第7章 外围设备

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第七章 外围设备
外围设备概述 显示设备 输入设备和打印设备(自学) 外存设备
7.1 外围设备概述
7.1.1 外围设备的一般功能
界定1: 除了CPU和主存(主机)以外的硬件设备。 界定2:
计算机中围绕主机设置的、与主机进行信息交 换,并改变信息形态的装置。
特点:
种类繁多,结构复杂,功能众多,速度各异。
7.1.1 外围设备的一般功能
发展趋势: 指标上:低成本、小体积、高速度、大容量、低功耗。 结构上:初级串行操作—有通道的多种外设并行操作。 种类上:简单I/O装置—多种I/O装置、随机存取大容量 外存、多种终端设备等。 性能上:交换速度渐高,I/0形态趋于多样化。
7.1.2 外围设备的分类
(1)输入设备 (2)输出设备 (3)外存设备 (4)数据通信设备 (5)过程控制设备
(2)光栅扫描图形显示器(相邻像素串接法)
数据差分分析器DDA (Digital Difference Analyses):
是一种进行数据插补的硬件,把显示文件变换为 像素信息:根据显示文件给出的曲线类型和坐标值, 生成直线、圆等复杂曲线,插补后的数据存入刷存 用于刷新显示。
优点: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,产生的图形有阴影效应、涂 色等功能,使图形学的研究从简单的线条扩充到丰 富多彩、形象逼真的各种立体及平面图形,扩大了 计算机图形学的应用领域。
等离子~ (PD-Plasma Display) 发光二极管~(LED-Light Emitting Diode)
5. CRT显示器分类:
①按扫描方式:光栅扫描~ 、随机扫描~ 。 ②按分辨率:高分辨率~ 、低分辨率~ 。 ③按显示颜色:单色~ 、彩色~ 。 ④按显示大小:14、15、17、19、21英寸等。
优点:体积小、重量轻、耗电少、无高压。
7.3 输入设备和打印设备
7.3.1 输入设备 1. 图形输入设备
(1)键盘(Keyboard) 字符和数字的输入装置,最基 本的常用输入设备。 键盘是由排成阵列形式的按键 开关组合。按键是借助于两个端 点的通断,将机械信号转换成电 信号。
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
7. 分辨率和灰度级
分辨率:显示器所能表示的像素个数。取决 于显像管荧光粉的粒度、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与显示像 素数相对应存储空间,用来存储每个像素的信息。 灰度级:指黑白显示器中所显示的像素点的亮 暗差别,在彩显中则表现为颜色的不同。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。
运动轨迹随显示内容而变化,只在需显示图形的区域内扫 描,而不必扫描全屏,从而产生图形和字符。
优点:速度快,图形清晰、分辨率高。 缺点:驱动系统较复杂,价格较贵、不适合显示图像。 光栅扫描:电子束有规律地扫描整个荧光屏,其扫描轨 迹呈栅形。从上到下的顺序扫描,有两种方式:逐行扫描 和隔行扫描; 优点:技术成熟,大部分显示器采用光栅扫描。 缺点:冗余时间多,分辨率低;
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
9. 随机扫描和光栅扫描
光栅扫描:电子束从显示屏幕的左上角开始,沿水平方向 从左向右扫描,扫到屏幕的右端后迅速回扫到左端的下一 行,重复上述从左到右的匀速扫描过程,直到扫描到屏幕 的右下角后迅速回扫到屏幕的左上角,又开始新一轮全屏 幕的扫描。 不管是从右端到左端的回扫,还是从右下角到左上角的回 扫,电子束都被“消隐”,即荧光屏上没有亮光显示,因 此在CRT上屏幕上显示的只有一条条水平扫描线,其扫描 轨迹呈栅形,故称为光栅扫描。
7.2.3 图像显示设备
图像显示器的类型:
(1)简单图像显示器
仅仅显示由计算机送来的数字图像,图像处理 在计算机中完成,显示器不做任何处理。显示器与 主机之间有图像输入控制板或视频数字化仪连接, 实现连续的视频信号和离散数字量间的转换。
(2)图形处理子系统
硬件结构复杂,本身是一个具有并行处理功能 的专用计算机,不仅能完成显示操作,同时子系统 内部有容量很大的存储器和高速处理器,可快速执 行许多图像处理算法,减轻主机系统的运算量。 图形工作站属于图形处理子系统。
7.1.1 外围设备的一般功能
功能:
在计算机和其他机器之间,及计算机与用户之间 提供联系。
(1)是人机对话的通道。 (2)是完成数据媒体变换的设备。 (3)是计算机系统软件和信息的驻存地。 (4)是计算机在各领域应用的桥梁。 基本组成: (1)存储介质:具有保存信息的物理特征。 (2)驱动装置:用于移动存储介质的装置。 (3)控制电路:向存储介质发送/接收数据。
单色显示器 VS 多灰度级黑白显示器
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
8. 刷新和刷新存储器
刷新:为了得到稳定的图像显示,必须使电子束 不断地重复扫描整个屏幕,这个过程称为刷新。 刷新存储器:为了提供不断刷新图像的信号,必 须把一帧图像信息存储在刷新存储器中,也称视频 存储器,或者帧(Frame)存储器。
7.2.2 字符/图形显示器
2. 图形显示
用计算机手段表示现实世界的各种事物:用点、 线、面、阴影等组合成平面或立体图形,形象逼真 的加以显示;主要用于CAD和CAM,如汽车、飞机、 船舶、土建及大规模集成电路板等的设计制造。 (1)随机扫描图形显示器 工作原理:将所显示图形的一组坐标点和绘图命令
7.2 显示设备
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
1. 界定:以可见光的形式传递和处理信息的设备。
2. 优点:直观、形象、使用方便等。 3. 缺点:不能长期保存信息。
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
4. 显示设备分类: ①按显示器件划分: 阴极射线管~(CRT-Cathode Ray Tube) 液晶~(LCD-Liquid Crystal Display)
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
6. 终端和显示器
终端:由显示器和键盘组成的一套独立 完整的输入/输出设备,它可以通过标准接口
接到远离主机的地方,终端比显示器复杂的 多,能完成显示控制与存储,键盘管理及通 信控制等,还可完成简单的编辑操作。 显示器:仅是一个字符、图形和图像的显 示设备。
终端<>显示器
在单色字符显示器中,常用的字符窗口为9×14点 阵,字符本身只占7×9点阵。
7.2.2 字符/图形显示器
1. 字符显示
对应于每个字符窗口,所需要显示字符的ASCII代 码被存放在VRAM中,以备刷新。字符发生器ROM 的高位地址来自VRAM的ASCII代码,低位地址来自 光栅地址计数器的输出RA3—RA0,指向这个字符点 阵中的某个字节。在显示过程中,按照VRAM中 ASCII码和光栅地址计数器访问ROM,依次取出字型 点阵,就可以完成一个字符输出。
7.2.4 IBM/PC 系列机的显示系统
LCD比CRT的主要优点:
a) 不用高电压加速电子束,因而不存在有害健康 的短波福射; b) 不用加热阴极发射热电子,可以大量节约电能, 目前大约可以节约电能一半; c) 无笨重的显像管,可以大大减轻重量(比CRT 节省70%的重量); d) 无体积庞大的显像管,因而整机体积小(比 CRT节省60%的空间)。 e) 此外,LCD能全屏100%显示(14"的LCD相当 于15"、15"相当于17"、18"相当于20"的CRT的显 示面积……等)。
注:刷新存储器的存储容量由图像分辨率和灰度 级共同决定,存取周期必须满足刷新频率要求。
例:分辨率为1024×1024,65536级灰度的图像,
则存储容量为1024×1024×log265536=2MB。
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
9. 随机扫描和光栅扫描
随机扫描:控制电子束在CRT屏幕上随机地运动,其
7.2.4 IBM/PC 系列机的显示系统
显示适配器 (2) ROM BIOS: 含有少量固化软件,支持显示控制器建立所需的显示 环境。主要用于DOS环境,而在WINDOWS环境中大多 数功能不被使用,由设备驱动程序建立OS和适配器硬件 连接。
(3) 显示控制器:
适配器的心脏,依据设定的显示工作方式,自主地、 反复不断地读取显存中的图像点阵数据,将它们转换成 R、 G、B三色信号,并配以同步信号送到显示器刷新屏幕。 同时提供一个系统总线到刷新总线的通路,使CPU将主 存中已修改好的点阵数据写入到刷存,以更新屏幕。其间 利用扫描的消隐时间,使屏幕不凌乱。
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。
优点:分辨率高,显示的曲线平滑。 缺点:显示复杂图形时,会有闪烁感。
7.2.2 字符/图形显示器
2. 图形显示 (2)光栅扫描图形显示器(相邻像素串接法) 工作原理:把对应于屏幕上每个像素信息都用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.2.4 IBM/PC 系列机的显示系统
显示适配器
显示适配器由刷新存储器、显示控制器和ROM BIOS 三部分组成。 在Pentium系列中显示适配器多数做成插卡形式, 插入一个PCI总线槽,一方和系统总线相连,另一方通 过15针D形插口与显示器电缆连接,传送水平、垂直 同步信号和RGB三色模拟信号,顶部还有一个VFC插 头,传送像素的电平信号,可实现视频图像与PC图形 的合成。 (1) 刷新存储器: 存放显示图案的点阵数据,容量取决于设定的显 示工作方式。
7.2.4 IBM/PC 系列机的显示系统 液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)
液晶:液态晶体的简称。在一定温度范围 内(如-20℃~+60℃),呈现液态和固体的 中间状态,只有在液晶温度范围内,此时浑 浊的液晶态,既有液体的流动性,又有晶体 的光学和电学特性。液晶本身并不发光,是 一种被动式发光器件。
7.2.2 字符/图形显示器
1. 字符显示
字符发生器de工作原理: 将字符点阵存入由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 描电子束的开关,从而在屏幕上显示出字符。
字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数,包括 字符本身所占点阵和字符之间的间隔所占的点阵。 一般的字符显示屏幕上可显示80列×25行=2000个 汉字,即2000个字符窗口。
7.2.1 显示设备的分类与有关概念
9. 随机扫描和光栅扫描
1 2 3 …
n
光栅扫描图
7.2.2 字符/图形显示器
1. 字符显示
常采用光栅扫描法,以点阵为基础,将欲显示的 字符分解成m×n 个点组成的阵列,并将能显示的所 有字符的点阵存入由ROM构成的字符发生器中。 点阵的多少取决于显示字符的质量和字符窗口的 大小。 字符发生器: 由于荧光屏上的字符是由光点组成,而显示RAM 中存放的是ASCII码,因此必须由一个部件能将每个 ASCII字符码转换为一组5×7或 7×9的光点矩阵信 息,具有这种功能变换的部件称为字符发生器。
7.2.3 图像显示设备
图形:主观图像,用计算机表示和生成的图。 在计算机中表示图形,只需要存储绘图的 命令和坐标点,没有必要存储每个像素点。 图像:客观图象,多半来自客观世界,由摄
像设备摄取下来并以数字方式存储到计算机的 数字图像。
计算机中保存的是图像逐点的像素,需要 非常庞大的存储容量。 图像显示器采用光栅扫描方式。
存储器存起来,然后按照地址顺序逐个地刷新显示 在屏幕上。
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。由图形输入设备指 定操作性质和操作位置。
刷新存储器: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。容量取决于显示器 的分辨率和灰度级。
7.2.2 字符/图形显示器
2. 图形显示
7.2.4 IBM/PC 系列机的显示系统
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display) 工作原理:
通过改变有机物加电时对光的反射性质 不同而实现显示效果。 液晶显示器的主体构造是两块玻璃或塑 料板中间夹着一层液态悬浮物,悬浮物中的 晶体在自然状态下呈平行并列排列,这时光 线可以通过,当电流通过的时候,晶体改变 方向,挡住不让光线通过,于是通电的晶体 部分显示出黑色。
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