1、第10章 人机接口技术第10章 人机接口技术10.1 概概述述10.2 键盘与键盘接键盘与键盘接口口10.3 鼠标及鼠标接鼠标及鼠标接口口10.4 显示显示器及显器及显卡卡10.5 打印机及接打印机及接口口10.6 网卡与调制解调网卡与调制解调器器10.7 磁盘存储磁盘存储器器10.8 光存储器光存储器习题习题10第10章 人机接口技术10.1 概概 述述人机接口技术，指的是计算机和人之间信息交互的连接与控制方式，通过人机接口技术可以实现计算机与外设之间的信息交换。第10章 人机接口技术10.1.1 人机交互设备分类人机交互设备分类人机交互设备是计算机系统中最基本的设备之一，是人和计算机之间建
2、立联系、交换信息的外部设备。常见的人机交互设备可分为输入设备和输出设备两类。1输入设备输入设备输入设备是人向计算机输入信息的设备，按输入信息的形态可分为字符(包括汉字)输入、图形输入、图像输入及语音输入等设备。常见的输入设备有：第10章 人机接口技术(1)键盘。这是人向计算机输入信息的最基本的设备，人们可以通过按键向计算机输入数字、字母、特定字符和命令。(2)鼠标。鼠标是一种光标指点设备，通过移动光标进行操作选择以实现操作控制。(3)扫描仪。扫描仪是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备，它是将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具。第10章 人机接口技术2输出设备输出设备输出设备是直接向人们
3、提供计算机运行结果的设备。常见的输出设备有：(1)显示器。显示器是将电信号转换成视觉信号的一种装置，可以以字符、图形、图像等方式显示计算机处理信息的结果，它与键盘一起构成最基本的人机对话环境。(2)打印机。打印机将计算机的处理结果以字符或图形的形式印刷到纸上，便于人们阅读和保存，是计算机最基本的输出设备。第10章 人机接口技术10.1.2 人机接口的功能人机接口的功能人机接口是计算机同人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。主机和外设之间进行信息交换为什么一定要通过接口呢？这是因为主机和外设在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。图10.1为常见的主机、人机接口
4、、外设的连接示意图。第10章 人机接口技术图10.1 接口与主机、外设间的连接示意图第10章 人机接口技术人机接口电路通常要完成两个任务：一个是信息形式的转换，把外界信息转换成计算机能接收、处理的信息，或把计算机处理后的信息转换成外部设备能显现的形式；另一个是计算机与人机交互设备之间的速度匹配，也就是完成信息交换速率与传输速率的匹配控制。第10章 人机接口技术10.2 键盘与键盘接口键盘与键盘接口键盘是输入设备，人们通过它可以向计算机输入信息。键盘按获取键码的方式，分为两类：非编码键盘与编码键盘。10.2.1 非编码键盘非编码键盘非编码键盘主要用软件来识别按键，获取键值，主要有线性键盘和矩阵键
5、盘两种，相对而言其硬件简单。第10章 人机接口技术1.非编码键盘的基本工作原理非编码键盘的基本工作原理1)线性键盘线性键盘线性键盘是最简单的键盘，如图10.2所示，其中，每一个键对应I/O端口的一位，无键闭合时各位均处于高电平。图10.2 线性键盘示意图第10章 人机接口技术2)矩阵式键盘矩阵式键盘通常用的键盘是矩阵式结构，如图10.3所示。有一M N个键的键盘，若采用简单键盘设计方法，则需要M N位端口，而采用矩阵式结构以后，便只要M+N位端口。图10.3为一个8 8键盘，有64个键。只要用两个8位I/O端口即可。第10章 人机接口技术图10.3 矩阵式键盘示意图第10章 人机接口技术识别矩
6、阵式键盘闭合键的方法有两种：行扫描法与行反转法。行扫描法识别闭合键的原理是：先通过行端口输出数据，使第0行接低电平，其余行为高电平：然后从列端口读入列线状态，检查是否有列线为低电平。第10章 人机接口技术在实际应用中，为提高CPU的工作效率，一般先快速检查键盘中有无键按下，如有键按下，再具体识别是哪一个键。快速检查的方法是：先向行端口送出全“0”，使所有行同时接低电平；再检查是否有列线也处于低电平。如果有列线为0，则表明有键按下，再用行扫描法来确定具体位置。矩阵式键盘识别流程如图10.4所示。第10章 人机接口技术图10.4 矩阵式键盘识别流程图第10章 人机接口技术【例10-1】根据图10.
7、3所示的8 8键盘的硬件连接，利用行扫描法把闭合键的键值放入AX。假设行端口和列端口分别接在8255的A端口和B端口，8255的端口地址分别为PA、PB、PC、PCTRL。程序如下：第10章 人机接口技术第10章 人机接口技术第10章 人机接口技术2.行反转法识别闭合键的原理行反转法识别闭合键的原理采用行反转法识别闭合键时，要求矩阵式键盘的行线和列线分别接在可编程输入与输出端口。例如，图10.3中行线接可编程并行接口8255的A端口，列线接B端口。识别键时，先使行端口工作在输出方式，列端口工作在输入方式。然后使行端口输出全“0”，从列端口读入列线数据(列值)，如有列线位为“0”，则表明有键按下
8、。再使行端口作为输入端口，列端口作为输出端口，把刚才读入的列值从列端口输出，从行端口读入行值，把该数据和刚才从列端口读入的列值合成键号，根据键号判断是哪行哪列的键被按下了。第10章 人机接口技术【例10-2】根据图10.3所示的8 8键盘的硬件连接，利用行反转法识别闭合键的键值。行端口和列端口分别接在8255的A端口和B端口。程序中CALL DELAY指令的作用是延时以消除键的抖动。由于键盘的结构及操作员的操作，当一个键被按下或释放以后，键往往要闭合断开几次才能稳定闭合或释放，这段时间一般不大于10 ms。对操作员来说极短，但对CPU来说很长，可能引起识别出错。因此在识别键时必须去抖动。可以用
9、硬件的方法去抖动，但软件去抖动也非常容易，只要延时一段时间等抖动消失以后再读入键码，就可以消除抖动对识别键的影响。第10章 人机接口技术10.2.2 编码键盘接口编码键盘接口矩阵式结构的键盘使接口引线大大减少，但当键盘的行或列线多于8条时，键盘与主机的接口以及键的扫描和识别的复杂性随之增加。在这种情况下，需要对键盘的行线或/和列线进行编码后通过接口再送往微计算机。这时键扫描和识别的方法及相应的硬件连接也相应有所改变。1.IBM-PC键盘及接口技术键盘及接口技术图10.5为IBM-PC键盘及键盘与主机系统接口框图。第10章 人机接口技术图10.5 IBM-PC键盘及键盘与主机系统接口框图第10章
10、 人机接口技术图10.5左侧为IBM-PC编码式键盘，它主要由单片微机和键盘矩阵构成。单片计算机控制键盘的扫描和识别。键接通和断开时，键盘单片微机根据键的位置发出两个不同的扫描码，扫描码的最高位为“0”，表明键闭合；为“1”，表明键放开。在键被识别之后，键盘以串行通信方式把键的扫描码而非ASCII码送给微机系统。主机部分键盘接口由两部分构成：一部分是以74LS322为主的串-并变换逻辑，另一部分是8255并行接口芯片。第10章 人机接口技术大部分键盘的字符码为标准的ASCII码；没有ASCII码的键，如Alt和功能键(F1F10)，字符码为0；其他没有ASCII码的键则产生一个指定的操作，如屏
11、幕打印等。转换后的字符码及扫描码存储在ROMBIOS的键盘缓冲区中。键盘缓冲区的结构如下：第10章 人机接口技术键盘缓冲区是一个队列。当BUPF_HEAD和BUFF_TAIL相等时，表明键盘缓冲区空，当CPU要获取键盘输入时，就调用BIOS键盘例行程序，按接收顺序从缓冲区内取出字符码及扫描码。当缓冲区满时，如此时又按键盘，则BIOS就不再处理，只发出“嘀”的声音。键盘与主机通过4芯接口电缆相连。4根信号线分别为+5V、GND、Keyboard Data和Keyboard Clock。其中，Keyboard Data为键盘送往主机的串行数据，Keyboard Clock为发送串行数据的时钟。第1
12、0章 人机接口技术2.键盘键盘I/O程序设计程序设计在IBM-PC中，BIOS和DOS中断提供了主机与键盘通信的中断功能调用。BIOS的INT 16H提供了基本的键盘操作。DOS的INT 21H也提供了键盘功能调用，它可以读入单个字符，也可以读入字符串。BIOS和DOS提供的键盘功能调用见表10-1和表10-2。第10章 人机接口技术第10章 人机接口技术第10章 人机接口技术BIOS INT 16H的02H功能能够读取状态字节，状态字节反映了Shift、Ctrl、Alt、NumLock、ScrollLock、CapsLock和Insert这些不具备ASCII码的键的状态。具体含义如图10.6
13、所示。第10章 人机接口技术图10.6 键盘状态字节的格式第10章 人机接口技术【例10-3】分别利用DOS和BIOS键盘中断功能调用编程。要求：检测功能键F1。如有F1键按下，则转HELP执行。用BIOS INT 16H中断00H功能调用编程。或采用DOS的INT 21H中断07H功能调用编程。由于功能键没有ASCII码，在采用DOS INT 21H键盘功能调用读键盘输入时，如果有功能键输入，那么返回的字符码都为00H，因此采用DOS INT 21H键盘功能调用读功能键输入时，必须进行两次DOS功能调用。第一次回送00，第二次回送扫描码。BIOS键盘中断(16H)能同时回送字符码和扫描码，比
14、较适合于要使用功能键和变换键的程序设计。而对于一般简单的键盘操作，用DOS INT 21H提供的键盘中断服务更合适。第10章 人机接口技术10.3 鼠标及鼠标接口鼠标及鼠标接口微型计算机上常使用两键或三键鼠标。按接口不同，鼠标可分为MS串行鼠标、PS/2鼠标、总线鼠标和USB鼠标。第10章 人机接口技术1MS串行鼠标接口串行鼠标接口MS串行鼠标是通过RS-232C与微型计算机相连的，一般将DB-9的9针接口连到微型计算机的COM1或COM2端口上。MS串行鼠标不需要专门的电源线，直接使用RS-232C串行通信接口线路中的RTS作为驱动信号，SGND作为信号地，TxD用来发送数据，DTR作为主机
15、的回答信号，如图10.7所示。第10章 人机接口技术图10.7 MS串行鼠标接口示意图第10章 人机接口技术2PS/2鼠标接口鼠标接口PS/2鼠标接口如图10.8所示。在连接器中，只有4个有效的引脚：GND、+5 V、data、clock。其中，+5 V是由主机提供给外设的电源，data和clock都是具有集电极开路性质的双向信号线，每个信号线在外设及主机端都有一个上拉电阻。信号线的这种性质使得外设、主机和数据线处于高电平状态(+5 V)，但它们可以很容易地被主机或外设拉成低电平(0 V)。第10章 人机接口技术图10.8 PS/2鼠标接口示意图第10章 人机接口技术MS串行鼠标器采用RS-2
16、32C逻辑电平标准，即逻辑高电平“1”为-3-15 V，逻辑低电平“0”为+3+15 V。PS/2鼠标器采用TTL标准，即逻辑高电平“1”为5 V，逻辑低电平“0”为0 V。第10章 人机接口技术10.4 显示器及显卡显示器及显卡显示器是计算机最常用的输出设备，可用来显示字符、图形、图像。显示输出设备由显示器和显卡两部分组成。第10章 人机接口技术1液晶显示器液晶显示器液晶的物理特性是：通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。利用此特性，可制成液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。按照物理结构，LCD可分为双扫描无源阵列显示器和
17、薄膜晶体管有源阵列显示器。第10章 人机接口技术双扫描无源阵列(Dual Scan Tortuosity Nomograph，DSTN)是液晶的一种。虽然这种液晶体所构成的液晶显示器其对比度和亮度较差，可视角度小，色彩欠丰富，但是它结构简单，价格低廉。薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)显示器是指液晶显示器上的每个液晶像素点都由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。与DSTN LCD相比，TFT LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度高、可视角度大、色彩丰富等特点，克服了DSTN LCD的许多固有缺点，是当前的主流显示设备。液晶显示器的主要参数如下：第10章 人机接口技术(1
18、)可视角度。若可视角度为左右80，则表示站在与屏幕法线成80角的位置时，仍可清晰地看见屏幕图像。由于每个人的视力不同，因此以对比度为准。在最大可视角度时，所测量到的对比度越大越好。一般而言，LCD的可视角度都是左右对称的，但上下就不一定了，而且常常是上下角度小于左右角度。可视角度越大越好。(2)亮度。TFT LCD的可接受亮度为150 cd/m2以上。目前，国内能见到的TFT LCD其亮度都在200 cd/m2以上。亮度低，人会感觉暗。第10章 人机接口技术(3)响应时间。响应时间反映了液晶显示器各像素点对输入信号的反应速度，即像素由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越短越好。若响应时间短，则使
19、用者在看运动画面时，不会出现尾影拖曳的感觉。(4)显示色数。几乎所有15英寸LCD都只能显示高彩(218种颜色)，因此许多厂商使用了所谓的FRC(Frame Rate Control)技术，利用仿真的方式来表现全彩的画面。第10章 人机接口技术2显卡显卡显卡的全称是显示接口卡(Video Card或Graphics Card)，又称为显示适配器(Video Adapter)，是计算机最基本的组成部分之一。显卡的作用是将计算机所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示。显卡是连接显示器和计算机主板的重要部件。第10章 人机接口技术1)显卡的结构显卡的结构显卡由图
20、形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)、显存、随机读/写存储数模转换器(RAMDAC)和显卡BISO四部分组成。(1)图形处理器(GPU)。GPU是显卡的核心部件，使显卡减少了对CPU的依赖。它完成部分原本CPU的工作，尤其是在进行3D图像处理时，具有3D图像和特效处理功能。GPU采用的核心技术是硬件多边形转换与光源处理(Transform and Lighting，T&L)。T&L是3D渲染中的一个重要部分，其作用是计算多边形的3D位置和处理动态光线效果，也称为“几何处理”模式。第10章 人机接口技术2)显存。显存是显示内存的简称，是显卡的重要组成部分，其主要功能
21、是存储要处理图形的数据信息。屏幕上所显现出的每个像素都由432位数据来控制它的颜色和亮度。GPU对这些数据进行控制，RAMDAC读入数据并将数据输出到显示器上。(3)随机读/写存储数模转换器(RAMDAC)。(4)显卡BIOS。显卡BIOS主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序，另外还存有显卡的型号、规格、生产厂家及出厂时间等信息。第10章 人机接口技术2)显卡的工作原理显卡的工作原理数据从CPU到达显示屏，需要经过以下四个步骤。(1)从数据总线传送至微机北桥电路，再传送至图形处理器GPU，进行数据处理。(2)将处理完的数据传送至显卡芯片组(Video Chipset)，进入显存。(3)
22、从显存读取数据送至RAMDAC，进行数据转换(数字信号转成模拟信号)。(4)将RAMDAC转换后的模拟信号送至显示器，在显示屏上显示。第10章 人机接口技术3)显卡的分类显卡的分类显卡有集成显卡和独立显卡两类。(1)集成显卡。集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上，与主板融为一体。(2)独立显卡。独立显卡是将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上，自成一体而作为一块独立的板卡存在，它需要占用主板的扩展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。第10章 人机接口技术4)显卡接口显卡接口显卡接口是指显卡与主板连接所采用的接口。显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽
23、，也就是瞬间所能传输的最大数据量。不同的接口其性能不同。目前，各种3D游戏和软件对显卡的要求越来越高，主板和显卡之间需要交换的数据量也越来越大。显卡发展至今，主要出现过ISA、PCI、AGP、PCI Express等几种接口，所能提供的数据带宽逐渐增大。其中，2004年推出的PCI Express接口已经成为主流，它解决了显卡与系统数据传输的瓶颈问题，而ISA、PCI接口的显卡已经基本被淘汰。第10章 人机接口技术10.5 打印机及接口打印机及接口1打印机分类及工作模式打印机分类及工作模式打印机是计算机系统的主要输出设备之一，其功能是将计算机的处理结果以字符或图形的形式印刷到纸张上，转换为书面
24、信息，便于人们阅读和保存。第10章 人机接口技术1)打印机的分类打印机的分类打印机按照工作原理不同可分为击打式和非击打式两大类，按照工作输出方式不同可分为串行打印机、行式打印机和页式打印机三种，按照工作方式不同可分为点阵打印机、针式打印机、喷墨式打印机和激光打印机。第10章 人机接口技术2)打印机的工作模式打印机通常有两种工作模式：文本模式(字符模式)和图形模式。(1)文本模式。(2)图形模式。第10章 人机接口技术2喷墨打印机喷墨打印机所谓喷墨打印机，就是通过将墨滴喷射到打印介质上来形成文字或图像的打印机。喷墨打印机具有以下优点：(1)结构简单，设备体积小，可靠性好，价格便宜。(2)工作噪声
25、小，较为安静。(3)打印速度很高，每秒可达到150400字。(4)分辨率高，图像、字迹清晰，并克服了针式打印机随色带使用次数增多造成打印字迹越来越不清晰的现象。(5)可实现高品质彩色照片打印，彩色效果逼真。第10章 人机接口技术以上这些优点，使喷墨打印机成为目前家庭用户的首选打印机种类。但它也有不足之处：(1)它对纸张要求较高，一般要选用稍厚并有一定硬度的纸，太薄的纸在打印时容易起皱，纸面不平展，特别是打印高精度照片时，最好选用高品质的专业相片纸打印。(2)喷墨打印机的耗材较贵，不论是纸张还是墨盒，要想保证打印品质，都以选用正宗原厂产品为宜。(3)喷墨打印机的喷嘴容易堵塞，造成打印品质下降，故
26、需要定期对喷嘴进行清洗。第10章 人机接口技术3激光打印机激光打印机激光打印机的显著优点是打印速度快，品质好，工作噪声小，目前广泛应用于办公自动化和各种计算机辅助设计系统领域。激光打印机的工作原理是：微型计算机把需要打印的内容转换成数据序列形式的原始图像，然后再把这些数据传送给打印机；打印机中的微处理器将这些数据存于打印机内存中，再经过打印机语言将这些数据破译成点阵的图样；第10章 人机接口技术 译码后的点阵图样被送到激光发生器中，激光发生器根据图样的内容迅速做出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的旋转鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方，电荷都被释放掉，而那些激光没有照射到的地方仍然带
27、有电荷，通过带电电荷吸附的碳粉转印在纸上，从而完成打印。第10章 人机接口技术4打印机接口打印机接口打印机接口分为LPT接口、COM接口和USB接口。1)LPT接口LPT接口一般用来连接打印机或扫描仪，默认的中断号是IRQ7，采用25脚的DB-25接头。工作模式主要有以下三种：第10章 人机接口技术(1)SPP标准工作模式。SPP采用半双工单向传输方式，数据传输速率较慢，仅为15 Kb/s，但应用较为广泛，一般设为默认的工作模式。(2)EPP增强型工作模式。EPP采用双向半双工数据传输方式，其数据传输速率比SPP高很多，可达2 Mb/s，目前已有不少外设使用此工作模式。(3)ECP扩充型工作模
28、式。ECP采用双向全双工数据传输方式，其数据传输速率比EPP还要高一些，但支持的设备不是很多。第10章 人机接口技术2)COM接口接口COM接口用在针式打印机和激光印字机上，同时，COM接口是多功能的端口，还可以接游戏手柄、鼠标(旧式)等其他设备。3)USB接口接口目前，打印机采用USB接口的最多，因为USB接口的传输速率比LPT和COM快很多。第10章 人机接口技术10.6 网卡与调制解调器网卡与调制解调器1网卡网卡网卡是网络接口卡(Network Interface Card，NIC)的简称，也称为网络适配器，是计算机与网络相互连接的设备。无论是普通计算机还是高端服务器，要想连接局域网，就
29、需要安装一块网卡。如果有必要，一台计算机也可以同时安装两块或多块网卡。第10章 人机接口技术1)网卡的主要功能网卡的主要功能网卡的主要功能如下：(1)数据的封装与解封：发送时，将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧；接收时，将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。(2)链路管理：主要由带冲突检测的载波监听多路访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD)协议实现。(3)编码与译码：采用曼彻斯特编码及时进行编码与译码。第10章 人机接口技术2)网卡的分类网卡的分类网卡分类如下：(1)按照数据传输
30、速率，可以分为10 Mb/s网卡、100 Mb/s网卡、10/100 Mb/s自适应网卡和1000 Mb/s(千兆位)网卡。(2)按总线接口的类型，可以分为EISA、VESA、ISA、PCI和USB等类型。目前的主流产品是PCI总线接口网卡。第10章 人机接口技术3)网卡的工作原理网卡的工作原理发送数据时，计算机把传输的数据并行写到网卡的缓存中，网卡对要传输的数据进编码(10 Mb/s以太网使用曼彻斯特码，100 Mb/s以太网使用差分曼彻斯特码)，串行发到传输介质上。接收数据时，则相反。对于网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，称为MAC物理地
31、址，且保证绝对不会重复。MAC有48位，前24位由IEEE分配(需要购买)，后24位由网卡生产厂家自行分配。第10章 人机接口技术2调制解调器调制解调器(Modem)调制解调器(Modem)是调制器(Modulator)与解调器(Demodulator)的简称。所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号。所谓解调，就是把模拟信号转换成数字信号。二者合称为调制解调器。第10章 人机接口技术1)Modem的功能Modem的功能是实现模拟信号与数字信号的相互转换。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而计算机之间传输的是数字信号。所以当通过电话线把自己的计算机连入Internet时，就必须使
32、用Modem。连入Internet后，当计算机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，因此必须要用Modem来把数字信号转换成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程称为调制。当计算机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，因此计算机必须借助Modem将模拟信号转换为数字信号，这个过程称为解调。第10章 人机接口技术2)Modem的分类的分类一般来说，根据Modem的形态和安装方式，Modem大致可以分为以下四类。(1)外置式Modem。外置式Modem放置于机箱外，通过串口与主机连接。其优点是方便灵巧、易于安装，闪烁的指
33、示灯便于监视Modem的工作状况。但外置式Modem需要使用额外的电源与电缆。(2)内置式Modem。内置式Modem在安装时需要拆开机箱，并且要对中断和串口进行设置，安装较为烦琐。这种Modem要占用主板上的扩展槽，但无须额外的电源与电缆，且价格比外置式Modem要便宜一些。第10章 人机接口技术(3)插卡式Modem。插卡式Modem主要用于笔记本电脑，体积小，配合移动电话，可方便地实现移动办公。(4)机架式Modem。机架式Modem相当于把一组Modem集中于一个箱体或外壳中，并由统一的电源进行供电。机架式Modem主要用于Internet/Intranet、电信局、校园网、金融机构等
34、网络的中心机房。第10章 人机接口技术10.7 磁磁 盘盘 存存 储储 器器10.7.1 磁盘记录原理磁盘记录原理1.磁表面存储的基本原理磁表面存储的基本原理任何一个磁记录过程都可以看成是一个电磁转换的过程，这个过程是通过磁头和与其做相对运动的磁记录介质(或称为媒体)的相互作用来实现的，如图10.9所示。第10章 人机接口技术图10.9 磁记录原理示意图第10章 人机接口技术根据记录信号的不同，磁记录可分为模拟磁记录和数字磁记录两种。(1)模拟磁记录：被记录的信号是连续的模拟信号，记录介质上留下的是连续的正弦波磁化分布。(2)数字磁记录：被记录的信号是脉冲信号，记录介质上留下的是一连串等距或不
35、等距的饱和磁化翻转。这种磁记录主要要求磁化翻转快、读出可靠、重写性好等，多用于计算机外存储设备中的数字信号记录。第10章 人机接口技术2.数字磁记录编码方式数字磁记录编码方式在进行数字磁记录时，信息的写入是一个电磁转换过程。它将二进制数据按特定规律转换成相应的磁化反转，这种规律称为记录编码。记录编码对外存储设备的数据记录密度、读出可靠性和存储速度有较大的影响。主要的记录编码方式有：遇1就翻转的不归零制(NRZ1)、调频制(FM)与改进调频制(MFM)和三单元调制码等。有关编码方式的具体内容，本书不做详细讨论。第10章 人机接口技术10.7.2 硬磁盘及接口技术硬磁盘及接口技术1.硬磁盘概述硬磁
36、盘概述硬磁盘是微机(PC)系统配置中必不可少的外存，其存储容量大且存取速度高。传统的软盘驱动器中，读写磁头与盘片接触在一起，以便读写数据。在硬盘驱动器中，磁头和盘片是非接触式的。主轴驱动系统使盘片高速旋转，通常达360010 000 r/min，从而在盘片表面产生一层气垫，磁头便浮在这层气垫上。磁头与盘片间具有pm级的空隙。值得注意的是，硬盘在各项指标上都高于软盘，其技术发展也更加迅速。第10章 人机接口技术2.硬磁盘驱动器的组成结构及工作原理硬磁盘驱动器的组成结构及工作原理图10.10为硬磁盘驱动器(以下简称HDD)的组成结构示意图。它主要由磁头定位系统、主轴系统、控制及读写电路组成。第10
37、章 人机接口技术图10.10 硬盘驱动器组成结构框图第10章 人机接口技术3.硬盘控制器硬盘控制器与软盘控制器相同，硬盘控制器是HDD与CPU之间的接口。随着磁记录技术和集成电路技术的飞速发展，目前的HDD已部分包括了以前的硬盘控制器的功能。因此硬盘控制器与HDD的划分方法很多，在此不再叙述。第10章 人机接口技术无论何种分法，作为硬盘控制器，通常应该具备以下主要功能：(1)接收主机CPU的命令，并对命令进行译码，以产生相应的控制信号，控制I-IDD完成相应的操作。(2)向CPU提供命令执行结果及各种状态信息。(3)完成主机与HDD间的DMA数据传输。第10章 人机接口技术1)硬盘控制器与硬盘
38、控制器与CPU的接口的接口硬盘控制器中的I/O接口控制逻辑，实现硬盘控制器与CPU的连接及信息的传递，除地址线及数据线以外，接口中还用到了其他一些控制及状态信号线，这里不一一列出。2)硬盘控制器与硬盘控制器与HDD的接口的接口在早期的HDD产品中，硬盘控制器与HDD的接口标准采用的是ST506/412，而后又采用了ESDI、IDE、SCSI接口标准。采用ST506/412标准的产品已淘汰，而ESDI用得很少。目前普遍采用的是SCSI和IDE标准。第10章 人机接口技术目前硬盘控制器与HDD的接口标准大多采用IDE标准。IDE接口采用16位数据并行传输，工作速度快。以前的IDE接口标准只适用于容
39、量在528 MB以下的HDD。为克服这个限制，又提出了ATA-2、ATA-3.X及ATA-4.0等标准，即E-IDE(Enhanced IDE)标准。这些新标准不仅可以使IDE接口适应大容量硬盘，而且进一步提高了数据传输速度。第10章 人机接口技术10.7.3 磁盘输入磁盘输入/输出程序设计输出程序设计IBM-PC的磁盘操作系统，提供了一组磁盘存取功能，利用这组功能，我们可以方便地进行磁盘I/O程序设计。在DOS功能调用中，中断25H和26H提供了按磁盘扇区号来绝对寻址的方法。在BIOS的功能调用中，中断13H也提供按扇区号和磁道号来进行读写操作的功能。限于篇幅，此处不再赘述。第10章 人机接
40、口技术10.8 光光 存存 储储 器器光存储技术是一种通过光学的方法读写数据的存储技术，它通过激光束产生的能量，改变一个存储单元的某种特性，如反射光极化方向等，这种特性的变与不变对应于存储二进制数据0、1。检测这种存储单元性质的变化，就可以读出光盘上存储的数据。相对于利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁盘而言，用光学方式读写信息的圆盘称为光盘，以光盘为存储介质的存储器称为光盘存储器。第10章 人机接口技术1.光盘存储器的类型光盘存储器的类型(1)CD-ROM光盘。CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)，即只读型光盘，又称固定型光盘。(2)CD-R光盘。CD-R
41、光盘采用WORM(Write Only Read Many)标准，光盘(WORM)只能写入一次数据，然后任意多次读取数据，主要用于档案存储。(3)CD-RW光盘。CD-RW光盘也称可擦写光盘(E或R/W，亦即Erasable或Rewritable)，或称可重写光盘，像硬盘一样可任意读写数据，主要用于开发系统及大型信息系统中。(4)DVD-ROM光盘。DVD代表通用数字光盘(Digital Versatile Disc)，简称高容量CD。第10章 人机接口技术2.光盘存储器的组成光盘存储器的组成光盘存储器由光盘控制器、光盘驱动器及接口组成。光盘控制器主要包括数据输入缓冲器、记录格式器、编码器、读
42、出格式器、数据输出缓冲器等部分。光盘驱动器主要包括主轴电机驱动机构、定位机构、光头装置及电路等。其中光头装置部分最复杂，是驱动器的关键部分。第10章 人机接口技术3.CD-R光盘的读写原理光盘的读写原理CD-R光盘的写入是利用聚焦成1 mm左右的激光束的热能，使记录介质表面的形状发生永久性变化而完成的，所以只能写入一次，不能擦除和改写。4.CD-RW光盘的读写原理光盘的读写原理CD-RW光盘是利用激光照射引起记录介质的可逆性物理变化来进行读写的，光盘上有一个相位变化刻录层，所以CD-RW光盘又称为相变光盘。第10章 人机接口技术可写的CD-R、CD-RW的母盘灌制过程大致是相同的，它们也都是采
43、用激光刻片机蚀刻玻璃基板。不过因为没有存放数据，对玻璃基板不作凹槽的蚀刻，而只是利用程序的精密控制来刻出螺旋状轨迹。模具制造完成后再用聚碳酸酯生产塑胶基片，喷上铝或钛的反射涂层；为了实现数据写入，CD-R和CD-RW盘片还必须再喷涂上一层对激光敏感的化学物质，当在CD-R和CD-RW上刻写数据时，高强度的激光会令这些物质发生物理变形或化学变性，产生许多存储数据的凹痕或突起，以此实现数据的写入。第10章 人机接口技术5.主要技术指标从多媒体计算机来讲，配置可以读出激光唱盘和激光视盘的CD-ROM驱动器是首当其冲的任务。针对光盘及其驱动器的选择，这里给出它们的主要技术指标。(1)尺寸。(2)存储容
44、量。(3)数据传输速率。(4)缓冲器的大小。(5)平均存取时间。第10章 人机接口技术(6)接口类型。目前，光盘驱动器的接口常用的有如下两种类型。ATAPI(AT Attachment Packet Interface)标准。这是光盘驱动器的一种接口标准。它是从对磁盘驱动器接口总线的改进而得来的。目前，有一部分光盘驱动器采用这种接口。IDE(Integrated Drive Electronics Interface)标准。IDE是光驱使用最多的接口标准。目前微机主板使用增强型IDE，即E-IDE。使光盘驱动器的连接更方便。第10章 人机接口技术(7)支持软件。(8)其他。第10章 人机接口技术习习 题题 10 10.1 简述人机接口计数的概念和功能。人机交互设备的分类有哪些？10.2 简述显卡的工作原理。10.3 简述网卡与调制解调器的工作原理。10.4 目前用于硬盘或光盘驱动器的接口总线有哪几种?10.5 简述硬磁盘驱动器的组成结构及硬盘控制器的功能。第10章 人机接口技术10.6 光盘驱动器的主要技术指标有哪些?10.7 试说明CD-ROM光盘驱动器的组成和CD的读写原理。
