第七章外围设备

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第七章外围设备
•外围设备
【例1】： 某CRT显示器可显示64种ASCII字符，每帧可显示64字×25 行；每个字符字形采用7×8点阵，即横向7点，纵向8点。另外， 字间间隔1点，行间间隔6点；帧频50Hz，采取逐行扫描方式 。
(1)缓存容量有多大? (2)字符发生器(ROM)容量有多大? (3)缓存中存放的是ASCII代码还是点阵信息? (4)缓存地址与屏幕显示位置如何对应? (5)设置哪些计数器以控制缓存访问与屏幕扫描之间的同步? 它们的分频关系如何? [参阅教材P240图7.2(c)]
按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显 示 器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。
按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、
CRT显示设备的分类：（1）以扫描方式分类，分成光栅扫
描和随机扫描两种显示器；（2）以分辨率来分，分成高分辨率
显示器和低分辨率显示器；（3）以显示的颜色分类，有单色
光栅扫描图形显示器的优点是通用性强，灰度层次多，色 调丰富，显示复杂图形时无闪烁现象；所产生的图形有阴影效 应、隐藏面消除、涂色等功能。它的出现使图形学的研究从简 单的线条图扩展到丰富多彩、形象逼真的各种立体及平面图形， 从而扩大了计算机图形学的应用领域，成为目前流行的显示器。
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第七章外围设备
在计算机中表示图形，只需存储绘图命令和坐标点，
没有必要存储每个像素点。而图像所处理的对象多半
来自客观世界，即由摄像机摄取下来存入计算机的数
字图像，这种图像称为客观图像。由于数字化以后逐
点存储，因此图像处理需要占用非常庞大的主存空间。
图像显示器采用光栅扫描方式，其分辨率在
256×256或512×512个像素，与图形显示兼容的图 像
(3)显然，缓存中存放的是待显示字符的ASCII
(4)显示位置自左至右，从上到下，相应地缓存地址由低到
高，每个地址码对应一个字符显示位置。
(5)点计数器8∶1分频；字计数器(64+12)∶1分频；行计数
器(8+6)∶1分频；排计数器(25+10)∶1
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2.图形显示
•外围设备
图形显示: 是指用计算机手段表示现实世界的各种事物，
并形象逼真地加以显示。根据产生图形的方法，分随机扫描图
形显示器和光栅扫描图形显示器
(1)随机扫描图形显示器
工作原理是将所显示图形的一组坐标点和绘图命令组成显
示文件存放在缓冲存储器，缓存中的显示文件送矢量(线段)产
生器，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动。
字符显示码（字模码）的读出方法：字符发生器ROM的高
位
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•外围设备
字符Ｉ的点阵表示、字符发生器的结构以及字符显示器的 原理框图，见教材P240图7.2。
VRAM的地址由水平地址计数器(列地址)和垂直地址计数 器 (行地址)决定，VRAM输出的ASCII代码作为ROM的高位地址， ROM 的低位地址来自光栅地址计数器，ROM的输出在L信号控制下 并 行装入移位寄存器，然后在点时钟控制下移位输出形成视频信 号，输出到显示器。显示器在水平同步、垂直同步和视频信号 的控制下，连续不断地进行屏幕刷新，从而呈现稳定而不消失 的字符图像。（字符显示器的具体原理分析，参阅教材P241）
(黑白)显示器和彩色显示器。（4）以CRT荧光屏对角线的长度
分类，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多种。
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1.分辨率和灰度级
•外围设备
分辨率：是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分
辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显象管荧光粉的粒度、
荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有
图像输入控制板的功能是实现连续的视频信号与离散的数 字量之间的转换。图像输入控制板接收摄像机模拟视频输入信 号，经A/D变换为数字量存入刷新存储器用于显示，并可传送 到计算机进行图像处理操作。处理后的结果送回刷存，经D/A 变换成模拟视频输出，由监视器进行显示输出。监视器只包括 扫描、视频放大等与显示有关的电路及显像管。也可以接入电 视机的视频输入端来代替监视器。数字相机的出现，更容易组 成一个图像处理系统。
外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通 信设备和过程控制设备几大类，各类外设的工作模式、信息类
所以，每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器控制 下进行工作，而设备控制器则通过适配器和主机接，并受主
计算机的五大类外围设备请参看CAI演示。
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7.2 显示设备
外围设备的基本组成：
(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。 (2)驱动装置，它用于移动存储介质。 (3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。
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7.1.2 外围设备的分类
•外围设备
一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需要 来决定的。
中央部分是CPU和主存，通过总线与第二层的适配器(接口) 部件相连，第三层是各种外围设备控制器，最外层则是外围设
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•外围设备
2.图形处理子系统
从而在屏幕上显示出字符。点阵的多少取决于显示字符的质量
和字符窗口的大小。
可见：字符发生器ROM中存储的是机器所有可显示字符的字 形
点阵信息（又称：字模码)。
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字符窗口：是指每个字符在屏幕上所占的点数（行、列点
数总和），它包括字符显示点阵和字符间隔点阵[见图7.2（a)]。
为了在屏幕上保留持久稳定的图像，需要按一定的频率对屏幕
反复刷新。
这种显示器的优点是分辨率高(可达4096×4096个像素)，
显示的曲线平滑。目前高质量图形显示器采用这种随机扫描方
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•外围设备
(2)
产生图形的方法称为相邻像素串接法，即曲线是由相邻像 素串接而成。因此，光栅扫描图形显示器的原理是：把对应于 屏幕上每个像素的信息都用存储器存起来，然后按地址顺序逐 个地刷新显示在屏幕上。其组成结构如图7.3：
与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。
灰度级：是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，
在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次
越清楚逼真。灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位
数和CRT本身的性能。字符显示器只用“0”“1”两级灰度表 示字
符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器。具有
显示器已达1024×1024，灰度级在64—256级。
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图像显示器有两种类型：
•外围设备
1.简单图像显示器
它仅仅显示由计算机送来的数字图像。图像处理操作在计 算机中完成，显示器不做任何处理。I/O接口、图象存储器(刷 新存储器)、A/D与D/A变换等组成单独的一个部分，称为图像 输入控制板或视频数字化仪。如图7.5所示：
程序段缓冲存储器：存放由计算机送来的显示文件和交互 式的图形操作命令。
刷新存储器：用以存放一帧图形的形状信息，它的地址和 屏幕上的地址一一对应。
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•外围设备
程序段缓存和刷存之间有一个DDA部件，它是一种进行数 据 插补的硬件，其作用是把显示文件变换为像素信息，即根据显 示文件给出的曲线类型和坐标值，生成直线、圆、抛物线乃至 更复杂的曲线。插补后的数据(像素信息)存入刷存用于刷新显 示。
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【解】
•外围设备
(1)已知：缓存VRAM中存放的是待显示字符的ASCII码，而
一帧共有64×25=1600个字符，故：缓存容量应为 64×25×8=1600字节。（ASCII码为8位）
(2)已知：ROM中存放的是所有可显示字符的字模码（依题
意，各字形为8×8点阵），故： ROM容量为 64×8×8=512字 （共有64种可显示字符）
•外围设备
【例2】下图为IBM PC机汉字显示原理图，请分析此原理图 并进行文字说明。
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•外围设备
【解】 在IBM PC系列微型计算机系统中，汉字输出是利用通用显
示器和打印机，在主机内部由通用的图形显示卡形成点阵码以 后，将点阵码送到输出设备，输出设备只要具有输出点阵的能 力就可以输出汉字。以这种方式输出的汉字是在设备可以画点 的图形方式下实现的，因此常称这种汉字为图形汉字
如图7.4所示，通过键盘输入的汉字编码，首先要经代码转 换程序转换成汉字机内代码，转换时要用输入码到码表中检索 机内码，得到两个字节的机内码，字形检索程序用机内码检索 字模库，查出表示一个字形的32个字节字形点阵送显示输出。
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7.2.3 图象显示设备
•外围设备
图形是用计算机表示和生成的图，称作主观图像。
多种灰度级的黑白显示器为多灰度级黑白显示器。图像显示器
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2.
•外围设备
CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。电子束扫过之
后其发光亮度只能维持几十毫秒便消失。为了使人眼能看到稳
定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕，这个
过程叫做刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于30次/秒时才
7.2.1 显示设备的分类与一般概念 7.2.2 字符/图形显示器 7.2.3 图象显示设备 7.2.4 IBM PC系列机的显示系统
•外围设备
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7.2.1 显示设备的分类与有关概念 •外围设备
以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，是目 前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。
7.1.1 外围设备的一般功能 7.1.2 外围设备的分类
•外围设备
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7.1.1 外围设备的一般功能
•外围设备
外围设备的定义：
外围设备涉及到相当广泛的计算机部件。除了CPU和主存外， 计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。
外围设备的功能：
在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供或建 立起联系。
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3.
•外围设备
随机扫描：是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而
产生图形和字符。电子束只在需要做图的地方扫描，而不必扫
描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快，图像清晰。高质量
的图形显示器(如分辨率为4096×4096)采用随机扫描方式。
由于这种扫描方式的偏转系统与电视标准不一致，驱动系统较
7.2.2 字符/图形显示器
•外围设备
1.字符显示
显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由m×n个像素点组
成的阵列，并以此来构造字符。[见书P240图7.2（a)]。
字符发生器ROM： 将点阵存入由ROM构成的字符发生器中，
在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个 字
符的点阵，按照点阵中0和1代码不同控制扫描电子束的开或关，
不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒刷新
50
为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储
在刷新存储器（也叫视频存储器）中。其存储容量由图像分辨
率和灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量
越大。刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的要求。容量
和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。
光栅扫描：是电视中采用的扫描方法。 在电视中图像充满 整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描是从上至 下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描的 缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但由于电视技 术业已成熟，计算机系统中除高质量图形显示器外，大部分字
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第七章外围设备
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2020/12/5
第七章外围设备
本章内容：
7.1 外围设备概述 7.2 显示设备 7.3 输入设备和打印设备 7.4 硬磁盘存储设备 7.5 软磁盘存储设备 7.6 磁带存储设备 7.7 光盘存储设备 本章小结
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课程教学要求
第七章外围设备
7.1 外围设备概述
每个字符窗口可显示一个字符。
视频缓存器VRAM：通常，待显示字符的ASCII代码被存 放在
视频缓存器VRAM中，以备刷新。若一帧屏幕共有2000个字符 窗
口（即：可显示2000个字符），则VRAM应有2000个单元存 放被
显示的字符信息。可见：视频缓存器VRAM中通常存储待显示 字
符的ASCII码。