清華計算機組成原理09輸入輸出設備課件

第九章輸入輸出設備2/6/20231計算機組成原理9.1I/O設備概述主機（主板及內存）以外的設備，也稱外部設備。輔助存儲器也屬于外設。外設向多樣化、智能化、功能復合化、高可靠性的方向發(fā)展，人類將最終通過‘能聽會說’，“能讀會寫”的外部設備，使智能計算機成為現(xiàn)實。輸入設備主要完成輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、各種圖形、圖像、聲音等信息。輸出設備輸出計算機的處理結果或操作提示?？梢允菙?shù)據(jù)、文字、表格、圖形、圖像或語言。隨著電子器件集成度的提高和價格的下降，主機價格不斷下降，使得輸入輸出設備的成本相對提高，約占整個計算機的70%以上。2/6/20232計算機組成原理計算機i/o系統(tǒng)結構演示2/6/20233計算機組成原理9.2常用的輸入設備鼠標器、跟蹤球和操作桿輸入鍵盤觸摸屏圖像輸入設備（攝像機和數(shù)字照相機）掃描儀條形碼及其技術光學字符識別技術和語音文字輸入系統(tǒng)光筆、圖形板和畫筆（或游動標）輸入2/6/20235計算機組成原理9.2.1鍵盤按結構原理劃分：按鍵分有觸點和無觸點類型觸點式利用機械觸點的分離與閉合判斷電路的通斷，由于磨損、氧化等易產生接觸不良等故障無觸點式，通過按鍵上下運動使電容的電量發(fā)生變化，達到檢測開關的通斷，不存在磨損和接觸不良等問題，且密封組裝有防塵特性按與主機通信信息劃分:編碼鍵盤和非編碼鍵盤編碼鍵盤就是當某個鍵被按下后，能夠提供一個與之相對應的的編碼信息，功能全部由硬件完成。非編碼鍵盤是用較為簡單的硬件和專用的程序來識別被按鍵的位置，提供一個與位置相對應的中間代碼（掃描碼），然后又專用軟件將其轉換成規(guī)定的編碼。即功能由軟件完成。2/6/20236計算機組成原理微機鍵盤組成原理計算機鍵盤常采用電容式無觸點鍵盤，由83~110個鍵組成，排列成16行*8列的長方矩陣，內部由單片機控制。PC機鍵盤用單片機8048負責鍵盤控制鍵盤自檢、鍵盤掃描、鍵盤與主機通信鍵盤緩沖區(qū)配合工作采用PS/2接口方式，引腳定義為+5V、信號線、時鐘線、地線等6針小圓口結構。2/6/20237計算機組成原理2、按鍵抖動掃描+5V+5VQK硬件軟件啟動掃描程序鍵盤全行掃描有閉合鍵？延時并重掃描有閉合鍵？鍵盤逐行掃描輸出按鍵掃描代碼掃描結束NNYY2/6/20239計算機組成原理

3、IBM-PC機的鍵盤操作過程1）初始化：由復位信號禁止鍵盤工作，并清除移位寄存器和中段請求觸發(fā)器，準備接收8048送來的掃描碼。2）鍵盤掃描：由8048執(zhí)行行列掃描程序，得到掃描碼后以串行方式送接口中的移位寄存器。8048中有一個20字節(jié)的緩沖區(qū)，能存20個掃描碼，快速按鍵時，若干個按鍵的掃描碼可置入緩沖區(qū)暫存，按先進先出的原則從緩沖區(qū)取出掃描碼送往接口。3）傳送掃描碼：掃描碼由一位標志位和8位數(shù)碼位組成。8位數(shù)碼在移位寄存器中組成8位并行掃描碼，一位標志位置1中斷請求觸發(fā)器，向CPU發(fā)出中斷請求IRQ12/6/202310計算機組成原理

4）中斷處理過程：CPU相應鍵盤中斷后，執(zhí)行由BIOS提供的鍵盤中斷處理程序，首先從接口并行接收掃描碼，并將鍵盤復位，解除對8048的封鎖，鍵盤可向接口傳送下一個掃描碼。在中斷處理程序中經查表將掃描碼轉換成相應的ASCII碼，并在屏幕上顯示出來后返回主程序。其中，ASCII碼(AmericanStandardCodeForInformationInterchange,美國國家信息交換標準字符碼)，每字符用一個字節(jié)表示,共有128個字符(最高位為0)。其中95個字符供顯示、打印使用，余下33個為控制字符。如表9.2所示:(見第296頁)擴展ASCII碼可表示256個編碼(EBCDIC碼),目前微機上就采用。2/6/202311計算機組成原理9.2.3掃描儀掃描儀是把圖形圖像和字符變?yōu)槎M制圖像數(shù)據(jù)的計算機輸入設備。分類臺式、手持黑白和彩色指標分辨率、掃描幅面、掃描速度原理與接口配有專用軟件的掃描儀可以把圖形、圖像和文字、字符變?yōu)槎M制圖像數(shù)據(jù)存入計算機存儲器，另一方面通過顯示器將輸入的圖形、圖像顯示出來。其接口有并行口和SCSI接口兩種形式。2/6/202313計算機組成原理

9.2.4數(shù)字相機

當想把一幅美麗的風景變成計算機能夠處理的圖像，傳統(tǒng)的處理過程是：通過使用膠片相機把風景拍攝下來，沖成照片，再通過掃描儀把照片掃描成計算機能夠處理的圖像?，F(xiàn)在，有了數(shù)字相機，這一系列工序變得簡單多了，當數(shù)字相機把某個風景拍攝下來時，它已經是計算機能夠處理的圖像了。數(shù)字相機與掃描儀類似,采用數(shù)千個微小的光傳感器將反射光轉換為電脈沖。不過,數(shù)字相機面臨的困難要大一些，因為要在很短的時間里獲取全部信息,而掃描儀可以花幾十秒甚至幾分鐘的時間掃完一頁。2/6/202314計算機組成原理

數(shù)字拍攝時，數(shù)字相機的鏡頭和普通膠片相機一樣打開，但在相機后面接受反射光的不是基于鹵化銀的膠卷，而是一個布滿成千上萬個光敏晶體管的微型芯片,這些晶體管就是著名的電荷耦合設備CCD，將光轉換成電脈沖，光線越強,電荷量越大。CCD可以把亮度分級，但并不認識顏色。和所有的數(shù)字設備一樣，這些產品通過把三個基本色混合到一個像素來產生自然的彩色。為了做到這一點．數(shù)字相機必須分三次來完成一幅彩色相片。數(shù)字相機用三個彩色濾色鏡來為CCD提供合適的光線:紅色、綠色、藍色。對每一種顏色,數(shù)字相機存儲8位顏色信息（即256種顏色），這樣每個像素經過三次拍攝,最后可以達到24位的顏色信息（即1670萬種顏色），這個數(shù)值遠遠超過了人眼能夠分辨的顏色數(shù)量。2/6/202315計算機組成原理

數(shù)字相機多數(shù)使用集成的硅存儲器?，F(xiàn)在Intel、Kodak和其它一些廠商推出基于PC卡的存儲器規(guī)范作為數(shù)字相機的標準,主要的特點是模塊化。當數(shù)字相機的存儲器用完時只要插入另一塊PC卡,就像以前裝一個新的膠卷一樣。而如果采用的是集成存儲器保存相片，當存儲器用完時,必須連上計算機,把相片傳給計算機后,才能拍攝新的照片。數(shù)字相機的照片是以0、1來保存的數(shù)字圖像信息,所以如果數(shù)字相片不送入計算機那就沒有多少價值了。有幾種方法可以把圖像從數(shù)字相機傳送到計算機中：使用串行電纜,USB電纜、閃存卡。2/6/202317計算機組成原理

現(xiàn)在，大部分數(shù)字相機使用標準的串行電纜,串口連接意味著任何臺式計算機或筆記本計算機均能與數(shù)字相機通信（當然需要有相應的軟件）。但是，串行連接也意味著速度慢,可能會發(fā)生沖突，電纜也比較粗大笨拙。更新的數(shù)字相機具有USB總線功能。USB提供了更快的傳輸速度,可以達到12MB／S，而串口通信最多只能達到每秒幾百KB,所以傳送照片時USB的數(shù)字相機比基于串行方式連接的數(shù)字相機快得多。同時，采用USB方式的相機與計算機相連時，不需要撥下調制解調器或其它串行設備,因為它采用另外的端口。另一個正在發(fā)展的選項是使用前面提到過的標準的PC卡模塊,這是一種閃存卡，可以存儲高達幾十MB的數(shù)據(jù)，而且存儲滿后可以換卡，當暫時沒有計算機用來傳送數(shù)據(jù)時，這種進項就極為重要了，這種卡對一個常在郊外或山地進行攝影工作的攝影工作者來說是非常有意義的。2/6/202318計算機組成原理

9.2.5數(shù)字攝像機數(shù)字攝像機的工作和普通攝像機非常相似,但有更多的功能和更快的速度。它和數(shù)字相機類似，采用電荷耦合器件CCD獲取光線井將其轉換成模擬電脈沖,然后再轉換成0、1的數(shù)字信息。彩色攝像機通常用三個CCD芯片來建立真彩色合成。數(shù)字攝像機必須在1S內拍攝30幅圖像，把光轉換成電，再轉換成二進制的數(shù)字信息，這樣各個圖像就可以連在一起成為相應的視頻。攝像機還必須獲取模擬的聲音,對波形進行采樣獲取相應的數(shù)字信息。2/6/202319計算機組成原理

9.2.6語音與文字輸入系統(tǒng)

目前計算機輸入字符與數(shù)據(jù)，主要用鍵盤敲入，人們正在研究如何讓機器能夠聽懂話，識別字的功能。為了達此目的，一系列相應學科正在形成與發(fā)展。其中包括模式識別、人工智能、信號處理和圖像處理，并在此基礎上產生了語音識別、文字識別、自然語言理解與機器視覺等學科。語音與文字輸入的實質是要讓計算機從語音的聲波和文字的形狀中領會到含義，并將它轉換成計算機可以處理的代碼。其核心環(huán)節(jié)是對聲波和文字圖形的識別，從學科上說這屬于模式識別（Patternrecognition）范疇。例如每個英文字母在書寫時，其形狀大小都有變化。同一個字不同地區(qū)的人發(fā)音很不一樣，但它們屬于同一類。2/6/202321計算機組成原理

這里把待辨認的一段聲波或一個文字圖形稱為‘樣本’，把它們的類別叫做模式（nattern）。實現(xiàn)將樣本劃定其模式的系統(tǒng)叫做模式識別系統(tǒng)，具體來講就稱為語音識別系統(tǒng)或文字識別系統(tǒng)。圖9.3是其系統(tǒng)構成，由信息獲取、預處理、特征提取、分類器學習和分類決策等環(huán)節(jié)組成。

①信息獲取利用傳感器（sensor）將語音或文字轉換成電信號，并進一步將模擬量轉換成數(shù)字量，這就是信息獲取過程。2/6/202322計算機組成原理

語音與文字識別系統(tǒng)的系統(tǒng)構成特征提取信息獲取預處理分類器學習分類決策2/6/202323計算機組成原理

③特征提取

語音或文字輸入到計算機后，通過與機內已存入的標準語音或文字相比較。找出其最相似者而實現(xiàn)識別。所以機器內存有標準語音庫或文字庫，統(tǒng)稱模型庫。但識別過程并不是將輸入信號，例如某一漢字直接與模型庫中每個漢字比較，實際上存在機器內的模型是根據(jù)該文字的特點并按某一規(guī)律轉換成的某種代碼或向量。待識別的輸入信號也按同一規(guī)律轉換成相應的代碼或向量，比較是在這種代碼或向量的基礎上進行的。在模式識別中，把這種代碼或向量稱之為“特征表示”。2/6/202325計算機組成原理

④分類器學習分類器學習是將作為標準的文字或語音送入機器，它的方法是人們一方面用鍵盤敲入某個字符的代碼。另一方面同時用傳感器送入它的語音或文字，計算機將該字符的代碼及從語音或文字抽取得到的特征表示，一起存到模型庫內以備樣本比較用。文字輸入系統(tǒng)要送入不同字體或手寫體模型。語音輸入系統(tǒng)若按使用者來分，有特定人專用與非特定人使用兩類。特定人專用，則要讓指定的使用人按所用詞匯逐個對機器進行訓練；非特定人使用的系統(tǒng)需要選擇若干口音不同的人對機器進行訓練。2/6/202326計算機組成原理

⑤分類決策分類決策是對輸入信號進行識別，并賦予識別結果、此時輸入信號已轉換成特征表示方式。有兩種分類決策方法：1、將輸入的特征表示與模型庫中的模型（特征表示）逐個進行比較，找出最相似者，輸出其類別代號。2、根據(jù)模型庫所有模型特點設計出一些決策規(guī)則并使用這些規(guī)則對輸入信號進行計算，確定其類別。2/6/202327計算機組成原理

印刷漢字識別系統(tǒng)又有單一字體印刷漢字識別系統(tǒng)和多種字體印刷漢字識別系統(tǒng)之分。后者可以用同一字庫實現(xiàn)對宋、仿宋、黑、楷四大字體的識別，對字形變化有一定的適應能力，適應范圍較寬，是研究方向。一個實用的印刷漢字識別系統(tǒng)，除了要有良好的核心，即識別算法以外，還有更大量的工作要在識別以前的‘預處理模塊’和識別之后的‘預處理模塊”中完成。預處理模塊主要包括字的正確切分，人的認字過程是將字的切分識別和對字的理解在瞬間同時完成的，從而保證了字符切分的正確性。2/6/202329計算機組成原理

而計算機是串行工作的，使字符的正確切分變得很困難。在目前的識別系統(tǒng)中，大約有30％誤識來自切分錯誤。對計算機來說，識別一篇文章是逐段、逐行、逐字地從上至下和從左到右進行的。對于報紙和雜志等版面較復雜的文章（即除了文字外，還有圖或表格），則需要將一個版面分成很多塊將圖和表格區(qū)分出來，并把文字一行一行、一字一字劃分開來。預處理模塊的作用是利用上下文關系對若干個尚無完全確定的字（或詞組），識別出正確結果；同時還要進行類似于人工校稿的工作，諸如編排文字、調整結構和修改錯誤等。至于聯(lián)機手寫輸入（筆輸入）指的是以手寫的形式實現(xiàn)人與計算機交互的手段，它除了上述各特點外，還具有以下功能。2/6/202330計算機組成原理

筆輸入由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括“筆’與供書寫和定位的‘手寫板’、手寫板又有電磁式和電阻式兩種。對于電磁式手寫板必須與電磁式專用筆（有線與無線均可）相配合，而電阻式手寫板，可以用一般的尖狀硬物作為筆。筆輸入技術采用絕對定位技術，使得手寫板上寫入的內容能以自然的方式從上到下、從左到右出現(xiàn)在計算機顯示器屏幕上。筆跡保留是筆輸入技術所提供的獨特功能同時能方便地完成繪畫、作圖等功能。手寫字符識別是筆輸入技術中的核心問題、定位控制、筆跡保留和字符識別等功能均由軟件完成。2/6/202331計算機組成原理

9.2.8語言識別

語言信息處理技術包括自動語言識別、語言合成、語言理解、自動電話查詢和翻譯等，是當今世界上研究的一個重要方面。自從日本在1981年提出第五代計算機的研制計劃以后，人機語言通信越來越受到重視盡管最終沒有取得預期結果，但產生了巨大宣傳效果。語言識別系統(tǒng)，有孤立單詞識別系統(tǒng)和連續(xù)語言識別系統(tǒng)兩種。在語言理解系統(tǒng)中要求適應自然語言，自然語言的語法不很規(guī)范并帶有習慣性的無意義的發(fā)音。語言識別系統(tǒng)根據(jù)使用范圍的不同又可分成供特定人使用的和供任意人使用的兩種。孤立單詞和連續(xù)語言又有詞匯量大小問題，美國的某些公司和大學，在大詞匯量語言識別方面取得了較好的成績。2/6/202332計算機組成原理

80年代中期中國在漢語孤立音節(jié)識別系統(tǒng)方面獲得迅速發(fā)展。西方語言單音節(jié)詞很少，孤立音節(jié)識別沒用處。而漢語，一個音節(jié)就是一個單位，至少對應一個漢字（因有同音字），但到目前為止，識別率都沒超過90％，孤立詞語言識別率取決于同匯量的大小，可達95％以上。語言識別系統(tǒng)至今還沒有達到真正實用水平。還有許多問題要研究。例如前面提到過的切分問題、訓練問題等。2/6/202333計算機組成原理

9.2.9條形碼及其技術條形碼又叫條碼。條碼的定義是由一組寬度和反射率不同的平行相鄰的“條’和“空”，按照預先規(guī)定的編碼規(guī)則組合起來，用以表示一組數(shù)據(jù)的符號。這組數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、字母或某些符號。條碼元素用以組成條碼符號的條和空，統(tǒng)稱條碼元素。條與空可規(guī)定幾種不同的寬度，由若干條和空組成一個字符。條碼是表示數(shù)據(jù)的符號，在市場上即表示某種商品的代號，這個符號可由機器自動識別并送入計算機中。在超級市場中的商品，都用條碼識別。條碼也可應用于倉庫管理、圖書管理等領域。2/6/202334計算機組成原理

條碼技術主要包括條碼編碼規(guī)則及標準、條碼譯碼技術、印刷技術、光電掃描技術、通信技術、計算機技術等。要閱讀條碼符號所包含的信息需要一個掃描裝置，根據(jù)目前的印刷技術。條碼符號最窄元素的寬度可達到0.15mm左右，掃描器的分辨率應與之對應。在正常工作時，掃描器與條碼符號之間要保持的距離稱為工作距離，而允許的最大工作距離和最小工作距離之差稱為掃描景深。2/6/202335計算機組成原理

掃描器將掃描得到的脈沖數(shù)字信號送到譯碼器譯碼，按照一定的編碼規(guī)則解釋成計算機可識別的信號，并通過數(shù)據(jù)通信接口送入計算機。通常條碼譯碼器采用微處理器及相應硬件來完成譯碼工作。80年代后期已有專用譯碼芯片上市。掃描器和譯碼器合起來稱為閱讀器。一個完整的條碼符號由兩側靜區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗字符（可選）和終止字符組成。在印制條碼符號時要留出靜區(qū)。在掃描條碼時要從靜區(qū)開始，以保證閱讀效果。條碼符號的第一個字符是起始字符，是特殊規(guī)定的條空結構。在它后面才是真正的數(shù)據(jù)字符。條碼符號最后一個字符是終止字符。如選用的條碼還要求有校驗字符，則校驗字符位于數(shù)據(jù)字符與終止字符之間。有的條碼符號在字符之間留有“位空”，有的則不留，分別稱為離散型條碼和連續(xù)型條碼。2/6/202336計算機組成原理

9.2.10光筆、圖形板和畫筆（或游動標）等輸入1.光筆（LightPen）的外形與鋼筆相似，頭部裝有一個透鏡系統(tǒng)，能把進入的光會聚為一個光點。在光筆頭部附有開關，當按下開關時進行光的檢測，光筆就可始取顯示器屏幕上的坐標。光筆與屏幕上的光標配合，可使光標跟蹤光筆移動，在屏幕上畫出圖形或修改圖形，這個過程與人用鋼筆畫圖的過程類似，經操作員確認后即可存入計算機。

2.畫筆（Stylus）為筆狀，它不是用于顯示器屏幕，而是用于圖形板（Tablet）。當畫筆接觸到圖形板上的某一位置時，畫筆在圖形板上的位置坐標就會自動傳送到計算機中去，隨著筆在板上的運動可以畫出圖形。圖形板和畫筆結合構成二維坐標的輸入系統(tǒng)主要用于輸入工程圖等。2/6/202337計算機組成原理

將圖紙貼在圖形板上，畫筆沿著圖紙上的圖形移動，讀取圖形坐標，即可輸入工程圖。為了提高讀圖精度，常用游動標（Cursor）代替畫筆與圖形板配合使用。游動標是一個手持的方形坐標讀出器，游動標上有一塊透明玻璃，玻璃上刻有十字標記。十字標記的中心就是游動標的中心。使用時將十字中心對準圖形的坐標點上，它比畫筆讀取的坐標更精確。3.圖形板是一種二維的A／D變換器，因此圖形板也稱作數(shù)字化板。坐標量測的方法有電阻式、電容式、電磁感應式和超聲波式幾種。以電磁式為例，圖形板是一塊電磁感應板，手持的游動標中有一個感應線圈，當線圈的中心（十字標的中心）置于板上某點時，便在該點產生感應電壓，得到坐標值。2/6/202338計算機組成原理

圖形板與畫筆（或游動標）配合的輸入方式，比光筆與屏幕相結合的輸入方式有許多優(yōu)點。光筆不能輸入紙上的圖形信息，而圖形板方式很容易做到。光筆和持筆的手能擋住圖形，而且由于屏幕玻璃的厚度，光的折射作用和人眼與光筆的視角等影響常使畫出的圖形偏離預想的位置。而圖形板無此問題，而且長時間使用光筆，懸空的手臂會感到疲勞。由于上述種種優(yōu)點，目前圖形板輸入方式得到廣泛應用，尤其是在集成電路圖、機械、建筑圖等用圖紙輸入的系統(tǒng)中。更是如此。2/6/202339計算機組成原理

4.跟蹤球其原理與機械式鼠標器完全一樣，只是將滾球做得大一些并放置在固定的球座里。使用時用手指轉動球，就可實現(xiàn)鼠標器一樣的功能。由于它的座子是固定不動的。不需要供鼠標器滑動的額外桌面空間，甚至可安裝在鍵盤上，這對要求尺寸緊湊和使用空間窄小的場合很有利，如便攜機可用這種跟蹤球。5.操作桿便攜機中經常采用操作桿（Stick）。其結構是在一種薄片狀底盤的上面設置一個操作桿（直徑約5mm的小圓桿）其露在便攜機鍵盤面板上的部分只是這個操作桿，底盤結構也很小巧，占用很小空間。這是鼠標器和跟蹤球不能相比的，它通常被設置在空格鍵下面的空余地方。2/6/202340計算機組成原理

使用時用手指輕壓小圓桿，顯示器上的光標將按照圓桿受力的方向在屏幕上移動。一般在底盤上設置4個應變規(guī)片或壓敏電阻來感受圓桿所受的壓力。當按桿時應變規(guī)片產生細微形變被檢測，將其轉換成電壓信號。然后將電壓信號經模／數(shù)（A／D）變換器轉換成數(shù)字信號，再經專用IC轉換成移動光標信號。經上述一系列變換，就把按桿的壓力信號變成移動光標的信號。2/6/202341計算機組成原理

9.2.11觸摸屏觸摸屏就是為改善人機對話而興起的一種輸入方式，觸摸屏已被廣泛應用在各個應用領域的控制和查詢等方面。觸摸屏是透明的，可安裝在任何一種顯示器屏幕的外面（表面）。使用時，展示器屏幕上根據(jù)實際應用的需要顯示出用戶所需控制的項目或查詢的內容（標題），供用戶選擇。用戶只要用手指（或其他東西）點一下所選擇的項目（或標題），即可由觸摸屏將此信息送到計算機中。所以顯示屏上顯示的項目或標題相當于‘偽按鍵”。實際上觸摸屏是一種定位設備，用戶通過與觸摸屏的直接接觸，向計算機輸入的是接觸點的坐標位置，以后的工作就由程序去執(zhí)行了。2/6/202342計算機組成原理

觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩部分，觸摸屏控制器（卡）和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制卡上有微處理器和固化的監(jiān)控程序，其主要作用是將觸摸檢測裝置送來的觸摸信息轉換成觸點坐標，再送給計算機。同時它能接收計算機送來的命令，并予以執(zhí)行。觸摸屏的控制卡及其電源可以安裝在顯示器內，稱為內置式；也可放在顯示器外面，稱為外掛式。觸摸屏根據(jù)其所采用的技術可分成5類：電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波技術和底坐式矢量壓力測力技術。紅外線觸摸屏的傳輸介質是紅外線。安裝外掛式紅外觸摸屏的方法非常簡單，只要用雙面膠將一個框架裝在顯示器上面即可。2/6/202343計算機組成原理

紅外觸摸屏的電路就藏在這個框架的邊框里，觸摸屏內的微處理器通過鍵盤接口直接與計算機通信，不需要任何控制卡和電源。自帶鍵盤接口的紅外觸摸屏安裝更加簡單，不必打開機箱甚至不必關斷計算機電源，用雙面膠固定好觸摸屏后，將插頭插入主機鍵盤口就安裝完畢。鍵盤接口的紅外觸摸屏一般還提供一個自動信號切換盒以便與鍵盤共享計算機的鍵盤接口，自動信號切換盒內部是一個敏感的翹翹板式電路控制的四路雙向模擬開關，信路切換時間只有50us，因此和鍵盤幾乎可以同時使用。2/6/202344計算機組成原理

紅外觸摸屏在屏幕四邊放置紅外發(fā)射管和紅外接收管，微處理器控制驅動電路依次接通紅外發(fā)射管并檢查相應的紅外接收管，形成橫豎交叉的紅外線陣列。例如32X32的紅外觸摸屏即在上下左右各有32對紅外傳感器，檢查完這64對紅外傳感器大約需要30ms時間。用戶在觸摸屏幕時手指擋住經過這一點的橫豎兩條紅外線，微處理器能在15ms的時間內檢測到這個點的位置并發(fā)給計算機相應的X坐標和Y坐標。能被感知的觸針可以是手指或其他任何不透明或者對光散射的透明物體。2/6/202345計算機組成原理9.3常用的輸出設備-顯示器輸出設備輸出計算機的處理結果或操作提示。可以是數(shù)據(jù)、文字、表格、圖形、圖像或語言。監(jiān)視器打印機2/6/202346計算機組成原理9.3.1顯示器概述1.分類：CRT、液晶、等離子性能：屏幕尺寸、點間距、對比度、幀頻、行頻、掃描方式、灰度等級或彩色數(shù)量。顯示方式：字符/數(shù)字（A/N)方式、全點可尋址(APA)方式2/6/202347計算機組成原理視頻放大電路同步信號幀掃描電路行掃描電路高壓CRT主機信號2/6/202348計算機組成原理顯示器結構演示2/6/202349計算機組成原理9.3.2顯示器的性能指標屏幕尺寸：顯示器屏幕的對角線長度，長寬比例為4：3點間距：顯示器屏幕上象素間的距離顏色數(shù)：每個像素點可顯示的顏色數(shù)（灰度級）對比度：圖像（字符）與背景的濃度差幀頻：字符或圖像每秒在屏幕上出現(xiàn)的次數(shù)行頻：單位時間內電子束從屏幕左到右的掃描次數(shù)掃描方式：電子束掃過熒光屏上所有像素的方式，分隔行和逐行掃描方式2/6/202350計算機組成原理

9.3.3字符顯示器字符顯示設備是計算機系統(tǒng)中最基本的外部設備。光柵掃描顯示器顯示字符的方法是以點陣為基礎的。這種方法將字符分解成m*n個點組成陣列，將點陣存入由ROM構成的字符發(fā)生器中。在CRT進行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出點陣，按照點陣的0和1控制掃描電子束的開關，就可以在屏幕上組成字符。點陣的多少取決于顯示字符的質量和字符塊的大小。字符塊指的是每個字符在屏幕上所占的點數(shù)，也稱作字符窗口，它包括字符顯示點陣和字符間隔。圖9.5（a）是字符‘A’用點陣（7X9）表示的例子以及它位于字符窗口中的情況，圖9.5（b）為字符發(fā)生器的邏輯結構。2/6/202351計算機組成原理

7*9點陣2/6/202352計算機組成原理2/6/202353計算機組成原理

對應于每個字符窗口，所需顯示字符的ASCll代碼被存放在視頻存儲器（VRAM）中，對于在屏幕上能顯示25行80列的顯示器，應有2000個單元存放字符信息。字符發(fā)生器ROM的高位地址來自VRAM的ASCll代碼，低位地址來自稱為光柵地址計數(shù)器的輸出RA3～RA0,它具體指向這個字形點陣中的某個字節(jié)。在顯示過程中，按照VRAM中的ASCll碼和光柵地址計數(shù)器訪問ROM依次取出字形點陣，就可以完成一行字符的輸出。2/6/202354計算機組成原理

視頻信號

移位寄存器SL

字符發(fā)生器(ROM)

加載控制

水平消隱

行間消隱

加載控制

CPU控制

VRAM

ASCII代碼

17+2

180+18

19+5

125+1

RA3~RA0

水平同步電路

OSC

點計數(shù)器

水平地址計數(shù)器

點振蕩器

(16.257MHz)

光柵地址計數(shù)器

垂直地址計數(shù)器

水平同步信號

垂直同步電路

垂直同步信號

定時控制電路

2/6/202355計算機組成原理

圖9.6是字符顯示器的原理框圖，其中定時控制電路的核心是點計數(shù)器、水平（字符）地址計數(shù)器、光柵（線）地址計數(shù)器和垂直（幀）地址計數(shù)器。由它們控制顯示器的逐點、逐字、逐（線）行、逐屏（幀）的刷新顯示。字符采用7列*9行點陣形式。點振蕩器輸出16.257MHZ的點時鐘，用來控制字符發(fā)生器中每（線）行9個點（7+2）依次移位輸出，其中2點為空格。點計數(shù)器對點時鐘（7+2）分頻；輸出的字符時鐘是顯示控制器的定時信號，同時它也控制移位寄存器的加載（S端為移位控制端，L為并行輸入控制端）。當一個字符的9個點輸出結束以后，輸出下一個字符中同一行的9個點。2/6/202356計算機組成原理

水平地址計數(shù)器對一行的顯示進行控制。送出當前要顯示的這一行字符的VRAM地址。每行有效顯示80個字符。另外，當光柵從一行（線）的結束回到另一行開始時，在屏幕上不應該顯示，這一段稱為水平回掃消隱期，它控制移位寄存器不要加載。水平消隱期占用18個字符時鐘的時間。這樣水平計數(shù)器分頻為（80+18）。光柵地址計數(shù)器（線計數(shù)器）對字符窗口的高度進行控制。因為字符窗口的高度（即分頻）為14（9+5），其中字符點陣高度為9，行間隔為5個點陣。它控制一行字符的行點陣逐行輸出，并在最后5行進行行間消隱。2/6/202357計算機組成原理

垂直（幀）地址計數(shù)器控制一屏幕25行字符的顯示，與水平回掃類似，當光柵到達屏幕底部時，需要回到屏幕頂部這一過程稱為垂直回掃，垂直回掃需要一行的顯示時間?；貟咂陂g同樣需要消隱，垂直消隱命令控制移位寄存器不要加載。這樣垂直地址計數(shù)器分頻數(shù)為（25+1）。視頻存儲器（VRAM）的地址由水平地址（字符）計數(shù)器和垂直（幀）地址計數(shù)器決定，VRAM輸出的ASCll代碼作為字符發(fā)生器ROM的高位地址，ROM的低位地址來自光柵（線）地址計數(shù)器。ROM的輸出在L信號的控制下并行加載到移位寄存器，然后在點時鐘控制下移位輸出形成視頻信號，輸出到顯示器。顯示器在水平同步、垂直同步和視頻信號的控制下，連續(xù)不斷地進行屏幕刷新，就能保持穩(wěn)定而不消失的字符圖像。2/6/202358計算機組成原理字符顯示原理地址VRAM字符發(fā)生器顯示器屏幕行列（ASCII碼）ROM00000001..0079..2479ASCII碼作為ROM的高地址，光柵計數(shù)器為低地址掃描屏幕

RE……S............TR編碼E編碼S編碼T編碼........T點陣E點陣R點陣.0079242/6/202359計算機組成原理

VRAM的地址是由行計數(shù)值（高位）和字計數(shù)值形成（低位），這兩個值也表示了其字符在屏幕上的具體位置。VRAM中的內容是該位置應該顯示字符的ASCII代碼。用該代碼作為高位地址和線（光柵）計數(shù)值作為低地址組成了字符發(fā)生器中字符成型存儲器ROM的地址。從ROM中就可獲得該字符的點陣代碼。2/6/202360計算機組成原理

例題：某顯示器工作在A/N方式下屏幕可以顯示25行×80列字符，其字符點陣為7列×9行，字符列間隔為2，字符行間隔為5。點脈沖頻率為16.257MHZ，其中行回掃時間相當L＝18個字符，幀回掃時間為M＝1。求:1.掃描一行象素點的頻率（光柵（線）計數(shù)器）？2.掃描一行字符所用的頻率（水平計數(shù)器）？3.掃描一幀信息所用的頻率（垂直計數(shù)器）？

解：已知點時鐘頻率為16.257MHZ.點計數(shù)器的頻率＝6.257MHZ/(7+2)=1.806MHZ掃描象素行（線）的頻率1.806MHZ/(80+18)=18.43KHZ字符行顯示頻率＝18.43KHZ/(9+5)=1.32KHZ幀掃描頻率＝1.32KHZ/(25+1)≈50HZ

2/6/202361計算機組成原理圖形及漢字的顯示原理(APA)圖形的像素組合不規(guī)則，無法做圖形發(fā)生器。而是在顯示存儲器中為每個像素點存儲一個影像。根據(jù)灰度級的不同決定使用幾個bit來表示。00001111顯示緩沖存儲器顯示器屏幕2/6/202362計算機組成原理顯示器緩存（視頻存儲器）容量M與像素總數(shù)（行Nc×列Nr）和顯示色彩數(shù)C的關系M（字節(jié)）=（Nc×Nr×LOG2C）/8位漢字的顯示通過漢字的機內碼找到漢字點陣碼送到顯示緩存的指定位置。漢字的點陣碼存放在硬件ROM中或軟件字庫中。2/6/202363計算機組成原理顯示控制適配器是監(jiān)視器的控制電路和接口部件，可將顯示緩沖區(qū)送出的信息轉換成視頻控制信號，控制CRT的顯示組成：顯示緩沖存儲器、字符發(fā)送器ROM、CRT控制電路、屏幕掃描控制邏輯電路等指標：分辨率（垂直點數(shù)*水平點數(shù)）、顏色數(shù)C、VRAM容量與分辨率和顏色數(shù)C的關系C=V容量（位）/（垂直點數(shù)*水平點數(shù)）顏色屬性N（位）=LOG2C2/6/202364計算機組成原理顯示適配器結構圖BIOSROM系統(tǒng)總線接口及FIFO控制寄存器時序控制器位塊傳送畫線填域顏色擴充等調色板CLUT256×24R,G,BDACVRAM接口點時鐘和存儲器時鐘VRAM(1,2或4MB)系統(tǒng)總線至顯示器2/6/202365計算機組成原理

以上適配器是由刷新存儲器VRAM、顯示控制器、ROMBIOS三部分組成，插在PCI總線槽（或將其做在主板上）。它一方面與系統(tǒng)總線相接，另一方面通過15針D型插口與顯示器電纜連接，將水平、垂直同步信號和R、G、B三色模擬信號送至顯示器。顯示器上邊有以24針插頭與視頻卡連接。VRAM存放顯示圖案的點陣數(shù)據(jù)，其存儲容量取決于設定的顯示工作方式。如設定VESA顯示模式中的方式碼為118H時，其分辨率位1024*768，顏色深度為24位，則顯示一屏畫面需要如下的存儲器容量。

1024*768*24/8=2304KB2/6/202366計算機組成原理

ROMBIOS含有少量的固化軟件，用于支持顯示器所需的顯示環(huán)境。顯示控制器它依據(jù)設定的顯示方式，反復的讀取顯存中的圖像點陣數(shù)據(jù)，將它們轉換成R、G、B三基色信號，并配以同步信號送至顯示器刷新屏幕。另外還有圖形加速功能，有位、塊傳送，畫線等如圖所示，采用的是AVGA芯片。在電子槍中設有一個控制柵極，用控制柵和陰極之間的電位差來控制電子束電流的大小。當控制柵所加的信號為1時，電子槍發(fā)射具有一定能量的電子束，是屏幕上相應位置的象素點發(fā)亮；當信號為0時，電子槍不發(fā)射電子束，使其象點稱為暗點。若改變所加信號的電平大小，則可控制象點具有不同的灰度。2/6/202367計算機組成原理

彩色CRT在其顯示頭中設有三個電子槍，分別發(fā)射能產生紅、綠、藍三種基色的電子束。它們受三套視頻放大電路的控制，用R,G,B信號與亮度信號I的不同組合可控制三束電子的強弱。相應地熒光屏上的象點由能發(fā)出紅、綠、藍光的小點組成，當一束（或二束、三束）電子流轟擊對應的熒光粉小點時，屏幕上的象點便出現(xiàn)紅、綠、蘭三基色之一或由三基色合成的其他顏色。例如IRGB為0100，對應象點為紅色；為1100淡紅色；0010時為綠色；0111時為白色。IRGB能組合成16種顏色，加下表所示。若IRGB分別有多位代碼信號控制，則可合成更多的顏色。見下面介紹的調色板技術。2/6/202368計算機組成原理強白1111黃1110淡紫紅1101淡紅1100淡青1011淡綠1010淡蘭1001灰1000白0111棕0110紫紅0101紅0100青0011綠0010蘭0001黑0000組合成的顏色I（亮度）R（紅）G綠）B（蘭）2/6/202369計算機組成原理

調色板技術

為了節(jié)約硬件開銷在顯示卡的存儲器中設置了一個256×24位的顏色查找表CLUT(ColorLook-UpTable),如下圖所示。圖中每一行有24位用來選擇保存其顏色值，由于共有256行，故可在表中選擇保存256種真彩色顏色值。在顯示存儲器中，每個象素用8位表示。將這8位值作為CLUT的地址碼，從中讀出24位數(shù)據(jù)送到DAC,便可從16.8M種顏色中選擇合適的256種顏色參加顯示。只要改變24位中得值表可改變一種顏色。當象素顏色位寬在8位以上時，一般就不使用調色板了，顯示存儲器中像素的顏色位數(shù)直接送到DAC進行數(shù)字量到紅R、綠G、蘭B三種模擬量信號的轉換。2/6/202370計算機組成原理

CLUT工作原理顯示存儲器8位/pixel

7………00……70……70……7輸出級輸出級輸出級DACDACDACCLUT01GBR25522/6/202371計算機組成原理

在微機中的VGA接口中，設置了字長為18位的彩色調色板，從VRAM取出的像素信息通過調色板來選擇顯示的顏色，因此最多可選擇218=256K種顏色。但是每個像素實際可供選擇的顏色數(shù)取決于每個像素在VRAM中所存儲的位數(shù)、如果每個像素對應4位信息，可從256K種顏色中選擇16種輸出，如果每個像素對應8位信息，可以從256K種顏色中選擇256種輸出。彩色調色板的輸出（18位）送到彩色編碼器，它由3個D／A轉換器組成（6位／個），產生顯示所需的三基色（紅、綠、藍）信號。2/6/202372計算機組成原理顯示卡的主要技術參數(shù)分辨率：顯示卡能夠支持的在屏幕上顯示的最多像素數(shù)。顏色數(shù)：由顯示緩沖區(qū)中采用幾位二進制數(shù))來表示決定,2i常用PC機顯示模式分辨率CGAEGAVGASVGAXGASXGA640*200640*350640*480800*6001024*7681280*10242/6/202373計算機組成原理

9.3.4圖形和圖像顯示

光柵掃描圖形顯示器是當今應用最多的顯示器。其特點是把對應于屏幕上每個像素的信息都用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上。這里有兩個存儲器，一個稱作程序段緩沖存儲器，另個是幀存儲器。程序段緩存中存儲由計算機送來的顯示文件和交互式圖形圖像操作命令，如圖形的局部放大、平移旋轉、比例變換、圖形的檢索以及圖像處理等，這些操作在顯示處理器中完成比在主機中用軟件實現(xiàn)效率要高得多。在微機系統(tǒng)中主機和CRT設備之間的電路都放在顯示適配器的接口中。幀存儲器中存放了一幀圖形的形狀信息，與屏幕上的像素一一對應，如果屏幕的分辨率為1024X1024個像素，幀存就要有1024X1024個單元。2/6/202374計算機組成原理

圖9.7光柵掃描器的硬件結構

主機

如果屏幕上像素的灰度為256級，幀存每個單元的字長就要是8位。因此，幀存的容量直接取決于顯示器的分辨率和灰度級。對本例，要有1024X1024X8bit=1MB的幀存容量。顯示處理器程序段緩存

幀

處理器CRT2/6/202375計算機組成原理

早期的VGA顯示圖形適配器只起到CPU與顯示器之間的接口作用；如今還起到處理圖形／圖像數(shù)據(jù)，加速顯示等作用。其核心部分圖形／圖像加速芯片，是一個固化了一定數(shù)量、常用基本圖形程序模塊和三維圖形／圖像處理部件的芯片。三維處理大體上可分為幾何變換和色彩渲染兩種處理，這兩種處理如果都由CPU來完成，則CPU的負擔過重，而且大量位圖數(shù)據(jù)的傳輸量很大，對傳輸率要求太高；如果都由適配器來完成，則要采用三維圖形芯片和大容量顯存來完成色彩渲染處理，但顯存成本較高。要降低適配器成本需要減少卡上顯存容量，而將結構數(shù)據(jù)存儲在主存儲器中。原有的總線難以勝任圖形數(shù)據(jù)傳送，Intel公司提出了新型視頻標準AGP，并推出了三維圖形／圖像加速芯片。附合AGP標準的適配器也隨之出現(xiàn)在市場上。在微機中是否具有AGP接口卡對圖形／圖像的處理效果影響很大。2/6/202376計算機組成原理9.3.5漢字處理技術1、漢字編碼標準1981年，我國的國家技術監(jiān)督局公布了國家標準GB2312《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》，收集了常用漢字6763個，其中一級漢字3755個，二級漢字3008個。在大多數(shù)情況下，這些漢字已夠用，但遇到戶籍管理或古籍整理等這一字符集就不夠用了。經過世界各國標準化組織的積極參與。1993年由國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）公布了國際標準ISO／IEC106461，即《信息技術——通用多八位編碼字符集（UCS））。漢字被分配在該區(qū)的4E00H到9FFFH，共20902個位置，即20902個漢字。2/6/202377計算機組成原理

（1）GB2312-80國標碼國標碼：我國在1981年頒布了《通訊用漢字字符集（基本集）及其交換碼標準》GB2312-80方案，簡稱國標碼，共7445字，各用兩字節(jié)表示。

各種字母、數(shù)字、符號682個

一級3755個漢字，按拼音排序 二級3008個漢字，按部首排列2/6/202378計算機組成原理（2）區(qū)位碼：將國標碼中的字符按其位置劃分成94個區(qū)，每個區(qū)中94個字符1…………..94

1~9區(qū)

10~15區(qū)空

16~55區(qū)

56~87區(qū)88~94區(qū)空

區(qū)位碼是國標碼的變形：國標碼=區(qū)位碼+2020H國標碼、區(qū)位碼均用4位數(shù)字進行一個漢字編碼。字母、數(shù)字、各種符號等682個一級漢字3755個二級漢字3008個2/6/202379計算機組成原理2、漢字的輸入方法漢字編碼和漢字輸入方法可歸納成音碼、形碼和音形碼三大類。評價漢字編碼方案的優(yōu)劣應該符合易學易用、操作方便、重碼少、規(guī)則簡明、記憶量少等原則。上述的漢字編碼用于鍵盤輸入，除此以外還有語音輸入方式、手寫輸入方式和印刷體掃描識別輸入方式。1)鍵盤輸入方式(1)音碼輸入音碼是以國家文字改革委員會公布的漢語拼音方案為基礎進行編碼的。但因漢字同音字多而造成重碼很多，因此還要進行選字，影響輸入效率。2/6/202380計算機組成原理（2）形碼輸入漢字是一種音形義俱全的圖形文字，一個字一個樣，由38種筆畫組成500多個部件，再由500多個部件組成6萬多個漢字。但是由于漢字結構復雜，構成漢字的部件大多數(shù)還沒有規(guī)范化，有的漢字很難正確拆成部件，還要牢記拆字的規(guī)則也不是一種理想的輸入方式。（3）音形碼（或形音碼）輸入先建好電腦漢字庫借助與電腦連接的筆輸入設備（圖形板和畫筆）和軟件，可將手寫漢字輸入電腦，2）印刷體掃描識別輸入2/6/202381計算機組成原理3、漢字的存儲漢字的存儲有兩個方面的含義，一種是漢字內碼的存儲，另一種是字形碼的存儲。字形碼也稱字模碼，目前計算機顯示器和打印機都用點陣表示漢字字形代碼，它是漢字的輸出形式。根據(jù)輸出漢字的要求不同，點陣的多少也不同。簡易型漢字為16X16點陣，提高型漢字為24X24點陣，甚至更高。字模點陣的信息量是很大的。所占存儲空間也很大以16×16點陣為例，每個漢字就要占用32個字節(jié)，兩級漢字大約占用256KB字節(jié)、因此字模點陣只能用來構成字庫，而不能用于機內存儲。字庫中存儲了每個漢字的點陣代碼，當顯示輸出時才檢索字庫，輸出字模點陣，得到字形。為了提高字形質量以后開始采用矢量表示繼而采用輪廓曲線，或同時采用矢量和曲線來表示數(shù)字和拼音字母。漢字內碼是用于漢字信息的存儲、交換、檢索等的機內代碼，內碼比字形點陣碼占用空間少，一般用兩個字節(jié)就可以表示漢字。2/6/202382計算機組成原理15158702/6/202383計算機組成原理漢字在計算機內的表示機內碼是指機器內部處理和存儲漢字的一種代碼常用的機內碼在國標碼基礎上每個字節(jié)最高位置1機內碼=國標碼+8080H=區(qū)位碼+A0A0H“京”字國標碼為3E29H，其機內碼為BEA9H，其區(qū)位碼為1E09H。2/6/202384計算機組成原理

4、漢字的輸出漢字輸出有打印輸出和顯示輸出兩種形式。漢字顯示器多采用與圖形顯示兼容的光柵掃描顯示器，一般采用16×16點陣。以這種方式輸出的漢字是利用設備可以畫點的圖形方式實現(xiàn)的，因此，常稱這種漢字為圖形漢字。圖9.1.5是IBM／PC機漢字顯示原理圖通過鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經代碼轉換程序轉換成漢字機內代碼轉換時要用輸入碼到碼表中檢索機內碼，得到兩個字節(jié)的機內碼字形檢索程序由機內碼檢索字模庫。查出表示一個字形的32個字節(jié)字形點陣送顯示輸出。2/6/202385計算機組成原理漢字的輸出漢字字型描述：點陣字型:西文7X9，中文16X1632X3248X48輪廓字型:truetype（WORD中就使用）漢字字庫實現(xiàn)有兩種：軟字庫、硬字庫（漢卡）漢字的顯示輸出過程：輸入碼->機內碼->字型碼->顯示器2/6/202386計算機組成原理IBMPC機漢字顯示原理點陣碼32字節(jié)

漢字鍵盤

輸入

鍵盤處理程序

代碼轉換程序

漢字內碼

（2字節(jié)）

字型檢索程序

顯示驅動程序

碼表

漢字

字模庫

顯示

存儲器

CRT

2/6/202387計算機組成原理9.4打印機分類：接口：串行、并行打印方式：擊打、非擊打字形：點陣、非點陣打印機工作原理點陣打印機：計算機接口打印行緩沖器字符發(fā)生器驅動電路激光打印機：潛像、顯影、定影噴墨打印機：熱式噴墨、壓電噴墨2/6/202388計算機組成原理

9.4.1點陣針式打印機點陣針式打印機的特點是結構簡單、體積小、重量輕、價格低，字符種類不受限制，較易實現(xiàn)漢字打印，還可以打印圖形和圖像。針式打印機的印字方法是由打印針印出的n（橫）×m（縱）個點陣組成字符圖形。顯然，點越多，印字質量越高，西文字符的點陣通常有5X7，7X7，7X9等幾種，若要打印漢字至少要加密到16X16點陣或24X24點陣。值得注意的是，字符由n×m個點陣組成，并不意味著打印頭就裝有n×m根打印針。為減少打印頭制造的難度，串行點陣打印機的打印頭中一般只裝有一列m根打印針，每根針可以單獨驅動印完一列后打印頭沿水平方向移動一步微小距離，n步以后，形成一個n×m點陣，照此逐個字符打印。針式打印機有單向打印和雙向打印兩種。當打印完一行字符以后，打印紙在輸紙機構控制下前進一行，同時打印頭（字車）回到一行的起始位置重新由左至右打印2/6/202389計算機組成原理

這個過程為單向打印。雙向打印指的是自左至右一行字符打印完畢后，字車無須回車，在輸紙的同時字車走到反向打印的起始位置再從右至左打印一行。反向打印結束，字車又回到正向打印起始位置。由于省去了空回車時間，所以打印速度大大提高。針式打印機由打印頭與字車、輸紙機構、色帶機構及控制器四部分組成。書中圖9.8為針式印字機構原理圖。打印頭是針打的關鍵部件，它由打印針、磁鐵、銜鐵等組成。打印針是鋼針或由鎢鐵合金材料制成，簡易型點陣打印機有7根或9根打印針，在打印位置垂直排列。有的打印頭有兩列各7根或9根針交錯排列，可以同時打印兩列點陣。中文打印機LQ1600有兩排共24根針。打印控制器與顯示控制器類似，主要包括字符緩沖存儲器、字符發(fā)生器、時序控制電路和接口電路四部分。2/6/202390計算機組成原理

主機將要打印的字符通過接口電路送到緩沖存儲器，在打印時序邏輯控制下，從緩存中順序取出字符代碼，對字符代碼進行譯碼，得到字符發(fā)生器ROM的地址，逐列取出字符點驅動打印頭。形成字符點陣。輸紙機構由步進電機驅動，每打印完一行字符，要按給定的要求走紙，走紙的步距由字符行間距離決定。輸紙機構有摩擦傳動輸紙和鏈式傳動輸紙兩種。摩擦傳動輸紙機構的印紙兩側沒有孔，靠壓輪帶動紙前進。鏈式傳動輸紙機構將打印紙的紙孔套在鏈軌上。鏈帶動打印紙前進。色帶的作用是供給色源。打印過程中，色帶必須不斷移動，以改變其受擊打的位置，否則色帶極易破損。驅動色帶不斷移動的裝置稱色帶機構。針式打機中使用的多為環(huán)形色帶，它裝在一個塑料的帶盒內，色帶可以隨打印頭的動作自動循環(huán)。針式打印機打印時，驅動的僅僅是質量很小的打印針，慣性小，速度快。2/6/202391計算機組成原理

選字操作是全電子線路控制。所以選字時間很短。串行針式打印機的打印速度為每秒100個字符左右。彩色針式打印機的工作原理與單色的基本相同。僅是使用的色帶和色帶機構不同，色為四色帶，在一條色帶上平行地分為黑、藍、紅和黃4種顏色。打印時，色帶機構既要帶動帶做單向循環(huán)移動又要帶動包帶盒做上下位移，變換打印頭所接觸的色帶部位，從而打出不同顏色。雖然色帶上只有4種顏色，但可打印兩次，從而可獲得7種顏色（黑、藍、紅、黃、紫、橙、綠）。2/6/202392計算機組成原理

9.4.2激光打印機1.激光打印機內部結構激光打印機的內部結構如書中圖9.9所示。其主要部件如墨粉、感光鼓（硒鼓）、顯影軋輥、顯影磁鐵、初級電暈放電極、清掃器等，都裝置在墨盒內。當墨盒內墨粉用完后，可以將整個盒卸下更換。其中感光鼓一般是用鋁合金制成的一個圓筒，鼓面上涂敷一層感光材料。激光發(fā)生器是激光打印機的光源，具有很好的單色性和方向性?？梢跃劢钩杉毜墓馐す馐ㄟ^掃描反射鏡反射到感光鼓上。打印的圖像形成于墨盒中央的感光鼓上，墨粉由顯影軋輥傳送到鼓上，再傳送到打印紙上，最后墨粉由定影軋輥熔融到打印紙上。感光鼓的直徑較小，要打印一頁紙，感光鼓必須轉動好幾圈。2/6/202393計算機組成原理

2.激光打印過程隨著感光鼓的旋轉，整個過程分7步進行。1）充電：預先在暗處由充電電暈靠近感光鼓放電，使鼓面充以均勻電荷。2）曝光：當充有電荷的鼓面轉到激光束照射處時，便進行曝光。由于激光束已按字符點陣信息條值，使鼓面上不顯示字符的部分被照射，而顯示字符的部分不被光照射。光照部位電阻下降，電荷消失。其他部位仍然保持靜電荷，于是在鼓面形成一行靜電潛象。3）顯影：當載有靜電潛象的感光鼓轉到顯影處時，磁刷中帶相反電荷的墨粉便按鼓面上靜電分布的情況，被吸附在鼓面帶有電荷的部位，從而在鼓面顯影成可見的字符墨粉圖像。2/6/202394計算機組成原理

4）轉?。耗蹐D像隨鼓面轉到轉印處，在紙的背面用轉印電暈放電，使紙面帶上與墨分極性相反的靜電荷，于是墨粉便靠靜電吸引而粘附到紙上，完成圖像的轉印。5）分離：當感光鼓轉到分離電暈處時，用電暈不斷地向紙施放正、負電荷，消除紙與鼓面因正、負電荷所產生的相互吸引力，使紙面離開鼓面。6）定影：將分離后的紙送定影熱輥。墨粉中含有樹脂，紙接觸到熱輥時，樹脂被加熱而熔化，使墨粉緊貼在紙上，同時使熱輥擠壓紙面。這樣經過熱壓處理，圖像便牢牢地定影在紙上。7）消毒、清潔：完成轉印后，利用電暈向鼓面施放相反極性的電荷，使鼓面殘留的電荷被中和掉。感光鼓再轉到清掃刷處，刷去鼓面的殘余墨粉。這樣便恢復原來的狀態(tài)，可開始新的一次打印過程。2/6/202395計算機組成原理

3.印字原理激光印字過程可以分成六個步驟:帶電、曝光、顯影、轉印、定影和清除殘像。4.激光掃描系統(tǒng)5.激光打印機性能激光打印機輸出速度快，印字質量高，而且可以使用普通紙張。它的印字質量明顯優(yōu)于點陣式打印機。普通激光印字機的印字分辨率都能達到300DPI（每英寸300個點）或400DPI，甚至600DPI。特別是對漢字或圖形／圖像輸出，是理想的輸出設備。激光打印機是非擊打式硬拷貝輸出設備，也是逐頁輸出的。常用的輸出幅面為A4，此也將這一類設備稱為頁式輸出設備。而普通擊打式打印機是逐字或逐行輸出。頁式輸出設備的輸出速度用每分鐘輸出的頁數(shù)（PagesPerminute，簡稱PPM）來表示。高速激光打印機的速度在100PPM以上，中速為30～60PPM，2/6/202396計算機組成原理

它們主要用于大型計算機系統(tǒng)。低速激光打印機的速度為10～20PPM，主要用于辦公自動化系統(tǒng)和文字編輯系統(tǒng)。打印設備與計算機之間的接口比較簡單分為串行接口和并行接口兩種。串行接口采用標準的RS－232接口，每次輸出一位數(shù)據(jù)。井行接口每次輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)。9.4.3噴墨打印機噴墨打印機是類似于用墨水寫字一樣的打印機可直接將墨水噴射到普通紙上實現(xiàn)印刷,如噴射多種顏色墨水則可實現(xiàn)彩色硬拷貝輸出。噴墨打印機的噴墨技術有連續(xù)式和隨機式兩種目前幣場上流行的各種型號打印機大多采用隨機式噴墨技術。而早年的噴墨打印機以及當前輸出的大幅面打印機采用連續(xù)式噴墨技術。2/6/202397計算機組成原理

1連續(xù)式噴墨打印機工作原理書中圖9.11示出一種電荷控制式打印機的印刷原理和字符形成過程。主要由噴頭、充電電極、偏轉電極、墨水供應及過濾回收系統(tǒng)和相應控制電路組成。其工作原理如下；噴墨頭后部的壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵產生電致伸縮，使墨水斷裂形成墨滴面噴射出來，只要電脈沖存在，墨滴就能連續(xù)噴射出來。墨滴是不帶電的，在其前面設置無電電極，施加靜電場給墨滴充電，所充電荷的多少由字符發(fā)生器控制根據(jù)所印字符各點位置的不同而充以不同的電荷，充電電極所加電壓越高，充電電荷越多，墨滴經偏轉電極后偏移的距離也越大，最后墨滴落在印字紙上。上面介紹的打印機只有一個噴頭，因此速度較慢。2/6/202398計算機組成原理

2.隨機式噴墨打印機工作原理這種系統(tǒng)供給的墨滴只在需要印字時才噴出，因此不需要墨水循環(huán)系統(tǒng)省去了墨水泵和收集槽等。與連續(xù)式相比，噴墨機構簡單、價廉，可靠性高。為提高印字速度，這種印字頭采用單列、雙列或多列小孔，一次掃描噴墨即可打印出所需的字符或圖像。產生墨滴的機構，可采用不同的技術，流行的有壓電式和熱電式。（1）壓電式噴墨技術（2）熱點式噴墨技術2/6/202399計算機組成原理

9.5IP電話

當Internet時代和多媒體時代剛到來時,有人已經開始了利用Internet在國際間實時傳送話音。方法很簡單,通話雙方同時上網(wǎng),雙方的計算機都有多媒體功能,都有一個全雙工的聲卡和麥克風。當甲方對著麥克風講話時,專門的軟件把聲音記錄下來并通過Internet迅速傳給乙方。當乙方的計算機接收到這些聲音數(shù)據(jù)時,就通過它的聲卡把這些數(shù)據(jù)用專門的軟件播放出來,這樣乙方就能夠聽到甲方說話的內容了。由于雙方的聲卡都是全雙工的,他們彼此都可以同時說話,傾聽對方的聲音。2/6/2023100計算機組成原理

目前來講,人們通過電話線撥號上Internet,通過Internet與國外通話一個小時的開銷不足幾元,而通過國際長途的通話費可能為幾百元。由此可見,人們通過Internet進行國際通話的費用遠遠低于國際長途電話費。正是這個差價的誘人之處,使得人們幾年來對這方面進行了不少的研究,開發(fā)出了很多成果，IP電話就是其中一個成果。目前已有IP電話面市,它的外形象是一個普通電話,但工作機制不同于普通電話。它實際上是一個網(wǎng)絡終端設備,其工作原理同前面介紹用計算機通過Internet通話一樣,與利用多媒體計算機通話不同的是IP電話把有關的一些軟件固化在自身上了。之所以稱為IP電話,是因為它利用了TCP/IP網(wǎng)絡技術。

2/6/2023101計算機組成原理

在我國,中國電信和聯(lián)通公司現(xiàn)在正在推出了IP電話服務,聯(lián)通公司130的用戶可以通過撥某個特別號碼即可用手機撥打IP電話了。但由于現(xiàn)在的Internet的帶寬有限,及傳輸速度還不是很快,所以IP電話的音質一般不好,聽起來老是斷斷續(xù)續(xù)的,不是很清晰,音質比不上普通電話。不過,相信在不久的將來,Internet骨干網(wǎng)絡的速度一定會得到大幅度的提高,到那時,也許只有IP電話的存在,而傳統(tǒng)電話只能在博物館才能見到。2/6/2023102計算機組成原理

9.6聲卡

隨著現(xiàn)在電腦技術的飛速發(fā)展，聲卡已經成為多媒體電腦不可缺少的部分：玩游戲、語音輸入、打IP電話等等，每一樣都少不了它。聲卡的關鍵技術包括：數(shù)字音頻、音樂合成、MIDI和音效。數(shù)字音頻部分包括44.1KHz的頻率采樣和以16位的分辨率錄制和播放聲音信號，還包括聲音信號的壓縮方法。一般采用自適應脈沖碼調制法（ADPCM）。音樂合成主要有FM合成和波形表和成法。音效是近年來集成電路工業(yè)中數(shù)字聲音信號處理技術的結晶，它從硬件上實現(xiàn)了回聲、和聲等。使得聲卡發(fā)出的聲音更生動。現(xiàn)在的聲卡一般都具有Line-in、Lin-out、MIC、SPEAK、游戲桿/MIDI五個接口和三個連接器。2/6/2023103計算機組成原理

(1)

line-in用來連接其他外部聲源，如微型CD播放器、調協(xié)器、數(shù)字錄音機（DAT）等，進行播放或錄音。(2)

line-out連接的是我們常見的有源音箱。(3)

MIC專門用于連接外接語音輸入話筒（麥克風）。(4)

SPEAK用來連接無源音箱或功率很小的音箱。(5)

游戲桿/MIDI專門用來連接游戲操縱桿或者數(shù)字電聲樂器MIDI設備。(6)

CD源連接器（CDAudioInterface）該連接器用于連接光驅尾部的四針連接器，從而實現(xiàn)在播放CD時，將光驅的音頻輸出信號直接送往聲卡，并通過聲卡對該信號進行處理后再輸出。2/6/2023104計算機組成原理

不過，USB和閃存PC卡都有一個基本的缺點—有些計算機沒有同它們的接口，這樣造成無法處理它的數(shù)字信息。這就意味著也許要進行I/O升級以利用這兩種較新的數(shù)字相機如果不愿意升級,那么基于串口的數(shù)字相機是最好的選擇。(7)PC喇叭連接器該連接器用于連接主板上的PC喇叭。(8)

CD-ROM驅動器接口該連接器用于連接光驅。ADC(AnlogtoDigitalConvertor,模擬數(shù)字轉換器)的功能就是把聲音從模擬信號轉換成數(shù)字信號，用一連串的字來表示模擬信號的電壓及電流的復雜變化，這個過程又稱為“采樣”。這樣，就可以隨心所欲地編輯聲音了。2/6/2023105計算機組成原理

與ADC的功能相反，DAC(DigitaltoAnlogConverter，數(shù)字模擬轉換器)則是把那些經過處理的數(shù)字信號再還原為模擬信號，以便驅動音箱的揚聲器單元振動發(fā)聲，這樣才能通過音響發(fā)出經過