《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課件第10章

第10章

人機(jī)接口技術(shù)10.1概述10.2鍵盤與鍵盤接口10.3鼠標(biāo)及鼠標(biāo)接口10.4顯示器及顯卡10.5打印機(jī)及接口10.6網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器10.7磁盤存儲器10.8光存儲器習(xí)題10

10.1概述

人機(jī)接口技術(shù)，指的是計算機(jī)和人之間信息交互的連接與控制方式，通過人機(jī)接口技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與外設(shè)之間的信息交換。

10.1.1人機(jī)交互設(shè)備分類

人機(jī)交互設(shè)備是計算機(jī)系統(tǒng)中最基本的設(shè)備之一，是人和計算機(jī)之間建立聯(lián)系、交換信息的外部設(shè)備。常見的人機(jī)交互設(shè)備可分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備兩類。

1．輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是人向計算機(jī)輸入信息的設(shè)備，按輸入信息的形態(tài)可分為字符(包括漢字)輸入、圖形輸入、圖像輸入及語音輸入等設(shè)備。常見的輸入設(shè)備有：

(1)鍵盤。這是人向計算機(jī)輸入信息的最基本的設(shè)備，人們可以通過按鍵向計算機(jī)輸入數(shù)字、字母、特定字符和命令。

(2)鼠標(biāo)。鼠標(biāo)是一種光標(biāo)指點(diǎn)設(shè)備，通過移動光標(biāo)進(jìn)行操作選擇以實(shí)現(xiàn)操作控制。

(3)掃描儀。掃描儀是繼鍵盤和鼠標(biāo)之后的第三代計算機(jī)輸入設(shè)備，它是將各種形式的圖像信息輸入計算機(jī)的重要工具。

2．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是直接向人們提供計算機(jī)運(yùn)行結(jié)果的設(shè)備。常見的輸出設(shè)備有：

(1)顯示器。顯示器是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置，可以以字符、圖形、圖像等方式顯示計算機(jī)處理信息的結(jié)果，它與鍵盤一起構(gòu)成最基本的人機(jī)對話環(huán)境。

(2)打印機(jī)。打印機(jī)將計算機(jī)的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙上，便于人們閱讀和保存，是計算機(jī)最基本的輸出設(shè)備。

10.1.2人機(jī)接口的功能

人機(jī)接口是計算機(jī)同人機(jī)交互設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)目刂齐娐贰Ｖ鳈C(jī)和外設(shè)之間進(jìn)行信息交換為什么一定要通過接口呢？這是因?yàn)橹鳈C(jī)和外設(shè)在信息形式和工作速度上具有很大的差異，接口正是為了解決這些差異而設(shè)置的。圖10.1為常見的主機(jī)、人機(jī)接口、外設(shè)的連接示意圖。圖10.1接口與主機(jī)、外設(shè)間的連接示意圖

人機(jī)接口電路通常要完成兩個任務(wù)：一個是信息形式的轉(zhuǎn)換，把外界信息轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能接收、處理的信息，或把計算機(jī)處理后的信息轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能顯現(xiàn)的形式；另一個是計算機(jī)與人機(jī)交互設(shè)備之間的速度匹配，也就是完成信息交換速率與傳輸速率的匹配控制。

10.2鍵盤與鍵盤接口

鍵盤是輸入設(shè)備，人們通過它可以向計算機(jī)輸入信息。鍵盤按獲取鍵碼的方式，分為兩類：非編碼鍵盤與編碼鍵盤。10.2.1非編碼鍵盤非編碼鍵盤主要用軟件來識別按鍵，獲取鍵值，主要有線性鍵盤和矩陣鍵盤兩種，相對而言其硬件簡單。

1.非編碼鍵盤的基本工作原理

1)線性鍵盤

線性鍵盤是最簡單的鍵盤，如圖10.2所示，其中，每一個鍵對應(yīng)I/O端口的一位，無鍵閉合時各位均處于高電平。圖10.2線性鍵盤示意圖

2)矩陣式鍵盤

通常用的鍵盤是矩陣式結(jié)構(gòu)，如圖10.3所示。有一M×N個鍵的鍵盤，若采用簡單鍵盤設(shè)計方法，則需要M×N位端口，而采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要M+N位端口。圖10.3為一個8×8鍵盤，有64個鍵。只要用兩個8位I/O端口即可。圖10.3矩陣式鍵盤示意圖

識別矩陣式鍵盤閉合鍵的方法有兩種：行掃描法與行反轉(zhuǎn)法。

行掃描法識別閉合鍵的原理是：先通過行端口輸出數(shù)據(jù)，使第0行接低電平，其余行為高電平：然后從列端口讀入列線狀態(tài)，檢查是否有列線為低電平。

在實(shí)際應(yīng)用中，為提高CPU的工作效率，一般先快速檢查鍵盤中有無鍵按下，如有鍵按下，再具體識別是哪一個鍵。快速檢查的方法是：先向行端口送出全“0”，使所有行同時接低電平；再檢查是否有列線也處于低電平。如果有列線為0，則表明有鍵按下，再用行掃描法來確定具體位置。矩陣式鍵盤識別流程如圖10.4所示。圖10.4矩陣式鍵盤識別流程圖Ｓ

【例10-1】根據(jù)圖10.3所示的8×8鍵盤的硬件連接，利用行掃描法把閉合鍵的鍵值放入AX。

假設(shè)行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口，8255的端口地址分別為PA、PB、PC、PCTRL。程序如下：

2.行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵的原理

采用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵時，要求矩陣式鍵盤的行線和列線分別接在可編程輸入與輸出端口。例如，圖10.3中行線接可編程并行接口8255的A端口，列線接B端口。識別鍵時，先使行端口工作在輸出方式，列端口工作在輸入方式。然后使行端口輸出全“0”，從列端口讀入列線數(shù)據(jù)(列值)，如有列線位為“0”，則表明有鍵按下。再使行端口作為輸入端口，列端口作為輸出端口，把剛才讀入的列值從列端口輸出，從行端口讀入行值，把該數(shù)據(jù)和剛才從列端口讀入的列值合成鍵號，根據(jù)鍵號判斷是哪行哪列的鍵被按下了。

【例10-2】根據(jù)圖10.3所示的8×8鍵盤的硬件連接，利用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵的鍵值。行端口和列端口分別接在8255的A端口和B端口。

程序中CALLDELAY指令的作用是延時以消除鍵的抖動。由于鍵盤的結(jié)構(gòu)及操作員的操作，當(dāng)一個鍵被按下或釋放以后，鍵往往要閉合斷開幾次才能穩(wěn)定閉合或釋放，這段時間一般不大于10ms。對操作員來說極短，但對CPU來說很長，可能引起識別出錯。因此在識別鍵時必須去抖動?？梢杂糜布姆椒ㄈザ秳?，但軟件去抖動也非常容易，只要延時一段時間等抖動消失以后再讀入鍵碼，就可以消除抖動對識別鍵的影響。

10.2.2編碼鍵盤接口

矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤使接口引線大大減少，但當(dāng)鍵盤的行或列線多于8條時，鍵盤與主機(jī)的接口以及鍵的掃描和識別的復(fù)雜性隨之增加。在這種情況下，需要對鍵盤的行線或/和列線進(jìn)行編碼后通過接口再送往微計算機(jī)。這時鍵掃描和識別的方法及相應(yīng)的硬件連接也相應(yīng)有所改變。

1.IBM-PC鍵盤及接口技術(shù)

圖10.5為IBM-PC鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖。圖10.5IBM-PC鍵盤及鍵盤與主機(jī)系統(tǒng)接口框圖

圖10.5左側(cè)為IBM-PC編碼式鍵盤，它主要由單片微機(jī)和鍵盤矩陣構(gòu)成。單片計算機(jī)控制鍵盤的掃描和識別。鍵接通和斷開時，鍵盤單片微機(jī)根據(jù)鍵的位置發(fā)出兩個不同的掃描碼，掃描碼的最高位為“0”，表明鍵閉合；為“1”，表明鍵放開。在鍵被識別之后，鍵盤以串行通信方式把鍵的掃描碼而非ASCII碼送給微機(jī)系統(tǒng)。

主機(jī)部分鍵盤接口由兩部分構(gòu)成：一部分是以74LS322為主的串-并變換邏輯，另一部分是8255并行接口芯片。

大部分鍵盤的字符碼為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼；沒有ASCII碼的鍵，如Alt和功能鍵(F1～F10)，字符碼為0；其他沒有ASCII碼的鍵則產(chǎn)生一個指定的操作，如屏幕打印等。轉(zhuǎn)換后的字符碼及掃描碼存儲在ROMBIOS的鍵盤緩沖區(qū)中。鍵盤緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)如下：

鍵盤緩沖區(qū)是一個隊(duì)列。當(dāng)BUPF_HEAD和BUFF_TAIL相等時，表明鍵盤緩沖區(qū)空，當(dāng)CPU要獲取鍵盤輸入時，就調(diào)用BIOS鍵盤例行程序，按接收順序從緩沖區(qū)內(nèi)取出字符碼及掃描碼。當(dāng)緩沖區(qū)滿時，如此時又按鍵盤，則BIOS就不再處理，只發(fā)出“嘀”的聲音。

鍵盤與主機(jī)通過4芯接口電纜相連。4根信號線分別為+5V、GND、KeyboardData和KeyboardClock。其中，KeyboardData為鍵盤送往主機(jī)的串行數(shù)據(jù)，KeyboardClock為發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘。

2.鍵盤I/O程序設(shè)計

在IBM-PC中，BIOS和DOS中斷提供了主機(jī)與鍵盤通信的中斷功能調(diào)用。BIOS的INT16H提供了基本的鍵盤操作。DOS的INT21H也提供了鍵盤功能調(diào)用，它可以讀入單個字符，也可以讀入字符串。BIOS和DOS提供的鍵盤功能調(diào)用見表10-1和表10-2。

BIOSINT16H的02H功能能夠讀取狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)字節(jié)反映了Shift、Ctrl、Alt、NumLock、ScrollLock、CapsLock和Insert這些不具備ASCII碼的鍵的狀態(tài)。具體含義如圖10.6所示。圖10.6鍵盤狀態(tài)字節(jié)的格式

【例10-3】分別利用DOS和BIOS鍵盤中斷功能調(diào)用編程。要求：檢測功能鍵F1。如有F1鍵按下，則轉(zhuǎn)HELP執(zhí)行。

用BIOSINT16H中斷00H功能調(diào)用編程。或采用DOS的INT21H中斷07H功能調(diào)用編程。由于功能鍵沒有ASCII碼，在采用DOSINT21H鍵盤功能調(diào)用讀鍵盤輸入時，如果有功能鍵輸入，那么返回的字符碼都為00H，因此采用DOSINT21H鍵盤功能調(diào)用讀功能鍵輸入時，必須進(jìn)行兩次DOS功能調(diào)用。第一次回送00，第二次回送掃描碼。

BIOS鍵盤中斷(16H)能同時回送字符碼和掃描碼，比較適合于要使用功能鍵和變換鍵的程序設(shè)計。而對于一般簡單的鍵盤操作，用DOSINT21H提供的鍵盤中斷服務(wù)更合適。

10.3鼠標(biāo)及鼠標(biāo)接口

微型計算機(jī)上常使用兩鍵或三鍵鼠標(biāo)。按接口不同，鼠標(biāo)可分為MS串行鼠標(biāo)、PS/2鼠標(biāo)、總線鼠標(biāo)和USB鼠標(biāo)。

1．MS串行鼠標(biāo)接口

MS串行鼠標(biāo)是通過RS-232C與微型計算機(jī)相連的，一般將DB-9的9針接口連到微型計算機(jī)的COM1或COM2端口上。MS串行鼠標(biāo)不需要專門的電源線，直接使用RS-232C串行通信接口線路中的RTS作為驅(qū)動信號，SGND作為信號地，TxD用來發(fā)送數(shù)據(jù)，DTR作為主機(jī)的回答信號，如圖10.7所示。圖10.7MS串行鼠標(biāo)接口示意圖

2．PS/2鼠標(biāo)接口

PS/2鼠標(biāo)接口如圖10.8所示。在連接器中，只有4個有效的引腳：GND、+5V、data、clock。其中，+5V是由主機(jī)提供給外設(shè)的電源，data和clock都是具有集電極開路性質(zhì)的雙向信號線，每個信號線在外設(shè)及主機(jī)端都有一個上拉電阻。信號線的這種性質(zhì)使得外設(shè)、主機(jī)和數(shù)據(jù)線處于高電平狀態(tài)(+5V)，但它們可以很容易地被主機(jī)或外設(shè)拉成低電平(0V)。圖10.8PS/2鼠標(biāo)接口示意圖

MS串行鼠標(biāo)器采用RS-232C邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為-3～-15V，邏輯低電平“0”為+3～+15V。PS/2鼠標(biāo)器采用TTL標(biāo)準(zhǔn)，即邏輯高電平“1”為5V，邏輯低電平“0”為0V。

10.4顯示器及顯卡

顯示器是計算機(jī)最常用的輸出設(shè)備，可用來顯示字符、圖形、圖像。顯示輸出設(shè)備由顯示器和顯卡兩部分組成。

1．液晶顯示器

液晶的物理特性是：通電時導(dǎo)通，排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。利用此特性，可制成液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)。按照物理結(jié)構(gòu)，LCD可分為雙掃描無源陣列顯示器和薄膜晶體管有源陣列顯示器。

雙掃描無源陣列(DualScanTortuosityNomograph，DSTN)是液晶的一種。雖然這種液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器其對比度和亮度較差，可視角度小，色彩欠豐富，但是它結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)顯示器是指液晶顯示器上的每個液晶像素點(diǎn)都由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。與DSTNLCD相比，TFTLCD具有屏幕反應(yīng)速度快、對比度和亮度高、可視角度大、色彩豐富等特點(diǎn)，克服了DSTNLCD的許多固有缺點(diǎn)，是當(dāng)前的主流顯示設(shè)備。液晶顯示器的主要參數(shù)如下：

(1)可視角度。若可視角度為左右80°，則表示站在與屏幕法線成80°角的位置時，仍可清晰地看見屏幕圖像。由于每個人的視力不同，因此以對比度為準(zhǔn)。在最大可視角度時，所測量到的對比度越大越好。一般而言，LCD的可視角度都是左右對稱的，但上下就不一定了，而且常常是上下角度小于左右角度?？梢暯嵌仍酱笤胶?。

(2)亮度。TFTLCD的可接受亮度為150cd/m2以上。目前，國內(nèi)能見到的TFTLCD其亮度都在200cd/m2以上。亮度低，人會感覺暗。

(3)響應(yīng)時間。響應(yīng)時間反映了液晶顯示器各像素點(diǎn)對輸入信號的反應(yīng)速度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度。響應(yīng)時間越短越好。若響應(yīng)時間短，則使用者在看運(yùn)動畫面時，不會出現(xiàn)尾影拖曳的感覺。

(4)顯示色數(shù)。幾乎所有15英寸LCD都只能顯示高彩(218種顏色)，因此許多廠商使用了所謂的FRC(FrameRateControl)技術(shù)，利用仿真的方式來表現(xiàn)全彩的畫面。

2．顯卡

顯卡的全稱是顯示接口卡(VideoCard或GraphicsCard)，又稱為顯示適配器(VideoAdapter)，是計算機(jī)最基本的組成部分之一。顯卡的作用是將計算機(jī)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示。顯卡是連接顯示器和計算機(jī)主板的重要部件。

1)顯卡的結(jié)構(gòu)

顯卡由圖形處理器(GraphicProcessingUnit，GPU)、顯存、隨機(jī)讀/寫存儲數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)和顯卡BISO四部分組成。

(1)圖形處理器(GPU)。GPU是顯卡的核心部件，使顯卡減少了對CPU的依賴。它完成部分原本CPU的工作，尤其是在進(jìn)行3D圖像處理時，具有3D圖像和特效處理功能。GPU采用的核心技術(shù)是硬件多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理(TransformandLighting，T&L)。T&L是3D渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置和處理動態(tài)光線效果，也稱為“幾何處理”模式。

2)顯存。顯存是顯示內(nèi)存的簡稱，是顯卡的重要組成部分，其主要功能是存儲要處理圖形的數(shù)據(jù)信息。屏幕上所顯現(xiàn)出的每個像素都由4～32位數(shù)據(jù)來控制它的顏色和亮度。GPU對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，RAMDAC讀入數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸出到顯示器上。

(3)隨機(jī)讀/寫存儲數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)。

(4)顯卡BIOS。顯卡BIOS主要用于存放顯示芯片與驅(qū)動程序之間的控制程序，另外還存有顯卡的型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家及出廠時間等信息。

2)顯卡的工作原理

數(shù)據(jù)從CPU到達(dá)顯示屏，需要經(jīng)過以下四個步驟。

(1)從數(shù)據(jù)總線傳送至微機(jī)北橋電路，再傳送至圖形處理器GPU，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(2)將處理完的數(shù)據(jù)傳送至顯卡芯片組(VideoChipset)，進(jìn)入顯存。

(3)從顯存讀取數(shù)據(jù)送至RAMDAC，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(數(shù)字信號轉(zhuǎn)成模擬信號)。

(4)將RAMDAC轉(zhuǎn)換后的模擬信號送至顯示器，在顯示屏上顯示。

3)顯卡的分類

顯卡有集成顯卡和獨(dú)立顯卡兩類。

(1)集成顯卡。集成顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路都集成在主板上，與主板融為一體。

(2)獨(dú)立顯卡。獨(dú)立顯卡是將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，它需要占用主板的擴(kuò)展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。

4)顯卡接口

顯卡接口是指顯卡與主板連接所采用的接口。顯卡的接口決定著顯卡與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱?，也就是瞬間所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。不同的接口其性能不同。

目前，各種3D游戲和軟件對顯卡的要求越來越高，主板和顯卡之間需要交換的數(shù)據(jù)量也越來越大。顯卡發(fā)展至今，主要出現(xiàn)過ISA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬逐漸增大。其中，2004年推出的PCIExpress接口已經(jīng)成為主流，它解決了顯卡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而ISA、PCI接口的顯卡已經(jīng)基本被淘汰。

10.5打印機(jī)及接口

1．打印機(jī)分類及工作模式打印機(jī)是計算機(jī)系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，其功能是將計算機(jī)的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙張上，轉(zhuǎn)換為書面信息，便于人們閱讀和保存。

1)打印機(jī)的分類

打印機(jī)按照工作原理不同可分為擊打式和非擊打式兩大類，按照工作輸出方式不同可分為串行打印機(jī)、行式打印機(jī)和頁式打印機(jī)三種，按照工作方式不同可分為點(diǎn)陣打印機(jī)、針式打印機(jī)、噴墨式打印機(jī)和激光打印機(jī)。

2)打印機(jī)的工作模式

打印機(jī)通常有兩種工作模式：文本模式(字符模式)和圖形模式。

(1)文本模式。

(2)圖形模式。

2．噴墨打印機(jī)

所謂噴墨打印機(jī)，就是通過將墨滴噴射到打印介質(zhì)上來形成文字或圖像的打印機(jī)。噴墨打印機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小，可靠性好，價格便宜。

(2)工作噪聲小，較為安靜。

(3)打印速度很高，每秒可達(dá)到150～400字。

(4)分辨率高，圖像、字跡清晰，并克服了針式打印機(jī)隨色帶使用次數(shù)增多造成打印字跡越來越不清晰的現(xiàn)象。

(5)可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)彩色照片打印，彩色效果逼真。

以上這些優(yōu)點(diǎn)，使噴墨打印機(jī)成為目前家庭用戶的首選打印機(jī)種類。但它也有不足之處：

(1)它對紙張要求較高，一般要選用稍厚并有一定硬度的紙，太薄的紙?jiān)诖蛴r容易起皺，紙面不平展，特別是打印高精度照片時，最好選用高品質(zhì)的專業(yè)相片紙打印。

(2)噴墨打印機(jī)的耗材較貴，不論是紙張還是墨盒，要想保證打印品質(zhì)，都以選用正宗原廠產(chǎn)品為宜。

(3)噴墨打印機(jī)的噴嘴容易堵塞，造成打印品質(zhì)下降，故需要定期對噴嘴進(jìn)行清洗。

3．激光打印機(jī)

激光打印機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)是打印速度快，品質(zhì)好，工作噪聲小，目前廣泛應(yīng)用于辦公自動化和各種計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)領(lǐng)域。

激光打印機(jī)的工作原理是：

①微型計算機(jī)把需要打印的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)序列形式的原始圖像，然后再把這些數(shù)據(jù)傳送給打印機(jī)；

②打印機(jī)中的微處理器將這些數(shù)據(jù)存于打印機(jī)內(nèi)存中，再經(jīng)過打印機(jī)語言將這些數(shù)據(jù)破譯成點(diǎn)陣的圖樣；

③譯碼后的點(diǎn)陣圖樣被送到激光發(fā)生器中，激光發(fā)生器根據(jù)圖樣的內(nèi)容迅速做出開與關(guān)的反應(yīng)，把激光束投射到一個經(jīng)過充電的旋轉(zhuǎn)鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方，電荷都被釋放掉，而那些激光沒有照射到的地方仍然帶有電荷，通過帶電電荷吸附的碳粉轉(zhuǎn)印在紙上，從而完成打印。

4．打印機(jī)接口

打印機(jī)接口分為LPT接口、COM接口和USB接口。

1)LPT接口

LPT接口一般用來連接打印機(jī)或掃描儀，默認(rèn)的中斷號是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭。工作模式主要有以下三種：

(1)SPP標(biāo)準(zhǔn)工作模式。SPP采用半雙工單向傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸速率較慢，僅為15Kb/s，但應(yīng)用較為廣泛，一般設(shè)為默認(rèn)的工作模式。

(2)EPP增強(qiáng)型工作模式。EPP采用雙向半雙工數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率比SPP高很多，可達(dá)2Mb/s，目前已有不少外設(shè)使用此工作模式。

(3)ECP擴(kuò)充型工作模式。ECP采用雙向全雙工數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率比EPP還要高一些，但支持的設(shè)備不是很多。

2)COM接口

COM接口用在針式打印機(jī)和激光印字機(jī)上，同時，COM接口是多功能的端口，還可以接游戲手柄、鼠標(biāo)(舊式)等其他設(shè)備。

3)USB接口

目前，打印機(jī)采用USB接口的最多，因?yàn)閁SB接口的傳輸速率比LPT和COM快很多。

10.6網(wǎng)卡與調(diào)制解調(diào)器

1．網(wǎng)卡網(wǎng)卡是網(wǎng)絡(luò)接口卡(NetworkInterfaceCard，NIC)的簡稱，也稱為網(wǎng)絡(luò)適配器，是計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相互連接的設(shè)備。無論是普通計算機(jī)還是高端服務(wù)器，要想連接局域網(wǎng)，就需要安裝一塊網(wǎng)卡。如果有必要，一臺計算機(jī)也可以同時安裝兩塊或多塊網(wǎng)卡。

1)網(wǎng)卡的主要功能

網(wǎng)卡的主要功能如下：

(1)數(shù)據(jù)的封裝與解封：發(fā)送時，將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀；接收時，將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊浚缓笏徒簧弦粚印?/p>

(2)鏈路管理：主要由帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

(3)編碼與譯碼：采用曼徹斯特編碼及時進(jìn)行編碼與譯碼。

2)網(wǎng)卡的分類

網(wǎng)卡分類如下：

(1)按照數(shù)據(jù)傳輸速率，可以分為10Mb/s網(wǎng)卡、100Mb/s網(wǎng)卡、10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡和1000Mb/s(千兆位)網(wǎng)卡。

(2)按總線接口的類型，可以分為EISA、VESA、ISA、PCI和USB等類型。目前的主流產(chǎn)品是PCI總線接口網(wǎng)卡。

3)網(wǎng)卡的工作原理

發(fā)送數(shù)據(jù)時，計算機(jī)把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并行寫到網(wǎng)卡的緩存中，網(wǎng)卡對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)編碼(10Mb/s以太網(wǎng)使用曼徹斯特碼，100Mb/s以太網(wǎng)使用差分曼徹斯特碼)，串行發(fā)到傳輸介質(zhì)上。接收數(shù)據(jù)時，則相反。對于網(wǎng)卡而言，每塊網(wǎng)卡都有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址，它是網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時燒入ROM中的，稱為MAC物理地址，且保證絕對不會重復(fù)。MAC有48位，前24位由IEEE分配(需要購買)，后24位由網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家自行分配。

2．調(diào)制解調(diào)器(Modem)

調(diào)制解調(diào)器(Modem)是調(diào)制器(Modulator)與解調(diào)器(Demodulator)的簡稱。所謂調(diào)制，就是把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電話線上傳輸?shù)哪M信號。所謂解調(diào)，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。二者合稱為調(diào)制解調(diào)器。

1)Modem的功能

Modem的功能是實(shí)現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號，而計算機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。所以當(dāng)通過電話線把自己的計算機(jī)連入Internet時，就必須使用Modem。連入Internet后，當(dāng)計算機(jī)向Internet發(fā)送信息時，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，因此必須要用Modem來把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，才能傳送到Internet上，這個過程稱為調(diào)制。當(dāng)計算機(jī)從Internet獲取信息時，由于通過電話線從Internet傳來的信息都是模擬信號，因此計算機(jī)必須借助Modem將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這個過程稱為解調(diào)。

2)Modem的分類

一般來說，根據(jù)Modem的形態(tài)和安裝方式，Modem大致可以分為以下四類。

(1)外置式Modem。外置式Modem放置于機(jī)箱外，通過串口與主機(jī)連接。其優(yōu)點(diǎn)是方便靈巧、易于安裝，閃爍的指示燈便于監(jiān)視Modem的工作狀況。但外置式Modem需要使用額外的電源與電纜。

(2)內(nèi)置式Modem。內(nèi)置式Modem在安裝時需要拆開機(jī)箱，并且要對中斷和串口進(jìn)行設(shè)置，安裝較為煩瑣。這種Modem要占用主板上的擴(kuò)展槽，但無須額外的電源與電纜，且價格比外置式Modem要便宜一些。

(3)插卡式Modem。插卡式Modem主要用于筆記本電腦，體積小，配合移動電話，可方便地實(shí)現(xiàn)移動辦公。

(4)機(jī)架式Modem。機(jī)架式Modem相當(dāng)于把一組Modem集中于一個箱體或外殼中，并由統(tǒng)一的電源進(jìn)行供電。機(jī)架式Modem主要用于Internet/Intranet、電信局、校園網(wǎng)、金融機(jī)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房。

10.7磁盤存儲器

10.7.1磁盤記錄原理1.磁表面存儲的基本原理任何一個磁記錄過程都可以看成是一個電磁轉(zhuǎn)換的過程，這個過程是通過磁頭和與其做相對運(yùn)動的磁記錄介質(zhì)(或稱為媒體)的相互作用來實(shí)現(xiàn)的，如圖10.9所示。圖10.9磁記錄原理示意圖

根據(jù)記錄信號的不同，磁記錄可分為模擬磁記錄和數(shù)字磁記錄兩種。

(1)模擬磁記錄：被記錄的信號是連續(xù)的模擬信號，記錄介質(zhì)上留下的是連續(xù)的正弦波磁化分布。

(2)數(shù)字磁記錄：被記錄的信號是脈沖信號，記錄介質(zhì)上留下的是一連串等距或不等距的飽和磁化翻轉(zhuǎn)。這種磁記錄主要要求磁化翻轉(zhuǎn)快、讀出可靠、重寫性好等，多用于計算機(jī)外存儲設(shè)備中的數(shù)字信號記錄。

2.數(shù)字磁記錄編碼方式

在進(jìn)行數(shù)字磁記錄時，信息的寫入是一個電磁轉(zhuǎn)換過程。它將二進(jìn)制數(shù)據(jù)按特定規(guī)律轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的磁化反轉(zhuǎn)，這種規(guī)律稱為記錄編碼。記錄編碼對外存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄密度、讀出可靠性和存儲速度有較大的影響。

主要的記錄編碼方式有：遇1就翻轉(zhuǎn)的不歸零制(NRZ1)、調(diào)頻制(FM)與改進(jìn)調(diào)頻制(MFM)和三單元調(diào)制碼等。有關(guān)編碼方式的具體內(nèi)容，本書不做詳細(xì)討論。

10.7.2硬磁盤及接口技術(shù)

1.硬磁盤概述

硬磁盤是微機(jī)(PC)系統(tǒng)配置中必不可少的外存，其存儲容量大且存取速度高。傳統(tǒng)的軟盤驅(qū)動器中，讀寫磁頭與盤片接觸在一起，以便讀寫數(shù)據(jù)。在硬盤驅(qū)動器中，磁頭和盤片是非接觸式的。主軸驅(qū)動系統(tǒng)使盤片高速旋轉(zhuǎn)，通常達(dá)3600～10000r/min，從而在盤片表面產(chǎn)生一層氣墊，磁頭便浮在這層氣墊上。磁頭與盤片間具有pm級的空隙。值得注意的是，硬盤在各項(xiàng)指標(biāo)上都高于軟盤，其技術(shù)發(fā)展也更加迅速。

2.硬磁盤驅(qū)動器的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

圖10.10為硬磁盤驅(qū)動器(以下簡稱HDD)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由磁頭定位系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、控制及讀寫電路組成。圖10.10硬盤驅(qū)動器組成結(jié)構(gòu)框圖

3.硬盤控制器

與軟盤控制器相同，硬盤控制器是HDD與CPU之間的接口。隨著磁記錄技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的HDD已部分包括了以前的硬盤控制器的功能。因此硬盤控制器與HDD的劃分方法很多，在此不再敘述。

無論何種分法，作為硬盤控制器，通常應(yīng)該具備以下主要功能：

(1)接收主機(jī)CPU的命令，并對命令進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，控制I-IDD完成相應(yīng)的操作。

(2)向CPU提供命令執(zhí)行結(jié)果及各種狀態(tài)信息。

(3)完成主機(jī)與HDD間的DMA數(shù)據(jù)傳輸。

1)硬盤控制器與CPU的接口

硬盤控制器中的I/O接口控制邏輯，實(shí)現(xiàn)硬盤控制器與CPU的連接及信息的傳遞，除地址線及數(shù)據(jù)線以外，接口中還用到了其他一些控制及狀態(tài)信號線，這里不一一列出。

2)硬盤控制器與HDD的接口

在早期的HDD產(chǎn)品中，硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)采用的是ST506/412，而后又采用了ESDI、IDE、SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)。采用ST506/412標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品已淘汰，而ESDI用得很少。目前普遍采用的是SCSI和IDE標(biāo)準(zhǔn)。

目前硬盤控制器與HDD的接口標(biāo)準(zhǔn)大多采用IDE標(biāo)準(zhǔn)。IDE接口采用16位數(shù)據(jù)并行傳輸，工作速度快。以前的IDE接口標(biāo)準(zhǔn)只適用于容量在528MB以下的HDD。為克服這個限制，又提出了ATA-2、ATA-3.X及ATA-4.0等標(biāo)準(zhǔn)，即E-IDE(EnhancedIDE)標(biāo)準(zhǔn)。這些新標(biāo)準(zhǔn)不僅可以使IDE接口適應(yīng)大容量硬盤，而且進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。

10.7.3磁盤輸入/輸出程序設(shè)計

IBM-PC的磁盤操作系統(tǒng)，提供了一組磁盤存取功能，利用這組功能，我們可以方便地進(jìn)行磁盤I/O程序設(shè)計。在DOS功能調(diào)用中，中斷25H和26H提供了按磁盤扇區(qū)號來絕對尋址的方法。在BIOS的功能調(diào)用中，中斷13H也提供按扇區(qū)號和磁道號來進(jìn)行讀寫操作的功能。限于篇幅，此處不再贅述。

10.8光存儲器

光存儲技術(shù)是一種通過光學(xué)的方法讀寫數(shù)據(jù)的存儲技術(shù)，它通過激光束產(chǎn)生的能量，改變一個存儲單元的某種特性，如反射光極化方向等，這種特性的變與不變對應(yīng)于存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)0、1。檢測這種存儲單元性質(zhì)的變化，就可以讀出光盤上存儲的數(shù)據(jù)。相對于利用磁通變化和磁化電流進(jìn)行讀寫的磁盤而言，用光學(xué)方式讀寫信息的圓盤稱為光盤，以光盤為存儲介質(zhì)的存儲器稱為光盤存儲器。

1.光盤存儲器的類型

(1)CD-ROM光盤。CD-ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)，即只讀型光盤，又稱固定型光盤。

(2)CD-R光盤。CD-R光盤采用WORM(WriteOnlyReadMany)標(biāo)準(zhǔn)，光盤(WORM)只能寫入一次數(shù)據(jù)，然后任意多次讀取數(shù)據(jù)，主要用于檔案存儲。

(3)CD-RW光盤。CD-RW光盤也稱可擦寫光盤(E或R/W，亦即Erasable或Rewritable