计算机外围设备

一、输入设备

1、键盘

这是最常用的输入设备，我们可以通过键盘向计算机发送命令和输入数据。

键盘通常以矩阵的形式排列按钮，每个按钮都标明其含义和功能；按钮为开关，按钮电信号连接；松开按钮电信号断开。

键盘输入信息的基本过程是：①找出按下哪个键；②将键翻译成主机可以接收的代码，如ASCII码；③将编码发送给主机。

2、鼠标

鼠标是将用户的操作与计算机屏幕上的位置信息联系起来的常用定位输入设备。常用的鼠标有光电和机械。

工作原理是：鼠标在平面上移动，鼠标内的传感器检测运动的方向和距离，从而控制光标进行相应的运动。

二、输出设备

1、显示器

显示器主要分为阴极射线管（CRT）显示器，液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）显示器；字符显示器、图形显示器和图像显示器按显示的信息内容进行分类。显示器属于点阵操作设备，具有以下主要参数：

屏幕大小：以对角线长度表示，常用于12~29英寸。

分辨率：屏幕上的每个光点都是一个像素，用宽度和高度的像素乘积表示，例如 1920*1080.

灰度级：指黑白显示器中显示的像素点的亮度差异，在彩色显示器中表现为不同的颜色。灰度级越多，图像层次越清晰逼真，典型有8位(256级)和16位。

刷新:光点只能在很短的时间内消失，所以在光点消失之前必须重新扫描显示。这个过程叫刷新。

刷新频率：指在单位时间内扫描整个屏幕内容的次数。根据人类的视觉生理，刷新频率必须大于 30Hz 通常，显示器的刷新频率是 60~120Hz。

显示存储器（VRAM）：也被称为刷新存储器，为了不断提高刷新图像的信号，必须在刷新存储器中存储一帧图像信息。其存储容量由图像分辨率和灰度级决定，分辨率越高，灰度级越高，刷新存储容量越大。

VRAM 容量 = 分辨率*灰度级位数

VRAM 带宽 = 分辨率*灰度级位数*帧频

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1）CRT 显示器

电子枪、偏转线圈、阴影罩、高压石墨电极、荧光粉涂层和玻璃外壳 5 部分组成，视角大，无缺陷，色彩还原度高，色度均匀，多分辨率模式可调，响应时间短 LCD 显示器无法超越的优点。

①字符显示器

显示字符的方法是基于点阵。点阵是指由n*m由点组成的阵列；点阵的数量取决于显示字符的质量和显示字符窗口的大小；字符窗口是指屏幕上每个字符的点，包括字符显示点阵和字符间隔。

将点阵存入由 ROM 在构成的字符发生器中， CRT 在光栅扫描过程中，从字符发生器依次读取字符的点阵，根据点阵中0和1代码的不同控制扫描电子束的开关，并从屏幕上显示字符。对应于每个字符窗口，需要显示的字符 ASCII 视频存储器存储代码 VRAM 以备刷新。

②图形显示器

显示文件存储在缓冲存储器中，缓存中的显示文件传输给矢量（线段）生成器，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的运动。要在屏幕上保留持久的图像，需要以一定的频率反复刷新屏幕。该显示器具有分辨率高、曲线光滑等优点。目前，高质量的图形显示器采用这种的图形显示器。缺点是显示复杂图形时会有闪烁感。

2）LCD 显示器

利用LCD的电光效应，通过图像信号电压直接控制膜晶体管，然后间接控制LCD分子的光学特性来显示图像。其特点是体积小、重量轻、省电、无辐射、绿色环保、画面柔和、无眼伤。

3）LED显示器

通过控制半导体发光二极管显示文本、图形、图像等信息。在亮度、功耗、视角和刷新频率方面优于LCD显示器。

2、打印机

按工作原理分为击打式和非击打式；按工作方式分为点阵打印机、针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。

1)针式打印机

在线状态下，主机发出命令，间歇驱动纵向送纸和打印头在一定控制装置的作用下横向移动，驱动打印机间歇冲击色带，并在纸上打印所需内容。

特点:擅长多层复印，工作原理简单，成本低，耗材(色带)便宜。打印分辨率低，打印速度慢。

2)喷墨打印机

电极偏转后，带电的喷墨点直接在纸上形成所需的形状。彩色喷墨打印机根据三种颜色的原理，分别喷射三种颜色的墨滴，并按一定比例混合所需的颜色。

特点：打印噪音小，可实现高质量彩色打印，打印速度快于针式打印机；防水性差，高质量打印需要专用打印纸。

3)激光打印机

计算机输出二进制信息，调制后的激光束扫描，在感光鼓上形成潜像，显影、转印、定影后在纸上获得所需的字符或图像。

特点：印刷质量高，速度快，噪音低，处理能力强；但是耗材多，价格贵，打印不多，对纸张要求高。

激光打印机是激光技术与电子显像技术相结合的产物；感光鼓又称硒鼓，是激光打印机的核心部件。

三、外存

外部存储器，即辅助存储器，主要使用磁性表面存储器——将某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表示器上作为载磁体存储信息。常见的磁盘存储器、磁带存储器和磁鼓存储器属于磁性表面存储器。

磁表面存储器的优点：存储容量大，价格低；记录介质可重复使用；记录信息可长期保存，无丢失，甚至脱机存档；非破坏性读取，读取时无需再生。

缺点：存取速度慢，机械结构复杂，对工作环境要求高。

磁盘存储器

1）组成

①存储区域

硬盘包含多个记录面，每个记录面分为多个磁道，每个磁道分为多个风扇区域，风扇区域也被称为磁盘读写的最小单位，磁盘按块存取。

磁头数（Heads）：也就是说，记录面数表示硬盘上有多少个磁头。磁头用于读取/写入磁盘上的记录面信息，记录面对应于磁头。

柱面数（Cylinders）：表示硬盘每个盘子上有多少个磁道；因为在一个盘组中，不同记录面的相同数量-位置的磁道构成圆柱形表面。

扇区数（Sectors）：表示每个磁道上有多少个扇区。

②硬盘存储器的组成

硬盘存储器由磁盘驱动器、磁盘控制器和磁盘组成。

磁盘驱动器：核心部件由磁头组件和磁盘组成，温彻斯特磁盘是一种可移动磁头固定磁盘的硬盘存储器。

磁盘控制器：主流标准包括硬盘存储器和主机的接口 IDE、SCSI、SATA等。

2)磁记录原理

原理：当磁头和磁记录介质相对移动时，读写操作通过电磁转换完成。

编码方法：根据一定规律，将一串二进制信息转换为存储介质磁层中的磁化翻转状态序列，使读写控制电路易于可靠地转换。

磁记录方法：通常采用调频制作（FM）改进型调频制（MFM）记录方法。

3)磁盘的性能指标

容量：磁盘可存储的字节总数分为格式容量和非格式容量；非格式化是指磁记录表面可用的磁化单元总数，格式化容量是指按特定记录格式存储信息的总量。

记录密度：指磁盘单位面积记录的二进制信息量，通常以道密度、位密度和表面密度表示；道密度是指沿磁盘半径方向单位长度的磁道数。位密度是磁道单位长度记录的二进制代码位数，表面密度是指位密度和道密度的乘积。

平均访问时间：由搜索时间、旋转延迟时间和传输时间组成。前两部分取平均值，因为搜索和风扇区域之间的距离不同。搜索是指磁头移动到目的磁道；旋转延迟时间是指磁头定位到读写风扇区域的时间，取旋转一周的一半。

数据传输速率：磁盘存储器在单位时间内将数据字节数传输到主机；设置磁盘转数 r 转/秒，每个磁道的容量 N 传输率为：

Dr = rN

4）磁盘地址

磁盘地址格式如下：

驱动器号 柱面号 盘面号 扇区号

如果计算机有四个驱动器，每个驱动器有一个磁盘，每个磁盘 256 磁道(磁面)16 每个盘面，每个盘面 16 需要一个扇区 18 二进制代码可以确定一个扇区：2 位驱动器号 8 位柱面号 4 位盘面号 4 位盘面号。

5)硬盘的工作过程

硬盘操作：寻址、读盘、写盘。每个操作对应于一个控制字，因此在执行控制字之前，在硬盘工作。硬盘是一个机械部件，读写操作是串行的，不能同时读写，也不能同时读两组数据或写两组数据。

2、磁盘阵列

RAID，廉价冗余磁盘阵列；是指将多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑磁盘，数据分为交叉存储和并行访问，具有更好的存储性能、可靠性和安全性。

RAID 分为5级方案。在这些方案中，无论磁盘何时损坏，都可以随时拔出损坏的磁盘，然后插入好的磁盘，数据不会损坏，提高了系统的可靠性。

RAID0：无冗余和无校验的磁盘阵列。

RAID1.镜像磁盘阵列。

RAID2:磁盘阵列采用海明校验码纠错。

RAID三、位交叉奇偶校验磁盘阵列。

RAID四、块交叉奇偶校验磁盘阵列。

RAID5:磁盘阵列无独立奇偶校验。

RAID0 在不同物理磁盘的风扇区域交替存储连续的多个数据块，并交叉读写，扩大存储容量，提高访问速度，但没有容错能力。

RAID1 让两个磁盘同时读写并备份。如果一个磁盘出现故障，可以从另一个磁盘读取数据，即两个磁盘用作一个磁盘。

RAID 通过使用多个磁盘提高传输速率，通过再磁盘并行存取提高存储系统的吞吐量性和可靠性；通过数据验证提供容错性。

三、光盘存储器

利用光学原理读/写信息的存储装置，采用聚焦激光束对盘式介质以非接触方式记录信息。

完整的光盘存储系统由光盘、光盘驱动器、光盘控制器和光盘驱动软件组成。光盘由透明聚合物基板、铝合金反射层和漆膜保护层组成。

特点：储存密度高，携带方便成本低、容量大、存储期限长和容易保存等优点。

光盘类型如下： 

4、固态硬盘

采用高性能的 Flash Memory作为硬盘来记录数据，这种“硬盘”称为固态硬盘；固态硬盘除了需要 Falsh Memory 外，还需要其他硬件和软件的支持。