2023/7/171第9章計(jì)算機(jī)外部設(shè)備計(jì)算機(jī)組成技術(shù)教程哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2023/7/172第9章計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備9.1計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)器系統(tǒng)9.2計(jì)算機(jī)常用顯示設(shè)備及其基本原理9.3打印機(jī)的基本原理9.4計(jì)算機(jī)常用的輸入設(shè)備顯示器打印機(jī)2023/7/173計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備主機(jī)輸入/輸出接口（Interface）設(shè)備控制器設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)中央處理器和主存構(gòu)成了主機(jī)，除主機(jī)外的大部分硬件設(shè)備都可稱為外部設(shè)備，或外圍設(shè)備，簡(jiǎn)稱外設(shè)。以各種外部形式描述的程序、數(shù)據(jù)等信息通過(guò)外設(shè)輸入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)把各種信息和處理結(jié)果以一定的物理載體反映出來(lái)，通過(guò)外設(shè)進(jìn)行輸出。2023/7/174

9.1計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)器系統(tǒng)

外部存儲(chǔ)器又稱作輔助存儲(chǔ)器，它是主存的后援設(shè)備，與主存、緩存一起組成了存儲(chǔ)器的層次系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助存儲(chǔ)器有硬盤、軟盤、磁帶、光盤等，其特點(diǎn)是容量大、成本低，具備非易失性。

在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，主存是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，以供直流電維持信息，一旦斷電，信息立即丟失，這稱為易失性或揮發(fā)性。雖然主存存在易失性，但由于只存放當(dāng)前使用的信息，影響不大。2023/7/175磁表面存儲(chǔ)元的存儲(chǔ)原理

磁表面存儲(chǔ)器通過(guò)磁頭和記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成讀寫操作，寫入時(shí)，記錄介質(zhì)在磁頭下面勻速通過(guò)，根據(jù)寫入代碼的要求，對(duì)寫入線圈輸入一定方向和大小的電流使磁頭導(dǎo)磁體磁化，磁層表面被磁化的極性方向不同，可以區(qū)別記錄“0”或“1”。讀出時(shí)，讀線圈通過(guò)電流，讓載磁體在磁頭下運(yùn)動(dòng)時(shí)存儲(chǔ)元中的剩磁便會(huì)在讀出電路中感應(yīng)出信號(hào)。9.1.1硬盤系統(tǒng)的組成與工作原理N寫線圈S鐵芯磁層讀線圈2023/7/176硬盤存儲(chǔ)器

硬盤存儲(chǔ)器一般由硬盤驅(qū)動(dòng)器（HardDiskDriver，HDD）、硬盤控制器（HardDriveController，HDC）和盤片組成。硬盤驅(qū)動(dòng)器HDD，又稱磁盤機(jī)，通常是一個(gè)完整獨(dú)立的設(shè)備。2023/7/177硬盤存儲(chǔ)器

硬盤驅(qū)動(dòng)器HDD，包括磁記錄介質(zhì)使用的磁盤和驅(qū)動(dòng)磁盤勻速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部件(主軸及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，完成讀/寫功能的磁頭和驅(qū)動(dòng)磁頭沿磁盤徑向方向運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)確定位的部件(磁頭及定位系統(tǒng))，以及其他一些控制邏輯電路構(gòu)成的設(shè)備控制器等部件。2023/7/178硬盤存儲(chǔ)器

磁頭支架

盤片

磁頭磁道

扇區(qū)

硬盤的結(jié)構(gòu)

硬盤的盤片由硬質(zhì)鋁合金材料制成，其表面涂有一層可被磁化的硬磁特性材料。硬盤的盤片2023/7/179硬盤存儲(chǔ)器

HDC是主機(jī)與HDD之間的接口電路。在早期的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，HDC是插在主機(jī)總線插槽中的一塊電路板，用于把HDD與計(jì)算機(jī)主機(jī)連接為一體。為了使硬盤機(jī)具有通用性和互換性，硬盤生產(chǎn)廠商制定了主機(jī)與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)若干年的演變，HDC的功能全部轉(zhuǎn)入到硬盤設(shè)備中，這樣主機(jī)與硬盤存儲(chǔ)器之間可采用標(biāo)準(zhǔn)通用接口。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。計(jì)算機(jī)常用的硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)有ST506/412，ESDI，IDE，SCSI等，其中，近幾年在PC機(jī)中使用最廣泛的是IDE和SATA接口標(biāo)準(zhǔn)。硬盤控制器HDC2023/7/1710硬盤存儲(chǔ)器

IDE（Integrated

Drive

Electronics）即“電子集成驅(qū)動(dòng)器”，本意是指把“硬盤控制器”與“盤體”集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器，由美國(guó)WesternDigital和Compaq公司開發(fā)，當(dāng)前通用的一種硬盤和光驅(qū)接口標(biāo)準(zhǔn)。IDE和SATA目前使用的SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）即串行高級(jí)技術(shù)附件，是一種基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行硬件驅(qū)動(dòng)器接口，使用SATA接口的硬盤又叫串口硬盤，其特點(diǎn)是支持熱插拔，傳輸速率快，執(zhí)行效率高，相對(duì)于并行ATA來(lái)說(shuō)它具有很多優(yōu)勢(shì)，有希望成為并行ATA的廉價(jià)替代方案。2023/7/1711低級(jí)格式化Format格式化硬盤的分區(qū)新硬盤可使用低級(jí)格式化是對(duì)盤片上的扇區(qū)進(jìn)行定義，以便驅(qū)動(dòng)器能識(shí)別指定的扇區(qū)，并且還要規(guī)定扇區(qū)的交錯(cuò)因子。分區(qū)是將硬盤分為若干個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。一是為了能在同一臺(tái)機(jī)器中可以建立不同的分區(qū)，使用不同的操作系統(tǒng)。再有，早期的DOS管理外存空間的能力有限。DOS分區(qū)的FORMAT格式化分區(qū)后的硬盤空間由兩部分組成：主引導(dǎo)扇區(qū)和供不同操作系統(tǒng)使用的區(qū)域。

FORMAT格式化的作用是：

·對(duì)硬盤進(jìn)行初始化，使其記錄格式能為DOS所接受。

·檢出硬盤有缺陷的磁道和扇區(qū)。

·建立目錄、文件分配表。

硬盤存儲(chǔ)器2023/7/17129.1.2光盤系統(tǒng)的組成與工作原理光盤（OpticalDisk）是利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫信息的圓盤。光盤存儲(chǔ)器是在激光視頻唱片和數(shù)字音頻唱片基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。應(yīng)用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，然后再利用激光讀出信息，這種技術(shù)叫光存儲(chǔ)技術(shù)。如果光存儲(chǔ)使用的介質(zhì)是磁性材料，即利用激光在磁記錄介質(zhì)上存儲(chǔ)信息，就叫作磁光存儲(chǔ)。光盤的特點(diǎn):最主要的特點(diǎn)是它的容量大,一般都在650兆以上。可靠性高,非接觸式讀/寫,成本低,易復(fù)制。誤碼率極低,與總位數(shù)相比在10-10~10-17以下。種類只讀型只寫一次型可擦寫型

2023/7/17139.1.2光盤系統(tǒng)的組成與工作原理寫一次型光盤的組成結(jié)構(gòu)與工作原理1.什么是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)？傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)是需要手動(dòng)按壓按鍵觸動(dòng)PCBA上的開關(guān)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的一種設(shè)計(jì)方式。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1.合理的選擇按鍵的類型，盡量選擇平頭類的按鍵，以防按鍵下陷。2.開關(guān)按鍵和塑膠按鍵設(shè)計(jì)間隙建議留0.05~0.1mm，以防按鍵死鍵。3.要考慮成型工藝，合理計(jì)算累積公差，以防按鍵手感不良。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵結(jié)構(gòu)層圖：按鍵開關(guān)鍵PCBA2023/7/1715光盤的幾種標(biāo)準(zhǔn):1.CD-DA(CompactDisc-DigitalAudio)規(guī)范及格式。2.CD-ROM規(guī)范及格式。3.VCD（VideoCompactDisc）。4.PhotoCD。

5.DVD光盤。

9.1.2光盤系統(tǒng)的組成與工作原理2023/7/17169.2計(jì)算機(jī)常用顯示設(shè)備及其基本原理①像素。它是屏幕顯示（按像素點(diǎn)掃描）的最小單位，像素點(diǎn)的排列組成了字符和圖像。②分辨率。它是屏幕每行每列的像素點(diǎn)數(shù)，用“水平點(diǎn)數(shù)×垂直點(diǎn)數(shù)”表示。例如VGA，SVGA，XGA，SXGA，UXGA的分辨率分別是640×480，800×600，1024×768，1280×1024，1600×1200。③點(diǎn)距（柵距）。指蔭罩型顯示器屏幕上點(diǎn)的距離，柵距指光柵型顯示器屏幕上光柵的距離。點(diǎn)距（柵距）越小越清晰，其數(shù)值取決于所采用的顯像管。點(diǎn)距范圍一般是0.22～0.39mm。④點(diǎn)時(shí)鐘。它決定光點(diǎn)出現(xiàn)的速率，是顯像管所能承受的電子束最大開關(guān)速度。例如，XGA的點(diǎn)時(shí)鐘為60MHz。⑤水平掃描頻率。指一秒鐘掃描的行數(shù)，也稱行頻，用點(diǎn)時(shí)鐘（頻率）除以水平分辨率（即水平點(diǎn)數(shù)）來(lái)表示。例如，XGA的行頻為410.4kHz。⑥垂直掃描頻率。指一秒鐘刷新屏幕的次數(shù)，也稱刷新頻率、幀頻或場(chǎng)頻，用水平掃描頻率除以垂直分辨率（即垂直點(diǎn)數(shù)）來(lái)表示，刷新頻率越高圖像越穩(wěn)定。例如，XGA的刷新頻率為70Hz。⑦色彩數(shù)。指每個(gè)像素點(diǎn)可具有的色彩數(shù)目，也稱色分辨率。色彩數(shù)有16色、256色、64K色、增強(qiáng)色（16位）和真彩色（32位）等。經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理的像素點(diǎn)顏色用位（bit）數(shù)表示，例如，16色為4位，256色為8位，增強(qiáng)色為16位，真彩色為32位。顯示器和視頻標(biāo)準(zhǔn)涉及的基本概念：2023/7/17179.2.1陰極射線管顯示器的基本原理CRT(CathodeRayTube)顯示器結(jié)構(gòu)示意圖：2023/7/1718CRT顯示適配器（顯示卡）:①M(fèi)DA(MonochromeDisplayAdapter)顯示卡②CGA(ColorGraphicsAdapter)顯示卡③EGA(EnhancedGraphicsAdapter)顯示卡④VGA(VideoGraphicsArray)顯示卡9.2.1陰極射線管顯示器的基本原理2023/7/1719

液晶顯示器LCD（LiquidCrystalDisplay）是平面顯示設(shè)備,LCD具有體積小、重量輕、低壓供電、耗電少等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式儀器儀表、筆記本計(jì)算機(jī)等得以廣泛應(yīng)用,目前也廣泛應(yīng)用于臺(tái)式PC機(jī)系統(tǒng)中。9.2.2液晶顯示器的基本原理LCD組成結(jié)構(gòu)示意圖2023/7/17209.3打印機(jī)的基本原理

打印機(jī)是最常用的輸出設(shè)備，它把計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)果輸出打印在紙上，可以較長(zhǎng)時(shí)間保存。

打印機(jī)的種類有很多種劃分方法，按印字的原理劃分，把打印機(jī)分成擊打式和非擊打式，擊打式又分為點(diǎn)陣針式和活字式兩種打印機(jī)。擊打式打印機(jī)打印速度慢，噪聲大，打印質(zhì)量一般。

非擊打式打印機(jī)則是通過(guò)靜電、噴墨等非機(jī)械撞擊方式完成在紙上著色，打印速度快，噪聲低，印字質(zhì)量高。普及型的噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，高檔的激光打印機(jī)在電子照排印刷系統(tǒng)中也得到了普遍應(yīng)用。2023/7/17219.3.1激光打印機(jī)的基本原理激光打印機(jī)是激光技術(shù)和電子照相技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由走紙機(jī)構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分、印字字形發(fā)生器和控制器等幾部分組成：2023/7/17229.3.2噴墨打印機(jī)的基本原理2023/7/17239.3.3針式打印機(jī)的基本原理針式打印機(jī)由走紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)、打印頭和控制邏輯電路等幾部分組成。2023/7/17249.4.計(jì)算機(jī)常用的輸入設(shè)備9.4.1鍵盤的基本原理:鍵盤(Keyboard)可輸入漢字、外文、數(shù)字等。鍵盤由一組排列成陣列形式的按鍵開關(guān)組成。用戶使用鍵盤輸入數(shù)據(jù)，首先按下一個(gè)鍵，鍵盤查出按下的是哪個(gè)鍵，將此鍵翻譯成ASCII碼傳給計(jì)算機(jī)。目前使用的鍵盤主要有機(jī)械觸點(diǎn)式、電容式和薄膜式等類型。按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的需要，可以選擇不同的鍵盤。2023/7/17259.4.2鼠標(biāo)的基本原理鼠標(biāo)器(Mouse)是一種手持式的坐標(biāo)定位部件，鼠標(biāo)器有兩種：一種是機(jī)械式的，另一種是光電式鼠標(biāo)器。機(jī)械式鼠標(biāo)造價(jià)便宜，但壽命短、定位精度低、可靠性差。光電式鼠標(biāo)器比機(jī)械式鼠標(biāo)器可靠性高，但需增加一塊金屬板，造價(jià)較高。

現(xiàn)在使用的光電式鼠標(biāo)必須配有發(fā)光二極管、光學(xué)透鏡和光學(xué)感應(yīng)器，這樣的技術(shù)統(tǒng)稱為光眼技術(shù)。這種鼠標(biāo)分辨率高、可靠性高，不需要專門的鼠標(biāo)墊。2023/7/17269.4.3觸摸屏的基本原理觸摸屏（Touchscreen）是一種對(duì)物體的接觸或靠近能產(chǎn)生反映的定位設(shè)備。按觸摸原理不同，大致分為5類：電阻式、電容式、表面超聲波式、掃描紅外線式和壓感式。電阻式觸摸屏是由顯示屏上加一個(gè)兩層高透明度的、并涂有導(dǎo)電物質(zhì)的薄膜組成。在兩層薄膜之間絕緣隔開，其間隙為0.0001英寸。2023/7/17279.