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新编大学计算机基础
1.4.1.4 2.1.4 输入/输出设备

2.1.4 输入/输出设备

微处理器(包括运算器和控制器)和主存储器构成微型计算机的主体,被称为主机。主机以外的硬件设备都被称为外部设备或外围设备,简称“外设”,它包括前面提到的辅助存储器、输入输出设备及脱机输入输出设备等,其中脱机输入输出设备主要用于大型的计算中心,作为数据输入输出各转换装置。下面重点介绍微机系统中常用的一些输入输出(I/O)设备。

1.输入设备

在计算机中,输入设备主要完成对程序、数据和操作命令的输入等功能,也是进行人机对话的主要部件。

(1)键盘

键盘(Keyboard)是目前应用最普遍的一种输入设备,与CRT显示器组成终端设备。

键盘按其工作原理主要可分为机械式(触点式)键盘、薄膜式键盘和电容式(无触点式)键盘三种形式。按键的多少可分为101/102/104/105/108键键盘。现在微机上普遍配备的是电容式105键键盘或108键键盘(也即Windows 98键盘),如图2.1.6所示。

微机键盘上键的编码采用ASCII码。微机键盘一般通过线缆与主机相连,但现在也有红外线键盘,通过红外线与主机交换信号。

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图2.1.6 Windows 98键盘

从图2.1.6可以看出,键盘左下方键分布得最多的一块被称为打字键区,这片区域里分布的是用键盘输入时用得最多的字母键、数字键、符号键以及一些控制键;打字键区上方有一排按键,左边第一个键为Esc(Escape)键,接下来的十二个键为功能键F1~F12;键盘右边的矩形区域被称为数字小键盘区;中间一块被称为编辑键区,该区域内的键主要用来控制屏幕上光标的位置及屏幕显示内容的变化。在数字小键盘区上方一般有三个指示灯,分别是Num Lock、CapsLock和ScrollLock。

下面介绍一下常用的控制键:

Enter键:回车键。一般情况下,按下此键表示本次输入结束或换行。

Backspace(←):退格键。位于Enter键上方,每按下此键,删除光标左边的一个字符,光标回退一个字符的位置。

Tab键:制表定位键。每按一次,光标右移8个字符的位置。

CapsLock键:字母大小写锁定键,用于控制字母大小写的输入。按下此键,若其对应的指示灯“CapsLock”亮,则字母输入呈大写状态,再按下此键,指示灯灭,字母输入呈小写状态。

Shift键:换档键,左右各一个。在打字键区,如果一个键上有两个字符,要输入上边的字符,则应同时按下Shift键和要输入的字符键。如果字母在大写状态,同时按下此键和字母键,则输入小写字母,相反,如果字母在小写状态,同时按下此键和字母键,则输入大写字母。同时,此键还可改变数字小键盘区的键的功能。

Ctrl键:控制键。一般和其他键组合使用。

Alt键:功能转移键。一般和其他键组合使用。

PrtSrc键:打印屏幕键。

ScrollLock键:屏幕滚动锁定键。其状态与指示灯ScrollLock对应。

Pause/Berak键:暂停/中断键。

NumLock键:数字锁定键。其状态与指示灯Num Lock对应,若指示灯亮,则数字键区数字输入开启,否则,数字输入关闭。

(2)鼠标器

鼠标器(Mouse)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,由此得名。

鼠标器在屏幕上定位快捷、准确、直观,选择方便,目前已成为操作图形界面的必配设备。

鼠标器按其结构可分为机械式鼠标(如图2.1.7(b)所示)和光学式鼠标(如图2.1.7(a)所示)。机械式鼠标内有一滚动球,可在普通桌面上使用,而光学式鼠标内有一光电探测器,早期的光电鼠标要配备专用的反光板才能使用,而现在的光电鼠标已经可在普通桌面上直接使用。

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(a)三键串口机械鼠标 

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(b)机械式鼠标内部结构

图 2.1.7

鼠标器按其接口可分为串行接口鼠标器、总线式鼠标器和PS/2接口鼠标器。现在微机上主要配备PS/2接口鼠标器、串行接口鼠标器和USB接口鼠标。

鼠标器按其按键多少分为两键鼠标器和三键鼠标器。现在还有为上网方便而设计的滚轮鼠标,有2D、3D及4D鼠标。

(3)扫描仪

扫描仪是一种图形化输入设备,它采用光照射被扫描对象,产生反射,然后对反射光线进行接收和处理,将所获得的模拟视觉信号转换成计算机能识别的数字化图形图像信息。此外,在一定软件的支持下,通过OCR(光学字符识别)技术可将扫描得到的图形化文本转换为计算机上的一般文本,实现文本的视觉化输入。

扫描仪分为平板式扫描仪(如图2.1.8所示)和手持式扫描仪两种。平板式扫描仪最为常见,能够扫描较大幅面的图像,扫描过程稳定,获得的扫描效果好。手持式扫描仪属便携型,体积较小,由于在扫描的过程中用手移动扫描仪来完成扫描,因此所获得的扫描效果可能不尽如人意。

扫描仪的性能

光学分辨率:是指扫描仪的光学系统可以采集的实际信息量,其单位是dpi(dot per inch)。常见的光学分辨率有300×600dpi、600×1200dpi、1000×2000dpi或者更高。

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图2.1.8 平板扫描仪

最大分辨率:又叫做内插分辨率,它是在相邻像素之间求出颜色或者灰度的平均值,从而增加像素数的办法。内插算法增加了像素数,但不能增添真正的图像细节。

色彩分辨率:又叫色彩深度、色彩模式、色彩位或色阶,总之都是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标,它的单位是bit(位),与显示设备中的显示色彩含义相同。

TWAIN:TWAIN(Technology Without an Interesting Name)是扫描仪厂商共同遵循的规格,是应用程序与影像捕捉设备间的标准接口。只要是支持TWAIN的驱动程序,就可以启动符合这种规格的扫描仪。

接口方式:接口方式(连接界面)是指扫描仪与计算机之间采用的接口类型。常用的有USB接口、SCSI接口和并行接口。

除上面介绍的主要的输入设备外,常用的输入设备还非常多,如:用于图形界面输入的图形板、跟踪球、操纵杆、光笔,用于数码采集的数码摄像机、数码相机,用于条形码输入的条形码阅读器,用于文字输入光学字符识别(OCR)输入设备,用于语言输入的语音输入设备等。

2.输出设备

在微机系统中,输出设备主要是将计算机处理的中间结果及最终结果输出让用户可见或保存到外存或输送到其他计算机系统。

(1)显示器

1)显示器分类

按其所用的显示器件分类,有阴极射线管(CRT:Cathode Ray Rub)显示器、液晶显示器(LCD:Liquid Crystal Display)及等离子显示器等。其中阴极射线管显示器是当前微机的主流显示器,有单色和彩色两种,液晶显示器功耗小、无辐射。

按显示器所显示的信息内容分类,有字符显示器、图形显示器和图像显示器三大类。

按显示设备的功能分类,有普通显示器(又称为监视器:Monitor)和终端显示器两大类。

按显示器的尺寸分类,有12英寸、14英寸、15英寸、17英寸、19英寸和21英寸等种类。

按显示器的分辨率分类,有低分辨率显示器、中分辨率显示器和高分辨率显示器三类。

2)显示器分辨率

显示器屏幕上所显示的字符或图形是由一个个的像素(Pixel)组成的。像素的大小直接影响显示的效果,像素越小,显示结果越细致。假设一个屏幕水平方向可排列640个像素,垂直方向可排列480个像素,则我们称这时该显示器的分辨率为640×480。显示器分辨率越高,其清晰度越高,显示效果越好。

低分辨率显示器的分辨率为300×200左右;

中分辨率显示器的分辨率为600×350左右;

高分辨率显示器的分辨率为640×480及以上。

3)显示卡

全称“显示控制适配器”,又称显卡,是显示器和主机之间的接口。显示器的性能受显示卡的影响,二者要匹配,才能充分发挥它们的性能。常见的显示卡按标准分有:

·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):视频图形阵列适配器,支持高分辨率显示,TVGA(True VGA)、SVGA(Super VGA:超级VGA)是对其的扩充。AGP(Accelerate Graphics Porter,加速图形接口)是在保持了SVGA显示特性的基础上,采用了全新设计的、速度更快的AGP显示接口,显示性能更加优良,是目前多媒体计算机最常用的显示卡。

(2)打印机

打印机(Printer)是计算机产生硬拷贝输出的一种设备,提供用户保存计算机处理的结果。

打印机的种类很多,按工作原理可粗分为击打式打印机和非击打式打印机。目前微机系统中常用的针式打印机(又称点阵打印机)属于击打式打印机;喷墨打印机和激光打印机属于非击打式打印机。

1)针式打印机

针式打印机打印的字符和图形是以点阵的形式构成的。它的打印头由若干根打印针和驱动电磁铁组成。打印时使相应的针头接触色带击打纸面来完成。目前使用较多的是24针打印机。

针式打印机的主要特点是价格便宜,使用方便,但打印速度较慢,噪音大。

2)喷墨打印机

喷墨打印机(如图2.1.9(b)所示)是直接将墨水喷到纸上来实现打印。喷墨打印机价格低廉、打印效果较好,较受用户欢迎,但喷墨打印机使用的纸张要求较高,墨盒消耗较快。

3)激光打印机

激光打印机(如图2.1.9(a)所示)是激光技术和电子照相技术的复合产物。激光打印机的技术来源于复印机,但复印机的光源是用灯光,而激光打印机用的是激光。由于激光光束能聚焦成很细的光点,因此,激光打印机能输出分辨率很高且色彩很好的图形。

激光打印机正以速度快、分辨率高、无噪音等优势逐步进入微机外设市场,但价格稍高。

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(a)激光打印机

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b)喷墨打印机

图 2.1.9

(3)绘图仪

用打印机作为电子计算机的输出设备,虽能打印出数据、字符、汉字和简单的图表,但远远不能满足使用要求,例如,在计算机辅助设计(CAD)中要求输出高质量的精确图形,也就是希望在输出离散数据的同时,能用图形的形式输出连续模型。所以,只有采用绘图仪才可以在利用计算机进行数据计算和处理时也输出图形。微型计算机绘图系统利用键盘可输入各种指令和数据,图形输入板则输入图上各点的坐标,软拷贝图形可通过显示器屏幕显示,硬拷贝的图形则通过绘图仪绘出,打印机仍然用来打印程序和数据。

在实际应用中,凡是用到图形、图表的地方都可以使用绘图仪。计算机辅助设计则是利用程序系统及绘图设备,通过人机对话进行工程设计的。它在机电工业中可用于绘制逻辑图、电路图、布线图、机械工程图、集成电路掩膜图,在航空工业中可用于绘制导弹轨迹图、飞机、宇宙飞船、卫星等特殊形状零件的加工图,在建筑工业中可用于绘制建筑平面及主体图等等。

绘图机的主要性能指标有幅面尺寸、最高绘图速度、加速时间和精度等。