主题 3 · 硬件
输入设备、输出设备与传感器
常见输入输出设备的工作原理，以及如何为任务选择合适的传感器。
第 2 课，共 4 课大纲 3.2更新于 2026年10月31日
输入与输出
输入设备从外部世界采集数据并把它转换成二进制交给计算机。输出设备把计算机给出的二进制转换成人能看到、听到或触摸到的东西，或者转换成运动。
- 1输入设备键盘、扫描仪、传感器……
- 2处理器处理二进制数据
- 3输出设备屏幕、打印机、扬声器、执行器……
输入设备
| 设备 | 工作原理 / 用途 |
|---|---|
| 条形码扫描器 | 把光照在条纹上，黑条反射的光比白色间隙少，图案被转换成商品编号。 |
| 二维码扫描器 | 摄像头拍下方形的二维图案，它能存储比条形码多得多的数据，例如网址。 |
| 数码相机 | 光线经过镜头落在由数百万个感光像素组成的传感器上。 |
| 键盘 | 每按一个键就接通一个电路，该键的字符编码被发送给计算机。 |
| 麦克风 | 声音使振膜振动，产生电信号，再被采样成二进制。 |
| 光电鼠标 | LED 照亮桌面，传感器追踪表面图像的移动。 |
| 二维和三维扫描仪 | 用光（二维）或激光（三维）测量物体，生成数字图像或三维模型。 |
| 触摸屏 | 电阻式：两层被压到一起。电容式：手指改变屏幕的电场。红外式：手指挡住看不见的光束网格。 |
输出设备
| 设备 | 工作原理 / 用途 |
|---|---|
| 执行器 | 由计算机控制、产生运动的电机、阀门或泵。 |
| DLP 和 LCD 投影仪 | 投射大画面。DLP 使用数百万面微小的镜子；LCD 让光穿过液晶面板。 |
| 喷墨打印机 | 把细小的墨滴喷到纸上。购买便宜，适合打印照片。 |
| 激光打印机 | 使用激光、带电的感光鼓和墨粉。速度快，大量打印时每页成本低。 |
| 3D 打印机 | 逐层堆积出实体物体，常用熔化的塑料。 |
| LED 和 LCD 屏幕 | 由像素网格组成。LCD 屏用液晶和背光；LED 屏让每个像素发光，或用 LED 作为背光。 |
| 扬声器 | 电信号推动线圈和纸盆，使空气振动发出声音。 |
传感器
传感器是测量某种物理量并把读数发送给计算机的输入设备。传感器产生模拟数据，处理前需要先转换成数字数据。根据要测量的东西选择传感器：
| 传感器 | 测量 | 应用 |
|---|---|---|
| 温度 | 冷热 | 中央供暖、温室 |
| 光 | 亮度 | 自动路灯、手机屏幕 |
| 红外 | 人体热量 / 移动 | 防盗报警、自动门 |
| 压力 | 力或重量 | 防盗报警、汽车轮胎 |
| 接近 | 物体有多近 | 倒车雷达、手机贴近耳朵 |
| 湿度 / 水分 | 空气中 / 土壤中的水分 | 农田灌溉、温室 |
| 声学 | 声音 | 噪声监测、语音控制 |
| 加速度计 | 加速度和倾斜 | 手机屏幕旋转、安全气囊 |
| 气体 | 某种气体（如 CO₂）的浓度 | 空气质量、燃气泄漏报警 |
| pH | 酸碱度 | 水处理、土壤检测 |
| 流量 / 液位 | 液体的流动 / 高度 | 供水系统、油箱 |
| 磁场 | 磁场的变化 | 手机指南针、门磁感应 |
考试提示： 在考试情境题中，要说出传感器的名称，并说明它在该情境中测量什么，例如“湿度传感器测量土壤有多湿”。
关键术语
- 输入设备
- 把数据送入计算机的硬件。
- 输出设备
- 呈现计算机处理结果的硬件。
- 传感器
- 测量物理量（如温度）的输入设备。
- 执行器
- 产生运动的输出设备，例如电机或阀门。
自我检测
哪种触摸屏是靠手指挡住看不见的光束来工作的？查看答案
红外式触摸屏。
一所学校每天打印 2000 份练习纸，哪种打印机最合适？为什么？查看答案
激光打印机：速度快，大量打印时每页成本低。
智能温室应该用哪种传感器来决定何时浇水？查看答案
放在土壤中的湿度（水分）传感器。