计图、电路图等。 图像则最初是指具有亮暗层次的图，数字图像处理所处理的对象多半来自客观世界，即由摄像机摄取下来存入计算机的数字图像。由于摄取的位置随机，图像可能发生畸变，人所感兴趣的信息得不到完整得反映。图像处理的任务是去除噪音，恢复原形，使图像清晰，从中抽取有用的信息，并以点阵的形式显示输出。,显示技术中的有关术语, 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。例如12英寸彩色CRT的分辨率为640×480个像素，每个像素的间距为0.31mm，水平方向的640个像素所占显示长度为198.4mm，垂直方向按43的长度比例分配。按这个分辨率表示的图像具有较好的水平线性和垂直线性，否则看起来会失真变形。,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，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。图像显示器的灰度级一般为64级或256级。, 刷新和刷新存储器 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，一般只能维持几十个ms。在这么短的时间内，肉眼是感觉不到的。为了使肉眼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。根据肉眼的视角残留现象，当刷新频率大于30次/秒时，肉眼就不会感到荧光屏闪烁。显示设备通常采用每秒刷新50帧的电视机标准。,为了不断提供刷新图像的信号，在显示系统中必须有一个存储器来存放这些信息，这个存储器叫做视频存储器，又称刷新存储器。刷新存储器的容量由图像分辨率和灰度级决定。例如，一个分辨率为1024×768，灰度级为256（28=256, 用8位二进制数表示一个像素的灰度），的显示设备，刷新存储器的存储容量为1024×768=768KB。显然，分辨率越高，灰度级越多，要求刷新存储器的容量越大。另外，刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的要求。存储容量和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。, 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，价格较贵。 光栅扫描采用电视系统的扫描方式。光栅扫描分为逐行扫描和隔行扫描两种。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。,字符显示器是最基本的人机交互设备，在不同的计算机系统中，字符显示器的组成方式有所不同。在大中型计算机系统中，由于主机CPU需处理的任务较多，因此字符显示设备由独立的微处理器控制，将键盘和CRT合成一个整体，并通过标准的串行接口与主机相连。在微型计算机系统中，键盘和CRT显示器是两个独立的设备，显示系统由主机箱中显示控制部件和显示器两部分组成。,9.3.2 字符显示器,下图是CRT字符显示器的原理框图。由该图可以看出，字符显示系统由CRT和控制机构两部分组成，其中控制机构由接口、刷新存储器、字符发生器和控制逻辑电路四部分组成。,CRT字符显示器的原理框图,接口：其功能是接收来自主机的显示信息，并在控制逻辑电路的控制下将信息存放到刷新存储器中。对于刷新速度要求不高的显示设备，显示接口一般采用串行接口。 刷新存储器：刷新存储器存放显示信息。刷新显示时，由控制逻辑电路从刷新存储器中取出信息，送往字符发生器转换成相应的显示点阵码，经过并/串转换送CRT扫描显示。 字符发生器：字符发生器的功能是实现编码到字型的转换，它由字库和字符产生电路组成，并由显示控制逻辑协调动作。字库存储各个字符的光点信息，并以字符的编码为地址，读出这些信号，送到CRT上显示。,控制逻辑电路 控制逻辑电路由时钟、一组计数器和一些逻辑电路组成。其实现的功能包括显示控制、同步控制、消隐和光标控制等。 显示控制 光标扫描显示的基本过程是以行扫描线为单位，在屏幕范围内逐行扫描、逐行显示。 为实现逐行扫描、逐行显示过程，除时钟外，一般设置四级计数器（点计数器、字计数器、行计数器和排计数器）。,显示控制原理图, 同步与消隐电路 同步分为水平同步和垂直同步。水平同步信号由字计数器的计数值经译码产生，当字计数器计到80时，控制水平驱动电路产生水平扫描电压，使字计数器的计数和CRT的场扫描电压同步。垂直同步信号由排计数器的计数值经译码产生，当显示完最后一排的最后一个字符以后，由水平同步信号触发产生垂直同步信号，控制垂直驱动电路，使排计数器的计数和CRT的场扫描电压同步。 消隐信号包含行消隐和场消隐，它们控制回扫过程不显示。前者是当字计数器计到81时译码产生，并当计数器计到96时消失；后者是当排计数器的值为2531期间经译码产生。,为了确定光标在屏幕上的位置，必须设置光标排计数器和光标字计数器。光标排计数器保存光标当前所在的排数。由于光标的流动性，该计数器必须具有加、减、清“0”和预置初值的功能。光标排计数器的位数由每帧显示的字符排数确定，如每帧可显示24排，则需5位。光标字计数器确定光标的列位置。该计数器也必须具有加、减、清“0”和预置初值的功能。如果每排显示80个字符，则该计数器需有7位。 光标的功能包括归原点、左移、右移、上移、下移回车等。这些功能可以通过硬件控制电路使光标字、排计数器加1，减1、清“0”来实现。光标字计数器和排计数器清“0”实现归原点；字计数器不变，排计数器加1实现下移；排计数器不变，字计数器加1实现光标右移，等等。, 光标控制,在CAD系统中，通常需要用图形显示器来表示各种平面或立体图形，即用点、线（直线和曲线）、面（平面和曲面）来表示客观世界的各种事物。根据产生图形的方法，图形显示器分为光栅扫描图形显示器和随机扫描图形显示器两种。 光栅扫描图形显示器 采用光栅扫描，每条光栅扫描线被分成许多点，每一个点成为一个像素。光栅扫描图形显示器的原理是：把对应于屏幕上的每一个像素的信息都用显示存储器存储起来，然后按地址顺序逐个地刷新到屏幕上。光栅扫描显示器的组成结构如下页图所示。,9.3.3 图形显示器,光栅扫描显示器的组成结构,通用处理器除了控制与主机通信和键盘处理外，还要进行图形数据的处理。 程序段缓存存放由主机送来的显示文件及交互式的图形操作命令。 刷新存储器一般用双口存储器构成，通用处理器和显示处理器都可以对它进行访问。刷新存储器的每个地址与CRT屏幕上的一个像素相对应。,随机扫描显示的工作过程与人用笔在纸上画图的工作过程类似。任何图形的线条都被认为是由许多微小的首尾相连的线段来逼近的，这种微小的线段称为矢量，因此，这种方法又叫矢量法。下图是随机扫描图形的原理框图。,随机扫描图形显示器,字符发生器可以产生若干种标准字符，并提供一些基本笔画，可供用户随意构成特殊字符、图形或简单的汉字。 矢量发生器具有画矢量及定位的功能，并可由软件控制来绘制任意曲线。 显示处理器接受主机发来的显示命令及参数，并根据这些命令进行画点、画矢量、显示字符等操作。,图像显示器采用光栅扫描方式，其分辨率一般为256×256或512×512，与图形显示兼容的图像显示器的分别率可高达1024×1024以上，灰度级一般在64256之间。 图像显示器分两种类型：一类是简单的图像显示器，另一类是图像处理终端或图像处理子系统。,9.3.4 图像显示器,简单的图像显示器的原理框图如下。,图像数据的处理操作由主机来完成，显示器不作数据处理，仅起显示的作用。图中方框内各部件组成一个整体，称为视频数字化仪或图像输入板，它由I/O接口、刷新存储器以及A/D和D/A等模块组成，其功能是实现连续的视频信号与离散的数字量之间的转换。A/D转换器接收摄像机的模拟视频输入信号，并将其转换成数字信号存放到刷新存储器中。存放在刷新存储器的图形数字信号经D/A转换后还原成模拟视频信号，由监视器输出显示。I/O接口完成与主机数据通信的功能，它一方面可以将存放在刷新存储器中的数字信号送至主机处理，另一方面将主机送来的处理结果存放到刷新存储器中。,图像处理子系统的硬件结构比较复杂，它本身就是一个具有并行处理功能的专用计算机系统。它不仅能完成显示操作，同时由于子系统内部有容量很大的存储器和高速流水线处理机，因此可以快速执行许多图像处理算法，减轻主机系统的负担。这样的图像处理子系统可以单独使用，也可以连接到通用计算机系统。,9.4 打印机,9.4.1 打印机的分类 9.4.2 点阵针式打印机 9.4.3 激光打印机 9.4.4 喷墨打印机,9.4.1 打印机的分类,打印机又称为硬拷贝设备。可有如下分类方法： 按印字原理分类，打印机可分为击打式和非击打式两大类。 从工作方式来分，有串行打印机和行式打印机两种。 从打印纸的宽度来分，可分为宽行打印机和窄行打印机两种。 从打印颜色来分，可分为单色打印机和彩色打印机两种。,点阵针式打印机可用普通纸打印。若需同时打印数份，则应采用压感纸打印。点阵针式打印机可以打印输出ASCII码字符、汉字和图形等信息。 点阵针式打印机的机械结构和印字原理 点阵式打印机的机械结构由打印头、横移机构、输纸机构和色带机构组成。打印头由若干根钢针和相应数目的电磁铁组成。横移机构的主要部件是步进电机，其作用是驱动打印头沿导轨横向移动。输纸机构的主要部件同样是由步进电机，通过摩擦转动或链轮转动的方式，控制打印纸的换行与换页动作。色带机构由色带盒和步进电机组成，由步进电机控制色带匀速移动。,9.4.2 点阵针式打印机,与显示输出信息类似，点阵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5×7、7×7和9×9几种。如打印ASCII码字符“A”，对应的点阵码如右图所示。汉字的点阵格式有16×16、24×24、32×32和40×40几种。,打印控制系统是一个专用的微处理器系统，其原理图如下。,打印控制系统,微处理器执行通过存放在ROM的控制程序来实现与主机的数据通信和打印机的各种动作。RAM为字符存储器，存放主机送来的打印信息，其容量可满足一行打印数据的存放。ROM字库用来存放各个ASCII码的点阵编码，对于汉字打印机，它存放汉字的点阵码。每个信息编码都由若干个字节组成。ASCII码可打印字符为96个，因此，ROM字库的容量至少为：96×5=480个字节；对于汉字打印机，若每个汉字的点阵码为24×24，需占用72个字节，一级汉字共有3755个，则ROM字库的容量至少为：3755×72=270360（264K）个字节。接口1用来实现打印机和主机的数据通信，并接收控制面板的按钮信息。接口2输出字车和输纸控制命令，并将打印机的状态输出至面板显示。, ASCII码字符打印过程 在微处理器的控制下，打印机接收主机发来的7位ASCII编码，并将它存放到RAM中。根据该ASCII码，就可以从ROM字库中找出对应的点阵码，将此点阵码按列的先后次序一列一列地送至针数据形成电路，经功率放大，驱动打印头动作，就可以印出对应的字符。 打完一个字符的全部点阵列后，字车移动若干列（字符之间的距离），再继续打印下一个字符。一行字符打印结束后，请求打印机发送下一行字符编码，同时输纸机构纵向移动一行距离。若为单向打印，打印下一行时字车移到最左边。若为双向打印，则下一行从右往左打印，根据该行字符的长短，将打印头调整到该行的最右边，读取点阵码的次序与从右向左打印相反。, 汉字打印过程 对于汉字打印机打印汉字的过程与前述的字符打印类似，打印机首先接收主机送来的汉字内码，并将内码存放到RAM中。微处理器根据RAM中的汉字内码，从汉字库中找出对应的点阵码，最后驱动钢针打印。 与主机的连接及打印控制程序 主机和打印机的连接可以采用串行接口，也可以采用并行接口。目前通常采用国际通用标准Centronics打印机并行接口标准。,打印控制程序由主程序和若干子程序组成。 主程序的功能主要有以下三个方面： 加电后的初始化处理，包括接口电路工作模式设置、RAM缓冲区清零和字车电机和输纸电机的定位。 联机时接收数据和控制打印。 脱机时面板命令处理和状态指示。 子程序主要有以下四个： 数据输入子程序。其功能是接收并保存数据。 字车控制子程序。其功能有控制输出步进脉冲，控制字车移动方向，字车到位检测等。 输纸控制子程序。其功能是输纸步进电机的换相控制及缺纸检测。 奇偶打印子程序。其功能是奇偶针数据处理。,激光打印机是发展较快的一种非击打式打印机。它是激光技术和电子照相技术相结合的产物。激光打印机的印字速度快，印字质量高，是汉字、图形理想的输出工具。 组成原理 激光打印机主要由激光扫描控制系统和电子照相转印系统两大部分组成，原理图如图9-19所示。 计算机送来的数据，经接口到字形发生器，然后送出字型信息脉冲到高频驱动器，与同步器产生的同步信号一起，对激光束进行必要的控制，最后经电子照相机构印出字符。,9.4.3 激光打印机,激光打印机组成原理框图,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，它具有相干性高、方向性好、单色性强、能量集中等优点，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。,激光扫描控制系统,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。接着是显影。显影器中的显影物是着色剂和载体的混合物。着色剂带正电荷，载体带负电荷，着色剂裹于载体周围。由于静电感应的作用，着色剂便被吸附于感光鼓表面的放电部分上，于是，静电潜像处着色而显影。最后要对鼓面上残留剂加以清除，以便再转印用。,电子照相转印系统,激光打印机印刷的字符、汉字和图形都是由点阵组成的。字符点阵通常有7×9、9×9、11×16、18×24等。字符的形成方法有单线扫描、多线顺序扫描、多线同时偏转扫描和多线同时偏转多次扫描等四种。单线扫描同CRT光栅扫描类似，即一次扫描一排字符的一行。多线顺序偏转扫描是由多个不同频率的高频电振荡波去驱动声光调制器，产生多条激光扫描线。多线同时偏转扫描改进了声光扫描器，使它能将一束入射光同时分解出几束衍射光，以提高打印速度。多线同时偏转多次扫描增加点阵数量的方法提高印字质量。,字符形成方法,喷墨打印机是靠喷出的微小墨点在纸上组成图形或字符，其主要技术环节是墨点的形成及其充电和偏转。,9.4.4 喷墨打印机,电荷式喷墨打印机的组成如右图所示。它主要由喷墨头、字符发生器，充电电极、偏转电极、回收系统以及相应的控制电路组成。,喷墨打印机的组成和基本原理,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，所冲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。,从射流中断裂出来的墨点，有的被充电并偏转形成字符的一部分，有的则因未充电而直接进入回收器流入墨水槽中。墨点所充电电荷的多少由加在充电电极板上电脉冲的电平来决定。此电平与墨点应射到纸上的位置成正比。墨滴所充电电荷必须在一定范围内变化，以便使墨滴在字符的高度范围内垂直偏转。为了给墨滴充电至所需的值，必须在充电极上施加一定幅度和宽度的脉冲电压，此电压应在墨滴形成之前就开始作用，直至墨滴形成并充电到所需值为止。充电脉冲与墨滴形成必须同步。,墨点的充电原理及充电量控制,9.5 磁记录设备,9.5.1 磁记录设备概述 9.5.2 硬磁盘存储器 9.5.3 软磁盘存储器 9.5.4 磁带存储器,9.5.1 磁记录设备概述,磁记录设备是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的。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去，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