第九章輸入輸出設備

計算機學院（許先斌）《計算機組成與結(jié)構(gòu)》——本科生課程教學計算機組成與結(jié)構(gòu)本課程主要講授計算機系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成方法，包括硬件系統(tǒng)中運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備和總線系統(tǒng)的構(gòu)成原理等；并與當代先進的計算機技術(shù)相結(jié)合。是計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)核心課程。本課程著重計算機系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)方面的教學和研究。計算機結(jié)構(gòu)定義為系統(tǒng)程序員所能見到的計算機硬件特性；計算機組成是指計算機硬件的具體實現(xiàn)。第九章輸入輸出設備I/O設備概述輸入設備輸出設備（顯示器）輸出設備（打印機）漢字處理技術(shù)9.1

I/O設備概述常用的I/O設備如表9.1所示。9.1輸入輸出設備概述I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。9.2輸入設備在計算機中，輸人設備主要完成輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命令等功能，也是進行人機對話的主要部件。當實現(xiàn)人工輸入時，往往與顯示器(輸出設備)聯(lián)用，以便及時檢驗并修正輸入時的錯誤。也可利用盤、帶等可脫機錄入的介質(zhì)進行輸入。9.2輸入設備一、鍵盤鍵盤是目前應用最普遍的一種輸入設備，與CRT顯示器組成終端設備。鍵盤是由一組排列成陣列形式的按鍵開關組成的，每按下一個鍵，產(chǎn)生一個相應的字符代碼(每個按鍵的位置碼)，然后將它轉(zhuǎn)換成ASCII碼或其他碼，送主機。目前常用的標準鍵盤有101個鍵。IBMPC機的鍵盤內(nèi)裝有Intel

8048單片機來執(zhí)行鍵盤掃描功能(確定按鍵的位置碼)、鍵盤檢測、消去重鍵、自動重發(fā)、掃描碼的緩沖以及與主機間的通信等。9.2輸入設備用于信息交換的美國標準代碼(American

StandardCode

for

Information

Interchange，簡稱ASCll)。另有一種字符編碼，是主要用在IBM計算機中的擴充的二—十進制信息碼(ExtendedBinaryCodedDecimalInterchange

Code，簡稱EBCDIC)。它采用8位碼，有256個編碼狀態(tài)，但只選用其中一部分。0～9十個數(shù)字符的高4位編碼為1111，低4位仍為0000～1001。大、小寫英文字母的編碼均同樣滿足正常的排序要求，而且有簡單的對應關系，即同一個字母其大小寫的編碼值僅最高的第二位值不同，易于變換與識別。9.2輸入設備二、光筆、圖形板和畫筆(或游動標)輸入光筆(Light

Pen)的外形與鋼筆相似，頭部裝有一個透鏡系統(tǒng)，能把進入的光會聚為一個光點。在光筆頭部附有開關，當按下開關時，進行光的檢測，光筆就可拾取顯示器屏幕上的坐標。光筆與屏幕上的光標配合，可使光標跟蹤光筆移動，在屏幕上畫出圖形或修改圖形，這個過程與人用鋼筆畫圖的過程類似。經(jīng)操作員確認后，即可存入計算機。9.2輸入設備畫筆(Stylus)為筆狀，但不是光筆。它不是用于顯示器屏幕，而是用于圖形板(tablet)。當畫筆接觸到圖形板上的某一位置時，畫筆在圖形板上的位置坐標就會自動傳送到計算機中去，隨著筆在板上的運動可以畫出圖形。圖形板和畫筆結(jié)合構(gòu)成二維坐標的輸入系統(tǒng)，主要用于輸入工程圖等。圖形板是一種二維的A／D變換器，因此圖形板也稱作數(shù)字化板。坐標量測的方法有電阻式、電容式、電磁感應式和超聲波式幾種。以電磁式為例，圖形板是一塊電磁感應板，手持的游動標中有一個感應線圈，當線圈的中心(十字標的中心)置于板上某點時，便在該點產(chǎn)生感應電壓，得到坐標值。9.2輸入設備三、鼠標器、跟蹤球和操作桿輸入光筆和圖形板兩種輸入方式都可以輸入絕對坐標。還有一類坐標輸入設備，只能用來輸入相對坐標。鼠標器、跟蹤球和操作桿就屬于這一種。它們必須和顯示器的光標配合。鼠標器、跟蹤球和操作桿操作容易，制作簡單而且造價低，但定位精度都比較差。鼠標器(mouse)是一種手持式的坐標定位部件。跟蹤球

(track

boll)是用手指或掌心推動的金屬球體，操作桿

(joystick也叫游戲棒)是能用于前后左右移動的金屬桿。9.2輸入設備【1964年美國科學家道格拉斯.恩格巴特

(DouglasEglebart)博士發(fā)明了鼠標。直到

1968年12用的美國秋季計算機會議上，他向與會者展示了他的新發(fā)明?！孔鹁吹氖髽酥浮栏瘛ざ鞲駹柊吞夭┦?.2輸入設備【世界上最早的鼠標誕生于1964年，它是由美國人道格·恩格爾巴特（DougEngelbart）發(fā)明的。恩格爾巴特于1925年1月30日出生在俄勒岡州波特蘭市附近的一個小農(nóng)場，

1942年，他在俄勒岡州立大學學習電氣工程。二戰(zhàn)期間，恩格爾巴特中斷了學業(yè)去參軍，在Phillipines作為一名電子雷達兵服了兩年兵役。1948年，拿到電氣工程學士學位后，他留在舊金山半島NACAAmes實驗室（NASA美國國家航天局的前身）做一名電子工程師?！?.2輸入設備在1946年世界上第一臺電子計算機誕生以后，那時電腦功能還遠沒有現(xiàn)在這么完善。這些價格昂貴的奢侈品主要用途也是用于科研、軍事等領域。盡管如此，作為一個富有遠見卓識的發(fā)明家，恩格爾巴特博士已經(jīng)意識到，隨著電腦的發(fā)明以及普及，在人類歷史的發(fā)展進程中具有無法估量的重大意義，鼠標自然也有可能會被廣泛應用，所以他發(fā)明鼠標，并且最初起名叫“顯示系統(tǒng)X-Y位置指示器”。這個像老鼠一樣拖著一條長長尾巴連線的裝置，被恩格爾巴特博士和他的同事戲稱為“Mouse”，也許是“Mouse”這個名字簡潔而且形象生動，所以“鼠標”的稱呼一直被流傳下來，這就是鼠標名稱的來歷?！?997年人們?yōu)榱吮碚枚鞲癜吞卦谌藱C交互方面的卓越貢獻，授予他計算機界最高榮譽——圖靈獎。鼠標的發(fā)明，也曾被IEEE（全球最大的專業(yè)技術(shù)學會——美國電氣與電子工程師學會）列為計算機誕生50年來最重大的事件之一，可見其對IT歷程的重大影響作用。9.2輸入設備最初的鼠標外觀最初的鼠標外觀9.2輸入設備四、觸摸屏觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩部分：觸摸屏控制器(卡)和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制卡上有微處理器和固化的監(jiān)控程序，其主要作用是將觸摸檢測裝置送來的觸摸信息轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給計算機；同時它能接收計算機送來的命令，并予以執(zhí)行。觸摸屏的控制卡及其電源可以安裝在顯示器內(nèi)，稱為內(nèi)置式；也可放在顯示器外面，稱為外掛式。觸摸屏根據(jù)其所采用的技術(shù)可分成5類：電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波技術(shù)和底坐式矢量壓力測力技術(shù)。9.2輸入設備五、圖像輸入設備(攝像機和數(shù)字照相機)攝像機攝像機攝取的景物，經(jīng)數(shù)字化后變成數(shù)字圖像存入磁盤或磁帶，如果被攝對象在微觀世界，可以將攝像機裝在顯微鏡上，組成顯微圖像輸入系統(tǒng)。當圖像已經(jīng)記錄到某種介質(zhì)上時，要用讀出裝置讀出圖像。如記錄在錄像帶上的圖像要用錄像機讀出，再將視頻信號經(jīng)圖像板量化輸入計算機。如果想把紙上的圖像輸入計算機，一種方法是用攝像機對著紙上的圖像攝像輸入。另一種方法是利用裝有CCD(電荷耦合器件)的圖文掃描儀(scanner)或圖文傳真機。9.2輸入設備數(shù)字照相機近年來推出的數(shù)字照相機在色彩質(zhì)量和圖像清晰度等方面不斷改進，但還不能與基于膠片的相機所能提供的最佳清晰度和色彩相媲美。數(shù)字照相機內(nèi)置有1M～幾M字節(jié)存儲器，并帶用LCD預映屏幕。在拍照時觀察屏幕可將最佳快照錄入相機的存儲器中，并即時刪除不理想的照片。其最大的特點是可以聯(lián)機。因此人們可以在瞬間獲取圖像，也可在照片拍攝后把其載到因特網(wǎng)上。9.2輸入設備六、條形碼及其技術(shù)條形碼又叫條碼。條碼的定義是：由一組寬度和反射率不同的平行相鄰的“條”和“空”，按照預先規(guī)定的編碼規(guī)則組合起來，用以表示一組數(shù)據(jù)的符號。這組數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、字母或某些符號。圖9．2(a)為條碼符號基本術(shù)語示意圖。9.2輸入設備9.2輸入設備七、光學字符識別(OCR)技術(shù)和語音文字輸入系統(tǒng)光學字符識別技術(shù)

OCR系統(tǒng)是多項技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，識別技術(shù)是其核心內(nèi)容，還包括圖形文本的掃描輸入，光電信號變換，電信號的數(shù)字化處理，版面分析與理解，字的切分處理以及輸入信息載體(頁)的自動傳送技術(shù)等。9.2輸入設備語音與文字輸入系統(tǒng)目前計算機輸入字符與數(shù)據(jù)，主要用鍵盤敲入，人們正在研究如何讓機器聽懂話、識別字。為了達此目的，一系列相應學科正在形成與發(fā)展，其中包括模式識別、人工智能、信號處理和圖像處理，并在此基礎上產(chǎn)生了語音識別、文字識別、自然語言理解與機器視覺等學科。9.2輸入設備語言識別語言信息處理技術(shù)，包括自動語言識別、語言合成、語言理解、自動電話查詢和翻譯等，是當今世界上研究的一個重要方面。語言識別系統(tǒng)，有孤立單詞識別系統(tǒng)和連續(xù)語言識別系統(tǒng)兩種。在語言理解系統(tǒng)中要求適應自然語言，自然語言的語法不很規(guī)范，并帶有習慣性的無意義的發(fā)音。語言識別系統(tǒng)根據(jù)使用范圍的不同又可分成供特定人使用的和供任意人使用的兩種。9.3輸出設備（顯示器）一、顯示設備種類顯示設備種類繁多。按顯示設備所用的顯示器件分類，有陰極射線管(cathode

ray

tube，簡稱CRT)顯示器，液晶顯示器

(liquid

crystal

display，簡稱LCD)，等離子顯示器等。CRT就是大家所熟悉的電視機顯像管，有黑白和彩色兩種。目前的臺式計算機大部分使用CRT作為顯示器件。液晶和等離子顯示器是平板式顯示器件，它們的特點是體積小、功耗少，是很有發(fā)展前途的新型器件。9.3輸出設備（顯示器）液晶顯示器LCDLiquid

CrystalDisplay陰極射線管顯示器CRTCathode

Ray

Tube9.3輸出設備（顯示器）按所顯示的信息內(nèi)容分類，有字符顯示器、圖形顯示器和圖像顯示器三大類。按顯示設備的功能分類，有普通顯示器和顯示終端兩大類。顯示器和終端是兩個不同的概念。顯示器的功能簡單，它只能用于接收視頻信號，顯示器的控制邏輯和存儲邏輯都在主機接口板中，目前使用的個人計算機系統(tǒng)就是這種結(jié)構(gòu)，這種顯示器也稱作監(jiān)視器(monitor)。9.3輸出設備（顯示器）陰極射線管(CRT)CRT是目前廣泛應用的顯示器件，最早用于電視接收機，然后應用于計算機系統(tǒng)，作為字符、圖形和圖像顯示器。CRT是一個電真空器件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)裝置和熒光屏構(gòu)成。我們以單色CRT(即黑白顯像管)為例(見圖9．4)說明CRT的工作原理。電子槍是陰極射線管的主要組成部分，包括燈絲、陰極、柵極、加速陽極和聚焦極。CRT在加電以后，燈絲發(fā)熱，熱量輻射到陰極，陰極受熱便發(fā)射電子，電子束射到熒光屏上形成光點，由光點組成圖像。9.3輸出設備（顯示器）9.3輸出設備（顯示器）平板顯示器平板顯示器(FPD)一般是指顯示器的深度小于顯示屏幕對角線1／4長度的顯示器件，有液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、場發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示(ELD)等。其中LCD本身不發(fā)光，靠調(diào)制外光源實現(xiàn)顯示，其余各類顯示均自身發(fā)光。平板顯示器有不少優(yōu)點，但目前價格尚待進一步下降。9.3輸出設備（顯示器）液晶顯示(LCD)液晶是液態(tài)晶體的簡稱，它是一種有機化合物，在一定范圍內(nèi)，既具有液體的流動性，又具有分子排列有序的晶體特性，液晶分子是棒狀結(jié)構(gòu)。具有明顯的光學各向異性，它本身不發(fā)光，但能夠調(diào)制外照光實現(xiàn)信息顯示，因此使用時需要背光源。液晶顯示具有低工作電壓、微功耗、體輕薄、適于LSI驅(qū)動，易于實現(xiàn)大畫面顯示，顯示色彩優(yōu)良等特點。目前廣泛應用的是薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)。LCD的應用領域：①便攜式電子產(chǎn)品②監(jiān)視器③消費類電子產(chǎn)品。9.3輸出設備（顯示器）(2)彩色等離子體顯示(plasma

display

panel，簡稱PDP)等離子體顯示是利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象而實現(xiàn)的一種發(fā)光型平板顯示技術(shù)。彩色PDP技術(shù)與熒光燈顯示原理相同，利用氣體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)光致熒光粉，熒光粉發(fā)射可見光，使用三基色熒光粉實現(xiàn)紅、綠、藍三色，并使每基色單元實現(xiàn)256級灰度，再進行混色達到彩色顯示的目的。9.3輸出設備（顯示器）其結(jié)構(gòu)好比把數(shù)十萬至數(shù)百萬個氣體微型熒光燈(即放電單元)按一定排列方式設置在兩塊平板玻璃之間，其基本結(jié)構(gòu)與LCD等平板顯示類似。制作時，在兩塊玻璃之間，通過許多障壁把放電空間分隔成若干放電單元。每個顯示單元都設有一組電極，并按一定排列形式在各單元內(nèi)壁上分別涂有紅、綠、藍熒光粉。由外部電路按一定方式對所有放電單元進行控制，并完成三基色的空間混色，即可實現(xiàn)彩色顯示。9.3輸出設備（顯示器）二、顯示技術(shù)中的有關術(shù)語像素和分辨率像素：組成圖像的最小單位，顯示器上的發(fā)光點點距：相鄰像素的距離（相同色彩點的距離）0.31mm、0.28mm、0.25mm

……分辨率：顯示器所能表示的像素個數(shù)分辨率＝水平點數(shù)×垂直點數(shù)640×480800×6001024×7681280×1024

……點距越小，顯示的圖像越細膩分辨率越高，所能表達的圖像信息越多9.3輸出設備（顯示器）灰度和色彩灰度級：黑白顯示器所顯示的像素點的亮暗差別,彩色顯示器所能表現(xiàn)的顏色數(shù)量(彩色深度)單色顯示器：只有兩級灰度的顯示器黑白顯示器：具有多種灰度級的黑白顯示器彩色顯示器：紅、綠、藍三色發(fā)光點組成灰度和彩色深度與顯示存儲器有關。如果使用8個二進制位表達一個像素的灰度，則可以有256種不同的亮度。如果紅、綠、藍三色都用

8個二進制位表達，則彩色圖像就具有224（16M）種顏色，被成為真彩色灰度級越多，圖像層次感越強；色彩數(shù)越多，圖像越清楚逼真9.3輸出設備（顯示器）刷新和掃描刷新：使電子束不斷地重復掃描整個屏幕的過程不感到閃爍的刷新頻率：＞30次/秒模擬電視標準：每秒刷新50幀圖像光柵掃描：光柵掃描是從上至下順序掃描整個屏幕逐行掃描隔行掃描掃描頻率：完成一幀所花時間的倒數(shù)，也叫刷新頻率(每個像素在一秒內(nèi)被刷新次數(shù))刷新頻率越高、圖像越穩(wěn)定，感覺越舒服。9.3輸出設備（顯示器）三、字符顯示器字符顯示設備是計算機系統(tǒng)中最基本的外部設備。對于不同的計算機系統(tǒng)，字符顯示器的組成方式有所不同。在中大型的計算機系統(tǒng)中，為了不影響主機的數(shù)據(jù)處理能力，顯示器作為終端設備獨立存在。在微型機系統(tǒng)中，顯示輸出和鍵盤輸入分別接入系統(tǒng)，它們是兩個獨立的設備，顯示系統(tǒng)由插在主機中的顯示控制板和顯示器兩部分組成。9.3輸出設備（顯示器）圖9．5(a)是字符‘A’用點陣(7X9)表示的例子以及它位于字符窗口中的情況，圖9．5(b)為字符發(fā)生器的邏輯結(jié)構(gòu)。9.3輸出設備（顯示器）9.3輸出設備（顯示器）四、圖形和圖像顯示光柵掃描圖形顯示器，是當今應用最多的顯示器，光柵掃描顯示器的特點是把對應于屏幕上每個像素的信息都用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上。其硬件結(jié)構(gòu)如圖9．7所示。9.3輸出設備（顯示器）這里有兩個存儲器，一個稱作程序段緩沖存儲器，另一個是幀存儲器。程序段緩存中存儲由計算機送來的顯示文件和交互式圖形圖像操作命令，如圖形的局部放大、平移、旋轉(zhuǎn)、比例變換、圖形的檢索以及圖像處理等，這些操作在顯示處理器中完成，比在主機中用軟件實現(xiàn)效率要高得多。在微機系統(tǒng)中，主機和CRT設備之間的電路都放在顯示適配器的接口中。幀存儲器中存放了一幀圖形的形狀信息，和屏幕上的像素一一對應，如果屏幕的分辨率為1024X1024個像素，幀存就要有1024X1024個單元；如果屏幕上像素的灰度為256級，幀存每個單元的字長就要是8位。因此，幀存的容量直接取決于顯示器的分辨率和灰度級。9.3輸出設備（顯示器）早期的VGA顯示圖形適配器只起到CPU與顯示器之間的接口作用；如今還起到處理圖形／圖像數(shù)據(jù)，加速顯示等作用。其核心部分是專門為之設計的圖形／圖像加速芯片，這是一個固化了一定數(shù)量常用基本圖形程序模塊和三維圖形／圖像處理部件的芯片。三維處理大體上可分為“幾何變換”和“色彩渲染”兩種處理，這兩種處理如果都由CPU來生成，則CPU的負擔過重，而且大量位圖數(shù)據(jù)的傳輸量很大，對傳輸率要求太高；如果都由適配器來完成，則要采用三維圖形芯片和大容量顯存來完成色彩渲染處理，但顯存成本較高。9.3輸出設備（顯示器）要降低適配器成本，需要減少卡上顯存容量，而將結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲在主存儲器中。原有的總線難以勝任圖形數(shù)據(jù)傳送，Intel公司提出了新型視頻標準AGP，并推出了三維圖形／圖像加速芯片。附和AGP標準的適配器也隨之出現(xiàn)在市場上。在微機中是否具有AGP接口卡，對圖形／圖像的處理效果影響很大。9.4輸出設備（打印機）打印輸出是計算機系統(tǒng)最基本的輸出形式，可將打印在紙上的信息長期保存。按印字原理分類，分為擊打式和非擊打式兩大類。擊打式打印機是利用機械作用使印字機構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符，目前使用的是點陣針式打印機。非擊打式是采用電、磁、光、噴墨等物理、化學方法印刷字符。如激光印字機、靜電印字機、噴墨印字機等。擊打式設備成本低，缺點是噪音大，速度慢。非擊打式設備速度快，噪音低，印字質(zhì)量比擊打式好，但價格較貴。9.4輸出設備（打印機）按工作方式劃分，可分為串行打印機和行式打印機兩種。所謂串行打印機，是逐字打印的。行式打印機的速度比串行打印機快，它一次就可以輸出一行。另外，按打印紙的寬度不同，可分為寬行打印機和窄行打印機；還有能輸出圖的圖形／圖像打印機，具有彩色效果的彩色打印機等等。9.4輸出設備（打印機）一、點陣針式打印機點陣針式打印機的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格低，字符種類不受限制，較易實現(xiàn)漢字打印，還可以打印圖形和圖像。針式打印機的印字方法是由打印針印出的n(橫)×m(縱)個點陣組成字符圖形。顯然，點越多，印字質(zhì)量越高，西文字符的點陣通常有5×7，7×7，7×9等幾種，若要打印漢字，至少要加密到16×16點陣或24×24點陣。9.4輸出設備（打印機）值得注意的是，字符由n×m個點陣組成，并不意味著打印頭就裝有n×m根打印針。為減少打印頭制造的難度，串行點陣打印機的打印頭中一般只裝有一列m根打印針，每根針可以單獨驅(qū)動，印完一列后打印頭沿水平方向移動一步微小距離，n步以后，形成一個n×m點陣，照此逐個字符打印。針式打印機有單向打印和雙向打印兩種。針式打印機由打印頭與字車、輸紙機構(gòu)、色帶機構(gòu)及控制器四部分組成。圖9．8為針式印字機構(gòu)原理圖。9.4輸出設備（打印機）9.4輸出設備（打印機）打印控制器與顯示控制器類似，主要包括字符緩沖存儲器、字符發(fā)生器、時序控制電路和接口電路四部分。主機將要打印的字符通過接口電路送到緩沖存儲器，在打印時序邏輯控制下，從緩存中順序取出字符代碼，對字符代碼進行譯碼，得到字符發(fā)生器ROM的地址，逐列取出字符點驅(qū)動打印頭，形成字符點陣。輸紙機構(gòu)由步進電機驅(qū)動，每打印完一行字符，要按給定的要求走紙。色帶的作用是供給色源，如同復寫紙的作用一樣。打印過程中，色帶必須不斷移動，以改變其受擊打的位置。針式打印機中使用的多為環(huán)形色帶，它裝在一個塑料的帶盒內(nèi)，色帶可以隨打印頭的動作自動循環(huán)。9.4輸出設備（打印機）針式打印機打印時，驅(qū)動的僅僅是質(zhì)量很小的打印針，慣性小，速度快。選字操作是全電子線路控制，所以選字時間很短。串行針式打印機的打印速度為每秒100個字符左右。彩色針式打印機的工作原理與單色的基本相同，僅是使用的色帶和色帶機構(gòu)不同，色帶為四色帶，在一條色帶上平行地分為黑、藍、紅和黃4種顏色，打印時，色帶機構(gòu)既要帶動色帶做單向循環(huán)移動，又要帶動色帶盒做上下位移，變換打印頭所接觸的色帶部位，從而打印出不同顏色。雖然色帶上只有4種顏色，但可打印兩次，從而可獲得7種顏色(黑、藍、紅、黃、紫、橙、綠)。9.4輸出設備（打印機）二、激光打印機1、激光打印機內(nèi)部結(jié)構(gòu)激光打印機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9．9所示。其主要部件如墨粉、感光鼓(硒鼓)、顯影軋輥、顯影磁鐵、初級電暈放電極、清掃器等，都裝置在墨盒內(nèi)。其中感光鼓一般是用鋁合金制成的一個圓筒，鼓面上涂敷一層感光材料(如硒—碲—砷合金)。激光發(fā)生器是激光打印機的光源，具有很好的單色性和方向性，可以聚焦成極細的光束。激光束通過掃描反射鏡反射到感光鼓上。9.4輸出設備（打印機）9.4輸出設備（打印機）打印的圖像形成于墨盒中央的感光鼓上，墨粉由顯影軋輥傳送到鼓上，再傳送到打印紙上，最后墨粉由定影軋輥熔融到打印紙上。打印紙從圖的右邊進入，從左邊輸出。感光鼓的直徑較小，要打印一頁紙，感光鼓必須轉(zhuǎn)動好幾圈。9.4輸出設備（打印機）2、印字原理激光印字過程可分成六個步驟，以下參照圖9．10所示的印字過程示意圖進行介紹。帶電曝光顯影(顯像)(4)轉(zhuǎn)印(5)定影(固定)(6)清除殘像9.4輸出設備（打印機）9.4輸出設備（打印機）3、激光掃描系統(tǒng)半導體激光器產(chǎn)生一束激光，經(jīng)過一組聚焦鏡和透鏡聚焦后，照在旋轉(zhuǎn)著的多面反光鏡上，使激光掃過感光鼓的表面。這套光學系統(tǒng)有運動部分，精度要求也很高，所以比較復雜。激光掃描系統(tǒng)使激光束由鼓面的左邊緣向右邊緣移動(即掃完一行)，當光束掃過鼓面時，半導體激光器中激光管不斷地開通或關斷：光束掃到要打印點的地方時，激光管開通；光束掃到非打印點的地方時(即空白處)，激光管關斷。激光束掃完一行后，感光鼓旋轉(zhuǎn)一個步距，同時，激光束又回到鼓面的左邊緣，開始新的一行掃描，使鼓面開始接受新的一行載有信息的激光束。9.4輸出設備（打印機）4、激光打印機性能激光打印機輸出速度快，印字質(zhì)量高，而且可以使用普通紙張。普通激光印字機的印字分辨率都能達到300DPI(每英寸300個點)或400DPI，甚至600DPI。激光打印機是非擊打式硬拷貝輸出設備，是逐頁輸出的，常用的輸出幅面為A4或A3。因此也將這一類設備稱為“頁式輸出設備”，而普通擊打式打印機是逐字或逐行輸出。頁式輸出設備的輸出速度用每分鐘輸出的頁數(shù)(pages

per

minute，簡稱

PPM)來表示。高速激光打印機的速度在100PPM以上，中速為

30～60PPM。低速激光打印機的速度為10～20PPM，甚至10PPM以下。打印設備與計算機之間的接口比較簡單。分為串行接口和并行接口兩種。串行接口采用標準的RS—232接口，每次輸出一位數(shù)據(jù)。并行接口每次輸出一個字節(jié)數(shù)據(jù)。9.4輸出設備（打印機）三、噴墨打印機噴墨打印機是類似于用墨水寫字一樣的打印機，可直接將墨水噴射到普通紙上實現(xiàn)印刷，如噴射多種顏色墨水則可實現(xiàn)彩色硬拷貝輸出。噴墨打印機的噴墨技術(shù)有連續(xù)式和隨機式兩種，目前市場上流行的各種型號打印機，大多采用隨機式噴墨技術(shù)。而早年的噴墨打印機以及當前輸出的大幅面打印機采用連續(xù)式噴墨技術(shù)。9.4輸出設備（打印機）1、連續(xù)式噴墨打印機工作原理圖9．11示出一種電荷控制式打印機的印刷原理和字符形成過程。主要由噴頭、充電電極、偏轉(zhuǎn)電極、墨水供應及過濾回收系統(tǒng)和相應控制電路組成。其工作原理如下：噴墨頭后部的壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵產(chǎn)生電致伸縮，使墨水斷裂形成墨滴而噴射出來，只要電脈沖存在，墨滴就能連續(xù)噴射出來。墨滴是不帶電的，在其前面設置充電電極，施加靜電場給墨滴充電，所充電荷的多少，由字符發(fā)生器控制，根據(jù)所印字符各點位置的不同而充以不同的電荷，充電電極所加電壓越高，充電電荷越多，墨滴經(jīng)偏轉(zhuǎn)電極后偏移的距離也越大，最后墨滴落在印字紙上。9.4輸出設備（打印機）9.4輸出設備（打印機）2、隨機式噴墨打印機工作原理這種系統(tǒng)供給的墨滴只在需要印字時才噴出，因此不需要墨水循環(huán)系統(tǒng)，省去了墨水泵和收集槽等。與連續(xù)式相比，噴墨機構(gòu)簡單、價廉，可靠性高。為提高印字速度，這種印字頭采用單列、雙列或多列小孔，一次掃描噴墨即可打印出所需的字符或圖像。產(chǎn)生墨滴的機構(gòu)，可采用不同的技術(shù)，流行的有壓電式和熱電式。9.4輸出設備（打印機）壓電式噴墨技術(shù)有壓電管型、壓電隔膜型和壓電薄片型等多種。其機械結(jié)構(gòu)雖不同，但有共同的特點，即加高電壓脈沖于墨水壓電換能器上，使墨水受力，生成墨滴并噴出，完成印字過程。噴出的墨滴是不連續(xù)的，墨滴的發(fā)生頻率最大可超過10KHz。圖9．12(a)和(b)分別為壓電管型噴墨機構(gòu)和噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖，今以它為例來說明噴墨技術(shù)的工作原理。這種噴墨機構(gòu)由印字頭組件、印字頭車架和墨水盒等組成。在印字頭組件中，可容納幾個到幾十個噴嘴。其單個噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖9．12(b)所示，由壓電管、墨水管道和噴嘴組成。9.4輸出設備（打印機）9.4輸出設備（打印機）(2)熱電式噴墨技術(shù)熱電式，也稱氣泡式，其換能元件為加熱器件，可采用電阻。圖9．13說明氣泡式墨滴的生成過程。9.4輸出設備（打印機）3、噴墨打印機的消耗晶及輔助裝置噴墨打印機所選用的墨水、記錄紙(打印紙)以及印字頭的清洗密封裝置和印字質(zhì)量有密切關系。噴墨打印機需要特殊的墨盒，其價格較貴。彩色噴墨打印機有四只分別裝有品紅、黃、青、黑色的墨水盒。墨水有嚴格的性能要求，不能隨意更換不同規(guī)格的墨水，否則會對噴墨系統(tǒng)造成致命的損害，甚至報廢。隨機式噴墨機構(gòu)，一旦發(fā)生故障，是不可修復的。9.4輸出設備（打印機）(2)記錄紙(打印紙)一般噴墨打印機要求使用與規(guī)定墨水要求相符的普通紙(復印紙)。對穿透性和滲析性有一定要求。另外，也要注意不要因紙的質(zhì)量問題而引起細微噴嘴的堵塞。(3)輔助裝置噴墨打印機帶有一些通用的或?qū)Ｓ玫倪x件和輔助裝置，如接口卡、輸紙機構(gòu)、供紙和接紙盤等。為確保噴嘴不受阻塞，對使用水性墨水的噴墨打印機應帶有清洗裝置，定期(或遇有故障)對印字機構(gòu)進行清洗。有些廠商開發(fā)了靜電型使用油型墨水的印字頭?？快o電的吸引力，使高溫沸騰(200℃)的油性墨水從噴嘴中噴出，這樣可省去清洗裝置。使用油性墨水的打印機可進一步提高分辨率。9.4輸出設備（打印機）四、熱轉(zhuǎn)印打字機熱轉(zhuǎn)印打印機按其印字方式分為串式印字和行式印字，其印字質(zhì)量優(yōu)于點陣針式打印機，與噴墨打印機相當，印字速度比較快，串式一般可超過6頁／分，分辨率達到360DPI。行式熱轉(zhuǎn)印打印機一般用于高質(zhì)量彩色輸出。印字原理熱轉(zhuǎn)印打印機中的印字頭是用半導體集成電路技術(shù)制成的薄膜頭，頭中有發(fā)熱電阻，它由一種能耐高功率密度和耐高溫的薄膜材料組成。如將若干個發(fā)熱電阻(如60個)縱向排成一行，則構(gòu)成串式印字；如將若干個發(fā)熱電阻(如1728個)橫向排成一行，則構(gòu)成行式印字。9.4輸出設備（打印機）將具有熱敏性能的油墨涂在滌綸基膜上便構(gòu)成熱轉(zhuǎn)印色帶，色帶位于熱印字頭與記錄紙之間。印字時，脈沖信號將印字頭中的發(fā)熱電阻加熱到幾百度(如300℃)，而印字頭又壓在滌綸膜上，使膜基上的油墨熔化而轉(zhuǎn)移到記錄紙上留下