计算机各输入/输出设备工作原理详解

计算机各输入/输出设备工作原理详解

输入设备		键盘 图形输入设备： 鼠标器，图形板，光笔 图像输入设备： 扫描仪，传真机，摄 像机，数字相机 条形码阅读器

输出设备		显示器 打印机 绘图仪

◎在多用户的计算机系统中，计算机终端既是输入设备，又是输出设备；

◎在多媒体计算机系统中，录象机、VCD、DVD、语音输入、语音输出等是输入输出设备。

二.点阵式设备运行原理

1、	特点：这些设备要表示的信息，最终要以平面上的许多断续的点的不同布局表示出
	来，当一些点彼此之间靠的很近的时候，看上去就像连接在一起

如：

2、点的布局规律：
（1）要表示的对象有确定的形状，如字符、符号，一些简单的几何形状、数学曲线等。
一般将字符的点阵设计保存在存储器中，需要时再把它们复现出来；数学曲线、几何形状也可以临时计算把需要表示的点放到相应的位置上去。

（2）要表示的对象的点的布局没有确定的规律。例如一副油画，一张照片

问题处理的焦点：如何把画或照片上所表现的连续变化的内容，在计算机上用离散的点表示出来，如何表示的更真实准确，这正是图象处理领域要解决的问题


3、点的存储：
◎最简单的情况：用点的有、无的形式来表示“形状”。为每个点分配一个二进制的位（bit）就可以区别出点的有无。如用二维数组存储“0”或“1”很方便地表示平面上的图形。

◎较复杂的情况：为了更精细更准确地表示图形或图象，如大小、深浅程度、颜色、密度，为表示一个点，就不能只用一个二进制位，而要用多个二进制位，如b位，可表示出2b个亮度等级数。为表示256种颜色，要用8个二进制位，每一种颜色都有256种亮度，则表示每一个点要用24个二进制位

为了表示一幅由1024×768个点组成的图，需要使用1024×468×24位的数据量

例2、在7×9个点组成的矩阵范围内显示一个英文字母A

		0 1 2 3 4 5 6 X
1　 2　 3　 4　 5　 6　 7　 8　 Y		10H 28H 44H 82H 82H FEH 82H 82H 00H
	英文字母A的字型和它的点阵表示

三.显示器设备的组成与运行原理
1、显示器概述

◎按结构分类
●CRT显示器
●液晶显示器
◎按显示内容分类
●字符显示器：以显示字符为主，也可显示一般质量的图形、图象。
●图形显示器：以显示高质量的图形为主。
◎按屏幕大小分类：14英寸、15英寸、17英寸、21英寸

◎按分辨率分类：640×480，800×600，1024×768

◎按颜色分类：单色，彩色

2、CRT阴极射线管的组成和运行原理

CRT阴极射线管的组成

彩色显示器的颜色控制：三种基本色是 红 、 绿 、 蓝 ，显示的颜色由三种基本色按照一定比例关系搭配而成。对显示屏上的每一个像素都是由 红 、 绿 、 蓝 三个荧光粉点组成，如图所示，电子枪发出的三束电子束能准确打到各自对应的小荧光粉点上。

（1） CRT字符显示器的组成
◎扫描控制逻辑

◎显示存储器

◎字符发生器
对于PC机而言，显示存储器、字符发生器置于显示卡上对于多用户的计算机终端，扫描控制逻辑、显示存储器、字符发生器均置于终端设备本身的控制器中。

（2） 扫描控制逻辑
◎扫描方式：有光栅扫描和随机扫描两种

◎光栅扫描：有逐行扫描和隔行扫描两种
特点：技术成熟性好，价格便宜，广泛用于计算机显示器中，但扫描容余时间多，分辨率低，主要用于字符显示器。

◎随机扫描：只扫描在屏幕上有显示内容的位置，而不是整个屏幕。
特点：画图速度快，分辨率高，但扫描控制逻辑专用、复杂，生产量小、价格高，主要用于高质量的图形显示器。

◎ 余辉http://www.csai.cn电子束打在荧光屏上发出的光所持续的时间。

◎ “场”的概念：电子束扫描完整个屏幕一遍为一场，一般光栅扫描方式的显示器选用每秒50场来显示。

◎ 显示存储器VRAM：用于保存显示在屏幕上的全部字符，包括字符的ASCII码和显示属性。一个字符配有一个属性字节，包括字符的颜色、亮度、是否显示，因此共占用2个字节。

设屏幕每行显示80个字符，每屏显示25行，显示存储器的容量至少应为80×25×2=4000个字节

	显示存储器 VRAM

◎ 字符发生器：用于保存每个可显示字符字型的点阵数据的逻辑部件。通常是一个只读存储器ROM。

每个字符用7×9的点阵表示，则需占用9个字节。

4、CRT图形显示器
（1）显示方式：不是以字符为显示单位，而是以像素为显示单位的位图显示方式，又称为图形显示方式。现在，所有的显卡都能在软件的控制下，分别以字符显示器或图形显示器的方式工作。

（2）视频显示存储器VRAM： VRAM被看成一个大的位图数组，显示程序可在视频VRAM中设置任何希望的显示模式。对于彩色显示器，每个像素可以用8，16，24位描述其显示属性。

（3）多窗口的应用：位图显示方式支持多窗口应用。

（4）图形显示器的两点不足
◎图形显示器必须要有大容量的视频VRAM，每个像素需3个字节，对于分辨率为1024×768的显示器就需要2·3MB的视频VRAM，这样迫使有些计算机只使用一个8位数来表示颜色属性，最多只有256种颜色。

◎图形显示器的第二个不足是显示数据写到视频VRAM中要使用总线，如要显示1024×768的全屏幕、全颜色的一副图像就需要为每帧拷贝2.3MB的数据，即使每秒采用25帧，也要求有57.6MB／秒的传输速度，这种负载不仅ISA总线无法负担，就是PCI总线的高性能显卡也做出一些让步。

5、计算机终端：是一台把键盘输入和屏幕输出功能集中在一起的、有自己的控制器（包括显示存储器和字符发生器）的独立完整的计算机输入输出设备，通过串行接口与计算机主机连接。按照RS-232-C计算机-终端接口标准。

四、打印机设备的组成与运行原理

打印机的分类

按印字的方式分		击打式		点阵针式
活字型
非击打式：如喷墨印字机、激光印字机

1、针式打印机的组成和它的打印过程

针式打印机组成：由走纸机构、色带机构、打印头和逻辑电路组成。

◎打印针可沿着导轨前后运动，运动的动力来自电磁衔铁的正向推动和机械弹簧的反动。

◎当电磁铁的线圈有脉冲电流（需打印一个点）时将产生磁场，电磁衔铁会在这一磁场作用下向前移动，推动打印针撞击色带；线圈电流消失时，弹簧的反向推力把打印针推回原位置。

2、喷墨印字机的组成和它的印字过程

3、激光印字机的组成和它的印字过程
（1）原理性组成：由记录鼓、带电器、印字机控制器、碳粉盒、打印纸及其走纸机构、转印装置，加热部分等。

（2）激光扫描系统的功能

（3）电子照相的过程

◎准备阶段
◎照相阶段
◎显影阶段
◎转印阶段
◎定影阶段

（4）打印操作的运行过程：带电器在记录鼓记录表面充一层电荷，印字机控制器把要打印的内容（如字符）的点阵信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，当带有碳粉字型的记录鼓转动到转印装置处，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字型碳粉吸引到打印纸上，加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。

五、计算机键盘运行原理

1、组成：键盘是由机械部分和电气部分组成的，通过串性接口与主机相连，向CPU送入所按键的编码。
◎机械部分：每个按键都是用小弹簧支撑着，键按下后按键上的导电件与其下面金属件接触上（称为按键闭合）实现电信号连通，松开键后，小弹簧把按键弹起，实现电信号的断开，按键相当于一个机械开关。

◎电气部分：制作在一块印刷电路板上，板上有一个CPU芯片，主要功能是：
（1）识别按下的是哪一个按键，并产生出该按键对应的编码信息。

（2）完成按键编码从并行格式到串行格式的转换，再逐位传送给计算机主机。
识别闭合键，多采用行扫描法，找出闭合按键在按行列关系布置所处的位置，如下图所示：