本节教学内容：

1、输入输出系统概述

2、输入输出设备

教学目的和要求：

1、掌握输入输出系统的基本概念；

2、掌握解输入输出系统的组成；

3、掌握I/O设备的编址方式；

4、掌握I/O设备与与主机之间的联络方式；

5、掌握程序查询方式、中断方式和DMA方式；

6、了解各种I/O设备。

重点： 1、I/O设备与主机的联系方式；

             2、输入输出系统的组成；

难点： 1、两种编址方式的区别；

第1讲I/O设备与主机的联系方式

一、知识要点

1、输入输出系统的概念

2、输入输出系统的发展

3、输入输出系统的组成

4、I/O设备的编址方式

5、I/O设备与主机的联络方式

6、程序查询方式

7、程序中断方式

二、教学安排

首先，介绍输入输出系统发展的4个阶段，各个阶段的结构对计算机的效率有什么影响。然后介绍输入输出系统的组成，包括I/O软件和I/O硬件两部分，对I/O指令这部分做个简介，为后续课程做铺垫。然后对I/O设备的两种编址方式进行介绍，让学生知道主机是通过什么方式找到I/O设备的，介绍I/O设备与主机间的3中联络方式，最后，介绍I/O设备与主机信息传送控制方式中的程序查询方式和程序中断方式。

三、教学内容

1、输入输出系统的概念

输入输出系统是计算机系统中的主机与外部进行通信的系统。它由外围设备和输入输出控制系统两部分组成，是计算机系统的重要组成部分。外围设备包括输入设备、输出设备和磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等。从某种意义上也可以把磁盘、磁带和光盘等设备看成一种输入输出设备，所以输入输出设备与外围设备这两个名词经常是通用的。在计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外的部分称为输入输出系统，输入输出系统的特点是异步性、实时性和设备无关性。

输入设备

输入设备：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。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。键盘，鼠标，摄像头，扫描仪，光笔，手写输入板，游戏杆，语音输入装置等都属于输入设备。输入设备（InputDevice）是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。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。

输出设备

输出设备（OutputDevice）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。将计算机输出信息的表现形式转换成外界能接受的表现形式的设备。利用各种输出设备可将计算机的输出信息转换成印在纸上的数字、文字、符号、图形和图像等，或记录在磁盘、磁带、纸带和卡片上，或转换成模拟信号直接送给有关控制设备。有的输出设备还能将计算机的输出转换成语声。

2、输入输出系统的发展

输入输出系统的发挥在那大致可分为4个阶段

1）早期阶段

早起的I/O设备种类较少，I/O设备与主存交换信息都必须通过CPU，如下图所示。

这种交换方式延续了相当长的时间。当时的I/O设备具有以下几个特点。

• 每个I/O设备都必须配有一套独立的逻辑电路与CPU相连，用来实现I/O设备与主机之间的信息交换，因此线路十分散乱、庞杂。

• 输入输出过程是穿插在CPUC执行程序过程之中进行的，当I/O设备与主机交换信息时，CPU不得不停止各种运算，因此I/O设备与CPU是按串行方式工作的，极浪费时间。

• 每个I/O设备的逻辑控制电路与CPU的控制器紧密构成一个不可分割的整体，它们彼此依赖，互相牵连，因此，欲增添、撤减或更换I/O设备是非常困难的。

在这个阶段中，计算机系统硬件价格十分昂贵，机器运行速度不高，配置的I/O设备不多，主机与I/O设备之间交换的信息量也不大，计算机应用尚未普。

2）接口模块和DMA阶段

这个阶段I/O设备通过接口模块与主机连接，计算机系统采用了总线结构，如图所示

通常，在接口中都设有数据通路和控制通路。数据经过接口既起到缓冲作用，又可完成串－并交换。控制通路用以传送CPU向I/O设备发出的各种控制命令，或使CPU接受来自I/O设备的反馈信号。许多接口还能满足中断请求处理的要求，使I/O设备与CPU可按并行方式工作，大大地提高了CPU的工作效率。采用接口技术还可以使多台I/O设备分时占用总线，使多台I/O设备相互之间也可实现并行工作方式，有利于整机工作效率的提高。

虽然这个阶段实现了CPU和I/O设备并行工作，但是在主机与I/O设备交换信息时，CPU要中断现行程序，即CPU与I/O设备还不能做到绝对的并行工作。

3）具有通道结构的阶段

在小型和微型计算机中，采用DMA方式可实现高速I/O设备与主机之间成组数据的交换，但在大中型计算机中，I/O设备配置繁多，数据传送频繁，若仍采用DMA方式会出现一系列问题。

j如果每台I/O设备都配置专用的DMA接口，不仅增加了硬件成本，而且为了解决DMA接口同时访问主存的冲突问题，会使控制变得十分复杂。

kCPU需要对众多的DMA接口进行管理，同样会占用CPU的工作时间，而且因频繁地进入周期挪用阶段，也会直接影响CPU的整体工作效率。

因此在大中型计算机系统中，采用I/O通道的方式来进行数据交换。下图为具有通道结构的计算机系统。

4）具有I/O处理机的阶段

输入输出系统发展到第四阶段，出现了I/O处理机。I/O处理机又称为外围处理机，它基本独立与主机工作，既可完成I/O通道要完成的I/O控制，又可完成码制变换、格式处理、数据块检错、纠错等操作。具有I/O处理机的输入输出系统与CPU工作的并行性更高，这说明I/O系统对主机来说具有更大的独立性。

3、输入输出系统的组成

1）I/O软件

输出输出系统软件的主要任务如下：

①   将用户编制的程序（或数据）输入主机内：

②   将运算结果输送给用户。

③   实现输入输出系统与主机工作的协调等。

不同结构的输入输出系统所采用的软件技术差异很大。一般而言，当采用接口模块方式时，应用机器指令系统中I/O的指令及系统软件中的管理程序便可使I/O设备与主机协调工作。当采用通道管理方式时，除I/O指令外，还必须有通道指令及相应的操作系统。即使都采用操作系统，不同的机器其操作系统的复杂程度差异也是很大的。

（1）I/O指令

I/O指令是机器指令的一类，其指令格式与其他指令既有想死之处，又有所不同。I/O指令可以和其他机器指令的字长相等，但它还应该能反应CPU与I/O设备交换信息的各种特点，如它必须反应出多台I/O的选择，以及在完成信息交换过程中，对不同设备应做哪些具体操作等。如下图I/O指令的一般格式。

图中的操作码子段可作为I/O指令与其他指令的判别码；命令码体现I/O设备的具体操作；设备码是多台I/O设备的选择码。

I/O指令的命令码一般可表述如下几种情况。

• 将数据从I/O设备输入主机。

• 将数据从主机输出至I/O设备。

• 状态测试。

• 行程某些操作命令。

（2）通道指令

通道指令是对具有通道的I/O系统专门设置的指令，这类指令一般用以指明参与传送（写入或读取）的数据组在主存中的首地址；指明需要传送的字节数或所传送数据组的末地址；指明所选设备的设备码及完成某种操作的命令码。这类指令的位数一般较长，如IBM370机的通道指令为64位。

通道指令又称为通道控制字，它是通道用于执行I/O操作的指令，可以由管理程序存放在主存的任何地方，由通道从主存中取出并执行。通道程序即由通道指令组成，它完成某种外围设备与主存之间传送信息的操作。例如，将磁带记录区的部分内容送到指定的主存缓冲区内。

通道指令是通道自身的指令，用来执行I/O操作，如读、写、磁带走带及磁盘找道等。而I/O指令是CPU指令系统的一部分，是CPU用来控制输入输出操作的指令，由CPU译码后执行。在具有通道结构的计算机中，I/O指令不实现I/O数据传送，主要完成启、停I/O设备，查询通道和I/O设备的状态及控制通道所做的其他操作。具有通道指令的计算机，一旦CPU执行了启动I/O设备的指令，就由通道来代替CPU对I/O设备的管理。

2.I/O硬件

输入输出系统的硬件组成是多种多样的，在带有接口的I/O系统中，一般包括接口模块及I/O设备两大部分。下图中的接口电路实际上包含许多数据传送通路和有关数据，还包含控制信号通路及其相应的逻辑电路。

下图是具有通道的1/0系统的示意图。

一个通道可以和一个以上的设备相连，一个设备控制器又可以控制若干台同一类型的设备。例如，IBM 360系统的一个通道可以连接8个设备控制器，一个设备控制器又与8台谁被相连接，因此,一个通道可以管理64台设备。如果一台计算机冇6个通道，便可带动384台设备。当然，实际上由于设备利用率和通道的频带影响，主机不可能带动这么多的设备。

4、I/O设备与主机的联系方式

I/O设备与主机交换信息和CPU与主存交换信息相比，有许多不同点。例如，CPU如何对I/O设备编址；如何寻找I/O设备号；信息传送是逐位串行还是多位并行；I/O设备与主机以什么方式进行联络，使它们彼此都知道对方处于何种状态；I/O设备与主机是怎么连接的，等等。

1）I/O设备编址方式

通常将I/O设备码看做地址码，对I/O地址码的编址可采用两种方式：统一编址或不统一编址。统一编址就是将I/O地址看做是存储器地址的一部分。例如，在64 K地址的存储空间中，划出8 K地址作为I/O设备的地址，凡是在这8 K地址范围内的访问，就是对I/O设备的访问，所用的指令与访存指令相似。不统一编址就是指I/O地址和存储器地址是分开的，所有对I/O设备的访问必须有专用的I/O指令。显然统一编址占用了存储空间，减少了主存容量，但无须专用的I/O指令。不统一编址由于不占用主存空间，故不影响主存容量，但需设I/O专用指令。因此，设计机器时，需根据实际情况权衡考虑选取何种编址方式。

当设备通过接口与主机相连时，CPU可以通过接口地址来访问I/O设备。

2）设备寻址

由于每台设备都赋予一个设备号，因此，当要启动某一设备时，可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号。通过接口电路中的设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。

3）传送方式

在同一瞬间，n位信息同时从CPU输出至I/O设备，或由I/O设备输入到CPU，这种传送方式称为并行传送。其特点是传送速度较快，但要求数据线多。例如，16位信息并行传送需要16根数据线。

若在同一瞬间只传送一位信息，在不同时刻连续逐位传送一串信息，这种传送方式称为串行传送。其特点是传送速度较慢，但它只需一根数据线和一根地线。当I/O设备与主机距离很远时，采用串行传送较为合理，例如远距离数据通信。

不同的传送方式需配置不同的接口电路，如并行传送接口、串行传送接口或串并联用的传送接口等。用户可按需要选择合适的接口电路。

4）联络方式

不论是串行传送还是并行传送，I/O设备与主机之间必须互相了解彼此当时所处的状态，如是否可以传送、传送是否已结束等。这就是I/O设备与主机之间的联络问题。按I/O设备工作速度的不同，可分为三种联络方式。

（1）立即响应方式

对于一些工作速度十分缓慢的I/O设备，如指示灯的亮与灭、开关的通与断、A/D转换器缓变信号的输入等，当它们与CPU发生联系时，通常都已使其处于某种等待状态，因此，只要CPU的I/O指令一到，它们便立即响应，故这种设备无须特殊联络信号，称为立即响应方式。

（2）异步工作采用应答信号联络

当I/O设备与主机工作速度不匹配时，通常采用异步工作方式。这种方式在交换信息前，I/O设备与CPU各自完成自身的任务，一旦出现联络信号，彼此才准备交换信息。下图示意了并行传送的异步联络方式。

如图所示，当CPU将数据输出到I/O接口后，接口立即向I/O设备发出一个“Ready”（准备就绪）信号，告诉I/O设备可以从接口内取数据。I/O设备收到“Ready”信号后，通常便立即从接口中取出数据，接着便向接口发一个“Strobe”信号，并让接口转告CPU，接口中的数据已被取走，CPU还可继续向此接口送数据。同理，倘若I/O设备需向CPU传送数据，则先由I/O设备向接口送数据，并向接口发“Strobe”信号，表明数据已送出。接口接到联络信号后便通知CPU可以取数，一旦数据被取走，接口便向I/O设备发“Ready”信号，通知I/O设备，数据已被取走.尚可继续送数据。这种一应一答的联络方式称为异步联络。

下图示意了串行传送的异步联络方式。

I/O设备与CPU双方设定一组特殊标记，用“起始”和“终止”来建立联系。图中9.09 ms的低电平表示“起始”，又用2×9.09 ms的高电平表示“终止”。

（3）同步工作采用同步时标联络

同步工作要求I/O设备与CPU的工作速度完全同步。例如，在数据采集过程中，若外部数据以2 400 bps的速率传送至接口，则CPU也必须以1/2 400 s的速率接收每一位数。这种联络互相之间还得配有专用电路，用以产生同步时标来控制同步工作。

5）I/O设备与主机的连接方式

I/O设备与主机的连接方式通常有两种：辐射式和总线式。总线式之前已介绍过，下图示意了辐射式。

采用辐射式连接方式时，要求每台I/O设备都有一套控制线路和一组信号线，因此所用的器件和连线较多，对I/O设备的增删都比较困难这种连接方式大多出现在计算机发展的初级阶段。

总线连接方式，通过一组总线（包括地址线、数据线、控制线等），将所有的I/O设备与主机连接。这种连接方式是现代大多数计算机系统所采用的方式。

5、I/O设备与主机信息传送的控制方式

I/O设备与主机交换信息时，共有5种控制方式：程序查询方式、程序中断方式、直接存储器存取方式（DMA）、I/O通道方式、I/O处理机方式。本节主要介绍前3种方式。

6、程序查询方式

程序查询方式是由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。采用这种方式实现主机和I/O设备交换信息，要求I/O接口内设置一个能反映I/O设备是否准备就绪的状态标记，CPU通过对此标记的检测可得知I/O设备的准备情况。下图所示为CPU从某一I/O设备读数据块（例如从磁带上读—记录块）至主存的查询方式流程。当现行程序需启动某I/O设备工作时，即将此程序流程插入到运行的程序中。由图中可知，CPU启动I/O设备后便开始对I/O设备的状态进行查询。若查得I/O设备未准备就绪，就继续查询；若查得I/O设备准备就绪，就将数据从I/O接口送至CPU，再由CPU送至主存。这样一个字一个字地传送，传送，直至这个数据块的数据全部传送结束，CPU又重新回到原现行程序。

由这个查询过程可见，只要一启动I/O设备，CPU便不断查询I/O设备的准备情况，从而终止了原程序的执行。CPU在反复查询过程中，犹如就地“踏步”。另一方面，I/O设备准备就绪后，CPU要一个字一个字地从I/O设备取出，经CPU送至主存，此刻CPU也不能执行原程序，可见这种方式使CPU和I/O设备处于申行工作状态，CPU的工作效率不高

7、程序中断方式

倘若CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应，这将大大提高CPU的工作效率。下图示意了这种方式。

由图中可见，CPU启动I/O设备后仍继续执行原程序，在第K条指令执行结束后，CPU响应了I/O设备的请求，中断了现行程序，转至中断服务程序，待处理完后又返回到原程序断点处，继续从第K+1条指令往下执行。由于这种方式使原程序中断了运行，故称为程序中断方式。

下图示意了采用程序中断方式从I/O设备读数据块到主存的程序流程。

由图中可见，CPU向I/O设备发读指令后，仍在处理其他事情（如继续在算题），当I/O设备向CPU发出请求后，CPU才从I/O接口读一个字经CPU送至主存（这是通过执行中断服务程序完成的）。如果I/O设备的一批数据（一个数据块的全部数据）尚未传送结束时，CPU再次启动I/O设备，命令I/O设备再做准备，一旦又接收到I/O设备中断请求时，CPU重复上述中断服务过程，这样周而复始，直至一批数据传送完毕。

显然，程序中断方式在I/O设备进行准备时，CPU不必时刻查询I/O设备的准备情况，不出现“踏步”现象，即CPU执行程序与I/O设备做准备是同时进行的，这种方式和CPU与I/O设备是串行工作的程序查询方式相比，CPU的资源得到了充分的利用。下图中分别示意了这两种方式CPU的工作效率。

当然，采用程序中断方式，CPU和I/O接口不仅在硬件方面需增加相应的电路，而且在软件方面还必须编制中断服务程序，这方面内容将在5.3和5.5节中详细讲述。

四、互动及练习

本次课采用提问的互动方式：

1、有哪些输入输出设备？

请同学们先谈谈自己对I/O的认识，然后引出I/O系统相关的概念、发展以及组成。

    2、I/O指令的作用？

请同学们根据I/O指令的格式试分析I/O指令各部分的作用，引入I/O指令相关知识，以及跟通道指令的区别。

3、主机通过什么方式来找到I/O设备？

请同学们谈谈自己的看法，引导学生得到正确答案，然后引入I/O设备的编制部分介绍。

4、试比较程序查询方式与程序中断方式的工作效率。

请同学们自己分析程序查询方式与程序中断方式的特点，然后引导他们总结出这两种方式的相同之处与不同之处，为后续更详细的讲解这两种方式打好基础。

第2讲DMA方式和I/O设备简介

一、知识要点

1、DMA方式

2、I/O设备概述

3、输入设备和输出设备简介

二、教学安排

首先，接着介绍主机与I/O设备进行信息传送的DMA方式，介绍此方式时注意与前面两种方式进行对比，然后对I/O设备进行介绍，简单介绍输入设备和输出设备的分类及某设备的工作原理。

三、教学内容

1、DMA方式

虽然程序中断方式消除了程序查询方式的“踏步”现象，提高了CPU资源的利用率，但是CPU在响应中断请求后，必须停止现行程序而转入中断服务程序，并且为了完成I/O设备与主存交换信息，还不得不占用CPU内部的一些寄存器，这同样是对CPU资源的消耗。如果I/O设备能直接与主存交换信息而不占用CPU，那么，CPU的资源利用率显然又可进一步提高，这就出现了直接存储器存取（DMA）的方式。

在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与I/O设备交换信息时，无须调用中断服务程序。若出现DMA和CPU同时访问主存，CPU总是将总线占有权让给DMA，通常把DMA的这种占有称为窃取或挪用。窃取的时间一般为一个存取周期，故又把DMA占用的存取周期窃取周期或挪用周期。而且.在DMA窃取存取周期吋，CPU尚能继续作内部操作（如乘法运算）。可见，与程序查询和程序中断方式相比，DMA方式进一步提高了CPU的资源利用率。

下图示意了DMA方式的CPU效率。当然，采用DMA方式时，也需要增加必要的DMA接口电路。有关DMA方式的详细内容将在后面讲述。

2、I/O设备概述

中央处理器和主存构成了主机，除主机外的大部分硬件设备都可称为I/O设备或外部设备，或外围设备，简称外设。计算机系统没有输入输出设备，就如计算机系统没有软件一样，是毫无意义的。

随着计算机技术的发展，I/O设备在计算机系统中的地位越来越重要，其成本在整个系统中所占的比重也越来越大。早期的计算机系统主机结构简单、速度慢、应用范围窄，配置的I/O设备设备种类有限，数量不多，I/O设备价格仅占整个系统价格的几个百分点。现代的计算机系统I/O设备多样化、智能化方向发展，品种繁多，性能良好，其价格往往已占到系统总价的80%左右。

I/O设备的组成通常可用下图点画线内的结构来描述。

I/O设备大致可分为三类。

（1）人机交互设备

它是实现操作者与计算机之间互相交流信息的设备，能将人体五官可识别的信息转换成机器可识别的信息，如键盘、鼠标、手写板、扫描仪、摄像机、语音识别器等。反之，另一类是将计算机的处理结果信息转换为人们可识别的信息，如打印机、显示器、绘图仪、语音合成器等。

（2）计算机信息的存储设备

系统软件和各种计算机的有用信息，其信息量极大，需存储保留起来。存储设备多数可作为计算机系统的辅助存储器，如磁盘、光盘、磁带等。

（3）机-机通信设备

它是用来实现一台计算机与其他计算机或与其他系统之间完成通信任务的设备。例如，两台计算机之间可利用电话线进行通信，它们可以通过调制解调器（Modem）完成。用计算机实现实时工业控制可通过D/A、A/D转换设备来完成。计算机与计算机及其他系统还可通过各种设备实现远距离的信息交换。

3、输入设备

输入设备完成输入程序、数据和操作命令等功能。当实现人工输入时，往往与显示器联用，以便检查和修正输入时的错误。也可以利用软盘、磁带等脱机录入的介质进行输入。目前已可以实现语音直接输入。

1）键盘

键盘是应用最普遍的输入设备。可以通过键盘上的各个键，按某种规范向主机输入各种信息，如汉字、外文、数字等。

键盘外壳，有的键盘采用塑料暗钩的技术固定在键盘面板和底座两部分，实现无金属螺丝化的设计。所以分解时要小心以免损坏。

外壳为了适应不同用户的需要，常规键盘具有CapsLock（字母大小写锁定）、NumLock（数字小键盘锁定）、ScrollLock（滚动锁定键）三个指示灯（部分无线键盘已经省略这三个指示灯），标志键盘的当前状态。这些指示灯一般位于键盘的右上角，不过有一些键盘如ACER的Ergonomic KB和HP原装键盘采用键帽内置指示灯，这种设计可以更容易地判断键盘当前状态，但工艺相对复杂，所以大部分普通键盘均未采用此项设计。

不管键盘形式如何变化基本的按键排列还是保持基本不变，可以分为主键盘区、Num数字辅助键盘区、F键功能键盘区、控制键区，对于多功能键盘还增添了快捷键区。

键盘电路板是整个键盘的控制核心，它位于键盘的内部，主要担任按键扫描识别，编码和传输接口的工作。

键帽的反面可见都是键柱塞，直接关系到键盘的寿命，其摩擦系数直接关系到按键的手感。

一般键帽的印刷有四种技术：a.油墨印刷技术，b.激光蚀刻技术，c.二次成型技术，d.热升华印刷技术。

2）鼠标

鼠标（Mouse）是一种手持式的定位设备，由于它拖着一根长线与接口相连，外形有点像老鼠，故取名为鼠标。常用的鼠标有两种：一种是机械式的，它的底座装有一个金属球，球在光滑表面上摩擦使球转动，球与4个方向的电位器接触，可测得上下左右4个方向的相对位移量，通过显示器便可确定欲寻求的方位。另一种是光电式鼠标，它需要与一块画满小方格的长方形金属板配合使用。安装在鼠标底部的光电转换器可以确定坐标点的位置，同样由显示器显示器所寻找的方位。光电式鼠标比机械式鼠标可靠性高，但需要增加一块金属板。机械式鼠标可以直接在光滑的桌面上摩擦，但往往因桌面上的灰尘随金属球滚动带入鼠标内，致使金属球转动不灵。

3）触摸屏

触摸屏是一种对物体的接触或靠近能产生反应的定位设备。按原理的不同，触摸屏大致可分为5类：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。

触摸屏的第一个特性：

透明，它直接影响到触摸屏的视觉效果。透明有透明的程度问题，红外线技术触摸屏和表面声波触摸屏只隔了一层纯玻璃，透明可算佼佼者，其它触摸屏这点就要好好推敲一番，“透明”，在触摸屏行业里，只是个非常泛泛的概念，很多触摸屏是多层的复合薄膜，仅用透明一点来概括它的视觉效果是不够的，它应该至少包括四个特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度，还能再分，比如反光程度包括镜面反光程度和衍射反光程度，只不过触摸屏表面衍射反光还没到达CD 盘的程度，对用户而言，这四个度量已经基本够了。

由于透光性与波长曲线图的存在，通过触摸屏看到的图象不可避免的与原图象产生了色彩失真，静态的图象感觉还只是色彩的失真，动态的多媒体图象感觉就不是很舒服了，色彩失真度也就是图中的最大色彩失真度自然是越小越好。平常所说的透明度也只能是图中的平均透明度，当然是越高越好。

反光性，主要是指由于镜面反射造成图像上重叠身后的光影，如人影、窗户、灯光等。反光是触摸屏带来的负面效果，越小越好，它影响用户的浏览速度，严重时甚至无法辨认图像字符，反光性强的触摸屏使用环境受到限制，现场的灯光布置也被迫需要调整。大多数存在反光问题的触摸屏都提供另外一种经过表面处理的型号：磨砂面触摸屏，也叫防眩型，价格略高一些，防眩型反光性明显下降，适用于采光非常充足的大厅或展览场所，不过，防眩型的透光性和清晰度也随之有较大幅度的下降。清晰度，有些触摸屏加装之后，字迹模糊，图像细节模糊，整个屏幕显得模模糊糊，看不太清楚，这就是清晰度太差。清晰度的问题主要是多层薄膜结构的触摸屏，由于薄膜层之间光反复与反射折射而造成的，此外防眩型触摸屏由于表面磨砂也造成清晰度下降。清晰度不好，眼睛容易疲劳，对眼睛也有一定伤害，选购触摸屏时要注意判别。

触摸屏的第二个特性：

触摸屏是绝对坐标系统，要选哪就直接点那，与鼠标这类相对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。绝对坐标系的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系，触摸屏在物理上是一套独立的坐标定位系统，每次触摸的数据通过校准数据转为屏幕上的坐标，这样，就要求触摸屏这套坐标不管在什么情况下，同一点的输出数据是稳定的，如果不稳定，那么这触摸屏就不能保证绝对坐标定位，点不准，这就是触摸屏最怕的问题：漂移。技术原理上凡是不能保证同一点触摸每一次采样数据相同的触摸屏，都有漂移这个问题，目前有漂移现象的只有电容触摸屏。

触摸屏的第三个特性：

检测触摸并定位，各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

4）其他输入设备

在此主要介绍图形、图像的输入设备，有关语音和文字的输入设备不作介绍。

光笔

光笔，电子计算机的一种输入设备，与显示器配合使用。对光敏感，外形像钢笔，多用电缆与主机相连。可以在屏幕上进行绘图等操作。依靠计算机内的光笔程序向计算机输入显示屏幕上的字符或光标位置信息的光敏传感器。光笔是计算机的一种输入设备，结构简单、价格低廉、响应速度快、操作简便，常用于交互式计算机图形系统中。在图形系统中光笔将人的干预、显示器和计算机三者有机地结合起来，构成人机通信系统。利用光笔能直接在显示屏幕上对所显示的图形进行选择或修改。

光笔的外形象一支圆珠笔，由笔体、透镜组、光导纤维、开关和导线等组成。工作时,光笔接受显示屏幕上的光，并将其变成电信号经放大、整形，产生脉冲信号，输入计算机，向计算机发出中断请求。储存在显示器缓冲存储器中的图形档案代表一个图形实体。这个档案由显示控制器按时序读出并翻译成字符、矢量等，再由字符产生器、矢量产生器等通过电子扫描束将它在屏幕上显示出来。此时，若光笔停留在图形的某个位置上，则光笔因测到光而发出中断请求，光笔程序立即使显示器“冻结”。显示器所“冻结”的数据状态向计算机提供缓冲存储器地址、主偏转计数器坐标位置和控制器的模式字等信息。这些信息就是计算机按人的意愿处理图形的依据。光笔的工作方式有选点和跟踪两种。①选点：又称标定,是用光笔选取显示对象中某一元素作为参考点,对显示对象加以处理的过程。②跟踪：又称定位，是在显示屏幕上显示出一个光标（屏幕上可以没有图形）并用光笔拖动光标实施定位的过程。光标可用硬件方法或软件方法产生。

‚画笔与图形板

画笔同样为笔状，但必须配合图形板使用。当画笔接触到图形板上的某一位置时，画笔在图形板上的位置坐标就会自动传送到计算机中，随着画笔在板上的移动可用画出图形。图形板和画笔构成的二维坐标的输入设备，主要用于输入工程图等。将图纸贴在图形板上，画笔沿着图纸上的图形移动，即可输入工程图。

图形板是一种二位的A/D变换器，又称为数字化板。坐标的测量方法有电阻式、电容式、电磁感应式和超声波式几种。

ƒ图像输入设备

最直接的图像输入设备是摄像机，它能摄取任何地点、任何环境下的自然景物和各类物体，经数字量化后变成数字图像存入磁带或磁盘。

4、输出设备

1）显示设备

显示设备，也可以称为显示器，或直接通俗的称为显示屏、荧幕等。是一种可输出图像或感触信息（例如为盲人设计的盲文显示器）的设备。如果输入信号为电子信号，这种显示设备就会被称为电子显示设备，相对的还有机械显示设备。

根据制造材料的不同，可分为：阴极射线管显示器（CRT），等离子显示器PDP，液晶显示器LCD等等。

CRT

是一种使用阴极射线管（Cathode Ray Tube）的显示器，阴极射线管主要有五部分组成：电子枪（Electron Gun），偏转线圈（Deflection coils），荫罩(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点。按照不同的标准，CRT显示器可划分为不同的类型。

显像管的尺寸一般所指的是显像管的对角线的尺寸，是指显像管的大小，不是它的显示面积，但对于用户来说，关心的还是他的可视面积，就是我们所能够看到的显像管的实际大小尺寸，单位都是指英寸。一般来说，15英寸显示器，其可视面积一般为13.8英寸，17英寸的显示器，其可视面积一般为16英寸，19英寸的显示器，其可视面积一般为18英寸。

‚LCD

LCD显示器即液晶显示器，优点是机身薄，占地小，辐射小，给人以一种健康产品的形象。但液晶显示屏不一定可以保护到眼睛，这需要看各人使用计算机的习惯。

LCD液晶显示器的工作原理，在显示器内部有很多液晶粒子，它们有规律的排列成一定的形状，并且它们的每一面的颜色都不同分为：红色，绿色，蓝色。这三原色能还原成任意的其他颜色，当显示器收到电脑的显示数据的时候会控制每个液晶粒子转动到不同颜色的面，来组合成不同的颜色和图像。也因为这样液晶显示屏的缺点是色彩不够艳，可视角度不高等。

ƒLED

LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

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、寿命长、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。

„等离子

PDP（Plasma Display Panel，等离子显示器）是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。

成像原理：等离子显示技术的成像原理是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，通过电流激发使其发出肉眼看不见的紫外光，然后紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝3色荧光体发出肉眼能看到的可见光，以此成像。

等离子显示器的优越性：厚度薄、分辨率高、占用空间少且可作为家中的壁挂电视使用，代表了未来电脑显示器的发展趋势。

2）打印设备

打印机（Printer) 是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上。衡量打印机好坏的指标有三项：打印分辨率，打印速度和噪声。打印机的种类很多，按打印元件对纸是否有击打动作，分击打式打印机与非击打式打印机。按打印字符结构，分全形字打印机和点阵字符打印机。按一行字在纸上形成的方式，分串式打印机与行式打印机。按所采用的技术，分柱形、球形、喷墨式、热敏式、激光式、静电式、磁式、发光二极管式等打印机。

四、互动及练习

本次课采用提问的互动方式：

1、DMA方式与程序查询和中断方式的区别？

同学们先自己分析DMA的特点，然后与另外两种方式进行对比，看看那种方式的工作效率更高。

2、常用的输入输出设备有哪些？

请同学们先谈谈自己对输入输出设备的认识，然后引出各种输入输出设备的介绍，对于常用的设备讲一点工作原理。