第2章图形输入输出设备
计算机图形学第2章图形系统
2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
三色荧光屏
荫罩
三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。
计算机图形学基础（第2版）课后习题答案__陆枫__何云峰
计算机图形学基础（第2版）课后习题答案__陆枫__何云峰第⼀章绪论概念：计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的⼏何要素、⾮⼏何要素、数字图像处理；计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系；计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。
第⼆章图形设备图形输⼊设备：有哪些。
图形显⽰设备：CRT的结构、原理和⼯作⽅式。
彩⾊CRT：结构、原理。
随机扫描和光栅扫描的图形显⽰器的结构和⼯作原理。
图形显⽰⼦系统：分辨率、像素与帧缓存、颜⾊查找表等基本概念，分辨率的计算第三章交互式技术什么是输⼊模式的问题，有哪⼏种输⼊模式。
第四章图形的表⽰与数据结构⾃学，建议⾄少阅读⼀遍第五章基本图形⽣成算法概念：点阵字符和⽮量字符；直线和圆的扫描转换算法；多边形的扫描转换：有效边表算法；区域填充：4／8连通的边界／泛填充算法；内外测试：奇偶规则，⾮零环绕数规则；反⾛样：反⾛样和⾛样的概念，过取样和区域取样。
5.1.2 中点 Bresenham 算法（P109）5.1.2 改进 Bresenham 算法（P112）习题解答习题5（P144）5.3 试⽤中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且⼤于1的直线段绘制过程（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。
（P111）解： k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最⼤位移⽅向故有构造判别式：推导d各种情况的⽅法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q)：所以有： y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以，当k<0，d>0时，M点在Q点右侧（Q在M左），取左点 P l(x i-1,y i+1)。
d<0时，M点在Q点左侧（Q在M右），取右点 Pr(x i,y i+1)。
d=0时，M点与Q点重合（Q在M点），约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。
第2章CADCAM系统组成
• 微机上主要采用Windows系列操作系统。
• 2. 编译系统
• 将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译 成计算机能够直接执行的机器指令。有了 编译系统，用户就可以用接近人类自然语 言和数学语言的方式编写程序，而翻译成 机器指令的工作则由编译系统完成。
2.1.3 输入/输出设备
• 2.1.3 输入/输出设备 • 输入设备泛指用于向计算机输入信息的设
备。输出设备是用于将计算机中的信息展 示给用户的设备。结合CAD系统的特点， 可把输入/输出设备分为图形输入设备、图 形输出设备和图形显示设备。
• 1. 图形输入设备
• 常见的输入设备包括鼠标、键盘、数字化 仪、图形扫描仪等。
根据设计任务建立数学模型
修改数 学模型
输入参数 求解目标参数 显示图形，表格求值
程序库 数据库
N 确认满意 Y 结束
图2.4 自动型CAD系统工作流程图
• 3. 交互型
• 交互型系统是利用输入、输出设备，通过 人机对话的方式工作的。
• 目前，国内外广泛应用的高级语言，如 FORTRAN、PASCAL、Visual C++、 Visual Basic等均有各自的编译系统。
• 2.2.2 支撑软件
• 在系统软件基础上开发出来的、满足CAD 用户某些需要的通用软件或工具软件。根 据支撑软件所提供的功能可分为以下几种：
• 1. 图形软件
• 3. 图形显示设备 • 1) 显示器 • 标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、
激光显示、等离子显示等。
• 2) 图形显示卡 • 起着CPU与显示器之间的接口、处理图形
数据、加速图形显示等作用。
图形输入输出设备
图形设备
图形软件及其标准
第二章 图形输入输出设备
图形设备
图形软件及其标准
图形显示设备 ◦ 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形 显示指的是在屏幕上输出图形 ◦ 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝 ，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应， 负责刷新 逻辑结构
普通显卡=视频控制器+显存
1.4.3 逻辑器件——显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU类完成。 任务：扫描转换待显示的图形。 简单的：直线、圆弧、多边形等， 复杂的：光栅操作（像素块的移动、拷贝），几何变换 、裁剪、消隐，…
◦ 注意：
电子束会偏向点位高还是低的极板哪？
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就 会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称 为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指 标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
4.如何使荧光屏上的画面稳定？
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板 组成的平板式显示器
观 察 方 向
液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它 具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶 受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发 生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变 化，而产生色彩。
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
七年级信息技术 第2章计算机硬件组成课件 青岛版
2.4.2 光存储设备
一切采用光盘作为数据存储介质的设备统一被称 为光存储设备（简称光驱）。目前，光驱的种类很多， 根据光盘的存储技术可以将其分为CD光盘驱动器和 DVD光盘驱动器两大类。根据光盘是否可擦写的特性， 光驱又分为普通光驱（即只能读取，不能写入）和刻录 机（可读可写）两种。按照光驱与主板连接接口的种类， 又可以将其分为IDE接口光驱、SATA接口光驱、SCSI 接口光驱和USB接口光驱，其中除了USB接口光驱属于
2.2.1 主板类型
按照主板的结构，可以将其分为AT主板、Baby AT主 板、ATX主板、一体化（All in One）主板和NLX主板等类 型。随着计算机技术的发展，一些结构的主板已经逐渐退出 市场，下面将主要介绍一下常见的ATX结构主板和NLK结构 主板。
ATX主板：ATX主板是在AT主板和Baby AT主板的基
： 1．Intel Intel公司是目前世界上最大的CPU生产
厂商，下面我们将对市场Intel公司的主流CPU产品进行简
单介绍
Core2 E6700（酷睿2 E6700）
Celeron 440（赛扬440）
2．AMD：AMD是一家专门为计算机、通信和消费电
子行业设计和制造微处理器的芯片制造企业，是Intel在 CPU市场上的主要竞争对手。接下来，我们将来介绍一下 目前AMD的主流CPU产品。
2．扫描仪：扫描仪是一种高精度、光电一体化的高科技产品， 用户通过扫描仪能够将图片、胶片，以及各类图纸图形和文 稿输入到计算机中，以便计算机对这类信息进行处理。
3．数码摄像头与耳麦：数码摄像头与麦克风已经成为用户在 网络媒体交互中不可缺少的输入设备。用户可以通过数码摄 像头拍摄数字影像信息，而麦克风则可以向计算机中输入声 音数据。
计算机系统的输入设备和输出设备.doc
1．输入设备输人设备是外部向计算机传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。
计算机的输入设备按功能可分为下列几类：● 字符输入设备:键盘；● 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机；● 图形输入设备:鼠标器、图形板，（电子游戏机中的）操纵杆（移动）操纵杆是将纯粹的物理动作（手部的运动）完完全全地转换成数学形式（一连串0和1所组成的计算机语言）。
轨迹球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。
轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。
轨迹球有两个按钮，一个用于用户单击或双击，而另一个提供为选择菜单和拖动对象后需要的动作。
轨迹球通过读取可滚动的球滚动的方向和速度来定位。
、跟踪球或轨迹球，光笔、画笔（或游动标)；(3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。
将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。
游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。
十字标记的中心就是游动标的中心。
使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。
图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。
坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。
● 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机,数字相机● 模拟输入设备：模数转换器（模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小）, 语音输入设备条形码阅读器, 触摸感应屏幕,纸带输入机、声音识别输入利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。
计算机图形学基础与CAD开发 第2章 图形输入输出设备
3. 图形扫描仪
功能： 图形扫描仪是利用光电技术和数字处理技术， 以扫描方式将图形或图像或者实物信息转换为数字信号的 一种输入装置。 主要用在图形图像处理、排版印刷、人事 档案管理、图纸存档管理、文字识别、机器翻译等领域。
种类：扫描仪主要分为滚筒式扫描仪和平面扫描仪。近 几年出现了笔式扫描仪、便携式扫描仪、胶片扫描仪、底 片扫描仪和名片扫描仪。
LED显示器基本结构是一块电致发光的半导体材料， 电流通过其中的化学物质而产生的光。
本节重点学习 ： （1）基本概念 （2）光栅扫描显示器的结构、工作原理
一、光栅扫描显示器概念
➢ 显示器尺寸（显像管对角线的尺寸，以英寸为单位(1 " =2.54cm)， 如15 " 、19"显示器）
➢ 像素点（Pixel)（1024×768 640×480)
➢ 屏幕分辨率(Screen Resolution) ➢ 点阵纵横比(Aspect Ratio)
(竖直与水平方向每英寸像素点之比） ➢ 前景(Foreground )
（屏幕上被字符和图形填充的区域） ➢ 背景(Background)
当使用者在台板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数 字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的 位置坐标值排列成有序的一组信息，通过接口（多用串行接口）传送到 计算机。
种类：按结构与工作原理分，有电位梯度式、静电耦合 式、超声波式及电磁感应式等，其中电磁感应式应用较多。 功能：具有定位、拾取、选择三个基本功能。 主要性能指标有:
Ch2 图形输入与输出设备
本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。
图形输入设备 图形显示设备 图形输出设备
2.2 图形显示设备
计算机图形学知识要点
单元分解法优缺点
优点
表示简单 容易实现几何变换 基本体素可以按需选择，表示范围较广 可以精确表示物体 物体的表示不唯一 物体的有效性难以保证 空间位置枚举表示----同样大小立方体粘合在一起表示 物体 八叉树表示----不同大小的立方体粘合在一起表示物体 单元分解表示----多种体素粘合在一起表示物体
阴极射线管(CRT)：光栅扫描图形显示器； 平板显示器：液晶显示器、等离子体显示板等； 光点、像素、帧缓存（frame buffer）、位平面；三种 分辨率（屏幕、显示、存储）； 黑白、灰度、彩色图形的实现方法（直接存储颜色数据、 颜色查找表）； 光栅图形显示子系统的结构
基本概念
第四章 图形的表示与数据结构
2、规则三维形体的表示
形体表示的分类 线框模型
缺点 多边形表，拓扑信息： 显示和隐式表示
表面模型
显示表示：在数据结构中显式的存储拓扑结构。例如，翼边结构 表示（Winged Edges Structure） 隐式表示：即根据数据 之间的关系在运行时实
时的解算。 平面方程 多边形网格 分解表示、构造表示、边界表示
Bresenham算法绘制圆弧
基本原理 从（0，R）点，顺时针开始； 上一个确定像素点为p（x, y），则下一个像素点只 能是p1和p2中的一个；
P(x, y) P1(x＋1, y)
p2 (x＋1, y－1)
误差判据：像素点到圆心的距离平方与半径平方之 差； 一般关系式取值对应的几何意义，即和下一个像素 的对应关系；
3、椭圆的光栅化方法
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
第二章图形系统综述
应用程序系统
应用操作
应用程序
应用数据
命令接收 与解释
用户接口
接口数据
显示处理
图形输入
图形软件 图形输出
输入驱动
操作系统
输出驱动
图形输入设备
图形输出设备
图形系统 操作系统
视频显示设备
• CRT (Cathod-Ray Tube)显示器 To 8-9
–随机扫描显示器: Vector / Random Display to 15 –存储管显示器--- Storage Tube Display To 6 –光栅扫描显示器---Raster Display to 17
• 坐标变换
–规范化坐标变换 WC
NDC
–工作站坐标变换 NDC
DC
–建模变换和投影变换
• 图形输出原语
–折线 Polyline
–多点标记 Polymarker
–文字 Text
–填充区 Fill Area
–单元阵列 Cell Array
–广义图元 Generalized Drawing Primitive
其中核心函数有115个，它们是最基本的函数，其前缀 是gl，
OpenGL实用库（OpenGL utility library，GLU）的函数 功能更高一些，如绘制复杂的曲线曲面、高级坐标变换、 多边形分割等，共有43个，前缀为glu；
OpenGL辅助库（OpenGL auxiliarylibrary，GLAUX）的 函数是一些特殊的函数，包括简单的窗口管理、输入事 件处理、某些复杂三维物体绘制等函数，共有31个，前 缀为aux。
图形系统标准化
• GKS （2D,3D) • PHIGS • OpenGL • 其他
第2章 PLC的结构和工作原理
绪论 EXIT
29
2.2 可编程控制器的工作原理
2.2.1 PLC的工作方式和工作过程
PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行
用户程序和任务的循环序列称为扫描。
CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用
周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的 。
绪论 EXIT
30
扫描周期主要包括
绪论 EXIT
13
3、输入输出接口 输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的 部分。 输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。 输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信 息（输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的 各类控制。 为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对 输入输出接口有二个主要的要求： ☆良好的抗干扰能力 ☆能满足工业现场各类信号的匹配要求
绪论 EXIT
32
l 输入采样阶段
PLC以扫描方式顺序读入输入端子的通断状态（ON/OFF），并 写入相应的输入状态寄存器中，即刷新输入，接着转入程序执行阶段。
l 程序执行阶段
PLC按先左后右，自上而下的顺序对每条指令进行扫描，并将相 应的运算和处理结果写入输出状态寄存器中。
l 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态转写入输出 锁成器中，驱动相应的输出设备，产生PLC的实际输出。 经过这三个阶段，PLC完成一个扫描周期。
扫描周而复始地进行。
绪论 EXIT
34
PLC与微机、继电接触器工作方式比较：
PLC的工作方式：循环扫描（串行） 微机的工作方式：等待命令 继电接触器的工作方式：并行
PLC与微机、 继电接触器 的主要区别
绪论 EXIT
第2讲CAD系统简介
– 现代网络技术能将许多微机及公共外设连在一起，做到网内 资源共享。
– 微机在速度及内外存方面的限制，使某些大型工程分析，复 杂三维造型等CAD作业在微机上运行还有一定的困难。
CAD系统的网络结构
• 作用：
– 信息交流 – 资源共享
• 旋转速度很高（5400、7200），具有很高的数据读写速度。 • 硬盘的容量很大。
– 软盘
• 软磁盘是由聚酯材料制成的薄圆片，其上涂覆一薄层磁性材料。 • 两种尺寸，旧尺寸是5英寸，新的3.5英寸。
光盘驱动器
• 存储介质是光盘。
–采用激光技术进行海量存储，单片双面光盘存储量 达2GB；
–光盘存取速度与硬盘相当； –一种是只读光盘，只读光盘驱动器称为CD-ROM； –另有一种是可以反复读写的光盘。
2.2.2 外存储设备
• 用来存放暂时不用或等待调用的程序、数据 等信息。当使用这些信息时，由操作系统根 据命令调入内存。
• 外存储器的特点是容量大，但存取速度慢。
• 常见种类：
–磁带机 –磁盘驱动器（软盘、硬盘） –光盘驱动器
磁带机
• 存储介质是磁带，只能顺序存取。 • 存取速度较慢，但成本低，存储容量大。 • 可作为很理想的系统备份设备。
–中央处理机（CPU：Central Processing Unit） –主存储器（也称内存）
中央处理机（CPU）
• CPU包括控制器和运算器。在控制器和运算器中都 有寄存器作为暂时的信息写入与取出的地方，存取 速度均比从主存储器中存取要快。
CPU 控制器
运算器
输入设备
主存储器
输出设备
中职机械专业教材机械CAD-CAM(高教版 周玮编)教案：3.1 硬件系统
机械CAD/CAM电子教案第二章机械CAD/CAM系统的组成[课题编号]3-2①[课题名称]硬件系统[教材版本]周玮主编、全国中等职业教育教材审定委员会审定。
北京：高等教育出版社，2002[教学目标与要求]1、了解机械CAD/CAM系统的硬件组成。
2、掌握机械CAD/CAM系统典型硬件的相关知识。
3、培养学生理论联系实践的能力。
[教学重点、难点]1、机械CAD/CAM系统典型硬件的学习；2、理论与实践的有机结合能力。
[分析学生]机械CAD/CAM系统的硬件组成，同学们在日常生活中见过，甚至用过，只是没有从理论上系统总结过，只要认真听课，及时总结，本节学习对同学们来说难度不大。
[教学思路设计]综合运用讲授、演示，与实践相结合。
[教学资源]多媒体课件[教学安排] 90分钟[教学过程]一、新课导入（5～10分钟）复习：机械CAD/CAM的基础知识导入：系统→具体：机械CAD/CAM系统的组成、软件）CAD/CAM系统的组成二、讲解与示范（65～70分钟）CAD/CAM的硬件系统：硬件是一切可以触摸到的物理设备。
硬件系统是实现系统各项功能的物质基础，它由计算机、存储设备、显示设备、人机交互设备、输出设备及附加生产设备（CAM加工设备）等组成。
主要输入设备：光笔、数字化仪、扫描仪、鼠标、键盘、手写板、定位指轮、操纵杆、跟踪球。
主要输出设备：绘图机、打印机、立体显示器、三维听觉环境系统、生产系统设备。
1、主机主机主要是指计算机的中央处理器CPU和内存储器（简称内存）和输入/输出接口（I/O）。
主机是系统的核心。
2、图形输入设备图形输入设备的作用是向计算机输入数据、图形、程序以及各种字符信息。
常用图形输入设备有：键盘、数字化仪、扫描仪和鼠标器等。
（1）数字化仪数字化仪随尺寸大小不同而有不同的名称（图形输入板、数字化仪）；数字化仪因制作原理不同，又有多种结构形式，主要有电磁感应式、静电耦合式、超声波式等。
（2）扫描仪矢量化扫描系统的工作原理（3）图形输出设备常用的图形输出设备有：显示器绘图设备显示器常用指标：屏幕尺寸、分辨率、点距和扫描方式。
计算机系统的输入设备和输出设备
1．输入设备输人设备是外部向计算机传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。
计算机的输入设备按功能可分为下列几类：● 字符输入设备:键盘；● 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机；● 图形输入设备:鼠标器、图形板，（电子游戏机中的）操纵杆（移动）操纵杆是将纯粹的物理动作（手部的运动）完完全全地转换成数学形式（一连串0和1所组成的计算机语言）。
轨迹球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。
轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。
轨迹球有两个按钮，一个用于用户单击或双击，而另一个提供为选择菜单和拖动对象后需要的动作。
轨迹球通过读取可滚动的球滚动的方向和速度来定位。
、跟踪球或轨迹球，光笔、画笔（或游动标)；(3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。
将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。
游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。
十字标记的中心就是游动标的中心。
使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。
图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。
坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。
● 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机,数字相机● 模拟输入设备：模数转换器（模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小）, 语音输入设备条形码阅读器, 触摸感应屏幕,纸带输入机、声音识别输入利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。
第二章 计算机常用设备
第二章计算机常用设备一、输入与输出设备1、输入设备：向计算机输入数据和信息的设备。
是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。
输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
键盘，鼠标，摄像头，扫描仪，光笔，手写输入板，游戏杆，语音输入装置等都属于输入设备，是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。
2、输出设备：是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。
它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。
常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。
二、认识主机、显示器、键盘、鼠标1、主机计算机硬件系统中用于放置主板及其他主要部件的容器。
通常包括CPU、内存、硬盘、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口，如 USB 控制器、显卡、网卡、声卡等等。
位于主机箱内的通常称为内设，而位于主机箱之外的通常称为外设（如显示器、键盘、鼠标、外接硬盘、外接光驱等）。
通常，主机自身（装上软件后）已经是一台能够独立运行的计算机系统。
2、显示器显示器是用户用来显示键入的命令、程序、数据以及计算机运算的结果或系统给出的提示信息等的输出设备。
目前绝大多数计算机都采用彩色显示器。
显示器上的字符和图形是由一个个像素组成的，整个屏幕上的总的像素点数称为分辨率。
分辨率越高，图像就越清晰。
3、键盘键盘是用户用来键入命令、程序、数据的主要输入设备。
常用的标准键盘的个数有101键、103键、105键等。
4、鼠标鼠标是快速输入设备，可以取代传统键盘的光标移动键，能方便、准确、快速地操作。
一般鼠标有左、右两个键，。
目前使用的鼠标有机械式和光电式两种。
还有无线鼠标，它与主机之间通过红外线或“蓝牙”等技术进行通信。
三、了解音响、U盘、投影仪、扫描仪及打印机1、音响设备大概包括功放、周边设备（包括压限器、效果器、均衡器、激励器等）、扬声器（音箱、喇叭）、调音台、声源（如麦克风、乐器、VCD、DVD）显示设备等等加起来一套。
第02章 CAD系统的组成
（1）UNIX工作站 UNIX工作站采用RISC处理器，且可以配置多个处理器，因而具有 极高的浮点运算速度。另外，UNIX工作站有着64位的计算能力。由于64 位UNIX工作站可以突破4GB的32位寻址极限，因此，为复杂的工程应用 提供了大的虚拟内存空间，而它的实际物理内存已经超过4GB，可以达 到8～16GB，能满足几乎所有的高性能计算要求，可以满足企业级的应 用需要。 UNIX操作系统源于已公开源代码的标准操作系统，发展历史长， 系统稳定性好，错误修正快，且在许多年前就已经包含了较为完善的网 络功能。大部分TCP/IP网络服务程序最早都是在UNIX上开发出来的。
2. 自动型CAD系统 对于自动型CAD系统，用户根据产品或工程的性能、规格、要求 输入基本参数后，不需要人工干预，系统即可按照既定的程序自动完成 设计工作，并输出产品或工程设计的全部图纸与技术文件。 这类系统可用于设计理论成熟、计算公式确定、设计步骤和判别 标准清楚、设计资料完备的产品或工程设计情况。
补充知识点：巨型机
2010年：美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”(Jaguar)排名首 位,计算速度为每秒钟1.76千万亿次(PFlops)浮点运算,而中国 深圳国家超级计算机中心的“星云”排名第二,计算速度为 每秒钟1.27千万亿次(PFlops)浮点运算。 我国首台千万亿次超级计算机“天河一号”（排名第七）， 预计2010年下半年安装由我国自行设计制造的“飞腾”计算 机中央处理器（CPU）芯片。 “天河一号”研制之初，除 使用了进口CPU之外，其他核心器件、互联芯片、操作系统， 均为我国自主研制。如今“超高性能CPU”这道难题也迎刃 而解。即将安装的国产“飞腾”芯片，由国防科技大学专 门为“天河”系列计算机量身定制，已达到了世界主流服 务器CPU的水平。 安装“飞腾”芯片后，“天河一号”的 峰值运算速度将在目前每秒1206万亿次的基础上有所提升， 其实际运算速度也将提高到每秒千万亿次。
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n 坚不可摧；柔韧性好，可以卷起来 n 显示画面具有无与伦比的清晰度 n 真正的平面直角
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
CRT显示器分类
• 阴极射线管（CRT）（Cathode Ray Tube） • 单色CRT • 彩色CRT
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
第2章图形输入输出设备
随机扫描的显示系统
特点
数据表示：矢量表示，只有端点信息，无线段中间点 扫描方式：电子束像一支快速移动的画笔，可随意移动，只
扫描荧屏上要显示的部分，与示波器工作原理类似 显示图形：几何属性（geometric attribute）为主，线架图 优点：扫描速度快，分辨率高，线条质量好，易修改，交互
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第2章图形输入输出设备
0 1 0
N位寄存器 0 10
有N个位面的帧缓存
2NDAC
电子枪
0~2N-1灰度等级
0 1 0
寄存器
0 1 0
DAC DAC DAC
红色枪 绿色枪 蓝色枪
帧缓存
CRT光栅 CRT光栅
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第2章图形输入输出设备
红绿蓝三个位面，组合成8种颜色 增加一个亮度位面，形成16种颜色
单色系统：查色表固化 彩显：可修改、创建查色表。
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
带宽问题
•带宽T与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系
•带宽问题
–高分辨率和高刷新频率要求高带宽 –解决方法：隔行扫描
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
隔行扫描（Interlaced scan）工作原理
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第2章图形输入输出设备
OpenGL的优越性
• 独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发 的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；
• 可与Visual C++紧密接口，便于实现机械手的 有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和 可靠性；
• 使用简便，效率高。
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
阴极射线管(CRT)
–组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏 –工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏
转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的 荧光物质吸收，发光产生可见的图形。 –结构
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第2章图形输入输出设备
荧光屏
荧光物质：吸收电子束而发光 余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
彩色阴极射线管
• 彩色CRT
n 渗透型
n 常用于随机扫描显示器 n 射线穿透法
n 多枪型
n 常用于光栅扫描显示器 n 影孔板法（阴罩法）
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第2章图形输入输出设备
• 射线穿透法（beam penetration）
n 原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两种发 光物质，不同速度电子束穿透荧光层的深浅， 决定所产生的颜色
第2章图形输入输出设备
图形软件发展及软件标准形成
三种类型的计算机图形软件系统：
(1)用某种语言写成的子程序包
如: GKS (Graphics Kernel System)
PHIGS (Programmer’sHerarchical Iuteractive Graphics system ) GL 便于移植和推广、但执行速度相对较慢，效率低
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第2章图形输入输出设备
CRT显示器分类
• 直视存储管式（Direct-View Storage Tubes）
n 利用管子本身存储信息，类似于一个长余辉的CRT， 不必刷新
• 刷新式
n 随机扫描式（Random-Scan） n 光栅扫描式（Raster-Scan）
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第2章图形输入输出设备
查色表（LUT）
• 是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色，它的长度 由帧缓存单元的位数决定
目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有大范围 内挑选颜色的能力。
颜色信息在帧缓存中的两种存放方式： 颜色值直接存储在帧缓存中。
把颜色码放在一个独立的表中，帧缓存存放的是颜色 表中各项的索引值，索引色。
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
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第2章图形输入输出设备
n 点状影孔板工作原理
n 红、绿、兰三基色 n 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） n 三支电子枪
如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显 示256*256*256=16M种颜色，称为真彩色系统
• 目前，包括Microsoft、SGI、IBM、SUN、HP等大公 司都采用了OpenGL做为三维图形标准，许多软件厂 商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品。
• 其中比较著名的产品包括：动画制作软件Softimage 和3D Studio MAX、仿真软件Open Inventor、VR软 件World Tool Kit、CAM软件ProEngineer、GIS软件 ARC/INFO等等。
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
硬件发展
图形输入设备的发展
n 第一阶段：控制开关、穿孔纸等 n 第二阶段：键盘、光笔 n 第三阶段：二维定位设备，如鼠标、坐标数字化
仪、跟踪球、触摸屏、操纵杆、扫描仪等 n 第四阶段：三维输入设备（如三维鼠标、空间球、
数据手套、数据衣），用户的手势、表情等
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第2章图形输入输出设备
位面（bit plane）技术
• 把显存分成若干色平面，各平面上相同位置 的每一位和屏幕上的一个像素对应，同一像 素点在各位面占同一地址，不同位面上同一 像素地址中的内容决定像素的颜色。
色平面越多，可表达的色彩越丰富。
增加一个位面，色彩就增加一倍，而存储器写操作程序无需 重新计算新地址，程序兼容性好。
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
• 帧缓冲存储器（Frame Buffer) n 作用：存储屏幕上像素的颜色值 n 也称刷新存储器(Refreshing Buffer) n 简称帧缓冲器，俗称显存
帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同 单元与像素一一对应 各单元的数值决定了其对应像素的颜色。 显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。
• 作用：
n 制图形的显示，建立帧缓存与屏幕像素之间的一一
对应关系，负责按固定刷新频率和扫描顺序刷新
屏幕图形
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
显示处理器
• 显示处理器
n Display Processing Uuit，简称DPU
• 作用：
n 代替CPU完成部分图形处理功能，扫描转换、几何 变换、裁剪、光栅操作、纹理映射等等
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第2章图形输入输出设备
图形输出(显示、打印）设备
阴极射线管显示器（CRT） 液晶显示器（LCD） 绘图仪 打印机
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第2章图形输入输出设备
未来显示器
采用空气等离子体技术
空气等离子体可想象成一个个微型霓虹灯，红绿蓝三种 不同颜色的像素
显示屏薄，挂在墙上 无锯齿现象，分辨率好 无需刷新缓存，重量轻，无辐射 价格贵
第2章图形输入输出设备
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
交互式计算机图形处理系统
Computer + 人 = 交互式
要求主机性能更高（强大的浮点运算 能力），速度更快，存储容量更大， 外设种类更齐全
图形加速卡，大屏幕显示器
Personel Computer图形处理系统
workstation图形处理系统
红绿蓝
Black
000
Blue
001
Green 0 1 0
Cyan
011
Red
100
Magenta 1 0 1
Yellow 1 1 0
White 1 1 1
若有24个位面（每种基色8个位面）则可同时显示 (28)3 =224=16777216种颜色（24位真彩色）。
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
• 光栅显示系统的特点
n 优点：
n 成本低 n 易于绘制填充图形 n 灰度和色彩丰富，图像逼真 n 可以和电视机兼容 n 刷新频率一定，与图形的复杂程度无关
n 缺点：
n 需要扫描转换 n 扫描转换速度偏低，交互操作响应慢 n 分辨率偏低，有阶梯效应
2020/11/25
刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间（Hz）
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 分辨率(Resolution)：在假定 屏幕尺寸一定的情况下，可用整个屏幕所能容纳的
像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768， 1280*1024等等
第2章图形输入输出设备
显示器的分辨率 电子束按固定的扫描顺序扫描N条扫描线，每条
扫描线有M个像素，M * N显示器的分辨率。
帧
2020/11/25
第2章图形输入输出设备
绘图仪
Computer
DPU
视频控制器 display