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1、计算机组成原理,天津大学,第8章 外部设备,计算机组成原理,天津大学,一个完整的计算机硬件系统由两大部分组成：一是由中央处理器（CPU）和主存储器（MM）组成的主机，二是外部设备。外部设备是指连接到主机上的任何设备，简称外设，又称外围设备。如果计算机系统没有输入输出手段来支持是没有用途的。而输入输出操作是通过外部设备来完成的，这些外部设备提供了外部环境和主机之间交换数据的手段。 随着计算机技术的发展，外部设备在计算机系统中的作用越来越重要，所占价格的比重也越来越大。80年代后，以个人计算机和工作站为代表的微机迅速普及与提高：一方面，半导体集成电路的发展，使CPU和主存的造价大大降低；另一方面，
2、各种方便实用的文字处理设备，精密灵巧的绘图机、打印机及种类繁多的机械、电子、光学设备的发展，使外设在计算机系统中所起的作用大大提高了。 现代的外设已朝着智能化，功能复合化、高可靠性的方向发展，使智能计算机发展成为现实。,计算机组成原理,天津大学,8.1 输出设备,输出设备是将处理机处理的中间结果和最终结果，以人或其他设备可以识别的数字、字符、图形等形式记录或显示出来，供用户识别、分析、处理和保存。如各类打印机、显示器、绘图机等。,计算机组成原理,天津大学,8.1.1 打印机,打印输出是计算机系统最基本的输出形式。打印机是将计算结果、程序等以人们能识别的数字和字符形式印刷在记录纸上的一种输出设备
3、。与显示器相比，它可将打印在纸上的信息长期保存，所以有人将可以产生永久性记录的设备统称为硬拷贝设备，如打印机、绘图机、静电印刷机等。而显示器是将输出信息通过屏幕显示出来，它虽有较强的人机对话功能，但只能供观察，叫作软拷贝设备。,计算机组成原理,天津大学,打印设备的种类繁多，性能各异，结构上的差别也很大，一般打印机可按印字方法和工作方法两种方式进行分类。按印字方法分类可分击打式和非击打式两大类。击打式打印机又分活字式打印和点阵式打印两种。根据字模结构形状不同，活字式打印有球形、鼓轮形、圆柱形、菊花瓣形和链形等。目前活字式打印机已不常使用。非击打式打印是近年来出现的新型打印机，又称印字机。它是采用
4、电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符。如激光印字机等。其特点是非机械方式印字，所以速度快，噪音低，印字质量好，但价格相对较贵。 按工作方法分类可分为串行打印机和行式打印机。串行打印机是单字锤的，打印时将需要打印的字符逐字顺序打印出来。行式打印机是多字锤的，一次可打印一行，打印速度快。,计算机组成原理,天津大学,一点阵针式打印机,点阵针式打印机的印字方法是由打印针印出n（横）m（纵）个点阵组成字符图形。显然，点越多，印字质量越高。一般西文字符由57，77，79点阵等组成。而汉字一般由1616或者2424点阵等组成。图8-1是57点阵针式打印机打印N字符的格式。 点阵针式打印机的基本工作原理是
5、用电磁铁线圈中的电流驱动钢针运动来印刷字符。点阵针式打印机中关键部件是针式打印头。 点阵式打印机由打印头、字车机构、色带机构、输纸机构及控制电路组成，如图8-2所示。,计算机组成原理,天津大学,图8-1 5*7点阵打印机打印”N”字符格式,计算机组成原理,天津大学,图8-2 针式打印机结构,计算机组成原理,天津大学,二喷墨打印机,喷墨打印机是类似于墨水写字一样的打印机，可直接将墨水喷墨到普通纸上实现印刷。如喷射多种颜色墨水可实现彩色硬拷贝输出。 喷墨原理是将墨水分离成小水滴形成一定数量的均匀墨水粒子。目前，喷墨记录设备的种类很多，记录机理各不相同。根据喷射方式不同，可分为连续喷射方式和间歇喷射
6、方式两种。,计算机组成原理,天津大学,图8-7 电荷控制式喷墨打印机,计算机组成原理,天津大学,三激光打印机,随着电子摄影技术和激光扫描技术的发展，一种新型的非击打式打印输出设备激光打印机在七十年代中期问世了。这种新型的打印机是激光技术和电子照像技术结合的产物，具有打印速度快，印字质量好，分辨率高，噪声小，能打印各种字符、图形、汉字、图表等优点。特别是在半导体激光器和高灵活度感光材料研制成功之后，激光打印机的体积大大缩小，各种小型台式、多功能、低价格的中、低速激光打印机相继出现，并能够与大、中、小、微型计算机配套，成为一种理想的办公自动化设备和汉字输出设备。 激光打印机主要由激光扫描系统、电子
7、摄影系统和控制系统组成，如图8-8所示。激光打印机利用激光扫描技术将经过调制的、载有字符点阵信息或图形信息的激光束扫描在光导材料上，并利用电子摄影技术让激光照射过的部分曝光，形成图形的静电潜象。再经过墨粉显影、电场转印和热压定影，便在纸上印刷出可见的字符或图形。,计算机组成原理,天津大学,图8-8 激光打印机组成框图,计算机组成原理,天津大学,1主要组成部分,（1）激光扫描系统 激光扫描系统由激光器、调制部件、扫描部件和光学部件组成。它的功能是对激光器产生的激光按字符点阵信息或图象信息进行高频调制，将电信号转变成光信息。调制后的载有信息的激光束经过光学部件整形、聚焦，由扫描部件控制在光导材料上
8、逐行扫描，从而形成静电潜象。 激光扫描部件一般采用转镜扫描器，这是一种多面棱镜，由扫描马达带动匀速旋转。当激光束照射在转镜的某一面上时，随着镜子的转动，反射光便扫描成一条直线，如图8-9所示。当转镜旋转到下一面时，反射光随着镜子的转动又扫描成一条直线。因此，若转镜有n面（例如6面），旋转一周，便扫描n条（6条）直线。,计算机组成原理,天津大学,图8-9 转镜扫描原理,计算机组成原理,天津大学,（2）电子摄影系统 电子摄影系统包括感光鼓、充电器、显影磁刷、转印分离部件、定影器及消电清洁装置等。 感光鼓是一个用铝合金制成的圆筒，表现涂有一层光导材料（如硒）。这种光导材料在黑暗中为绝缘体，若被光照射
9、，其电阻值下降，成为导体。感光鼓预先在暗处充电，以便当载有字符信息的激光束扫描鼓面时，其光照部分的电阻值降低，使电荷流失，而未照部分保持电荷，这样便在鼓面形成字符的静电潜象。 显影磁刷中装有带电荷（与静电潜象极性相反）的墨粉，当磁刷接触鼓面时，墨粉被潜象吸附，形成可见图象。 充电器、转印器、分离器和消电器一般均采用电晕丝，通过电晕放电实现对感光鼓充电、将墨粉图象转印在纸上、将纸与感光鼓分离以及印刷完成后消除感光鼓表面残留的电荷等等。 墨粉转印到纸上后容易被擦掉，需要经过定影将墨粉图象固定在纸上。可用热辊作定影器将墨粉固定在纸上。当纸接触到热辊时，墨粉受高温立即溶化而粘附在纸上，并经加压形成固定
10、图象。,计算机组成原理,天津大学,（3）控制系统 控制系统对激光打印机的整个打印过程进行控制，包括控制激光器的调制；控制扫描电机驱动多面棱镜匀速转动；进行行同步信号检测，控制行扫描定位精度；控制步进电机驱动感光鼓等速旋转，保证垂直扫描精度，使激光束每扫描一行都与前一行保持相等的间距。此外，还对显影、转印、定影、消电、走纸等操作进行控制。接口控制部分接收和处理主机发来的各种信号，并向主机回送激光打印机的状态信号。,计算机组成原理,天津大学,2激光打印过程,激光打印机的打印过程如图8-10所示。随着感光鼓的旋转，整个过程分7步进行。,图8-10 激光打印过程示意图,计算机组成原理,天津大学,（1）
11、充电 预先在暗处由充电电晕靠近感光鼓放电，使鼓面充以均匀电荷。 （2）曝光 主机输出的字符代码经接口送入激光打印机的缓冲存储器，通过字符发生器转换为字符点阵信息。调制驱动器在同步信号控制下，用字符点阵信息调制半导体激光器，使激光器发出载有字符信息的激光束。这种激光束是发散的，经透镜整形成为准直光束，并照射在多面转镜上，再通过聚焦镜将反射光束聚焦成所需要的光点尺寸，然后光束沿感光鼓轴线方向匀速扫描成一条直线。 当充有电荷的鼓面转到激光束照射处时，便进行曝光。由于激光束已按字符点阵信息调制，使鼓面上不显示字符的部分被光照射，而显示字符的部分不被光照射。光照部位电阻下降，电荷消失，其它部位仍然保持静
12、电荷，于是在鼓面形成一行静电潜象。转镜每转过一面，由同步信号控制重新调制激光束，并在旋转的鼓面上再次扫描，形成下一行静电潜象。 （3）显影 当载有静电潜象的感光鼓面转到显影处时，磁刷中带相反电荷的墨粉便按鼓面上静电分布的情况被吸附在鼓面带有电荷的部位，从而在鼓面显影成可见的字符墨粉图象。,计算机组成原理,天津大学,（4）转印 墨粉图象随鼓面转到转印处，在纸的背面用转印电晕放电，使纸面带上与墨粉极性相反的静电荷，于是墨粉便靠静电吸引而粘附到纸上，完成图象的转印。 （5）分离 在转印过程中，静电引力使纸紧贴鼓面。当感光鼓转至分离电晕处时，用电晕不断地向纸施放正、负电荷，消除纸与鼓面因正、负电荷所产
13、生的相互吸引力，使纸离开鼓面。 （6）定影 将分离后的纸送定影热辊。墨粉中含有树酯，纸接触到热辊时树酯被加热而溶化，使墨粉紧贴在纸上，同时使热辊挤压纸面。这样，经过热压处理，图象便牢牢地定影在纸上。 （7）消电、清洁 完成转印后，感光鼓表面还留有残余的电荷和墨粉。当鼓面转到消电电晕处时，利用电晕向鼓面施放相反极性的电荷，使鼓面残留的电荷被中和掉。感光鼓再转到清扫刷处，刷去鼓面的残余墨粉。这样，感光鼓便恢复原来的状态，可开始新的一次打印过程。,计算机组成原理,天津大学,8.1.2 显示设备,以可见光的形式传递和处理信息的设备称之为显示设备。显示设备是目前使用最为普遍的输入输出设备。它可以把计算机
14、的输出信息以字符、图形或图象的形式在荧光屏上显示出来；也允许操作人员通过键盘、光笔、鼠标等将有关的数据和命令送入计算机，以便显示设备能方便、直观地实现人机对话，因此它在各类计算机系统中作为交互式终端设备。 显示器屏幕上的字符、图形及图象不能永久记录下来，一旦关机，屏幕上的信息也就消失了，所以显示器又称为“软拷贝”装置。,计算机组成原理,天津大学,一显示设备分类,显示设备种类繁多，一般可按几种方式分类： 按显示设备的器件分类，有阴极射线管（Cathode Ray Tube，简称CRT）显示器，液晶显示器（Liquid Crystal Display，简称LCD），等离子显示器等。 CRT显示器和
15、显示部件即人们所熟悉的电视机显象管，有黑白和彩色两种。 液晶和等离子显示器是平板式显示器件，它们的特点是体积小，功耗少，是很有发展前途的新型器件。 按显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器和图象显示器三大类。 在使用CRT的显示设备中，还经常以扫描方式的不同，分成光栅扫描和随机扫描两种显示器，以分辨率不同划分成高分辨率显示器和低分辨率显示器等。,计算机组成原理,天津大学,二显示技术中的有关概念,1图形和图象 图形和图象是现代显示技术中常用的术语，它们是既有联系又有区别的两个概念。图形（graphics）最初是指没有亮暗层次变化的线条图，如建筑、机械所用的工程设计图、电路图等。早期的图形显
16、示和处理只是局限在二值化的范围，只能用线条的有无来表示简单的图形。图象（image）则最初就是指具有亮暗层次的图，如自然景物、新闻照片等。经计算机所处理与显示的图象称作数字图象，就是将图片上连续的亮暗变化变换为离散的数字量，并以点阵列的形式显示输出。,计算机组成原理,天津大学,从显示的意义上讲，图形和图象都是由称作像素的光点组成的。光点的多少称作分辨率，光点的深浅变化称作灰度级（在黑白显示器上表现为灰度级，在彩色显示器上表现为颜色）。分辨率和灰度级决定了所显示图象的质量。高分辨率多灰度级的光栅扫描的显示器不仅可以显示图象，也可以显示图形。因此，目前的图形显示远不止简单的二值化的线条图，图形也可以有颜色、深浅层次的变化，可以用来模拟自然景物和各种物体。 图象主要用摄象机输入，经数字化以后逐点存储，因此图象需要占用非常庞大的主存储空间。而在计算机中表示图形，则只需存储绘图命令和坐标点，没有必要存储每个像素点。,计算机组成原理,天津大学,2阴极射线管（CRT） CRT是一个漏斗形的电真空器件，由电子枪、偏转装置和荧光屏构成。 （1）电子枪由灯丝、阴极、
