1.1.3 微型计算机接口

微型计算机（Micro Computer）简称微机，又称为个人计算机（Personal Computer,PC）。目前家庭、办公所用的计算机多为微型计算机，这类计算机除了符合计算机的硬件组成特征外，还具有一些自身的特点，本节介绍它与外界进行数据交换的相关设备。

1.微机接口概述

接口是CPU与I/O设备的桥梁，起着信息转换和匹配的作用，也就是说，接口电路是处理CPU与外部设备之间数据交换的缓冲器。接口电路通过总线与CPU相连。由于CPU同外部设备的工作方式、工作速度、信号类型等都不同，所以必须通过接口电路的变换使两者匹配起来。

（1）接口的作用

原始数据或源程序要通过接口从输入设备进入微机，而运算结果也要通过接口向输出设备送出去，控制命令也是通过接口发出去的——这些来往的信息都通过接口进行交换与传递。用户从键盘输入的信息只有通过微机的处理才能显示或打印。只有通过接口电路，硬盘才可以极大地扩充微机的存储空间。

接口电路的作用，就是将微机以外的信息转换成与微机匹配的信息，使信息能够被有效地传递和处理。

由于微机的应用越来越广泛，要求与微机接口的外围设备越来越多，信息的类型也越来越复杂。微机接口本身已不是一些逻辑电路的简单组合，而是采用硬件与软件相结合的方法，因此接口技术是硬件和软件的综合技术。

（2）总线

总线是连接计算机CPU、主存储器、辅助存储器、各种输入输出设备的一组物理信号线及相关控制电路，是计算机中各部件传输信息的公共通道。

微型计算机系统大多采用总线结构，这种结构的特点是采用一组公共的信号线作为微机各部件之间的通信线。

外部设备和存储器都是通过各自的接口电路连接到微机系统总线上的。因此，用户可以根据需要，配置相应的接口电路，将不同的外部设备连接到系统总线上，从而构成不同用途、不同规模的系统。

微机系统的总线大致可分为以下几种。

① 地址总线（Address Bus,AB）。微机用来传送地址的信号线，其数目决定了直接寻址的范围。例如，16根地址线可以构成216=65536个地址，可直接寻址64KB地址空间；24根地址线则可直接寻址16MB地址空间。

② 数据总线（Data Bus,DB）。微机用来传送数据和代码的总线，一般为双向信号线，可以进行两个方向的数据传送。

数据总线可以从CPU送到内存或其他部件，也可以从内存或其他部件送到CPU。通常，数据总线的位数与微机的字长相等。例如，32位的CPU芯片，其数据总线也是32位。

（3）控制总线（Control Bus）

控制总线（CB）用来传送控制器发出的各种控制信号。其中包括用来实现命令、状态传送、中断请求、直接对存储器存取的控制，以及供系统使用的时钟和复位信号等。

当前微型计算机系统普遍采用总线结构的连接方式，各部分以同一形式排列在总线上，结构简单，易于扩充。微型计算机的总线结构如图1-19所示。

2.标准接口

操作系统一般都可识别标准接口，插入有关的外部设备，马上就可以使用，真正做到了“即插即用”。微机中的标准接口一般包括键盘与显示器接口、并行接口、串行接口、PS/2接口和USB接口等。

（1）键盘与显示器接口

在微型计算机系统中，键盘和显示器是必不可少的输入输出设备，因此在微机主板上提供了键盘与显示器的标准接口。

（2）并行接口

由于现在大多微机系统均以并行方式处理数据，所以并行接口也是最常用的接口电路。将一个字符的n个数位用n条线同时传输的机制称为并行通信。例如一次同时传送8位、16位或32位数据，实现并行通信的接口就是并行接口。在实际应用中，凡在CPU与外设之间需要两位以上信息传送时，就要采用并行接口，例如打印机接口、A/D（Analog To Digit）与D/A（Digit To Analog）转换器接口、开关量接口、控制设备接口等。

并行接口具有传输速度快、效率高等优点，适用于数据传输率要求较高而传输距离较近的场合。

（3）串行接口

许多I/O设备与CPU之间，或计算机与计算机之间的信息交换，是通过一对导线或通信通道来传送的。这时，每一次只传送一位信息，每一位都占据一个规定长度的时间间隔，这种数据一位一位按顺序传送的通信方式称为串行通信，实现串行通信的接口就是串行接口。

与并行通信相比，串行通信具有传输线少、成本低的优点，特别适合于远距离传送，但缺点是速度慢，若并行传送n位数据需要时间t，则串行传送需要的时间至少为nt。

串行通信之所以被广泛采用，其中一个主要原因是可以使用现有的电话网进行信息传送，即配置一部调制解调器，远程通信就可以在电话线上进行。这不但降低了通信成本，而且免除了架设线路等繁杂工作。

微机主板上提供了 COM1和 COM2两个现成的串行接口。早期的鼠标、显示终端就连接在这种串行口上，而目前流行的PS/2鼠标连接在主板的PS/2接口上。

（4）USB接口

通用串行总线（USB）是一种新型接口标准。随着计算机应用的发展，外设越来越多，使得计算机本身所带的接口不够使用。USB 可以简单地解决这一问题，计算机只需通过一个USB 接口，即可串接多种外设（如数码相机、扫描仪等）。用户现在经常使用的 U 盘（或称USB闪存盘）就是连接在USB接口上的。

3.扩展接口

操作系统一般不能识别扩展接口，需要安装相应的驱动程序。若是同一种外部设备，在不同的操作系统中有时需要安装不同的驱动程序，该设备才能正常工作。微机中的扩展槽接口一般有显示卡、声卡、网卡、Modem卡、视频卡、多功能卡等。

主板（见图1-20）又称为母版，是固定在主机箱内的一块密集度较高的集成电路板，是计算机的核心部件，用于控制整个计算机的运行。在主板上一般有多个扩充插槽，主要包括 CPU插座、内存插槽、显卡插槽、总线扩展插槽以及各种串行和并行接口等，用于插入适配器（也称各种接口板）。适配器是为了驱动某种外设而设计的控制电路，通常插在主板的扩展槽内，通过总线与CPU相连。

① 显示接口卡（见图1-21）。又称显示适配器，显示器配置卡，简称为显卡，用于连接显示器。

② 存储器扩充卡。用于扩充微机的存储容量。

③ 串行通信适配器。用于连接与计算机通信有关的设备，如绘图仪等。

④ 多功能卡。为了简化系统接口，多功能卡是将多种功能的电路集成在一块电路板上的复合插卡。多功能卡的品种很多，现在微机上流行的多功能卡可以将软盘适配器电路，硬盘适配器电路，并行打印接口，串行通信接口COM1和COM2，以及游戏接口这五大电路集成为一个接口，称为“超级多功能卡”。

⑤ 其他卡。如声卡、Modem卡、网卡、视频卡等。

4.计算机外设简介

（1）键盘

键盘是计算机最常用的输入设备之一，其作用是向计算机输入命令、数据和程序。键盘由一组按阵列方式排列的按键开关组成，按下一个键，相当于接通一个开关电路，将该键的位置码通过接口电路送入计算机。

键盘根据按键的触点结构分为机械触点式键盘、电容式键盘和薄膜式键盘3种。键盘由导电橡胶和电路板的触点组成。

机械键盘的工作原理是：按键按下时，导电橡胶与触点接触，开关接通；按键松开时，导电橡胶与触点分开，开关断开。

目前，计算机上使用的键盘都是标准键盘（101键、103键等），键盘分为4个区：功能键区、标准打字键区、数字键区和编辑键区，如图1-22所示。

① 标准打字键区。通常，主键盘与英文打字机的键盘相似，包括字母键、数字键、符号键和控制键等。

● 字母键：印有对应的某一英文字母，有大小写之分。

● 数字键：下档字符为数字，上档字符为符号。

● “Shift”键：换挡键（上档键），用来选择某键的上档字符或改变大小写。操作方法是：先按住“Shift”键不放再按具有上下档符号的键，则输入该键的上档字符，否则输入该键的下档字符；按住“Shift”键不放再按字母键时，输入与当前大小写状态相反的字母。

● “CapsLock”键：大小写字母锁定键。若原输入的字母为小写（或大写），按一下此键后，再次输入的字母即为大写（或小写）。此键与数字键区上面的CapsLock指示灯相关联，灯亮为大写状态，灯灭为小写状态。

● “Enter”：回车键，按此键表示结束一命令行。每输入完一行程序、数据或一条命令，均需按此键通知计算机。

● “Backspace”键：退格键。按下此键，可删除光标左边的字符。

● “Space”键：空格键，每按一次产生一个空格。

● “PrtSc”（或Printscreen）键：屏幕复制键。利用此键可以实现将屏幕上的内容在打印机上输出。方法为：打开打印机电源并将其与主机相连，再按此键即可。

● “Ctrl”和“Alt”键：功能键。一般需要和其他键搭配使用才能起到特殊作用。

● “Esc”键：功能键，一般用于退出某一环境或废除错误操作，在各个软件应用中，都有特殊作用。

● “Pause”/“Break”键：暂停键。一般用于暂停某项操作，或中断命令、程序的运行（一般与“Ctrl”键配合使用）等。

② 数字键区。小键盘上的10个键都印有上档字符（数字0～9及小数点）和相应的下档字符（Ins、End、↓、PgDn、←、→、Home、↑、PgUp、Del）。上档字符全为数码，下档字符用于控制全屏幕编辑时的光标移动。

小键盘上的数码键相对集中，方便用户大量输入数字。“NumLock”键是数字小键盘锁定键，当NumLock指示灯亮时，上档字符即数字字符起作用；当指示灯灭时，光标控制字符键起作用。

③ 功能键区。功能键一般设置成常用命令的快捷键，即按某个键就是执行某条命令或完成某个功能，如Windows操作系统中按下“F1”键可启用帮助功能。在不同的应用软件中，相同的功能键往往具有不同的功能。

④ 编辑键区。主要用于控制光标的移动及翻页，功能与数字键区的光标控制功能相同。此外，此区还有两个键：“Insert”键用于切换键盘的插入/改写状态；“Delete”键用于删除光标右边的字符。

注意

“Backspace”键删除的是光标左边的字符。

（2）鼠标

鼠标是一种输入设备。由于其使用方便，几乎取得了和键盘同等重要的地位。常见的鼠标有机械式和光电式两种。

机械式鼠标底部有一个小球，当手持鼠标在桌面上移动时，小球也相对转动，通过检测小球在两个垂直方向上移动的距离，并将其转换为数字量送入计算机进行处理。在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。然后将光电鼠标底部表面反射回的部分光线，经过一组光学透镜传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行处理，通过分析图像上特征点位置的变化，来判断鼠标移动的方向和距离，从而完成光标的定位。机械式鼠标的移动精度一般不如光电式鼠标。

鼠标有3个按键或2个按键，各按键的功能可以由所使用的软件来定义，在不同的软件中使用鼠标，其按键的作用可能不相同。一般情况下最左边的按键定义为拾取。使用时，通常先移动鼠标，使屏幕上的指针移动至某一位置上，然后再通过鼠标上的按键来确定所选项目或完成指定的功能。

（3）打印机

打印机是计算机系统重要的文字和图形输出设备，使用打印机可以将需要的文字或图形从计算机中输出，显示在各种纸张上。打印机是电子计算机系统最基本的输出形式，是独立于系统本身而存在的。相对电子计算机的历史，打印机及印刷技术的历史要悠久得多。据有关资料介绍，世界上第一台真正意义上的带活动机械的打印机是John Gutenberg于1463年发明的。

打印机的种类很多，目前常见的有点阵击打式和点阵非击打式两种。击打式常见的有针式打印机（见图1-23），它由打印头、字车机构、色带机构、输纸机构和控制电路组成，打印头由若干根钢针构成，通过它们击打色带，从而在同步旋转的打印纸上打印出点阵字符。在汉字的输入中一般用24针打印机。

非击打式又分为喷墨打印机（见图1-24）和激光打印机（见图1-25）。喷墨式打印机通过向打印机的相应位置喷射墨水点来实现图像和文字的输出。其特点是噪声低、速度快。激光打印机则利用电子成像技术进行打印。当调制激光束在硒鼓下沿轴向进行扫描时，按点阵组字的原理使鼓面感光，构成负电荷阴影。当鼓面经过带正电荷的墨粉时，感光部分就吸附上墨粉，然后将墨粉转印到纸上，纸上的墨粉经加热熔化形成永久性的字符和图形。其特点是速度快、无噪声、分辨率高。喷墨式打印机和激光打印机的输出质量都比较高。

（4）扫描仪

扫描仪（见图1-26）是计算机的图像输入设备，可以利用光学扫描原理从纸介质上“读出”照片、文字或图形，把信息送入计算机进行分析处理。随着性能的不断提高和价格的大幅度降低，其被越来越多地应用于广告设计、出版印刷、网页设计等领域。按感光模式，扫描仪可分为滚筒式扫描仪（CIS）和平板扫描仪（CCD）。

平板式扫描仪的工作原理是：将原图放置在一块很干净的有机玻璃板上，原图不动，而光源系统通过传动机构水平移动，发射出的光线照射在原图上，再经过反射或透射，由接收系统接收并生成模拟信号，通过模数转换器（ADC）转换成数字信号后，直接传送至计算机，由计算机进行相应的处理，完成扫描过程。

（5）Modem

Modem是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（见图1-27），也有人根据Modem的谐音，将之亲昵地称为“猫”。Modem由发送、接收、控制、接口、操控面板及电源等部分组成。数据终端设备以二进制串行信号形式提供发送的数据，经接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，经调制电路调制成线路要求的信号后向线路发送。接收部分接收来自线路的信号，经滤波、解调、电平转换后还原成数字信号送入终端设备。由于计算机内的信息是由“0”和“1”组成的数字信号，而电话线只能传递模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线进行数据传输时，就需要一个设备来负责数模的转换，这个数模转换器就是Modem。

Modem根据外形和安装方式可分为4种，即外置式Modem、内置式Modem、PCMCIA插卡式Modem和机架式Modem。

（6）其他输入设备

常见的其他输入设备还有光笔、条形码读入器、麦克风、数码相机、触摸屏等。

① 光笔。光笔是专门用来在屏幕上作图的输入设备，配合相应的硬件和软件可以实现在屏幕上作图、改图及图形放大等操作。

② 条形码读入器。条形码是一种用线条和线条间的间隔按一定规则表示数据的条形符号。条形码读入器具有准确、可靠、实用、输入速度快等优点，广泛用于商场、银行、医院等单位。

③ 麦克风。利用麦克风可以进行语音输入，利用麦克风和声卡还可以进行录音、网上交流等工作。

④ 数码相机。数码相机是一种无胶片相机，是集光、电、机于一体的电子产品。数码相机集成了影像信息的转换、存储、传输等部件，具有数字化存储功能，能够与计算机进行数字信息的交互处理。

⑤ 触摸屏。触摸屏是一种快速实现人机对话的工具，分为电容式、电阻式和红外式3种。其基本原理是在荧光屏前安装一块特殊的玻璃屏，其反面涂有特殊材料，当手指触摸屏幕时，引起触点正、反面间电容或电阻值发生变化，再由控制器将这种变化翻译成（x,y）坐标值，送到计算机中。