计算机的外围设备简介

外围设备介绍

计算机的外围设备（简称外设）虽然很多，但按功能分大类只有四类：输入、输出、存储、网络通讯。有些专业计算机需要的外围设备也不尽相同，并不都需要这四类外围设备。外围设备可以按需要组装，有些专业计算机甚至可以将存储设备和主芯片集成到一片芯片上，从而不再需要外加存储设备。

最早的计算机（那时还只能称为计算器，只能做简单运算，如ABC机和ENIAC机）输入只是一些拨码开关，只能输入数字（还得是二进制的），那时的输出也只能用一些指示灯或者纸带打孔（输出同样是二进制的），那时候可能只有磁带和寄存器式内存做存储器，还没有网络设备。再往后能用数字表示各种字符和逻辑的计算机出现了，输入改进成了键盘，能手动输入各种字符，这时输出也可以用LED灯和打印机，磁带扩展成了磁盘。再往后能有图形显示器（CRT式小电视）显示图形界面了，输入方式又增加了鼠标。

现在，符合计算机输入输出概念的输入输出设备早已不胜枚举，比如各种各样的传感器都属于输入设备；各种显示屏，打印机，喇叭马达等都属于输出设备；存储设备也很丰富，有内存有磁盘有闪存等；网络设备也有网卡（有线光纤），无线路由（WIFI），无线蜂窝网络（2G/3G/4G），蓝牙（Bluetooth，简称BT），收音机（FM），红外等等。

只要能将数据或信息传递给计算机的，从计算机的角度就可称为输入设备。

只要能将计算机里的数据或信息以人能识别的形式表示出来，就可称为输出设备，当前能输出被人识别的形式只有三种：图形图像、声音、传动控制等。人的五官感觉中只有味觉和嗅觉无法用计算机输出了。

能在某种特定条件下稳定保存能被计算机识别的数据，就属于存储器一类。

能使人类之间互相通讯的电子设备，就是网络通讯设备。

这四类设备都有大量独到的细节，各类设备都能构成一门庞大的子学科，都有很多专业的大公司在为之勤奋的工作。本章不详细介绍各种设备的工作原理，下面简单介绍一下各种设备。

输入设备有那些

传统的输入设备有鼠标键盘，新型的有触摸屏，手势识别，语音识别等。相比于鼠标键盘等传统输入设备，各种新型传感器就有趣多了，比如加速度传感器，重力传感器，烟雾传感器，红外传感器等等。摄像头和麦克风也都是Sense中的一种，摄像头能输入图像，麦克风能输入语音，如同人的眼镜和耳朵，非常有趣。

近年来，得到飞速发展的正是这些五花八门的传感器，使得计算机越来越智能，越来越不那么依赖人工输入或干预。只要既定程序编写好，计算机就可以通过这些传感器对外界的变化做出各种既定的反应，传感器越多，程序逻辑越多，计算机可以做出的反应就越多、越复杂。

当然每种输入设备的物理原理、材料科学和具体产品的大量生产都有大量细节，而且新设备层出不穷，发展更新迭代很快，具体设备需要具体讨论，其原理不能一概而论。

输出设备有那些

计算机的输出设备的种类细数起来也不算少，可是目前可以输出的形式只有三类：图形图像，声音，传动控制等。指示灯、显示器、打印机、绘图仪属于图形图像输出设备；蜂鸣器、喇叭属于声音输出设备；马达和其他可被控制的机电类机械手臂属于传动控制类输出设备。每种计算机可输出的形式都发展出了一门庞大复杂的科学，比如图形图像领域，从硬件的GPU/LCD到开源的OpenGL或微软的DirectX（有兴趣往图形处理软件发展的读者请参看《OpenGL编程指南》——OpenGL红宝书）再到上层应用的平面和3D设计等，范畴很大。再比如马达控制领域，从无刷电机到步进电机，属于偏机械自动化方向，涉及知识面更为广阔。

存储设备有那些

前文提过，存储设备首先要分（Random Access Memory）和 ROM（Read Only Memory）两类。前文提过：严格来说，RAM是可以对每个存储单元随意读写0或读写1的存储器，这种可以随意读写0或1就是存储器领域狭义的自由读写，除此之外，任何不能对每个存储单元随意读写0或读写1的存储器都要归类到ROM。

每一类都有多种设备和多种技术标准规范，相应的细节很多，内部控制结构和控制时序也往往有大量的技术细节，这里先简单列举下两类存储器。

RAM：RAM引申为内存，可由微处理器自由读写，掉电即丢失数据。最早出现的是SRAM，用6个晶体管搭成1bit SRAM，中文翻译名叫静态内存；其次出现了SDRAM，中文翻译名叫同步动态内存，有时钟做同步，基于电容效应做内存，电容中电子数量会衰减，所以内存中的数据需要周期性动态刷新以保持存储数据的稳定；SDRAM后依次发展出DDR，LPDDR1，DDR2，LPDDR2，DDR3等。每种RAM的具体特性或大概的原理在搜索网站上都可以搜索到很多信息，从具体芯片的数据手册上可以得到相关的使用方法细节和详细参数，而RAM的具体的设计与制造细节就只能找英文专业书和学术论文来看了。

ROM：ROM引申为掉电保持数据存储器，不可由微处理器自由读或自由写，不能随意读写0或1。目前大量使用磁盘做大容量掉电保存存储器，还有各种闪存（英文叫Flash，Flash里又有细分种类），还有一种固定的掩膜（可以想象成一张存储网格有大量横竖交叉点，每个横竖网交叉点都是存储单元，这些交叉点全部被固定为某个电平，永不可修改）。掩膜成本很低，做固化程序后只能读，不能写。Flash的前身——EEPROM仍有广阔使用，较早发明的一种EEPROM不可电擦写，只能紫外线擦，Flash可用电进行擦写，但每次擦写都有最小单位限制，一擦写就是一大块空间。磁盘在擦写特性上和Flash类似，有最小单位限制，相比Flash成本低，速度慢。

每种存储器的内部都有海量的细节，本章只做笼统的介绍。

网络通讯简介

计算机的网络通讯也是一门庞大的学科，从最早的理论上七层网络协议，到实际占业界主导权的TCP/IP协议，都为计算机网络奠定了理论基础。目前有关的世界标准的网络协议及相关的技术细节之多不亚于微处理器内部的细节。全世界有无数的路由器交换机在日夜不停的按这些协议分发着网络的数据包，这些都默默的隐秘在后方，不用用户操心。目前，除了接双绞网线的有线网口，还有WIFI，3G/4G，BT等多种无线通讯在不同的应用场景下为计算机提供着网络服务。网络通讯领域有很多大公司在努力耕耘，比如华为，思科，高通等。

此领域的专业书籍非常多，每种协议及相关著作都不可胜数，推荐有兴趣的读者去China-pub或亚马逊网站上寻找。