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第8章 外 围 设 备
8.1 外围设备概述
8.2 输入设备
8.3 输出设备
8.4 外存储设备
关联
习题
8.1 外围设备概述
　　外围设备是计算机系统不可缺少的组成部分，用户在使用计算机系统时，接触最多的就是外围设备。外围设备是计算机和外部世界联系的桥梁。
8.1.1 外围设备的概念
　　外围设备(Peripheral Device)又叫做外部设备(External Device)，在计算机硬件系统中，外围设备是计算机与外界交换信息的全部附属设备，如图8-1所示。
图8-1 外围设备
　　外围设备的主要作用是：将外界的信息输入计算机；取出计算机要输出的信息；存储需要保存的信息和编辑整理外界信息以便输入计算机。外围设备一般由媒体、设备和设备控制器组成。设备控制器是控制该设备进行操作的控制部件，它接受中央处理机通过接口传送来的各种信息，并按设备的不同要求把这些信息传送到设备或从设备读出信息传送到接口。因为不同设备有不同的要求，所以要求各种专门的设备控制器与之配合。
8.1.2 外围设备的分类
　　外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备五大类。每一种设备都在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器(接口)和主机相连，并受主机控制。
　　1．输入设备
　　输入设备是人和计算机之间最重要的接口，它的功能是把原始数据和处理这些数据的程序、命令通过输入接口输入到计算机中。因此，凡是能把程序、数据和命令送入计算机进行处理的设备都是输入设备。由于需要输入到计算机的信息多种多样，如字符、图形、图像、语音、光线、电流、电压等，因此需要不同的输入设备。输入设备包括字符输入设备(如键盘、条形码阅读器、磁卡机)、图形输入设备(如鼠标器、图形数字化仪、操纵杆)、图像输入设备(如扫描仪、传真机、摄像机)。
　　2．输出设备
　　输出设备同样是十分重要的人机接口，它的功能是用来输出人们所需要的计算机的处理结果。输出的形式可以是数字、字母、表格、图形、图像等。最常用的输出设备是各种类型的显示器、打印机和绘图仪等。
　　3．外存设备
　　在计算机系统中除了计算机主机中的内存储器(包括主存和高速缓冲存储器)外，还应有外存储器，简称“外存”。外存储器用来存储大量暂时不参加运算或处理的数据和程序，因而速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充，因此叫它为“辅助存储器”。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久地保存信息，进行重复使用。外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的主要是硬磁盘存储器和光盘存储器。目前，可移动磁盘如移动硬盘和U盘已广泛在微机系统中使用，为用户提供了很大的方便。
8.1.3 外围设备的功能
　　外围设备的功能是在计算机和其他机器之间以及计算机与用户之间提供联系。人操作计算机必须要进行人机对话，程序要输入，程序运行中所需要的数据也要输入，操作者要了解程序运行的情况，以便随时对出现的不正常情况进行干预和处理，计算机系统要把处理结果以操作者需要的方式输出，这些都要通过外围设备来实现。不少输入/输出设备，如键盘、显示器、软盘驱动器、打印机等就是提供这种手段的设备。外围设备就像人的五官和四肢一样，通过其接受外界的信息，并对处理的结果做出反应。
　　进入21世纪，随着计算机技术的飞速发展，对外围设备的要求也越来越高，外围设备正向电子化和智能化的方向发展。如尽量减少外围设备中机械部件的比重，采用伺服电机和大规模超大规模集成电路器件代替，使结构简化。外围设备的控制采用微处理器、单片机和专用大规模集成电路器件，使外围设备具有处理机的功能。这样不仅使外围设备的体积缩小，增强了功能，提高了可靠性，而且降低了成本。这些在打印机、显示器、磁盘存储器、扫描仪中体现得十分明显。
8.2 输 入 设 备
　　输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。现在的计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。
8.2.1 键盘
　　键盘(Keyboard)是常用的输入设备，它由一组排列成阵列形式的按键组成，目前常用的键盘有104个按键，包括数字键、字母键、符号键、功能键及控制键等。每一个按键在计算机中都有它的唯一代码。当按下某个键时，键盘接口将该键的二进制代码送入计算机主机，并将按键字符显示在显示器上。当快速输入大量字符而主机来不及处理时，先将这些字符的代码送往内存的键盘缓冲区，然后再从该缓冲区中取出进行分析处理。键盘接口电路多采用单片微处理器，由它控制整个键盘的工作，如上电时对键盘的自检、键盘扫描、按键代码的产生、发送及与主机的通信等。
　　1．键盘的分类
　　1) 触点式按键
　　早期的键盘几乎全部是机械式键盘，每个按键的下部有两个触点，平时两个触点没有接触，相当于断路，该键被按下后两触点导通。这种键盘手感差、易磨损，故障率较高。
　　2) 电容式按键
　　这种按键通过改变电容器电极之间的距离，产生电容的变化。每个按键内活动极、驱动极与检测极组成两个串联的电容器。键按下时，上下两极片靠近，极板间距离缩短，来自振荡器的脉冲信号被电容耦合后输出；反之，则无信号输出。这种键使用中不存在磨损、接触不良等问题，其耐久性、灵敏度和稳定性比较好。为了避免电极间进入灰尘，电容式按键开关采用密封组装。电容式键盘手感好、寿命长，目前使用的计算机键盘多为电容式无触点键盘。
　　2．键盘接插件标准
　　目前PC上常用的键盘插口是直径为8 mm的6芯PS/2键盘插口，如图8-2所示。
图8-2 键盘插口图
8.2.2 鼠标
　　鼠标(Mouse)是一种手持式屏幕坐标定位设备，它是适应菜单操作的软件和图形处理环境而出现的一种输入设备，特别是在现今流行的Windows图形操作系统环境下应用鼠标方便快捷。目前常用的鼠标是光电式的。
　　光电式鼠标的底部装有两个平行放置的小光源，需要与一块画满小方格的反射板配合使用鼠标在反射板上移动，光源发出的光经反射板反射后，由鼠标接收，并转换为电移动信号送入计算机，使屏幕的光标随之移动。其他方面与机械式鼠标一样。
　　鼠标一般有三个键，也有更多按键的。由于鼠标所配的软件系统不同，对三个键的定义有所不同。一般情况下，鼠标左键可在屏幕上确定某一位置，该位置在字符输入状态下是当前输入字符的显示点；在图形状态下是绘图的参考点。在菜单选择中，左键可选择菜单项，也可以选择绘图工具和命令。当作出选择后系统会自动执行所选择的命令。鼠标能够移动光标，选择各种操作和命令，并可方便地对图形进行编辑和修改，但却不能输入字符和数字。
　　常用的鼠标接口有PS/2和USB两种。
　　1．PS/2接口鼠标
　　PS/2接口鼠标因最早用在IBM PS/2系列微机上而得名。它使用专用的鼠标接插座(6芯DIN型头)，安装灵活方便，不占用串口资源。现在的PC机主板都有支持PS/2鼠标接口的插座。其插口如图8-3所示。
图8-3 鼠标插口图
　　2．USB接口鼠标
　　由于USB接口的普及，USB接口的鼠标使用越来越广泛。PS/2接口不支持热拔插，因为它并不像USB接口那样具有保护电路，热拔插很容易使PS/2接口电路中的电容被击穿，从而导致PS/2接口损坏，而USB鼠标支持热插拔。另外USB还有支持即插即用的优点，所以USB接口已经成为计算机的最主要的接口方式。
8.2.3 其他输入设备
　　1．光学标记阅读机
　　光学标记阅读机是一种利用光电原理，对已经印刷好或书写好的文字稿样进行扫描，获得文字图像信息，并通过计算机软件决策出识别的结果的输入设备。首先，对输入原稿上的文字进行光学扫描。然后，对取样点的文字进行二值化。其次，对二值化图像进行预处理，包括消除污染、杂音和倾斜校正等。预处理后的信息经过特征抽取，得到图像的特征。它是识别的依据，如笔画长度、角度、端点、笔画分布、四周特征等。
　　这些特征以多维数据的形式表示，作为识别标准的学习图形，也以多维矢量形式存于分类辞书和判定辞书中。最后，将输入汉字图像的特征与辞书中的标准图像特征比较，最接近的被认为是相匹配的，并作为判定的结果输出。
2．扫描仪
　　扫描仪是一种光、机、电一体化的产品，用于捕获影像(照片、文字页、图形和插画等)，并将之转换为电脑可以显示、编辑、储存和输入的数据格式，是继键盘和鼠标之后的第三代主要的电脑输入设备。扫描仪刚投放市场时曾因其过高的价格而使人望而却步，然而随着扫描技术的不断改进和发展，以及扫描仪价格的日趋大众化，扫描仪正逐步成为计算机不可缺少的外设产品之一。
　　感光器件的工作是将感应到的光信号转换成电信号。大功率日光灯管用于对文字或者图像进行强烈的照射以达到完全感应的作用。驱动马达的作用是带动日光灯管，将光一步步扫过需要的物品。驱动皮带是与驱动马达一起带动日光灯管的装置。模数信号转换器是将模拟信号转换成数字信号以供电脑识别，其工作过程非常简单，电源发出的光被图样反射后，反射光(或透射光)被图样调制并被光电传感器转换成数字信号，数字信号经接口送到主机中可进行下一步处理。光源和传感器在步进电机的带动下可扫过整个图样。扫描仪的技术指标主要有分辨率、色彩位数、幅面和接口方式。
　　1) 分辨率
　　分辨率是扫描仪所能够捕捉到的真实的分辨率，平板式扫描仪的光学分辨率为CCD的点数除以扫描仪的最大扫描宽度。分辨率是扫描仪最重要的技术指标，分辨率高，扫描精度自然会提高，但扫描速度会相应降低。一般来说，家用或者普通办公室文档使用
300 d/in×600 d/in的扫描仪即可满足基本需求。
　　2) 色彩位数
　　色彩位数(bit)表示扫描仪在采样时，它捕捉的每个像素上检测出的最大颜色或灰度级。从理论上说，色彩位数增加，可以捕捉到的细节数量增加，密度范围增加。但是由于采用的CCD(Charge Couple Device，电荷耦合器件)品质不同，信噪比不同，所以不能一概而论。对于专业扫描仪来说，应该有对应关系，36位的扫描仪应该有3.4D的密度范围，而42位的扫描仪则应该有3.7D的密度范围，否则就不是真正的色彩位数。色彩位数越高，所表现的色彩种类就越丰富自然。常见的扫描仪色彩位数为24位、30位、36位等。普通用户可选择24位或30位的扫描仪。
　　3) 幅面
　　幅面表示扫描仪扫描普通文档或照片的大小。幅面大的扫描仪，对大面积图像的扫描比较方便，但价格也就高得多。家用扫描仪多用来扫描普通文档或者相片，所以幅面一般不超过A4，因此A4或者A4加长的扫描仪即可满足家庭用户的使用。幅面达到A1或A0的扫描仪，一般称为大幅面扫描仪。
　　4) 接口方式
　　接口方式是指扫描仪与计算机之间采用的接口类型。常用的有并行打印机接口、USB接口和IEEE 1394 SCSI接口。
　　3．语音设备
　　语音不但是人类交流信息最自然、最有效的手段，而且是人机通信最有效的一种方法，它摆脱了各种传统输入方法的弱点。
　　语音识别和文字识别都属于模式识别的范畴，有共同的基本原理，但输入技术和工具则大不相同。语音输入方式是利用声音的物理模型，通过语音分析手段，预先将一些语音的特征参数提取，并存于计算机系统中。当讲话者语音输入时，处理系统就对该信号进行特征参数抽取，然后和已储存的特征参数进行比较，通过逻辑判别或距离测量，对输入的语音进行识别。
　　通过话筒或录音输入设备输入的语音信号是模拟量，经放大、滤波和进行A/D转换后，得到这个语音信息的数字编码，才能送入计算机进行处理。精确地测定一个语音的起始点和结束点，是语音参量与样音参量比较的基础。为了便于测量，常按每10 ms为一帧的时间顺序来进行，并由粗判和细判两个步骤来具体确定。首先进行粗判：由某帧开始，若连续NF帧的参数满足粗判有声条件，则判为头部有声；此后，若连续NR帧满足粗判无声条件，则判为尾部无声。然后再进行细判：从粗判起始点前25帧开始向后搜索，当从某帧开始连续SNF帧满足细判有声条件，该帧确定为起始点；尾部判定从粗判无声后的15帧开始向前搜索，连续SNR帧为无声，该帧被判定为结束点。
　　当进行语音识别时，时间的扭曲处理是极为重要的一步。准确地测定语音的起始点和终点，并从中提取了该区间有关语音参量之后，还不能立即和样音进行比较。这是因为，即使是同一个人重复发同一个音，每次发音也不可能完全一致，即各帧参量不可能完全相同，为了消除各帧由离散性带来的影响，使被测语音尽可能地与样音对齐，就必须将它们中的一个进行时间扭曲处理。经过扭曲处理后，被测语音强度曲线和样音强度曲线的吻合程度得到改进。这时，就可以转入识别处理，即选出各参量最为接近的样音的语言信号作为最后输出。
　　此外，还有一种识别方法是按照一定规则把测得的语音特征进行计算，译成单词、短语和句子。这种方法较为复杂，但前途极广。
8.3 输 出 设 备
　　输出设备是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。本节只简要介绍显示器和打印机两种常用的输出设备。
8.3.1 显示器
　　以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，它是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。
　　阴极射线管显示器有黑白和彩色两种。目前，大多数显示设备使用彩色CRT显示器。阴极射线管显示器结构如图8-4所示。液晶和等离子显示器都是平板式显示器，它们的特点是体积小、功耗低，是很有发展前途的新型显示器。
图8-4 阴极射线管结构图
　　1．显示器的分类
　　在阴极射线管显示器中，以扫描方式不同，可分成光栅扫描和随机扫描两种显示器；以分辨率不同，可分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；以CRT荧光屏对角线的长度分类，可分成12英寸、14英寸、17英寸、19英寸等多种。另外，阴极射线管显示器还可分为字符显示器和图形显示器。字符显示器只能显示字符，不能显示图形，一般只有两种颜色。图形显示器不仅可以显示字符，而且可以显示图形和图像。图形是指工程图，即由点、线、面、体组成的图形；图像是指景物图。不论图形还是图像在显示器上都是由像素(光点)所组成。
　　显示器屏幕上的光点是由阴极电子枪发射的电子束打击荧光粉薄膜而产生的。彩色显示器的显像管的屏幕内侧是由红、绿、蓝三色磷光点构成的小三角形(像素)发光薄膜。由于接收的电子束强弱不同，像素的三原色发光强弱就不同，可以产生一个不同亮度和颜色的像素。当电子束从左向右、从上而下地逐行扫描荧光屏时，每扫描一遍，就显示一屏，称为刷新一次，只要两次刷新的时间间隔少于0.01 s，人眼在屏幕上看到的就是一个稳定的画面。
　　2．显示器的技术指标
　　1) 逐行/隔行扫描
　　受扫描频率的限制，隔行扫描显示器在低分辨率下逐行扫描，在高分辨率下改为隔行扫描。此时，对同一屏幕的图像先扫描奇数行，再扫描偶数行。扫描奇数行时，电子束可能因偏移扫描到偶数行；反之，扫描偶数行时的电子束可能扫描到奇数行，造成水平线上的抖动。采用逐行扫描后，有效地避免了上述不足。
　　2) 分辨率与灰度级
　　分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。
　　灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别程度，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清晰逼真。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。如果用4位表示一个像素，则只有16级灰度或颜色；如果用8位表示一个像素，则有256种灰度或颜色。字符显示器只用“0”、“1”两级灰度就可表示字符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器。具有多种灰度级的黑白显示器称为多灰度级黑白显示器。
　　3) 刷新频率
　　只有当CRT的电子束打到显示屏上的荧光粉时，荧光屏相应的点才会发亮。这段发亮的时间很短，一般只能维持几十毫秒。在这么短的时间内，眼睛是感觉不到的。为了使眼睛能感觉到稳定的图像显示，必须使电子束不停地重复扫描，这个重复扫描的过程叫做刷新。而刷新频率就是每秒屏幕刷新的次数。刷新频率越低，图像闪烁得就越明显。一般显示器要求在1024×768的分辨率下要能达到75 Hz的刷新率。与这个指标有关的还有行频和带宽。行频是每秒扫描的行数，如65 K/s、85 K/s等。带宽是每秒扫描像素的点数，常见的是几十兆赫兹，高性能显示器的带宽在100 MHz以上。
　　4) 随机扫描和光栅扫描
　　控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符的方式称为随机扫描。电子束只需在需要显示的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式的速度快，图像清晰。高质量的图形显示设备一般采用随机扫描的方式。由于这种扫描的控制电路与电视标准不同，因此驱动电路较复杂，价格较贵。
　　光栅扫描同电视系统的扫描方式。在电视中图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但由于电视技术业已成熟，计算机系统中除高质量图形显示器外，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但其扫描方式与电视系统相同，控制电路比较简单，技术比较成熟，因此成本较低。目前大部分字符、图像、图形显示器采用光栅扫描方式。
　　显示器是通过“显示接口”及总线与主机连接，待显示的信息(字符或图形图像)是从显示缓冲存储器(一般为内存的一个存储区，占16 KB)送入显示器接口的，经显示器接口的转换，形成控制电子束位置和强弱的信号。受控的电子束就会在荧光屏上描绘出能够区分出颜色不同、明暗层次的画面。显示器的两个重要技术指标是：屏幕上光点的多少，即像素的多少，称为分辨率；光点亮度的深浅变化层次，即灰度，可以用颜色来表示。分辨率和灰度的级别是衡量图像质量的标准。
8.3.2 打印机
　　打印机是计算机最基本的输出设备之一，是一种复杂而精密的机械电子装置。它主要用于打印结果及程序，还可用于打印统计图表和描绘图形。随着计算机技术的发展，对打印机提出了更高的要求，如高速度、低噪声、高分辨率、输出图形图像化和彩色化等。
　　打印机按印字方式可分为击打式和非击打式两类。击打式打印机是利用机械动作将字体通过色带打印在纸上，根据印出字体的方式又可分为活字式打印机和点阵式打印机。活字式打印机是把每一个字刻在打字机构上，可以是球形、菊花瓣形、鼓轮形等各种形状。点阵式打印机是利用打印钢针按字符的点阵打印出字符。每一个字符可由m行×n列的点阵组成。一般字符由7×8点阵组成，汉字由16×16、24×24或32×32点阵等组成。点阵式打印机常用打印头的针数来命名，如9针打印机、24针打印机等。
　　非击打式打印机是用各种物理或化学的方法印刷字符的，如静电感应、电灼、热敏效应，激光扫描和喷墨等。其中激光打印机和喷墨式打印机是目前最流行的两种打印机，它们都是以点阵的形式组成字符和各种图形的。激光打印机接收来自CPU的信息，然后进行激光扫描，将要输出的信息在磁鼓上形成静电潜像，并转换成磁信号，使碳粉吸附到纸上，加热定影后输出。喷墨式打印机是将墨水通过精制的喷头喷到纸面上形成字符和图形的。下面分别介绍针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。
　　1．针式打印机
　　针式打印机是通过打印针击打色带来进行工作的。对针式打印机来说，最大的好处是对纸张来者不拒，如普通纸、旧挂历纸的背面、旧塑膜挂历的衬纸、平整的商品包装纸、街上散发的广告单背面等，尤其对打印多层介质，如多联发票等，它有着激光打印机与喷墨打印机无可取代的优势，还有其耗材省和维护简单的优点，使得针式打印机有着比较大的市场。
　　1) 针式打印机的组成
　　针式打印机主要由打印头单元、小车单元、送纸单元及控制单元组成。其中，打印头单元是针式打印机机械部分的核心，具有体积小、结构紧密、精度高的优点。打印头的种类很多，常用的有拍合式打印头和永磁式打印头。当打印单元接到打印命令时，打印针向外撞击，色带的墨迹打印到纸上，从而在打印纸上形成字符或图像。小车单元的任务是打印头送到指定位置，以使打印头的打印针打到正确位置。送纸单元主要是在打印过程中提供纸张输送或退出的装置。控制单元是打印机的控制中心。
　　2) 针式打印机的印字原理　
　　针式打印机的印字原理是将要输出的ASCII码字符、汉字或图形转换成对应的点阵码，再根据点阵码由驱动电路驱动钢针击打色带，从而印出字符或图形。点阵码用二进制数表示，“1”表示要打的点，“0”表示不打点。一个ASCII码字符的点阵格式有5×7、7×7和9×9几种。图8-5是字符A对应的点阵码。
图8-5 A对应的点阵码
　　汉字点阵格式有16×16、24×24、32×32和40×40几种。当打印汉字钢针数不够时，可以采用多次扫描实现。点阵式打印机有两种打印方式：一是字符打印方式，主机将字符的编码(ASCII码或汉字内码)通过接口传送给打印机，然后在打印机的字符库中找出对应的点阵码，再根据点阵码驱动打印头冲击色带印出字符；二是图形打印方式，主机将图形的点阵码送给打印机，由驱动电路冲击色带印出图形的点阵。
　　2．喷墨打印机
　　喷墨打印机具有体积小、重量轻、工作噪声低的特征。目前，在与PC相配合的应用领域里，喷墨打印机已取代了针式打印机，其原理如图8-6所示。
图8-6 喷墨打印机原理图
　　喷墨打印机主要由喷头、墨盒、清洁单元、小车单元、送纸单元和控制单元组成。其中小车、送纸、控制三个单元与针式打印机大同小异；喷头与针式打印机打印头的作用相同。喷头和墨盒的结构可分为两类：一类是喷头和墨盒是一体化结构；另一类是喷头和墨盒分离结构。前者整体结构简单、体积小，但打印机消耗费用大，墨盒中的墨水用完后要连同喷头一起更换；而后者则只需更换墨盒，这样就可大大节省费用。
　　工作时，导电的墨水在墨水泵的高压作用下进入喷嘴，通过喷嘴形成一束极细的高速射流，射流通过高频振荡发生器断裂成连续均匀的墨水滴流。在充电极上，施加一个静电场给墨水充电，所充电荷的多少随墨水喷在纸上的高低位置而变化。在充电电极上所加的电压越高，充电电荷就越多。电荷一直保持到墨点落到记录纸上为止。带不同电荷的墨点通过加有恒定高压偏转电极形成的电场后垂直偏转到所需的位置。若在垂直线上某处不需喷点，则相应的墨点不充电，这些墨点在偏转电场中不发生偏转而按原方向射入回收器。当一列字符印完后，喷墨头以一定的速度沿水平方向由左向右移动一列距离。依次下去，即可印刷出一个字符，并由若干个字符构成一个字符行。喷墨打印机有以下三个方面的
指标。
　　1) 打印精度
　　打印精度的度量单位为每英寸可打印的点数dpi(dot per inch)，是指打印机在，是衡量打印质量的一个重要标准，也是一个最为基本的判断打印机分辨率的指标。至少应有300 dpi的分辨率，才能使打印效果得到基本保证。一般应用时，dpi值也不一定是越大越好，720 dpi左右就比较合适了。
　　2) 打印速度
　　打印速度的度量单位为ppm(page per minute)。ppm是指打印机每分钟可打印多少页，是衡量打印机打印速度的一个重要指标。但要注意，打印机说明书上所标明的ppm值是指该机所能达到的最高打印速度，实际使用时，这个值会受到多种因素的影响，肯定会低于标称值。
　　3) 打印幅面
　　喷墨打印机的打印幅面一般以A4为主。普通家庭用户和中小型办公用户使用A4幅面的喷墨打印机，可以满足绝大部分应用要求。A3、A2幅面的喷墨打印机一般用于CAD、广告制作、艺术设计、印刷出版等行业。
　　3．激光打印机
　　激光打印机是发展较快的一种非击打式打印机。它使用成熟的技术，具有很高的稳定性，打印速度快，噪声小，使用成本低廉，并且输出接近印刷的质量，其原理框图如图8-7所示。
图8-7 激光打印机原理框图
　　当计算机主机向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的信号流，对于激光打印机而言，这个信号流就是驱动激光头工作的一组脉冲信号。
　　激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术，这种技术结合了影像学与电子学的原理和技术以生成图像，核心部件是一个可以感光的硒鼓。激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，随着反射镜的转动，光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过(中途有各种聚焦透镜，使扫描到硒鼓表面的光点非常小)，硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅转动，扫描又在接下来的一行进行。硒鼓是一只表面涂覆了有机材料的圆筒，预先带有电荷，当有光线照射时，受到照射的部位会发生电阻的变化。计算机所发送来的数据信号控制着激光的发射，扫描在硒鼓表面的光线不断变化，有的地方受到照射，电阻变小，电荷消失，也有的地方没有光线射到，仍保留有电荷，最终，硒鼓表面就形成了由电荷组成的潜影。
　　墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒，其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反，当带有电荷的硒鼓表面经过显影辊时，有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒，潜影就变成了真正的影像。硒鼓转动的同时，另一组传动系统将打印纸送进来，经过一组电极，打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷，随后纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上，图像就在纸张表面形成了。此时，墨粉和打印机仅仅靠电荷的引力结合在一起，在打印纸被送出打印机之前，经过高温加热，塑料质的墨粉被熔化，在冷却过程中固着在纸张表面。
　　将墨粉传给打印纸之后，硒鼓表面继续旋转，经过一个清洁器，将剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环。
　　激光扫描控制系统包括激光器、光调制器、扫描器、光偏转器等部件。激光器是激光打印机的光源，具有相干性高、方向性好、单色性强、能量集中等优点，并能进行高速调制和偏转控制。光调制器对光的传播方向和强度进行控制，控制的方法有机械、电光和声光等几种。由于声光调制器完全满足打印机调制频率带宽的要求，因而被普遍采用。要把调制过的激光束射到感光体上形成图形，必须使激光束沿光导鼓轴线方向产生横向移动和纵向移动，纵向移动利用光导鼓的旋转实现，横向移动则靠扫描器来实现。光偏转器配合扫描器，使激光束聚焦，并使聚焦轨迹在光导鼓表面上匀速直线运动。
　　电子照相转印系统应用电子照相技术记录激光扫描信息，经过显影转印到普通纸上。电子照相转印系统包括感光鼓、转印电极、充电极、显影器、清洁器及输纸机构。电子照相转印系统的工作过程归纳为充电、曝光、显影、转印、定影和清洁等步骤。充电过程使感光鼓的光导层表面带电。根据所需印出的字符或图形，激光束的感光鼓表面上产生静电现象，称为曝光过程。由于光导层的光电效应，受激光照射的鼓面部分正电荷流向地，电荷消失后成为良导体。鼓面未被照射的部分，即字符或图像以外的地方，仍保留电荷，这样就生成不可见的静电现象。
　　可以看出，激光打印机与针式、喷墨打印机的一个本质的区别在于：激光打印机打印一次成像一整页，是逐页打印；而针式和喷墨打印机都是打印头一次来回打印一行，是逐行打印。因此，相同打印要求下，激光打印机的打印速度要比针式打印机和喷墨打印机要快，这也是激光打印机的一个优势所在。
　　针式打印机由于采用的是机械击打式的打印头，因此穿透力很强，能打印多层复写纸，具备拷贝功能，另外还能打印不限长度的连续纸。使用的耗材是色带，在三种打印机中是最廉价的一种。其缺点就是体积、重量都较大，打印噪音大，精度低，速度慢，一般无打印彩色图像功能。适合有专门要求的专业应用场合，例如财务、税务、金融机构等等。常见的机型有EPSON的LQ系列，如LQ-680K；STAR的AR、CR系列，如AR-6400等。喷墨打印机打印精度高，通常都能打印彩色图像，而且体积及重量都可以做得非常小巧，甚至能随身携带打印，打印时的噪音也很小。
　　但所使用的消耗材料(墨水)是三种打印机中相对来说最为昂贵的。而且，想要打印精美的图像，还要使用同样昂贵的专用打印纸才能有很好的打印效果。因此喷墨打印机的使用成本较高。同时，喷墨打印机也不具备拷贝和打印连续纸功能。适合对打印质量要求高但数量较小的场合，如家庭，小型办公室等等。常见的机型有EPSON的Stylus Photo系列，如Stylus Photo 900；CANNON的iPixma系列，如i6500、i355等。激光打印机的打印精度也很高，基本上与喷墨打印机无太大区别。
　　它使用的耗材——硒鼓，其成本介于针式打印机和喷墨打印机之间。同样也能打印彩色图像，且对打印介质的要求没有喷墨打印机那么高。打印的速度是三种打印机中最快的，而且噪音也很小，但体积和重量相对喷墨打印机要大。也只能逐页打印，无拷贝和打印连续纸功能。适合打印数量大、任务重的场合，如大型商务机构，设计、印刷领域等等。常见的机型有惠普(HP)的LaserJet系列，如LaserJet 1010、Color LaserJet 8550等。
8.4 外 存 储 设 备
　　外存储设备的特点是容量大、成本低，可以永久保存数据，是主存的重要补充。外存目前主要有磁表面存储器和光存储器两类，如磁盘、光盘等。
8.4.1 磁表面存储器的原理
　　磁表面存储器是利用磁性材料在不同的磁场作用下具有的两个稳定剩磁状态来记录信息的。其利用一层仅有几微米甚至不到1微米的表面磁介质作为逻辑信息的媒体，以磁介质的两种不同的剩磁方向变化的规律来表示二进制数字信息，如图8-8所示。
图8-8 磁性材料的物理特性
　　磁记录的过程是一种电磁信息的转换过程。写入时，首先将数字代码信息以电流的形式输入到磁头线圈中，然后转换成磁场去磁化磁介质，最终将数字代码信息以磁化状态的形式记录在磁介质上。读出时，首先通过磁头将磁化状态转换成电信号，最后还原成数字形式输出。所谓记录方式，是指以写入电流波形的不同方式记录数字信息“0”和“1”，即按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写电路实现这种转换，如图8-9所示。
图8-9 磁表面存储器的读/写操作图
8.4.2 磁记录方式
　　在磁记录设备中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式，主要有归零制(RZ)、不归零制(NRZ)、调相制(PM)、调频制(FM)和改进的调频制(MFM)等几大类。下面以数字序列10001110为例来说明各种方式的记录原理。
　　1．归零制
　　归零制的电流波形如图8-10所示。
图8-10 归零制波形图
　　归零制记录方式的特点是：正向电流代表“1”，负向电流代表“0”，不论某存储元记录的代码是“0”还是“1”，记录电流都要恢复到零电流(即没有电流)。
　　这种记录方式简单易行，但记录密度低、抗干扰能力差，往往把各种干扰的电流信号同时写入。
　　2．不归零制
　　不归零制有两种方式，一种是一般的不归零制，另一种是见“1”就翻不归零制。一般的不归零制电流波形如图8-11所示。
图8-11 一般的不归零制波形图
　　这种方式在记录数据时，磁头线圈中不是有正向电流流过，就是有反向电流流过，即磁头线圈总是有电流流过。它的特点是：对连续记录的“1”或“0”，写电流不改变方向。因此，这种记录方式比归零制减少了磁化翻转的次数。
　　见“1”就翻的不归零制的电流波形如图8-12所示。同样，这种方式在记录数据时，磁头线圈中始终有电流流过。和一般的不归零制的显著不同之处是：流过磁头的电流在记录“1”时改变方向，在记录“0”时，电流方向不变。
图8-12 见“1”就翻的不归零制波形图
　　3．调相制
　　调相制记录方式是利用电流两个相位相差180° 来表示数字信息“0”和“1”。在一个位周期的中间位置，电流由负到正变化为“1”，由正到负为“0”，即利用电流相位的变化进行写入“1”或写入“0”的操作，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次。这种记录方式中“1”和“0”的读出信号相位不同，抗干扰能力较强。另外，读出信号经分离电路可提取自同步脉冲，因此具有自同步能力。调相制的电流波形如图8-13所示。
图8-13 调相制波形图
　　4．调频制
　　调频制的电流波形如图8-14所示。这种方式在记录数字“1”时，电流不仅在位周期的中心位置翻转一次，而且在位与位之间也发生翻转。在记录数字“0”时，在位位置的中心不发生翻转，但在位与位之间的边界要翻转一次。调频制在记录数据“1”时，其翻转频率是记录“0”的两倍，所以又称为倍频制。
图8-14 调频制波形图
　　5．改进的调频制
　　这种记录方式基本上与调频制相同，即在记录“1”时，电流在位周期的中心位置翻转一次，在记录“0”时，电流方向不翻转。与调频制不同之处在于：只有连续记录两个或两个以上“0”时，才在位周期的起始处翻转一次，而并非在每个位周期的起始位置都要翻转，因此进一步提高了记录密度。改进的调频制电流波形如图8-15所示。
图8-15 改进的调频制波形图
8.4.3 硬磁盘存储器
　　硬磁盘存储器HDD(Hard Disk Driver)是磁表面存储设备，即用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。硬磁盘驱动器是记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。硬磁盘存储器具有速度快、容量大、可以直接存取等优点，是计算机系统中的大容量辅助存储器，在辅存家族中担当着重要的角色。其结构如图8-16所示。
图8-16 磁盘存储器的结构
　　1．硬磁盘存储器的分类
　　硬磁盘存储器根据磁头和盘片结构的不同可以分为固定磁头硬盘、活动磁头固定盘片硬盘、活动可换盘片硬盘以及温彻斯特硬磁盘等几种类型。
　　1) 固定磁头磁盘存储器
　　每一磁道均对应一个磁头，又称为每道一头磁盘。当要读写某一磁道时，通过译码器构成的磁头选择开关选取对应磁头工作。其特点是无需寻道操作，存取速度最快，但每道一头，磁头数量的增加使造价提高，且因机械装配限制了道密度的提高，仅用于少数要求快速存取而容量不大的场合。
　　2) 移动磁头固定盘片磁盘存储器
　　一片或一组磁盘片固定安装在主轴上，不可更换，每个盘面一个或两个磁头，所有盘面的磁头成梳状安装在磁头架上，通过磁头定位机构驱动磁头沿盘面径向位置移动，以定位所需磁道。其特点是大大减少了磁头数量，造价降低，可通过提高道密度来扩大存储
容量。
　　3) 移动磁头可换盘片磁盘存储器
　　活动磁头可换盘片磁盘存储器不但磁头是移动式的，盘片也制成盘盒或者盘组的形式，可由用户装卸，并可在相同的磁盘机之间互换，读写时，需要有一套定位机构先将磁头沿径向移动到指定的磁道上方。
　　4) 温彻斯特磁盘存储器
　　微型计算机中使用的是温彻斯特硬磁盘，它把磁头、盘片、小车、导轨以及主轴等制作成一个整体，密封安装，简称为“温盘”。硬盘工作时，盘片高速旋转，通过浮在盘面上的磁头记录或读取信息。
　　2．硬盘驱动器结构与读写过程
　　硬盘存储器主要由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成。
　　1) 盘片
　　硬磁盘以铝合金材料作基片，它的表面涂敷一层磁介质作为记录媒体。盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，其示意图如图8-17所示。
图8-17 硬盘盘片示意图
　　磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆叫0磁道，最里面的一个同心圆叫n-1磁道，n磁道里面的圆面积并不用来记录信息。扇区的编号有多种方法，可以连续编号，也可间隔编号。磁盘记录面经这样编址后，就可用n磁道m扇区的磁盘地址找到实际磁盘上与之相对应的记录区。除了磁道号和扇区号之外，还有记录面的面号，以说明本次处理是在哪一个记录面上。例如，对活动头磁盘组来说，磁盘地址是由记录面号(也称磁头号)、磁道号和扇区号三部分组成。
　　在磁道上，信息是按区存放的，每个区中存放一定数量的字或字节，各个区存放的字或字节数是相同的。为进行读/写操作，要求定出磁道的起始位置，这个起始位置称为索引。索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置。
　　磁盘存储器的每个扇区记录定长的数据，因此读/写操作是以扇区为单位一位一位串行进行的。每一个扇区记录一个记录块。数据在磁盘上的记录格式如下：每个扇区开始时由磁盘控制器产生一个扇标脉冲。扇标脉冲的出现即标志一个扇区的开始。两个扇标脉冲之间的一段磁道区域即为一个扇区(一记录块)。每个记录块由头部空白段、序标段、数据段、校验字段及尾部空白段组成。其中空白段用来留出一定的时间作为磁盘控制器的读写准备时间，序标被用来作为磁盘控制器的同步定时信号。序标之后即为本扇区所记录的数据。数据之后是校验字，它用来校验磁盘读出的数据是否正确。
　　盘片分为单面盘和双面盘两种，单面盘仅有一面能记录信息，双面盘两面都能记录信息。单片磁盘记录信息的容量毕竟有限，为了增大存储容量，硬盘一般由多个盘片组成盘片组。
　　2) 硬盘驱动器
　　磁头定位系统用来将磁头定位在准备进行读写的指定磁道上。它包括磁头架、磁头小车、小车导轨、音圈电机及定位控制逻辑等几个部分。磁头安装在磁头臂上，每两个磁盘之间都配置一个读写臂，读写臂安有上下两个磁头，分别与上下两个盘面贴近。所有的读写臂连在一起，外形像梳子，故又称梳状读写臂。在音圈电机带动下，小滑架可前后平行地移动位置，以便磁头沿径向移动而找到目的磁道。当盘面作高速旋转时，依靠盘面的高速气流所产生的气动浮力使得磁头略微离开盘面，形成微小气隙，类似浮动式磁头。
　　3) 读/写控制电路
　　读/写电路分写入与读出两个部分。写入电路包括编码电路和写入驱动电路。编码电路应根据记录方式的规定，把数据转换为相应的电流波形，驱动电路使写电流满足一定的幅度要求。读出电路主要包括前置放大器、主放大电路、鉴别电路和整形电路等。前置放大电路放大来自磁头线圈的感应信号，所以频带要宽，用差动放大器来排除外界的共模干扰。主放大电路把信号的幅度放大到鉴别电路能可靠鉴别的程度，鉴别电路应不受波形畸变及噪声影响，从信号中鉴别出有用的信号。不同的记录方式及不同的鉴别方式配合不同的鉴别电路。常用的鉴别方式有幅度鉴别、峰值鉴别和过零交叉点鉴别等。
　　硬盘的读/写过程从查找磁道开始，驱动机构把磁头定位在目标磁道上方，目标扇区旋转到磁头下方时，读/写操作开始。写入时，数据经编码电路变换成相应的写电流，送到磁头写线圈，磁化盘面上的表面磁层，形成一个微小的磁化单元。读出时，磁化单元高速经过磁头，在磁头读线圈中感应出电压信号，经放大、整形和选通后输出。
8.4.4 光盘存储设备
　　光盘是近年发展起来的一种外存设备，是多媒体计算机不可缺少的设备。光盘采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质(如反射率)的变化来表示所存储信息的“1”或“0”，如图8-18所示，通过将激光聚焦成极细光束对存储介质读写信息。光存储的本质不在于其记录过程，也不在于介质上信息的存储形式，而在于其读出过程。因此，无论采用哪一种方式存储信息，只要是用光学方式读出，即可认为是光存储器。
图8-18 光盘数据记录格式
　　光盘的记录介质采用磁光材料，驱动器读/写头是用半导体激光器和光路系统组成的光头。与其他存储器相比，光盘存储器具有记录密度高、存储容量大、信息保存寿命长、工作稳定可靠、环境要求低等特点。因此，它得到广泛的应用。
　　1．光盘存储器的组成
　　光盘存储器由光盘盘片、光盘驱动器ODD(Optical Disk Driver)和光盘控制器ODC(Optical Disk Controller)组成。驱动器同样有读/写头、寻道定位机构、主轴驱动机构等。与磁盘存储器不同的是，光盘存储器还有光学机构。
　　光盘盘片是记录信息的基体，由盘基、记录薄层和保护层组成。其中，盘基的材料为丙烯树酯、聚碳酸酯或硼硅酸玻璃，其热传导率低且非常耐热，用于记录信息的激光功率小。记录薄层分为形变型记录薄层、相变型记录薄层和磁光型记录薄层。形变型记录薄层用有机染料苏丹黑B(硼)，对激光有良好的吸收能力，熔点低且有较好的灵敏性和稳定性。相变型记录薄层分不可逆相变：锑硒化合物(Sb-Se)、碲的低氧化物TeOx，在激光照射下可实现从晶态至非晶态的转换；可逆相变：碲的低氧化物加锡(Sn)、锗(Ge)，只要激光加热过程的温度与时间适宜可实现晶态和非晶态的相互转换。
　　磁光型记录薄层：磁化方向垂直于盘面，使用锰铋系晶体(MnCuBi、MnBi等)、石榴石系单晶体(TbFeO3等)或稀土类铁系非晶体(TbFe、GdFe和GdCo)。保护层可以使记录层免受水蒸气等的腐蚀，减少灰尘、划痕等对读出的影响，在记录薄层的表面直接覆盖一层厚度为50～200 μm的金属薄膜或透明聚合物。
　　光盘驱动器的功能是驱动光盘转稳、转准，寻找光道并借助光头和激光器完成读/写操作。光盘控制器由数据输入/输出缓冲器、编码器、译码器和并/串转换电路等组成，通过I/O接口实现主机与ODD信息交换，控制ODD驱动盘片旋转、寻道和进行读写操作的功能。
　　2．光盘存储器的分类
　　按读写性质分，光盘有只读型光盘、一次写多次读光盘和可重写光盘。
　　1) 只读光盘
　　只读光盘CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)是最常用的光盘，直径约12 cm，存储容量约650 MB。它所存储的记录的信息只能读出，不能被修改。CD-ROM的工作特点是：采用激光调制方式记录信息，将信息以凹坑和凸区的形式记录在光道上。光盘是由母盘压模制成，一旦复制成型，永久不变，用户只能读出信息。
　　2) 一次写多次读光盘
　　一次写多次读光盘WORM(Write Once Read Many)在使用前首先要进行格式化，格式化后形成信息区和逻辑目录区。用户可在一次型光盘上记录信息，但只能写一次，写后的信息不能再改变，只能读。WORM光盘引入DOS文件分配表的概念，在光盘的根目录下面是用户定义的逻辑目录，逻辑目录对应文件管理区，文件管理区对应着相应的文件信息。
　　3) 可重写光盘
　　可重写(Rewriteable)光盘是最理想的光盘类型，也是最有应用前途的光盘类型。它分为磁变盘和相变盘两种，利用浮动磁光头在磁盘上进行磁场调制，可进行信息的高速重写。目前，由于价格较贵，普及受到限制。随着技术不断发展，成本将会不断降低，相信其前景会更好。
　　3．光盘存储器的工作原理
　　1) 只读光盘读原理
　　只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道以坑点的形式记录的，它既可以记录模拟信息，也可以记录数字信息。有坑点表示为“1”，无坑点表示为“0”，一系列的坑点(存储元)形成信息记录道。对数据存储用的光盘来讲，这种坑点分布作为数字“1”、“0”代码的写入或读出标志。由于只读型光盘是生产厂家制造，为了大量复制，需要制作母盘，为此将存储信息以表面坑点形式记录在母盘上。
　　光盘的记录信息以凹坑方式永久性存储。读出时，当激光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍射，反射率低；而聚焦点照射在凸面上时大部分光将返回。根据反射光的光强变化并进行光-电转换，即可读出记录信息。
　　2) 可重写光盘的擦写原理
　　要实现光盘信息的重写，必须将光盘介质的状态恢复到原来的性质，即擦去已有的信息，然后重新记录新的信息。磁光式光盘采用玻璃盘基上加4层膜结构组成，它是以稀土—过渡金属非晶体垂直磁化作为记录介质光学膜和保护膜的多层夹心结构。磁光写入信息的过程是用激光照射光盘垂直膜面磁化方向上的磁化物质，并对其垂直磁化。根据居里点热磁效应，用激光向需要存储信息“1”的单元区域加热，使其温度超过居里点，失去磁性。在盘的另一面的电磁线圈上施加一个外磁场，使被照单元反向磁化。
　　这样，该单元区域磁化方向与其他未照射单元反向，从而产生一个信息状态“1”，而其他未照射单元相当于存储信息“0”。信息擦去过程与写过程刚好相反，即恢复原来的磁化方向。读出原理是利用物理学中电磁感应效应，检测出磁盘单元磁化方向的不同，读出相应的信息“0”或“1”。
　　4．光盘存储器的发展
　　光存储器目前产品有CD-ROM、DVD-ROM、DVD机、DVD-RW(DVR)等，正产品化的技术有蓝光DVD、HD-DVD、多波长存储、全息光存储等。其中蓝光的光波比红光短，存储密度可达到更高。2004年，HP推出了蓝光技术StorageWorks超密度光盘库，存储容量为7.1 TB，与磁光技术相比，容量是其3倍，成本下降了75%，开创了一个归档存储的新时代。Sony在ISOM04大会上，发表了最新的蓝光光盘技术，允许单面记录层扩充到8层，记录容量有望提高到200 GB。目前，体全息存储和蓝色光盘是目前最有希望的两种新型存储技术。
8.4.5 闪存
　　1．闪存简介
　　闪存(Flash Memory)是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256 KB～20 MB。闪存是电子可擦除只读存储器(EEPROM)的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写，这样闪存就比EEPROM的更新速度快。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS(基本输入/输出程序)、PDA(个人数字助理)、数码相机中保存资料等。另一方面，闪存不像RAM(随机存取存储器)一样以字节为单位改写数据，因此不能取代RAM。
　　在1984年，东芝公司的发明人Fujio Masuoka 首先提出了快速闪存存储器的概念。与传统电脑内存不同，Intel是世界上第一个生产闪存并将其投放市场的公司。1988年，公司推出了一款256 KB闪存芯片。它如同鞋盒一样大小，并被内嵌于一个录音机里。后来，Intel发明的这类闪存被统称为NOR闪存。它结合EPROM(可擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)两项技术，并拥有一个SRAM接口。第二种闪存称为NAND闪存。它由日立公司于1989年研制，并被认为是NOR闪存的理想替代者。NAND闪存的写周期比NOR闪存短90%，它的保存与删除处理的速度也相对较快。NAND的存储单元只有NOR的一半，在更小的存储空间中NAND获得了更好的性能。
　　内存和NOR型闪存的基本存储单元是bit，用户可以随机访问任何一个bit的信息。而NAND型闪存的基本存储单元是页(Page)(可以看到，NAND型闪存的页就类似硬盘的扇区，硬盘的一个扇区也为512 B)。每一页的有效容量是512 B的倍数。所谓有效容量，是指用于数据存储的部分，实际上还要加上16 B的校验信息，因此我们可以在闪存厂商的技术资料中看到“(512+16)B”的表示方式。目前2 GB以下容量的NAND型闪存绝大多数是(512+16)B的页面容量，2 GB以上容量的NAND型闪存则将页容量扩大到(2048+64)B。
　　NAND型闪存以块为单位进行擦除操作。闪存的写入操作必须在空白区域进行，如果目标区域已经有数据，必须先擦除后写入，因此擦除操作是闪存的基本操作。一般每个块包含32个512 B的页，容量16 KB；而大容量闪存采用2 KB页时，则每个块包含64个页，容量为128 KB。
　　每颗NAND型闪存的I/O接口一般是8条，每条数据线每次传输(512+16) bit信息，8条就是(512+16)×8 bit，也就是前面说的512 B。但较大容量的NAND型闪存也越来越多地采用16条I/O线的设计，如三星编号K9K1G16U0A的芯片就是64 M×16 bit的NAND型闪存，容量1 GB，基本数据单位是(256+8)×16 bit，还是512 B
　　寻址时，NAND型闪存通过8条I/O接口数据线传输地址信息包，每包传送8位地址信息。由于闪存芯片容量比较大，一组8位地址只够寻址256个页，显然是不够的，因此通常一次地址传送需要分若干组，占用若干个时钟周期。NAND的地址信息包括列地址(页面中的起始操作地址)、块地址和相应的页面地址，传送时分别分组，至少需要三次，占用三个周期。随着容量的增大，地址信息会更多，需要占用更多的时钟周期传输，因此NAND型闪存的一个重要特点就是容量越大，寻址时间越长。而且，由于传送地址周期比其他存储介质长，因此NAND型闪存比其他存储介质更不适合大量的小容量读写请求。
　　2．闪存的应用及前景
　　“优盘”(U盘)是闪存走进日常生活的最明显写照，其实早在U盘之前，闪存已经出现在许多电子产品之中。传统的存储数据方式是采用RAM的易失存储，电池没电了数据就会丢失。采用闪存的产品，克服了这一毛病，使得数据存储更为可靠。除了闪存盘，闪存还被应用在计算机中的BIOS、PDA、数码相机、录音笔、手机、数字电视、游戏机等电子产品中。
　　1998年，U盘进入市场。之后，其接口由USB 1.0发展到USB 2.0，速度逐渐提高。U盘的盛行还间接促进了USB接口的推广。为什么U盘这么受到人们欢迎呢？
　　闪存盘可用来在电脑之间交换数据。从容量上讲，闪存盘的容量从16 MB到了32 GB可选，突破了软驱1.44 MB的局限性。从读写速度上讲，闪存盘采用USB接口，读写速度比软盘高许多。从稳定性上讲，闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。部分款式闪存盘具有加密等功能，令用户使用更具个性化。闪存盘外形小巧，更易于携带。且采用支持热插拔的USB接口，使用非常方便。
　　目前，闪存正朝大容量、低功耗、低成本的方向发展。与传统硬盘相比，闪存的读写速度高、功耗较低，目前市场上已经出现了闪存硬盘。随着制造工艺的提高、成本的降低，闪存将更多地出现在日常生活之中。如果单从储存介质上来说，闪存比硬盘好。但并不是品质上的好，而是指数据传输速率及抗振度方面而言(闪存不存在抗振)。要对比两者之间的优劣并不难，首先理解什么是数码，知道什么是数码信号之后就该清楚数码信号通常是不受储存介质干扰的。(忽略音频流文件的误码，硬盘和闪存在这个方面可以忽略，光盘不同。) 硬盘和闪存的数据准确性都很高，在同样的测试条件下(相同解码相同输出)，两者音质肯定是一样的。
关 联
习 题
　　8.1 判断题。
　　(1) 不带汉字库的点阵式打印机不能打印汉字。( )
　　(2) 磁带存储器是记录模拟信号的设备。( )
　　(3) 外围设备位于主机箱的外部。( )
　　(4) 在各种数字磁记录方式中，改进式调频制的记录密度最高。( )
　　(5) 随着半导体集成电路的发展，外围设备在计算机系统硬件的价格中所占的比重将越来越低。( )
　　(6) 硬盘系统和软盘系统均可分为固定磁头和可移动磁头两种。( )
8.2 选择题。
　　(1) 主机从外部获取信息的设备称为( )。
　　　A.外部存储器 B. 外围设备
　　　C. 输入设备 D. 输出设备
　　(2) 在显示器的规格中，数据640×480、1024×768等表示( )。
　　A. 显示器屏幕的大小
　　B. 显示器显示字符的最大列数和行数
　　C. 显示器的颜色指标
　　D. 显示器的显示分辨率
　　(3) 软盘存储器在读写数据时( )。
　　A. 盘片转动，磁头不动
　　B. 盘片不动，磁头移动
　　C. 盘片、磁头都不动
　　D. 盘片转动，磁头移动
　　(4) 下列外存中，属于顺序存取存储器的是( )。
　　A. 软盘 B. 磁带　C. 硬盘 D. 光盘
　　(5) 有一种CRT显示器的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256色，则刷新存储器的容量是( )。
　　A. 1 MB　 B. 512 KB　C. 2 MB　D. 256 KB
　　(6) 磁盘驱动器向盘片磁层记录数据时，采用( )方式写入数据。
　　A. 并行　B. 并—串行　C. 串行　D. 串—并行
　　(7) 一张3.5英寸的软盘片，其存储容量为( )，每个扇区存储的固定数据是( )。
　　A. 1.44 MB 　B. 1.2 MB C. 1.76 MB D. 360 KB
　　E. 512 B 　F. 512 KB 　　G. 128 B H. 1024 B
　　(8) 分辨率是显示器的主要性能参数之一，它的含义是( )。
　　A. 显示屏幕的水平扫描率和垂直扫描率
　　B. 显示屏幕上光栅的列数和行数
　　C. 可显示的不同颜色的总数
　　D. 同一幅画面允许显示不同颜色的最大数目
　　8.3 填空题。
　　(1) 字符显示器的控制逻辑电路的功能包括_______、_______、_______和_______等。
　　(2) 按打印原理分类，打印机可分为_______打印机和_______打印机两类。
　　(3) 磁盘的地址格式由_______、_______、_______和_______四部分组成。
　　(4) 温彻斯特磁盘是一种采用先进技术研制的_______磁头、_______盘片的磁盘机，它将磁头、盘片、电机等驱动部件和读写电路等组装成一个_______的机电一体化整体，成为最有代表性的_______存储器。
　　(5) 光盘存储器是近年来发展起来的一种_______设备，是_______必须配置的设备。按读写性质分，光盘可分为_______型、_______型和_______型三类。
　　(6) 一个完整的磁盘存储器由三部分组成，其中，_______又叫磁盘机或磁盘子系统，是独立于主机的一个完整的设备________是磁盘机与主机的接口部件；________用于保存信息。
　　(7) 闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及_______能力，为现有的_______体系结构带来了巨大的变化，因此作为_______用于笔记本电脑中。
　　(8) 显示适配器作为CRT显示器和CPU的接口，由_______存储器、_______控制器、ROM BIOS三部分组成。先进的_______控制器具有_______加速能力。
8.4 按功能分，计算机外围设备可分成哪几类？
8.5 简述光电式鼠标的工作原理。
8.6 简述显示器技术性能指标和显卡的种类。

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