1.4.5　外围设备

输入/输出设备，通常简称I/O设备，即计算机与人之间进行信息交换的设备装置。人们通常应用数字、符号、图形、声音、视频等来表达信息。各种各样的信息都可以在计算机内存储和处理，而机内表示它们的方法只有一个，那就是采用基于符号“0”和“1”的数字化信息编码。因此，将信息及程序转变成计算机所能识别的二进制代码输入计算机的设备称为输入设备。反之，将计算机处理、加工后的数以人们所能识别的信息打印，显示出来的设备则称为输出设备。

由于计算机应用范围的扩大，I/O设备的含义也随之扩大，有时对输/入输出设备、外围设备不加以区分。在计算机系统中，除计算机外，凡直接或间接与计算机进行信息交换，并改变信息形态的装置都称为外围设备。因此，广义地讲，它包括输入/输出设备，外存储器、数据通信与终端设备，以及计算机控制系统中的采样、检测设备，A/D及D/A转换器，各种控制对象中与计算机相关联的仪表装置。从狭义上理解，通常把输入/输出设备与外存储器看作是外围设备。

外围设备按其自身功能以及在计算机系统中的作用可分为三大类，即输入设备、输出设备及外存储设备。

1.输入设备

输入设备负责信息的采集，并提交CPU处理，即指向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。由于记录在载体上的信息可以是数字、符号、语言及图形、图像等，因此，输入设备的种类繁多。依照输入信息的形态不同，可将它分为字符（包括汉字）输入、图形输入、图像输入及语音输入设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、光笔、数字化仪、自动扫描仪、操纵杆、触摸屏语音输入设备、纸带及卡片读入机等。通常，根据计算机系统功能大小和性能高低来配置某主机的输入设备。例如，在微型机系统中，一般将键盘、鼠标作为主要输入设备，在多媒体微型计算机系统中基本的输入设备包括键盘、鼠标、语音输入及数字接口卡，还可能配有专门的图形输入设备，如数字化仪、扫描仪等。

（1）键盘

键盘是计算机中使用频率最高的输入设备。它由键开关、编码器、盘架及接口电路组成。键盘是按一定规则组装在一起的按键装置。键盘上一般排有一百个左右的按键，可以通过按下按键而使相应的键开关动作，其作用是完成两个端点间的通断。用键盘的按键开关来输入信息，实际上就是把机械信号转变为电信号。键盘上的字符由键盘按键的位置来确定，通过编码器能够迅速将该键开关对应的编码通过接口电路输送到计算机的键盘缓冲器中，由CPU进行识别处理。

键盘根据不同的需要有不同的外形。键盘采用的字符及按键在键盘上的位置布局均有国际标准和国家标准。图1-7绘出了101键标准键盘的平面布局。根据按键的功能可分为四个区，打字键区，功能键区，编辑键区，小键盘区。此外，各种专用键盘（如用于汉字输入、工业控制的键盘）将根据具体的情况设计成不同键数和不同的外形。101标准键盘示意图如图1-8所示。

打字键区除26个英文字母键、数字键和一些标点符号键外，还有下列一些特殊功能键：

①空格键【Space】。位于键盘下方最长的键，它的作用是在当前光标位置上产生空格，并且光标右移一个字符的位置。

②换挡键【Shift】。在打字键区的左右各有一个，它们作用相同。键盘的许多键面上都有上下两个符号，例如：【[】和【]】键等。要输入键上方的特殊字符时，必须按下换挡键【Shift】，同时按下所要输入的键，如按住【Shift】键不放，再按【8】键，就可以得到星号“*”。

③控制键【Ctrl】。该键不能单独使用，它一般与其他键配合使用，起特殊的功能控制作用。

④变换键【Alt】。该键也必须与其他键配合使用。在Windows中，【Alt+F4】组合键用于关闭当前的应用程序窗口。

⑤大写字母锁定键【Caps Lock】。这是一个开关键，在该键起作用时，键盘右边的指示灯（Caps Lock）会亮，这时所有的打字键区处于大写字母状态。再按一次该键又回到小写状态。

⑥制表键【←→】。用于制表定位，此外该键可用于快速移动光标，并且将该位置的字符删除，其后的字符跟着前移。它与空格键在编辑时起相反的作用。

⑦退格键【←Backspace】。按一次该键，光标左移回退一个字符，并且将该位置的字符删除，其后的字符跟着前移。它与空格键在编辑时起相反的作用。

⑧回车键【Enter】。在通常情况下，每输入一条命令后，必须按【Enter】键，计算机才开始执行你刚才输入的命令，否则计算机是不动作的。此外计算机用于处理文本或文字，按一下该键编辑时，光标移至下一行的开头。

功能键区的各键功能如下：

①F1～F12。其功能在不同的软件中有不同的作用。此外，经常与【Ctrl】键组合使用，完成某些特别的功能。

②返回键【Esc】。一般用来使系统退出当前的状态，在菜单选择中返回上一级菜单。

③屏幕打印键【Print Screen】。在进行屏幕打印时使用。

④滚动锁定键【Scroll Lock】。由于IBM ROM BIOS不支持其功能，故在DOS及大多数应用软件中都没有作用，该键一般不用。

编辑区主要提供各种光标移动功能和插入删除操作：

①光标移动键。键区下边的四个箭头键在被按下时，使光标分别向上、下、左、右四个方向移动一个位置。它们不同于删除键【Del】和退格键【Backspace】，只起到移动光标而不进行删除的作用。

②插入键【Insert】。这是一个开关键，用于插入和改写两种功能的切换。

③删除键【Del】。删除光标处的一个字符，同时后面的字符跟着前移。

④【Home】和【End】、【Home】键是使光标移至行首，【End】是使光标移至行尾。一般说来，它们与首、尾有关。

⑤【Page Up】和【Page Down】键。此两键一般用作翻页，即使光标一次移动一个屏幕或一个页面（一般为18～25行不等）。【PageUp】键向前翻页，【PageDown】键则向后翻页。

数字/编辑键区，其编辑功能对应于编辑键区的各键，数字键与打字键区的数字键完全一样。其中【Num Lock】为数字锁定键，当它锁定时，指示灯亮，此时该键区提供数字输入；当它不锁定时提供编辑功能。

键盘通过一根五芯电缆或USB接口连接主机的键盘插座内，其内部有专门的微处理器和控制电路，当操作者按下任一键时，键盘内部的控制电路产生一个代表这个键的二进制代码，然后将此代码送入主机内部，操作系统就知道用户按下了哪个键。

现在的键盘通常有101键键盘和104键键盘两种，目前较常用的是104键键盘。

（2）鼠标

①鼠标的功能。鼠标（Mouse）是一种控制计算机显示屏幕光标移动的设备，也是目前除键盘外应用范围最广的输入设备。由于它能在屏幕上实现快速、精确的光标定位，所以它具有可方便的选择菜单、绘制图形等特殊功能。因此，鼠标属于输入设备之列。

鼠标的鼻祖于1968年出现，美国科学家道格拉斯·恩格尔巴特（Douglas Englebart）在加利福尼亚制作了第一只鼠标。1982年Mouse System公司推出第一个用于IBM PC的鼠标产品，1983年两按钮鼠标正式投入使用。如图1-9所示，随着计算机应用“所见即所得”环境越来越普及，鼠标几乎成为微型机系统的必配输入设备。

那么，鼠标是如何工作的呢？关键就在于如何控制光标的移动。大体来说，用户首先将鼠标的移动距离和方向变为脉冲信号，传送给计算机。计算机系统再把脉冲转换成显示器的光标的坐标数据，就可达到指示位置的目的。现在大部分软件也都支持鼠标工作。鼠标按其工作原理的不同分为机械鼠标和光电鼠标，现在机械鼠标已经淘汰，光电鼠标又可分为有线鼠标和无线鼠标。

光电鼠标：红外线散射的光斑照射粒子带发光半导体及光电感应器的光源脉冲信号传感器。

无线鼠标：利用DRF技术把鼠标在X或Y轴上的移动、按键按下或抬起的信息转换成无线信号并发送给主机。

鼠标的主要性能指标是分辨率。鼠标拭去分辨率是指它每移动一英寸所能检测出的点数（ppi）。现在鼠标的分辨率一般为200～400ppi。

②鼠标的使用。鼠标的使用主要涉及以下几个问题：鼠标的接口。在微机上常用的鼠标接口有三种：总线接口、串行接口和特殊端口。现在多数鼠标均采用串行接口，它可以直接插入主机箱后面COM1和COM2的RS-232门，不需要任何接口板或其他外部电路。

鼠标的驱动程序。使用鼠标需要有驱动程序。操作系统通过调用鼠标驱动程序，就可以得到鼠标的移动和按钮信息。

鼠标按键的选择。使用鼠标时，通常是移动鼠标使屏幕上的光标移到某一指定位置，然后按一个键或两个键来完成指定的功能。但各按键的功能由所用的软件来决定。软件不同，各键的功能有可能相异。

鼠标的维护。主要注意两点，即鼠标的移动平面应当平整和清洁。

2.输出设备

输出设备执行CPU发出的指令，即将计算机处理得到的二进制代码信息转换成人们能识别的形式，如数字、符号（包含汉字）、图形、图像以及声音等，输出信息供人们使用或分析。目前，常用的输出设备有显示设备、打印输出设备、绘图仪、纸带穿孔机、声音输出设备等。

显示设备能把计算机输出的信息直接在屏幕上以字符、图形、图像、动画等方式显示出来，具有直观性好、可修改与清除方便等优点，但无法保存。它已成为微型计算机、工作站等计算机系统必配的输出设备。打印输出设备包括击打式打印输出设备和非击打式打印输出设备。它能将计算机输出的信息以字符、图形等形式印刷在纸上，可以分为单色和彩色打印设备。由于打印机的输出是记录在纸质载体上，能够长久保留，故又被称为硬拷贝设备。

（1）显示设备

显示器是计算机系统最常用的输出设备，如图1-10所示，它的类型很多，根据显像管的不同可分为三种类型：阴极射线管（CRT）、发光二极管（LED）显示器和液晶（LCD）显示器。

衡量显示器好坏主要有两个重要指标：一个是分辨率；另一个是像素点距。在以前，还有一个重要指标是显示器的颜色数。

①CRT显示器。CRT为阴极射线管的英文缩写。CRT器件的显示器技术比较成熟，驱动方式简单，可靠性高，有较好的性能价格比。

②LED显示器。发光二极管显示器有三种形式：单个的发光二极管显示器件、七段发光二极管显示器件、点阵发光二极管器件。单个的发光二极管主要用来显示状态，其他两种则可用来显示数字、字母和符号，大型的点阵发光二极管显示器件还可用来显示动画图形。

LED又分为共阳极和共阴极两种结构，在共阳极结构中，输入端的有效电位为低电位有效，即当某个输入端接入低电位则该段二极管发光。在共阴极结构中，高电位有效。

利用LED的数码管可以组合表示0～9这10个数字和A～F这6个字母，所以可以方便地表示2、8、10、16进制数。LED通常是由并行接口来进行控制，数字代码通过8条输出线与LED的8根输入线相连接，这样通过输出不同的数字编码来控制电位，从而使LED显示不同的数字。

LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。

LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、清晰度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。

③液晶显示器LCD。液晶是液态晶体的简称。液晶显示器是一种非发光器件，它利用环境光的反射或背面装有光源的透射而显示字符或图形。

（2）打印机

打印机也是计算机系统中常用的输出设备。打印机将计算机内部以二进制代码形式输出的结果转换成人们能识别的形式，如字符、图形等在纸质载体上呈现。利用它可以获得硬拷贝输出，进行永久性保存。依照不同的标准，可将打印机分成不同的类型。

按照工作方式，可将它分为串行式打印机、行式打印机和页式打印机三种。串行复印机就是逐字打印字符；行式打印机每次输出一行，明显比串行式打印机速度快；页式打印机则以页为单位进行打印。

按照印字原理，可将打印机分为击打式和非击打式两种。击打式打印机是利用机械作用击打活字载体上的字符，使色带和纸相撞击而印出字符，或是利用打印钢针击打色带和纸打印出点阵组成字符或图形。非击打式打印机是利用光、电、磁、喷墨等物理、化学的方法来印刷出字符，其中有激光打印机、静电打印机和喷墨打印机等。

按构成字符的方式，可将其分为字模式打印机和点阵式打印机两种；按打印纸宽度不同，可将打印机分为宽行打印机和窄行打印机；按输出效果分类，可分为单色打印机和彩色打印机两种；按照功能的不同，可将其分普通打印机和特种打印机。在每一类中，又有各种不同的类型或型号。目前我们常用的打印机有点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机三种。

3.外存储器设备

外存储器设备是指那些读取速度较慢、容量比内存大、通常用来存放暂时不用的程序和数据的存储设备。随着计算机的功能不断加强和处理速度不断提高，软件对计算机硬件环境，特别是对存储容量的要求越来越高。尽管内存读取速度快，但在其容量不可能无限增加的情况下，外存储器势必成为一种不可或缺的设备。

除了上述分类外，还有一些设备兼有输入/输出的性能，既可作为计算机的输入设备，也可作为计算机的输出设备。例如，由键盘和CRT显示器组成的计算机显示终端，它不仅能够完成显示控制与显示存储工作，同时还能完成键盘管理、通信控制及简单的编辑操作等功能。终端设备有很多类型，如为大、中型计算机配置的汉字显示终端、远程终端及智能终端等。此外还有键盘与打字机组合成的一台设备，如电传打字机、控制台打字机。声音识别器与声音合成器通常也组合在一起构成声音输入/输出设备。