第八章 常用外部设备 输入设备(键盘、鼠标、扫描仪) 显示系统 音频设备 打印机第 2 页8.1.1 键盘 键盘是计算机的主要输入设备。1. 键盘原理 键盘有机械式和电容式两种。 机械式键盘的电路原理如图，每个键对应一个常断开关，通过CPU扫描按下的键。8.1 输入设备输入设备 (键盘键盘)并行输出端口输入CPU键盘接口计算机 主机 键盘接口计算机硬件技术基础第 3 页2. 键盘接口 PC机键盘接口有PC/AT(大口)、PS/2(小口)、USB、红外和无线几种，目前使用最多的是PS/2接口。8.1 输入设备输入设备 (键盘键盘)31542数据时钟地线电源264135数据地线电源时钟PC/AT接口PS/2接口多媒体键盘无线键盘人体工程学键盘计算机硬件技术基础第 4 页8.1.2 鼠标 鼠标是计算机的主要的指点式外设，在Windows操作几乎不可缺少。 鼠标有机械式和光学式两种。机械式鼠标：8.1 输入设备输入设备 (鼠标鼠标)Y 输出的光“遮断”轮X 轴滚轮Y 轴滚轮光源光监测器X 输出的光“遮断”轮光源光监测器滚球计算机硬件技术基础第 5 页光学式鼠标： 老式光学鼠标需要带网格的底版(垫)，现在的光学鼠标可以分辨一般桌面的表面反射。两种鼠标比较： 机械式成本低，易磨损，精度低；光学式成本高，耐用，精度高。鼠标器接口： 串行口、PS/2(鼠标专用接口)、USB及无线接口。目前使用最多的是PS/2接口。8.1 输入设备输入设备 (鼠标鼠标)计算机硬件技术基础2键鼠标2键3D鼠标带滚轮3键轨迹球光学鼠标3键 PC mouse2键3D鼠标无线、带滚轮4键3D鼠标光学、带滚轮计算机硬件技术基础第 7 页8.1.3 扫描仪 将印刷品的内容以图象方式输入计算机。1. 扫描仪的结构原理 扫描仪一般由机械传动、光成像和电路三大部分组成。8.1 输入设备输入设备 (扫描仪扫描仪)机械传动：光源和镜面的纵向平移。光成像：将横向光线反射到光敏器件。电路：由A/D、控制和接口组成。计算机硬件技术基础第 8 页 感光元件是扫描仪的核心部件，它为一线状(单色或三色)光电转换器件，横向整行光信号经过几次反射后到达感光器件，决定着扫描仪的横向分辨率和色彩深度，目前使用的扫描仪大多采用CCD(电耦合器件)，是一种成熟的技术。另一种感光器件是CIS(接触式感光器件)，是一种发展中的感光技术。8.1 输入设备输入设备 (扫描仪扫描仪)2. 扫描仪的性能和指标 分辨率(每英寸横向点数X每英寸纵向点数) 光学分辨率：扫描仪固有分辨率，横向取决于CCD，纵向取决于机械精度。是扫描仪的最重要技术指标。 最大分辨率：经过软件插值运算的图象分辨率。插值运算计算机硬件技术基础第 9 页 一般光学分辨率有300X600dpi(家用普及)、600X1200 dpi (商用中挡)和2400X2400dpi(专业高档)几种。 色彩深度/灰度 扫描仪有彩色和黑白两种，彩色扫描仪可扫描黑白图象。 彩色深度(灰度)：扫描彩色(黑白)图象时每个像素所占用的位数。 一般彩色扫描仪有24位、30位、36位和48位几种，黑白扫描仪多为8位(256级灰度)。 扫描仪接口 一般有并行口、USB和SCSI接口。 扫描幅面有A4和A3两种，A3幅面较贵。 其他性能如透射稿扫描、底片扫描、实物扫描等8.1 输入设备输入设备 (扫描仪扫描仪)计算机硬件技术基础Acer 640 A4 600X1200 48BitEpson GT-10000 A3600X2400、24BitEpson GT-1000 A3600X2400 36BitCanon FB636 A4600X1200 36BitEpson 1200/Photo1200X2400 36Bit3. 几款扫描仪计算机硬件技术基础第 11 页计算机操作(人机对话)平台的发展： 过去：电传打字机 目前：键盘+鼠标+CRT显示 将来：键盘+笔+平板显示，语音输入、投影计算机显示系统由显示适配器(显示卡)和显示器组成。 8.2 显示系统显示系统计算机主机系统总线显示适配器显示接口显示器ISAEISAVESAPCIAGPMDA(字符)HGA(图形)CGA(图形)EGA(图形)VGA(图形)SVGA(图形)XGA(图形)CRTLCD投影单色多灰度彩色计算机硬件技术基础第 12 页8.2 显示系统显示系统 (CRT)显示适配器：字符 低分辨率图形高分辨率图形显示器：单色CRT彩色CRT LCD8.2.1 CRT(Cathode-Ray Tube)显示器1. CRT原理 电子束经过聚焦和加速后在偏转控制下轰击到涂有荧光粉的屏面，使被轰击点发光。 颜色：因荧光粉成分不同而异，亮度：和电子束强度有关，坐标：受场(纵向)、行(横向)偏转电流控制。电子束计算机硬件技术基础第 13 页8.2 显示系统显示系统 (CRT) 由显示适配器送到显示器的信号主要有垂直同步(V)、水平同步(H)和三基色信号(R, G,B)。视频放大水平扫描垂直扫描RGBHV彩色成像：三基色原理任何颜色都可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基本颜色按一定比例混合而成。彩色显示器的每一个点都由红、绿、蓝三个点组成。计算机硬件技术基础第 14 页8.2 显示系统显示系统 (CRT)2. CRT的基本指标尺寸：屏幕对角线长度(英寸)，有14、15、17、19、21英寸等。点距：两个同色光点间的距离(mm)，一般为0.28mm，较高挡产品为0.24 0.21mm。分辨率：每行点数X行数，一般有640X480、800X600、1024X768、1280X1024、1600X1200等，一般满足4:3。带宽：电子束每秒钟扫过的点数。分辨率X刷新频率。一般用于显示特定分辨率下的刷新频率。其他：固定频率与自动跟踪、线性调整与数字控制、直角平面等。计算机硬件技术基础第 15 页8.2 显示系统显示系统 (LCD)8.2.2 LCD(Liquid Crystal Display)显示器 LCD是一种新型的平板显示器，屏幕上的每一个点都有独立的发光机制。 有黑白多灰度和全彩色两种，彩色LCD有无源阵列和有源阵列两种。 黑白多灰度一般用于抵挡笔记本和中抵挡掌上电脑。 无源彩色阵列的成本低于有源彩色阵列，但显示的亮度和响应速度不及有源彩色阵列。计算机硬件技术基础第 16 页8.2 显示系统显示系统 (LCD)LCD的主要技术指标 响应时间：LCD屏幕内容的更新速度。 文本显示要求响应时间为250500ms。 图形界面要求响应时间为100200ms。 视频显示要求响应时间为3050ms(有源阵列)。 亮度：一般指LCD背光的亮度。 对比度：全开像素与关像素的亮度比。 一般为10:1400:1 视角：LCD有效观察视线与显示平面法线的夹角。LCD和CRT的比较CRT：技术成熟，成本低，显示效果好，耗电大，体积大。LCD：体积小，耗电少，显示效果稍差，成本高。计算机硬件技术基础第 17 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器)8.2.3 显示适配器1. 显示标准 PC机的显示系统的发展过程：字符图形，单色彩色，低分辨率高分辨率。MDAHGACGAEGAVGASVGAXGA标准显示模式字符字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形字符/图形最高分辨率720X350720X350640X200640X350640X4801600X12001024X768最大色彩数2(单色)2(单色)41625616M64KMDA:(Monochrome Display Adapter)单色显示适配卡HGA:(Hercules Graphics Adapter)大力神图形卡CGA:(Color Graphics Adapter)彩色图形适配器EGA:(Enhanced Graphics Adapter)增强型图形适配器VGA:(Video Graphics Array)视频图形阵列SVGA:(Super Video Graphics Array)超级视频图形阵列XGA:(eXtended Graphics Adapter)扩展图形阵列适配卡计算机硬件技术基础第 18 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器)2. 显示模式 显示模式有字符模式和图形模式两种。字符模式：显示单位为 字 符 ， 将 字 符 的ASCII码及显示属性送显示适配器，适配器将所显示字符的ASCII码转换成字模。图形模式：显示单位为像素。直接将像素的RGB分量或色彩编码送显示缓冲区。 显示缓冲区A固化字模库ASCII码显示缓冲区像素数据调色板寄存器组计算机硬件技术基础第 19 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器)3. 标准VGA显示模式 目前Windows的最低显示标准。640X480，16色。4. PC显示系统的发展 目前PC机常用的显示模式主要有：800X600 64K(16Bits)/16M(24Bits)/4G(32Bits)色1024X768 64K(16Bits)/16M(24Bits)/4G (32Bits)色 其他高级功能： 2D加速：用于窗口更新、图形、2维动画、VCD/DVD播放加速。 3D加速：用于3维漫游、虚拟现实加速。 视频输入/输出端子：用于连接电视、录象机等视频设备。计算机硬件技术基础第 20 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器)5. 显示适配器 构成图形控制器：数据逻辑运算时序发生器：产生各部分同步定时CRT控制器：产生行、场扫描信号调色板寄存器：完成色彩查表显示BIOS：固化的显示卡操作程序显示存储器显示BIOS串行发生器调色板寄存器组总线图形控制器数摸转换器CRT控制器RGBVH时序发生器地址数据PCI / AGP并行数据串行数据真色彩数据计算机硬件技术基础第 21 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器)显示存储结构 显示存储器和显示像素的对应关系。 显示存储器的存储结构有位平面结构和线性存储结构两种。位平面结构：用于 16色显示模式。线性存储结构：用于256色及64K色。16色位平面结构1000100110001001256色线性存储结构计算机硬件技术基础第 22 页8.2 显示系统显示系统 (适配器适配器) 总线 目前的显示卡几乎全部为PCI和AGP总线。传输方式数据位宽总线时钟最高速度扩展槽数PCI同步32位33MHz133MB/s5AGP同步32位66MHz533MB/s1 VGA接口 VGA接口使用DB15连接器，主要信号有RGB视频、水平和垂直同步、显示器标识和地线。12345红视频绿视频蓝视频显示器标识2数字地出出出入678910红模拟地绿模拟地蓝模拟地同步地1112131415显示器标识0显示器标识1水平同步垂直同步显示器标识3入入出出入计算机硬件技术基础第 23 页8.3 音频设备音频设备8.3.1 音频设备的发展和用途 声卡由CREATIVE(创通)公司于80年代后期研制成功。 声卡的主要功能是数字化录音/放音和数字化音乐合成。8.3.2 声卡的工作原理1. 音频数字化原理101011101011010110111000000011101000111110010011模拟音频信号模拟音频信号音频文件将模拟音频信号转换为 数 字 音 频 信 号 ：ADC(Analog-to-Digital Conversion)将数字音频信号转换为 模 拟 音 频 信 号 ：DAC(Analog-to-Digital Conversion)计算机硬件技术基础54321-1-2-3-4-5对波形进行抽样对抽样值进行数字化(AD)成为数字化文件将数字化文件变换为电压波形(D/A)经过低通滤波tttt香农定理：当抽样频率大于信号最高频率的2倍时，可根据抽样值完全恢复源波形。计算机硬件技术基础第 25 页AD数字音频DA声卡输出的波形和原波形的差别：产生失真：由于采样频率不足够高。提高采样频率可减小失真。增加噪声：由于量化等级不足够多。提高数字化位数可以增大信噪比。音频数字化的失真和信噪比计算机硬件技术基础第 26 页2. 音频数字化的主要指标 采样频率：11.02544.1KHz，抽样频率越高，保真度越高。人耳可的听到的最高频率约20KHz。 数字化精度：8位/16位。影响量化的信号噪声比。8位量化有较明显的背景噪声。1k2k3k4k5k6k7k能量 电话质量：11.025KHz / 8bit AM广播质量：22.5KHz / 8bit CD质量：44.1KHz / 16bit DVD音频：96KHz / 24bit8.3 音频设备音频设备 一 般 保 留04KHz不 影 响语音的可懂度。 人耳可的听到的 最 高 频 率 约20KHz。计算机硬件技术基础第 27 页3. MIDI(Musical Instrument Digital Interface) 将各种乐器的音符进行编码，音符的发音利用数字化合成。这样计算机可以直接按乐谱合成乐曲。曲谱的编码文件称为MIDI文件(.MID)。 声卡的音效合成部分的主要指标是通道数(可以同时合成的乐器数)和复音数(影象合成保真度)。4. 声卡的接口 声卡的音频输入一般有麦克风输入和线路输入(用于连接音源设备)，音频输出有扬声器输出和线路输出(用于连接音源设备)。 MIDI接口和游戏杆接口，两接口共用一个DB15连接器。 卡上音频输入，用于连接来自光驱的音频。8.3 音频设备音频设备计算机硬件技术基础第 28 页8.3 音频设备音频设备计算机硬件技术基础第 29 页8.4 打印机打印机 目前用于计算机的打印机主要有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。除通用打印机外，有各种专用打印机，如各种票据打印机、条形码打印机等。1. 三种常用打印机的比较针式打印机：成本较低、耐用、可多联复写打印、消耗低。打印质量差、速度慢、噪声大、不能打印全彩色和多灰度。激光打印机：打印质量高、速度快、噪声小。成本高(尤其是彩色激光打印机)。喷墨打印机：打印质量高、成本低。消耗大、速度慢。2. 打印机的主要指标打印幅面(A3/A4)、速度(页/分钟)、分辨率(点/英寸)。计算机硬件技术基础第 30 页3. 打印机接口 一般为并行口，也有串行口和USB接口产品。接口速度对打印速度影响不大。Epson LQ-1600K24针，A3幅面 针式打印机Lexmark S1855A4幅面，1200dpi高速黑白激光打印机Canon BJC-8200A4幅面，照片质量彩色喷墨打印机8.4 打印机打印机计算机硬件技术基础