2.4.3 主要输入输出设备

微机中可用的输入输出设备种类很多，限于篇幅，这里只简单介绍最常见的几种及其工作原理。

1．硬盘

RAM, ROM属于内存，有时也称做主存储器。在计算机运行时，内存中，尤其是RAM中存放着正在运行的程序以及需要处理的数据；但RAM中的内容在电源关闭后将会消失。因此内存不能用来长久保存程序和数据，只是运行中的程序的“栖息地”，程序运行结束后即退出内存，回收其所占内存供其他程序运行使用。

现代计算机中除内存外，还常常配备辅助存储设备（包括硬盘、光盘、U盘、软盘、磁带等），用来长久保存数据，其中存储的数据或程序不会随着电源的关闭而消失。这些存储器也被称为外存储器（简称外存）。需要说明的是，外存属于现代计算机五大部件中外部设备的范畴，并不属于存储器的范畴。存放在外存中的程序和数据必须首先从外存装入到内存中，才可以得到运行和处理。

外存的种类有很多，不同外存的存储原理、介质、速度和容量不尽相同，这里仅有选择性地简单介绍。

我们通常所说的硬盘实际上由两个部分组成：一部分是硬盘的盘片；另一部分是控制硬盘读写的硬盘驱动器。不过，硬盘盘片封装在硬驱中，从外观上看，两者是一体的。和软盘不同，硬盘一般由多个圆形的镁铝合金盘片组成，每个盘片表面都覆有磁性材料，用以记录数据。硬盘的所有盘片通过主轴连接在一起，工作时所有盘片沿着主轴高速旋转。每个盘片的表面都有一个读写磁头，可在驱动电路的控制下沿着磁盘表面径向移动，读写数据。图2-19是硬盘工作原理的示意图。

硬盘中，每个盘片以主轴中心为圆心，被均匀地划分为若干个半径不等的同心圆，称为磁道。不同盘片的表面上，半径相同的磁道在垂直方向构成同心圆柱，称为柱面。盘片表面的磁道又被等分成若干弧形扇区。各种数据被记录在这些扇区上，每个扇区都可以记录固定字节的数量。

硬盘盘片的大小经历了一个发展的过程：早期直径较大，为5.25英寸；目前常见的直径为3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸等。随着技术的进步，硬盘的存储容量也越来越大，价格越来越便宜，目前微机配置的硬盘容量一般都有数百GB，甚至更多。

硬盘在使用前应进行低级格式化、分区和高级格式化的操作，建立起磁道、扇区等数据记录的区域。硬盘在出厂前通常已做过低级格式化，用户在第一次使用前需做分区和高级格式化操作。对已经存有数据的硬盘进行分区和格式化操作应慎重，因为这些操作将会导致硬盘中原有数据的丢失。

2．光盘

光盘也是一种常见的数据存储介质。它的优点是存储容量相对较大，盘片成本低廉，读取速度相对较快，盘片和光盘驱动器分离，因而便于携带；缺点是只能读出，不能随时写入。因此光盘常用做电子出版物、商业软件、多媒体资料的发行介质。

从工作原理上看，光盘存储系统由光盘盘片和光盘驱动器两个部分组成。各种数据记录在光盘盘片上，但这些数据需要通过光驱才能被计算机读出并进行处理。目前光驱已成为微机的基本配置，每台微机都会配置光驱。

在光盘上记录数据要通过激光烧录的方式进行。在光盘的基板上涂有一层有机染料，当光盘进行烧录时，激光在该染料层上烧录出一个接一个的“坑”，这样有“坑”和没有“坑”的状态就分别形成了“0”和“1”的信号。在利用光驱读取数据时，用激光去照射旋转着的光盘，从有“坑”和没有“坑”的地方得到的反射光的强弱是不同的，光驱据此判别是“0”还是“1”。因此光盘是利用光信号记录数据的。

一般而言，光盘是只读的，原因在于烧录在光盘上的“坑”是不能恢复的；也就是说，当“坑”烧成后将永久性地保持现状。在光盘上烧录数据需要使用特殊的光盘刻录机，不能利用光盘驱动器向光盘写入数据。目前光盘可被分为CD-ROM和DVD-ROM两类，两者记录数据的原理是相同的，但记录数据的容量不同：一张CD-ROM光盘通常可以存储650 MB的数据；而一张DVD-ROM则可以记录4.7 GB的数据。在CD-ROM, DVD-ROM上记录和读取数据的激光束的特性是不同的，因此光驱也是不同的。

光驱读取光盘的速度通常用倍速来衡量，但倍速的含义对于CD-ROM和DVD-ROM是不同的：对于CD-ROM而言，单倍速光驱的读出速度是150 KB/s，因此X倍速的光驱的读出速度是150X KB/s；对于DVD-ROM而言，单倍速光驱DVD光驱的读出速度约为1350 KB/s，因此X倍速光驱的读出速度是1350X KB/s。随着技术的进步，光驱的读出速度越来越快，CD-ROM光驱读出速度已经超过50倍速，DVD-ROM光驱的读出速度也达到16倍速。

只读光盘不能满足计算机用户存储数据的需要，目前市场上也有允许用户写入的光盘。但同软盘、硬盘等存储设备相比较而言，可记录光盘的写入是受限的，只能通过专门的光盘刻录机来刻录数据。目前可记录光盘的类型主要有CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM等。其中，CD-R, DVD-R, DVD+R是一次可写型光盘（也就是说，不能用来反复刻录数据）；而CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM是可多次刻录数据的可擦写光盘。DVD-R, DVD-RW同DVD+R, DVD+RW的区别在于使用了不同的格式标准。

由于光盘的读出和刻录需要使用不同的设备，给用户造成不便，目前市场上出现了一种称为Combo的集成光盘设备，可以进行CD-ROM和DVD-ROM的读取，也可以完成对CD-R以及CD-RW的刻录。

3.U盘

U盘虽然也被称做“盘”，但其外形并非是盘片形。U盘是目前最方便携带的移动存储设备，已经完全取代了软盘的作用（软盘基本上被淘汰）。

U盘不是利用光磁介质存储数据的设备，其存储数据的介质是半导体芯片。采用半导体存储介质，可以把U盘做得很小，便于携带。与硬盘等存储设备不同，U盘没有机械结构，不怕碰撞，也没有机械噪声；与其他存储设备相比，U盘的耗电量很小，读写速度也非常快。

如果打开U盘，就会发现它的内部组成并不复杂，即在一块较小的印刷电路板上安插着两种芯片：一种是USB接口控制芯片；另一种是闪存存储芯片，数据就记录在闪存存储芯片中。图2-20展示了U盘的内部结构，其中可以看到USB接口控制芯片。

目前常见的U盘按照容量可分为128 MB,256 MB,512 MB,1 GB,2 GB,4 GB和8 GB等不同的类型。

4．键盘

键盘是计算机最基本的输入设备。用户经由键盘可以将各种程序和数据输入计算机。尽管键盘有多种，但基本大同小异，目前通用的大约有101～105个按键，如图2-21所示。每个按键上都标明了通过该键可以输入的字符或该键代表的功能。

键盘上的按键通常分成打字键盘区、功能键盘区、数字小键盘区和屏幕编辑键盘区四个区域：打字键盘区是其中最大的一个区域，也是最常用的一个区域，字母、数字以及一些常用的符号都通过该区域的按键进行输入。功能键区位于键盘的上方，按键上标有F1, F2, …, F12等字样，功能由具体的软件定义。在不同的软件中，按同一个功能键所完成的功能可能不同，但是大多数软件都将F1键的功能定义为获取帮助。数字小键盘区是一组数字键快速输入的区域。位于这个区域的按键同时有输入数字和屏幕编辑两种作用。屏幕编辑键盘区包括光标移动键、翻页键，主要用于在文字处理中移动光标位置和编辑、修改正在处理的文本。

在整个键盘中，下列按键的功能需要特殊说明：

（1）Shift键（也称上档键）。按下此键，同时按下打字键盘区中标有两个符号的按键时，将键入标在按键上方的符号；或者按下此键，同时按下打字键盘区中的字母键，将改变输入字母的大小写。

（2）Caps Lock键（也称大写锁定键）。这是一个开关键。按下此键，位于键盘上方的Caps Lock指示灯会变亮；此时再按打字键盘区的字母键，输入的为大写字母。在指示灯亮的状态下，按此键，指示灯变暗；此时再按打字键盘区的字母键，输入的为小写字母。使用此键可以完成字母大小写输入状态之间的切换。

（3）Ctrl键（也称控制键）。此键需要与键盘上的其他按键配合使用，具体完成的功能与软件有关。使用时，首先按住该键，然后再按其他的按键。例如，在Microsoft Word软件中，按住此键再按S键，就可以对当前正在编辑的文件进行保存。

（4）Alt键（也称换档键）。此键与Ctrl键类似，也需与键盘上的其他按键配合使用。例如，在Windows操作系统中，按住此键同时再按制表键（Tab），就可以在当前处在运行状态的软件界面之间进行切换。

（5）Enter键（也称回车键）。在输入文本时，按下此键表示结束当前行并开始新的一行。在许多软件中也用于表示命令或对话的结束。

（6）Backspace键（也称回格键）。按下此键，表示光标回退一格，同时原来位于光标左侧的字符被删除。

（7）空格键，即键盘最下方没有任何标记的长键。此键用于输入空白字符。

（8）Tab键。此键的作用通常是把光标移动到下一个制表位，常用于制作需对齐效果的多列文字表格。

（9）Esc键（也称退出键）。此键常被软件定义为取消某种操作。

（10）←, →, ↓, ↑键，位于屏幕编辑键区和数字小键盘区，分别用于将光标向左、右移动一个字符的位置以及向下、上移动一行。

（11）Home, End, PgUp, PgDn键，位于屏幕编辑键区和数字小键盘区，分别用于将光标移动至行首、行尾以及上移、下移一屏。

（12）Del或Delete键（也称删除键），位于屏幕编辑键区和数字小键盘区，用于删除光标所在位置的字符。

（13）Ins或Insert键（也称插入键），位于屏幕编辑键区和数字小键盘区，通常用于编辑文字时在插入状态和改写状态之间进行切换。

（14）Num Lock键（也称数码锁定键），位于数字小键盘区上方。同Caps Lock键类似，这是一个开关键。按下此键，键盘上方的Num Lock指示灯变亮，此时数字小键盘用来输入数字；再按此键，指示灯变暗，此时数字小键盘用来进行屏幕编辑。

为了熟练使用键盘，提高工作效率，通常需要进行专门的指法训练。

5．鼠标

鼠标也是微机目前必备的输入设备。在操作图形用户界面时，鼠标拥有键盘所不能替代的便捷性。鼠标是一种指点设备，通常有两三个按键，可以很方便地用来在显示器上定位。用户在桌面上用手移动鼠标，在屏幕上会表现为光标的同步移动。用户经常用这样的手段把光标移动到屏幕上的特定位置，并进行相应的操作。鼠标的常见操作包括移动、单击、双击以及拖动：移动鼠标指用手在桌面上移动鼠标；单击鼠标指按动鼠标按键一次；双击指快速连续按动鼠标按键两次；拖动鼠标指按住鼠标按键并移动鼠标。目前双键鼠标上的左、右两键之间也常装有一个滚轮，用于浏览屏幕内容的滚动。

根据原理的不同，鼠标可分为光学鼠标、机械鼠标和光学机械鼠标。为了避免鼠标线缆给鼠标使用带来的不便，目前市场上也有不少使用无线连接技术的无线鼠标可供用户选择使用。

6．显示器

显示器是微机最基本的输出设备，也是微机的必备设备。用户可以通过显示器所显示的信息，了解自己的工作状况、程序的运行状况以及运行结果。根据显示原理的不同，显示器主要分为阴极射线管显示器和液晶显示器，其中液晶显示器体积小，重量轻，厚度薄，功耗低，电磁辐射小，不闪烁，长期使用对眼睛的损害比阴极射线管显示器小。目前液晶显示器正逐渐取代阴极射线管显示器，成为微机的标准配置。

显示器上最基本的显示单位一般称为像素。无论液晶显示器，还是阴极射线管显示器，所显示的每帧图片都是由若干像素组成的阵列形成的。分辨率是评价显示器性能的一个常用指标，指的是显示屏在水平和垂直方向上可以显示的最大像素数。例如，某显示器的分辨率是1024×768，含义是该显示器可在垂直方向上显示1024个像素，在水平方向上显示768个像素。通常分辨率越高，显示屏可以显示的内容越丰富，图像也越清晰。目前的显示器一般都能支持800×600,1024×768,1280×1024等规格的显示分辨率。显示器的另一个技术指标是点距，指的是显示屏上两个相邻像素之间的距离。点距越小，图像越清晰，细节越清楚。常见的点距有0.21 mm、0.25 mm和0.28 mm等，目前市场上常用的是0.28 mm点距的显示器。

7．打印机

打印机也是一种常见的输出设备。根据打印原理的不同，一般可将打印机区分为击打式打印机和非击打式打印机：击打式打印机靠机械动作实现印字功能，打印速度慢，噪声大但成本低，常见的如点阵式打印机目前已不多见。非击打式打印机靠电、磁或光学作用实现印字功能，没有机械动作，分辨率高，噪声小但成本高。目前常见的打印机均属于非击打式打印机，包括喷墨和激光打印机。

打印机的打印质量通常用打印分辨率来衡量。打印分辨率指的是在每英寸范围内可以打印的点数，单位是dpi。例如，某打印机的分辨率是9600 dpi，含义是该打印机在每英寸范围内可以打印9600个点。一般而言，分辨率越高，打印效果越好。打印机的打印速度常用每分钟打印的页数衡量，单位是ppm。由于每页的打印量并不完全一样，所以这个数字不一定准确，只是一个平均数字。例如，某打印机的打印速度为25 ppm，含义是该打印机每分钟可以打印25页。