九章节输入输出设备研究报告

《九章节输入输出设备研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《九章节输入输出设备研究报告（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,第九章 输入输出设备,2,9.1 I/O设备概述,主机（主板及内存）以外的设备，也称外部设备。辅助存储器也属于外设。 外设向多样化、智能化、功能复合化、高可靠性的方向发展，人类将最终通过 能听会说，“ 能读会写”的外部设备，使智能计算机成为现实。 输入设备 主要完成输入程序、数据、操作命令、各种图形、图像、声音等信息。 输出设备 输出计算机的处理结果或操作提示。可以是数据、文字、表格、图形、图像或语言。 随着电子器件集成度的提高和价格的下降，主机价格不断下降，使得输入输出设备的成本相对提高，约占整个计算机的70%以上。,3,计算机i/o系统结构演示,4,输入设备,字符输入设备：键盘,图形输

2、入设备：鼠标、光笔,图象：扫描仪、传真机、摄象机,模拟设备：语音输入、AD转换,外设,输出设备,打印机,击打式,非击打式,活字式,点阵式,激光,喷墨,绘图仪,语音输出,显示器,CRT,液晶、等离子体显示器,多媒体,终端设备,外存储器,通信设备,磁盘,磁带,光盘,6,9.2.1 键盘,按结构原理划分：按键分有触点和无触点类型 触点式 利用机械触点的分离与闭合判断电路的通断，由于磨损、氧化等易产生接触不良等故障 无触点式，通过按键上下运动使电容的电量发生变化，达到检测开关的通断，不存在磨损和接触不良等问题，且密封组装有防尘特性 按与主机通信信息划分: 编码键盘和非编码键盘 编码键盘就是当某个键被按

3、下后，能够提供一个与之相对应的的编码信息，功能全部由硬件完成。 非编码键盘是用较为简单的硬件和专用的程序来识别被按键的位置，提供一个与位置相对应的中间代码（扫描码），然后又专用软件将其转换成规定的编码。即功能由软件完成。,7,微机键盘组成原理,计算机键盘常采用电容式无触点键盘，由83110个键组成，排列成16行*8列的长方矩阵，内部由单片机控制。 PC机键盘用单片机8048负责键盘控制 键盘自检、键盘扫描、键盘与主机通信 键盘缓冲区配合工作 采用PS/2接口方式，引脚定义为+5V、信号线、时钟线、地线等6针小圆口结构。,8,1、键盘扫描原理,主机,键盘常用扫描方法：行扫描法 行扫描法过程：第1

4、步先进行全行扫描，即4位行线都输出“0”。通过4位列线输入，进行检查。 若没有按键按下， 则输入全为“1”。 若有键被按下， 相应 列数入为“0”。 第2步在进行逐行扫 描来获得扫描位置码。,+5V,9,2、按键抖动扫描,K,硬件,软件,启动扫描程序,键盘全行扫描,有闭合键？,延时并重扫描,有闭合键？,键盘逐行扫描,输出按键扫描代码,扫描结束,N,N,Y,Y,10,3、IBM-PC机的键盘操作过程 1）初始化：由复位信号禁止键盘工作，并清除移位寄存器和中断请求触发器，准备接收8048送来的扫描码。 2）键盘扫描：由8048执行行列扫描程序，得到扫描码后以串行方式送接口中的移位寄存器。8048中

5、有一个20字节的缓冲区，能存20个扫描码，快速按键时，若干个按键的扫描码可置入缓冲区暂存，按先进先出的原则从缓冲区取出扫描码送往接口。 3）传送扫描码：扫描码由一位标志位和8位数码位组成。8位数码在移位寄存器中组成8位并行扫描码，一位标志位置1中断请求触发器，向CPU发出中断请求IRQ1,11,4）中断处理过程：CPU响应键盘中断后，执行由BIOS提供的键盘中断处理程序，首先从接口并行接收扫描码，并将键盘复位，解除对8048的封锁，键盘可向接口传送下一个扫描码。在中断处理程序中经查表将扫描码转换成相应的ASCII码，并在屏幕上显示出来后返回主程序。 其中，ASCII码(American Sta

6、ndard Code For Information Interchange,美国国家信息交换标准字符码)，每字符用一个字节表示,共有128个字符(最高位为0)。其中 95个字符供显示、打印使用，余下33个 为控制字符。如表9.2所示: (见第296页) 扩展ASCII码可表示256个编码(EBCDIC码),目前微机上就采用。,12,9.2.2 鼠标器,鼠标器是控制计算机显示器上光标移动的输入设 备。一般有2个键，PS/2接口和USB接口方式。 特点：快速、精确地光标定位，优良的人机交互。 分类 机电式 一个外涂橡胶的钢球，两对发光、光电管和栅轮组成，进行代表X、Y方向的定位和测距 光电式 没

7、有机械滚动部分，代之以两对互为直角的光电探测器，分别代表X、Y方向进行定位。 与计算机通信方式 有线和无线(红外和无线电) 指标 ： 分辨率、轨迹速度等 在操作系统中安装鼠标器的驱动程序，就可在系统中配置使用鼠标器。IBM-PC机，通过软中断INT33H调用鼠标器驱动程序，可进行的操作有鼠标器初始化、开始显示光标、停止显示光标、读光标位置与按钮状态、设置光标位置、读鼠标位移量等。,13,9.2.3 扫描仪,扫描仪是把图形图像和字符变为二进制图像数据的计算机输入设备。 分类 台式、手持 黑白和彩色 指标 分辨率、扫描幅面、扫描速度 原理与接口 配有专用软件的扫描仪可以把图形、图像和文字、字符变为

8、二进制图像数据存入计算机存储器，另一方面通过显示器将输入的图形、图像显示出来。其接口有并行口和SCSI接口两种形式。,14,9.2.4 数字相机 当想把一幅美丽的风景变成计算机能够处理的图像，传统的处理过程是：通过使用胶片相机把风景拍摄下来，冲成照片，再通过扫描仪把照片扫描成计算机能够处理的图像。现在，有了数字相机，这一系列工序变得简单多了，当数字相机把某个风景拍摄下来时，它已经是计算机能够处理的图像了。 数字相机与扫描仪类似,采用数千个微小的光传感器将反射光转换为电脉冲。不过,数字相机面临的困难要大一些，因为要在很短的时间里获取全部信息,而扫描仪可以花几十秒甚至几分钟的时间扫完一页。,15,

9、数字拍摄时，数字相机的镜头和普通胶片相机一样打开，但在相机后面接受反射光的不是基于卤化银的胶卷，而是一个布满成千上万个光敏晶体管的微型芯片,这些晶体管就是著名的电荷耦合设备CCD，将光转换成电脉冲，光线越强,电荷量越大。CCD可以把亮度分级，但并不认识颜色。和所有的数字设备一样，这些产品通过把三个基本色混合到一个像素来产生自然的彩色。为了做到这一点数字相机必须分三次来完成一幅彩色相片。 数字相机用三个彩色滤色镜来为CCD提供合适的光线:红色、绿色、蓝色。对每一种颜色,数字相机存储8位颜色信息（即256种颜色），这样每个像素经过三次拍摄,最后可以达到24位的颜色信息（即1670万种颜色），这个数

10、值远远超过了人眼能够分辨的颜色数量。,16,CCD的精度决定了最高分辨率，这是选购数字相机时就考虑的一个重要参数，当然镜头的质量和图像处理技术也是一个重要的性能指标。 一旦按下快门，镜头和CCD完成了相应的感光工作,最后的彩色图像便以压缩图像的格式存放在数字相机的存储器里。一个专门的压缩芯片（通常采用标准的JPEG压缩方法)使原始位图图像压缩到只有原来大小的几十分之一甚至更小，然后数据存入数字相机的存储器里。大多数字相机允许用户设置图像质量,至少有两种：高质量和低质量。高质量相片通常可达到800*600个像素甚至更高。一般的数字相机只能存放有限的高质量图像，通常只有几十张，这主要是由数字相机存

11、储器的大小决定的。如果是存储低质量的图像照片,那么可以存储上百张或几百张。,17,数字相机多数使用集成的硅存储器。现在Intel、Kodak和其它一些厂商推出基于PC卡的存储器规范作为数字相机的标准,主要的特点是模块化。当数字相机的存储器用完时只要插入另一块PC卡,就像以前装一个新的胶卷一样。而如果采用的是集成存储器保存相片，当存储器用完时,必须连上计算机,把相片传给计算机后,才能拍摄新的照片。 数字相机的照片是以0、1来保存的数字图像信息,所以如果数字相片不送入计算机那就没有多少价值了。有几种方法可以把图像从数字相机传送到计算机中：使用串行电缆,USB电缆、闪存卡。,18,现在，大部分数字相

12、机使用标准的串行电缆,串口连接意味着任何台式计算机或笔记本计算机均能与数字相机通信（当然需要有相应的软件）。但是，串行连接也意味着速度慢,可能会发生冲突，电缆也比较粗大笨拙。更新的数字相机具有USB总线功能。USB提供了更快的传输速度,可以达到12MBS，而串口通信最多只能达到每秒几百KB,所以传送照片时USB的数字相机比基于串行方式连接的数字相机快得多。同时，采用USB方式的相机与计算机相连时，不需要拨下调制解调器或其它串行设备,因为它采用另外的端口。 另一个正在发展的选项是使用前面提到过的标准的PC卡模块,这是一种闪存卡，可以存储高达几十MB的数据，而且存储满后可以换卡，当暂时没有计算机用

13、来传送数据时，这种进项就极为重要了，这种卡对一个常在郊外或山地进行摄影工作的摄影工作者来说是非常有意义的。,19,9.2.5 数字摄像机 数字摄像机的工作和普通摄像机非常相似,但有更多的功能和更快的速度。它和数字相机类似，采用电荷耦合器件CCD获取光线井将其转换成模拟电脉冲,然后再转换成0、1的数字信息。彩色摄像机通常用三个CCD芯片来建立真彩色合成。 数字摄像机必须在1S内拍摄30幅图像，把光转换成电，再转换成二进制的数字信息，这样各个图像就可以连在一起成为相应的视频。 摄像机还必须获取模拟的声音,对波形进行采样获取相应的数字信息。,20,数字摄像机使用基于磁带的介质或小硬盘,而不是数字相机

14、中所用的静止不动的存储器,原因是视频动态文件太大了,用芯片存放过于昂贵。 同时,数字摄像机也面临把数据传送至计算机的挑战，即使是USB的12MBs数据传输速率也不足以传送巨大的视频动态文件。正是由于这个原因，许多厂商看中了IEEE1394总线标准，即它的传输速率可以达到200-800MBs,而且还有即插即用的安装。,21,9.2.6 语音与文字输入系统 目前计算机输入字符与数据，主要用键盘敲入，人们正在研究如何让机器能够听懂话，识别字的功能。为了达此目的，一系列相应学科正在形成与发展。其中包括模式识别、人工智能、信号处理和图像处理，并在此基础上产生了语音识别、文字识别、自然语言理解与机器视觉等

15、学科。 语音与文字输入的实质是要让计算机从语音的声波和文字的形状中领会到含义，并将它转换成计算机可以处理的代码。其核心环节是对声波和文字图形的识别，从学科上说这属于模式识别（Pattern recognition）范畴。例如每个英文字母在书写时，其形状大小都有变化。同一个字不同地区的人发音很不一样，但它们属于同一类。,22,这里把待辨认的一段声波或一个文字图形称为样本，把它们的类别叫做模式（nattern）。实现将样本划定其模式的系统叫做模式识别系统，具体来讲就称为语音识别系统或文字识别系统。图9.3是其系统构成，由信息获取、预处理、特征提取、分类器学习和分类决策等环节组成。 信息获取利用传感

16、器（sensor）将语音或文字转换成电信号，并进一步将模拟量转换成数字量，这就是信息获取过程。,23,语音与文字识别系统的系统构成,特征 提取,信息 获取,预处 理,分类器学习,分类决策,24,语音通过空气振动产生的声波，传到话筒引起话筒内 部簧片振动，又转换成电流变化，在这里话筒就是传感 器。至于文字常用扫描器（scanner）作传感器，当文 件放入扫描器中时，扫描器从上到下对文件进行逐行 扫描，从纸面上反射的光强与该点的黑、白有关。根 据光的强弱转换成二进制码。 一般从传感器输出的是模拟量，要将它转换成数字 量。 预处理 从传感器采集到的信号，往往有畸变或噪音，预处 理阶段的一个主要任务是消除或削弱噪音。例如用对 同一页纸扫描若干次，再取平均值等方法来减轻噪音 的影响。 预处理阶段还包含对输入信息进行划分的内容。例 如，按字符、单词或词组进行分段，以便进一步识 别。,25,特征提取 语音或文字输入到计算机后，通