第2章 信息处理技术

1、第第2 2章章 信息处理技术信息处理技术1.1.正文主要介绍正文主要介绍信息技术基础，信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术、信息显示技术 。2.2.阅读材料介绍阅读材料介绍通信技术基础；传感器基础知识；蓝光DVD基础知识；OLED显示技术；LCD使用时的注意事项；CTR显示器的选择及维护；触摸屏原理、特性及应用。第第2 2章章 信息处理技术信息处理技术2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述1.1.信息的概念信息的概念信息信息是事物运动的状态与方式，是物质的一种属性。它反映了物质本身及其相互作用、相互依存、相互联系过程中表现出来的特征和状态。不同的物质具有不同的存在方式和运动规律，构成了各

2、种物质不同的特征，表达各自不同的信息。2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述人工处理信息过程：人工处理信息过程：2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述2.2.信息的特征信息的特征信息最基本特征：信息来源于物质，又不是物质本身。信息与能量息息相关。信息采集、传输、处理需要能量的支持；控制和利用能量需要信息的引导。 信息是具体的，能被人、生物、机器等所感知、提取、识别，还可传输、储存、变换、处理、显示、检索和利用。2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述3.3.信息的功能信息的功能信息基本功能是维持和强化世界的有序性。信息、能源和材料作为支持社会发展的3大支柱，充分说明信息在现代社会的重要性。

3、信息的功能主要表现为4方面。信息是知识的来源信息是知识的来源。信息是决策的依据信息是决策的依据。信息是控制的灵魂信息是控制的灵魂。信息是思维的材料信息是思维的材料。2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述4.4.信息技术信息技术信息技术信息技术（IT）是用于管理、处理信息所采用的各种技术总称。主要指利用电子计算机和现代通信手段获取、传输、存储、处理、显示信息和分配信息的技术。信息技术研究信息技术研究包括科学、技术、工程及管理等，这些学科在信息管理、传输、处理中的应用，相关的软件和设备及其相互作用。2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述5.5.信息处理系统信息处理系统信息处理系统信息处理系统指

4、以信息加工、处理和提供为目标而组建起来的系统。涉及信息采集、传输、处理、存储、控制、显示等。2.1 2.1 信息技术概述信息技术概述6.6.信息技术与安全防范信息技术与安全防范IT领域的先进技术和成熟产品应用于安全防范是目前最重要的特征。安全防范的信息化体现于技术、产品、营销及管理等方面。技术的技术的ITIT化化。强调“复用、融合、集成、虚拟”的IT技术相当程度解决了安全防范的低成本、低技术、低附加值状况 。 产品的产品的ITIT化化。营销和管理模式营销和管理模式ITIT化化。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术1.1.信息采集概念信息采集概念定义定义。根据特定目的和要求，将分散于不同时域

5、/空域信息采掘、积聚起来的过程，是对被检测对象物理、化学、工程技术等方面参量和数值进行提取的过程。简单地说，信息采集就是获取信息。分类分类。分为模拟和数字两种。控制器作为信息采集系统核心，一般由计算机承担。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术2.2.信息采集系统组成信息采集系统组成组成组成。由前端传感器、信号调制电路、数据采集电路、控制处理单元等组成。其中，传感器是关键，决定系统的性能 。分类分类。按数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个通道，多路模拟输入通道分集中采集式和分布采集式两大类。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术集中采集式集中采集式。集中采集式多路模拟输入通道结构包括

6、分时采集和同步采集两种。多路分时采集分时输入结构如下图所示多路分时采集分时输入结构如下图所示。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术分布采集式分布采集式。每路信号都有采样/保持器（S/H）和A/D转换，无需模拟多路切换器。根据采集系统计算机控制结构的差异分单机式采集和网络式采集。后者如下图所示。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术3.3.现代信息采集系统主要特点现代信息采集系统主要特点系统通常由计算机控制，信息采集的质量和效率显著提高；信息采集与信息处理紧密结合，有利于系统的一体化；采集系统实时性能满足更多的应用要求；VLSI的发展和应用，使信息采集系统体积越来越小、可靠性越来越高；总线

7、技术对信息采集系统发展起重要作用。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术1.1.视频采集技术视频采集技术人类获取信息70%源于视觉，视觉具有直观、准确、真实等特点。分类分类。常用视频采集传感器有电荷耦合器件CCD和互补金属氧化物半导体CMOS。组成组成。由光源、光学通路和光电元件组成，光电传感器将可见光转换成某种电量。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术2.CCD2.CCD视频传感器视频传感器组成组成。光敏单元、输入结构和输出结构等。功能功能。光/电转换、信息存储和延时等。应用应用。图像采集、扫描仪、工业测量等。优点优点。体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元几何精度高、

8、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、可靠性高等。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（1 1）CCDCCD传感器结构传感器结构CCD结构的三层分别是“微棱镜”、“滤色片”、“感光区”，如下图所示。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（2 2）CCDCCD工作过程及应用工作过程及应用工作过程工作过程。主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测，相当于模拟移位存储器。主要应用主要应用。有信息处理用延迟线、存储器和光电摄像器件3个应用方向。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（3 3）CCDCCD传感器传感器参数参数面阵CCD性能衡量包括光光/ /电转换特性电转换

9、特性、光谱响光谱响应、动态范围、暗电流、分辨率应、动态范围、暗电流、分辨率等。光/电转换特性如下图所示。特性曲线的拐点G对应饱和曝光量：曝光量SE时，CCD输出信号不再增加，G点所对应的输出电压为饱和输出电压。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（4 4）CCDCCD摄像机摄像机类型类型依成像色彩划分依成像色彩划分。分为彩色和黑白：彩色彩色CCDCCD。适用于景物细节、颜色辨别。黑白黑白CCDCCD。适用于光线较差及夜间无法安装照明设备的区域。按按CCDCCD靶面大小划分靶面大小划分。CCD芯片已开发出多种尺寸，目前，多采用1/3和1/4。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术按照度划分

10、按照度划分普通型，工作照度13Lux；月光型，工作照度约0.1Lux；星光型，工作照度0.01Lux；红外型，没有光线也能成像。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（5 5）CCDCCD摄像机摄像机技术指标技术指标CCDCCD尺寸尺寸。即摄像机靶面，有1/3 、1/4等。CCDCCD像素像素。决定显示图像清晰程度，分辨率越高，图像细节表现越好。CCDCCD分辨率分辨率。线数值越大图像越清晰，彩色摄像机典型分辨率320500线。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术灵敏度灵敏度。CCD对环境光线的敏感程度，越小表示需要光线越少，摄像头也越灵敏。信噪比信噪比典型值为46dB；50dB有少量噪

11、声，但图像质量良好；60dB图像质量优良。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术3.CMOS3.CMOS视频传感器视频传感器（1 1）CMOSCMOS概述概述20世纪60年代末，美国Bell实验室提出固态成像器件概念；70年代初CMOS制造成功；1997年英国VLSI Version公司首次实现CMOS商品化。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术近年来，CMOS克服光照灵敏度差、分辨率低，图像质量无法与CCD相比等缺点；同时，CMOS保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、成本低等优点；CMOS逐渐成为研究、使用热点。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（1 1）CMOSCMOS传感器

12、芯片结构传感器芯片结构CMOS像素是二维可编址传感器阵列，每列传感器与位线相连，行选择线允许所选择的行内每个敏感单元输出信号送入对应的位线，位线末端是多路选择器，按各列独立的列编址选择。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（2 2）CMOSCMOS传感器工作原理传感器工作原理光照射到像素阵列时发生光/电效应，在像素单元产生相应电荷；行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元；行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（3 3）CMOSCMOS传感器传感器优点优点容易制造，成本

13、远低于CCD。CMOS传感器采用标准的半导体芯片制造技术，成本约为同级CCD的1/3。CMOS采用主动式图像采集方式，感光二极管产生的电荷直接放大输出，虽导致一定的噪声，但功耗显著降低。易于实现较高的集成度，便于小型化，有效降低用户设计难度。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术（4 4）CMOSCMOS传感器传感器缺点缺点感光二极管周围需较多的周边电路，故CMOS开口率较低；每个像素都有放大器，所有放大器难以精确一致，导致CMOS图像质量一般。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术4.CCD4.CCD与与CMOSCMOS的差异的差异CCD与CMOS主要差异是像素光生电荷时读出方式差异。从

14、技术角度比较，二者不同之处：信息读取方式信息读取方式。CCD较为复杂。速度速度。CMOS没有CCD“瓶颈”问题，速度快。 成像质量成像质量。CCD相对CMOS有一定优势。 功耗功耗。CMOS功耗约为CCD的1/81/10。 成本差异成本差异。CMOS成品率高，制造成本低。2.2 2.2 信息采集技术信息采集技术表表1 CCD1 CCD与与CMOSCMOS比较比较 2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术1.1.传输介质概述传输介质概述（1 1）分类）分类。传输介质是安全防范系统信息传输的物理通路，分有线、无线两大类。有线介质有线介质。看得见、摸得着，信号沿导线传输，能量相对集中，传输效率较高。

15、无线介质无线介质。传输信息的媒质为自由空间，信号分散，传输效率较低，安全性较差，分长波、中波、短波、超短波和微波等。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术表表2 2 常用传输介质类型与特点常用传输介质类型与特点 2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（2 2）传输介质的特性）传输介质的特性物理特性物理特性。说明传输介质的特征。传输特性传输特性。包括信号形式、调制技术、传输速率及频带宽度等。连通性连通性。采用点-点或点-多点连接方式。地理范围地理范围。通信系统各点间最大距离。抗干扰性抗干扰性。防止噪声、电磁干扰对数据传输影响的能力等。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术2.2.有线传输介

16、质有线传输介质（1 1）定义）定义。传输媒质为看得见、摸得着的架空明线、双绞线、电缆、光纤等。优点优点。信号沿导线传输，能量相对集中，传输效率高；监控网络布线受外界因素影响小，传输质量较有保障。缺点缺点。通信成本高，受地形影响较大，敷设时受地面因素影响，有些区域难以覆盖。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（2 2）双绞线双绞线由两根绝缘导线螺旋状扭在一起组成，分为无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线。将双绞线放入绝缘套管，用于近距离传输，易安装、价格低，但传输速度较慢、抗干扰能力差、信号衰减明显；屏蔽双绞线屏蔽双绞线。双绞线外加上金属丝编织的屏蔽层，容量大、保密性好、抗干扰

17、能力强，但成本较高。 2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（3 3）电缆）电缆一对导体按“同轴”形式构成，各层依次为：内导体内导体。同轴电缆核心，用于信号传输。绝缘层绝缘层。防止内导体与外导体短路。外导体外导体。与内导体构成导体，屏蔽外部干扰并防止信息泄漏。外套外套。保护作用。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（4 4）光纤光纤组成组成。由传导光波的玻璃纤维加保护层构成，分纤芯、保护层、吸收外壳、防护层、外绝缘层。核心及保护层用极纯净的玻璃或塑胶制成，但保护层折射率比核心部分低。到达核心表面的光入射角大于临界角时会发生全反射，光线在核心多次全反射达到传导光波之目的。多根光纤保护层防止

18、光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层外绝缘层多根光纤保护层防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层外绝缘层2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术光纤通信特点光纤通信特点优点优点。传输信号频带宽、通信容量大、传输损耗小、传输距离远、误码率低（10-9）、可靠性高、抗干扰能力强、保密性好。缺点缺点。价格较高、敷设困难。电信号驱动电路光源中继器输出电路电信号发送单元(电/光转换)传输单元接收单元(光/电转换)光调制器光纤光纤放大电路光检测器电信号驱动电路光源中继器输出电路电信号发送单元(电/光转换)传输单元接收单元(光/电转换)光调制器光纤光纤光纤光纤放大电路光检测器2.3 2.3 信息传输技术信息传

19、输技术（5 5）视频监控的有线传输）视频监控的有线传输主要分为电缆传输和光纤传输。电缆传输电缆传输。应用最早、用量最大、最易操作的传输方式，有同轴视频传输、双绞线基带传输、射频传输等方式，多用于传输距离较近的场合。光纤传输光纤传输。根据实际情况选择合适的光纤设备、光纤、中继器等，依据性能、价格、服务等确定品牌。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术3.3.无线传输介质无线传输介质（1 1）无线传输介质概述）无线传输介质概述定义定义。通过空间电磁波传输信号，重要基础是无线电波传播。由于各波段传播特性各异，故用于不同的通信系统，形成多种无线通信。分类分类。按波长不同，分长波、中波、短波、超短波和

20、微波等，整个频率范围称电磁波频谱。常用的有无线电波、微波、红外、激光等。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术表表3 3 无线电波各波段相关参数及应用无线电波各波段相关参数及应用 2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术电磁波频谱分布及应用电磁波频谱分布及应用10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电(AM)无线电(FM)电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFV

21、HFUHFSHFEHFTHF2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（1 1）微波）微波定义定义。频率300MHz300GHz，能量集中于一点并沿直线传播的电磁波。微波通信微波通信。利用微波在视距范围内传输信息的点-点通信方式，传输视频、音频、数据等。分类分类。有地面微波接力通信和卫星通信。安全防范系统可基于微波通信实现视频信号移动传输，或临时构建视频监控系统。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（2 2）红外）红外红外线是廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的传输介质。军用方面的目标探测、制导、通信和夜视；民用方面的热源探测、过程控制、红外遥感等。安全防范方面应用：恶劣气候下的监控、

22、识别恶劣气候下的监控、识别。 检测、识别遗弃的行李检测、识别遗弃的行李。 火灾监控与识别火灾监控与识别。 周界监控周界监控 。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（3 3）激光）激光激光激光能产生非常纯净的窄光束，具有很高的能量输出，用于激光通信、检测及光/电技术等。激光对射周界围栏能有效探测非法入侵。2.3 2.3 信息传输技术信息传输技术（4 4）视频监控的无线传输）视频监控的无线传输优点优点：迅速将多个监测点与控制中心连接起来，快速建立无线通信链路，省去布线麻烦，建设周期短、满足灵活机动应用需求，信号覆盖到有线网络未延伸的场所，节约维护成本。局限性局限性：易受外界电磁干扰、同频干扰等

23、，无线网络中传输稳定的、高质量的信息是无线视频监控关键。2.4 2.4 信息存储技术信息存储技术目前，存储技术成为信息技术领域发展热点。主要有以下两方面原因：应用需求的牵引应用需求的牵引。数字化、网络化对海量信息的存储提出了高要求。技术进步的推动技术进步的推动。信息存储技术广泛应用是推动其发展的关键。存储介质技术、存储体系结构、管理软件、接口技术等的发展使存储产品大容量、高性能、高可靠性、多样化。2.4.1 2.4.1 存储技术概述存储技术概述1.1.存储介质概述存储介质概述定义定义。用来存放信息的载体。凡有两种稳定的物理状态，且两种状态易于识别、易于转换的物质或元器件均可存储数字信息。2.4

24、.1 2.4.1 存储技术概述存储技术概述分类分类。存储介质不同，存储机理各异。按存储原理不同，分为：磁存储器，如磁带、磁盘、硬盘；光存储器，如CD、VCD、MO、MD、DVD；半导体存储器，如ROM、RAM、EPROM、EEPROM、Flash ROM等。上述存储器有相应的适用范围。2.4.1 2.4.1 存储技术概述存储技术概述发展发展。存储技术发展呈类似金字塔的结构，即存储速度越快、单位容量的成本越高，容量也越小；存储速度越慢、单位容量成本越低，容量越大。 2.4.1 2.4.1 存储技术概述存储技术概述2.2.磁存储技术磁存储技术结构结构。用非磁性金属或塑料做基体，表面涂敷、电镀、沉积

25、或溅射极薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态存储信息“0/1”。基体和磁层合称磁存储介质。分类分类。依存储介质形状分磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器和磁盘存储器。原理原理。通过磁存储介质高速旋转或平移，借助软磁材料制作的磁头实现信息读/写。2.4.1 2.4.1 存储技术概述存储技术概述4.4.存储介质发展趋势存储介质发展趋势发展目标发展目标：大容量、低成本、小型化、微功耗、高速度、高性能、非易失性。存储技术由磁存储向磁-光存储、光存储和半导体存储发展；存储方式由模拟向数字发展；存储介质由磁性机制（磁带、磁盘、磁卡）向磁光介质（磁光盘）、光介质（光盘、光带、光卡）和固态介质发

26、展；存储介质形态由带向盘、卡发展。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术1.1.磁存储技术磁存储技术（1 1）磁存储技术概述）磁存储技术概述主要指磁表面存储器，用非磁性金属或塑料做基体，表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态存储信息“0/1”。基体和磁层合称磁存储介质，分磁卡存储器、磁带存储器、磁盘存储器等，计算机主要使用磁盘存储器。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术磁表面存储器通过磁存储介质的高速旋转或平移，借助磁头实现信息读/写。由于是机械运动方式，故读/写速度较低。存储位元是磁层上非常小的磁化区域，存储容量很大，且位价

27、格较低，故应用广泛。磁盘技术包括磁性盘片、电机、盘上方的伸缩臂、伸缩臂上的磁头等。磁存储器工作时，电机带动磁盘旋转，伸缩臂在盘上移动，磁头进行读/写操作。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术硬盘存储器结构如硬盘存储器结构如下下图图所示所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（2 2）硬盘磁媒体结构）硬盘磁媒体结构硬盘基底是机械性能很好的AlMg合金，其上有NiP层，使表面更加平整。在NiP层溅射几十纳米厚的Cr底层，再溅射CoCr合金磁存储层。根据金属物理的基本原理，Cr底层表面结构决定了CoCr合金原胞的取向，从而控制自发磁化的取向以及纳米磁颗粒间的交换作用，实现超

28、高密度的磁存储。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（3 3）磁存储基本原理）磁存储基本原理基本原理基本原理。磁存储技术基本原理是通过改变磁粒子的极性来在磁性介质上存储数据。利用每个存储点上的磁场方向代表“0/1”，要读取这些数据，需电极扫过这个磁场。“磁阻磁阻”效应效应。磁场作用下，磁性金属内部电子自旋方向发生改变导致电阻改变，从而改变电流强度，称为“磁阻”效应。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术磁存储器存储原理如磁存储器存储原理如下下图图所示所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术读取数据时读取数据时，磁头将存储介质上的磁粒子极性转换成脉冲信号，并转

29、换成计算机可识别的数据形式；写入数据时写入数据时，通过磁头改变盘上数据的磁性，如正、负极分别与0/1相对应。要使用硬盘等介质上的数据文件，通常需依靠操作系统所提供的文件系统功能，文件系统维护着存储介质上所有文件的索引。可以通过一定的技术手段恢复被删除的信息。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术格式化格式化。在盘面划分磁道和扇区，并在扇区填写扇区号等信息的过程。磁盘的磁道和扇区如下图所示磁盘的磁道和扇区如下图所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（4 4）磁存储技术应用）磁存储技术应用目前，磁存储是铁磁性材料最重要的应用市场。其中，视频与音频存储占40%，数据存储占6

30、0%。其应用包括公共需求如商业、金融、军事、科学、教育、政府部门的信息存储，娱乐需求如录音、录像、游戏等，以及个人信息管理等。录音机、录像机、计算机硬盘等，都是磁存储技术的应用，并促进相关的基础研究。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术对个人用户对个人用户，硬盘是最主要的存储设备，计算机操作系统、应用程序和重要数据资料多存储于硬盘，故要求硬盘容量尽可能大、速度尽可能快；对专业用户对专业用户，由于数据丢失会造成巨大损失，除要求更高的速度、更大的容量之外，对硬盘容错能力和安全性要求很高。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（5 5）磁存储技术发展趋势）磁存储技术发展趋势巨磁

31、阻磁头技术、垂直磁存储技术、隧穿磁阻磁头等的应用，使硬盘容量在短短的几年时间里有了数百倍的提升。上述技术发展到目前已接近极限，硬盘容量的提升必须寻求新的技术。目前，最有希望的是齐整化介质技术（PM）和热辅助磁存储技术（HAMR）。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术2.2.光存储技术光存储技术（1 1）光存储技术概述）光存储技术概述光盘存储器是将用于存储的薄层涂敷在由热传导率很小、耐热性很强的有机玻璃基体上构成的存储介质。目前，光盘存储器是辅助存储器中单位成本最低的，广泛应用于电子出版物、电子图像管理、档案管理、备份管理等。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术采用激光进

32、行信息读/写的盘状存储介质称为光盘（CD），其主要优点：存储密度高、容量大、成本低、寿命长，特别适合大量信息存储、交换。光盘不仅能满足海量数据存储的需要，还能存储文字、声音、图像等，使传统的信息存储、传输、管理、使用方式发生根本性变化。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术光盘按存储容量与读/写特性不同，分CD、DVD、蓝光DVD，如下图所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术表表4 4 光盘存储器的发展光盘存储器的发展目前，光存储介质现已发展为庞大的光盘家族，形成了极具效益的产业，并以前所未有的速度快速发展。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（2 2）光

33、盘基本结构）光盘基本结构常用光存储设备有CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RW、DVD-RW、MO等。CD-ROM为只读光盘，多用于电子出版物；CD-R允许用户写入信息，但只能写满一次，可以无限次读，与CD-ROM兼容；CD-RW为可多次读/写光盘，使用特殊相变材料存储信息，写入次数12001500次，采用CD-R格式，与CD-R刻录机通用；2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术最基本的光存储产品是CD。它由光轨组成，光盘上储存的信息按一定规则排列，形状像一条条“轨道”，称为光轨。一张光盘的光轨最多99条，光轨由内至外呈螺旋线形状；数据光盘从目录开始，存储起

34、始地址的多个连续逻辑扇区为一轨；音频光盘，一首歌曲对应一条光轨。常用CD的外径120mm、厚度1.2mm。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术CDCD光盘结构如下图所示光盘结构如下图所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（3 3）光盘存储原理）光盘存储原理光存储介质是以二进制数据的形式存储信息。基本原理基本原理：改变存储单元的某种性质，如反射率、反射光极化方向等，利用这种性质的改变写入/读取信息。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术写入信息时写入信息时，存储信息经编码后输入光调制器，调制激光源输出光束的强弱代表“0/1”，将调制后的激光束通过光路写入系统

35、到物镜聚焦，使光束成为光点射到存储介质形成信息坑。为识别数据，定义凹坑处代表“1”、无坑凹代表“0”，这样就将信息写入光盘。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术读取信息时读取信息时，读光束为未调制的连续波，功率仅为写入时功率的1/10。经光路系统后，在存储介质上聚焦成小光点。无凹坑处，入射光大部分返回；有凹坑处，坑深使得反射光与入射光抵消而不返回。这样，根据光束反射能力的差异将存储在介质上的“0/1”信息读出。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术CDCD读出原理如下读出原理如下图图所示所示。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（4 4）关于）关于DVDDVD

36、光盘光盘DVD初始含义为Digital Video Disc，后因其涵盖规模已超过设定的视频播映范围，更名为数字多用途光盘Digital Versatile Disc。DVD集计算机技术、光学存储技术和影视技术等为一体，目的是满足大存储容量、高性能存储媒体的需求，在音频、视频领域广泛应用，并带动了出版、广播、通信等的发展。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术DVD物理结构DVD盘与CD/VCD本质差别：CD/VCD盘最小凹坑0.834m，道间距1.6m，采用780790nm红外激光器读取数据，容量680MB；DVD最小凹坑仅0.4m，道间距0.74m，采用635650nm红外激光器

37、读取数据；CD单速传输速率是150KB/s，DVD的1则是1358KB/s（约为CD的9倍）。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术表表5 CD5 CD与与DVDDVD主要参数比较主要参数比较2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术DVD用红色激光，HD-DVD、Blu-ray蓝紫色激光。蓝紫色激光光盘存储密度大，Blu-ray单碟双层50GB；HD-DVD为30GB。表表6 6 常见常见DVDDVD存储容量存储容量2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术DVDDVD主要特点主要特点目前，DVD采用波长650nm的红色激光和数字光圈0.6的聚焦镜头，具有大容量、高画质

38、、高音质、高兼容性等特点。大容量大容量。单面单层红光DVD的容量为4.7GB（约为CD的7倍），双面双层DVD容量更高达17GB（约为CD的26倍），能较好的满足绝大多数场合存储要求。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术高画质高画质。DVD采用MPEG2压缩标准，系统码流传输数据率可变（110.7Mb/s），能达到广播级电视图像质量（水平分辨率500线）。要实现更高清晰度的画质，还可选用MPEG2中对应的高级规范。画面有全景扫描、4:3普通屏幕、16:9宽屏幕等3种方式。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术高音质高音质。1992年美国Dolby实验室发布了AC3数字环绕

39、立体声系统，以6个完全独立的声道（左、右、中、左环绕、右环绕和超重低音，简称5.1声道）和全频带（20Hz20KHz）高精度逼真声场，产生非常好的临场数字环绕高保真音响效果。高兼容性高兼容性。DVD影碟机/驱动器可播放CD、VCD，具有良好的兼容性。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（5 5）光存储技术发展趋势）光存储技术发展趋势光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与自动控制技术的发展，使光存储技术在存储密度、存储容量、数据传输率、寻址时间等方面发展潜力巨大，在功能多样化、操作智能化方面进展显著。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术3.3.固

40、态存储技术固态存储技术（1 1）固态存储技术概述）固态存储技术概述定义定义。固态存储器（SSD）是采用电子存储介质读/写信息的存储技术。特点特点。SSD突破磁存储性能瓶颈，且价格逐年降低，特别是闪速存储器（闪存）单片容量越来越大、价格越来越低，基于Flash的固态存储已成为便携式电子产品主流存储设备。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术分类分类。根据掉电后所存储数据是否仍存在，固态储存器分挥发性和非挥发性两种：挥发性存储器挥发性存储器。掉电后存储数据随之消失，技术较成熟，包括动态随机存储器（DRAM）、静态随机存储器（SRAM）等；非挥发性存储器非挥发性存储器。掉电不影响存储的数据

41、，包括只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电擦除可编程只读存储器（EEPROM）、Flash存储器等。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（2 2）闪速存储器）闪速存储器FlashFlashFlash集其它非易失性存储器优点：与EPROM相比较，Flash可电擦除及重复编程，不需要特殊的高压；与EEPROM相比较，Flash成本低、密度大，本质上属于EEPROM，能长期存储信息。存取速度快、存储密度高、低成本、耗功耗等独特性能使之广泛运用，主要包括：2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术嵌入式系统，如PC及外设、通信交换机、蜂窝电话、网络设备、仪器

42、仪表等；新兴的图像、语音、数据存储类产品，如数码相机、数字录音机和个人数字助理（PDA）、U盘、MP3、MP4等。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术根据技术架构不同，Flash存储器分4大类：NOR技术，代表公司Intel，特点为擦除和写入慢、随机读快；NAND技术，代表公司Samsung，特点为随机读/写慢、以页为单位连续读/写快；AND技术，代表公司Hitachi，特点为低功耗，价格高；EEPROM派生的Flash，介于NOR与EEPROM之间。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术NORNOR技术技术。NOR技术Flash由Intel和AMD公司主导，出现最早，目

43、前仍受到多数厂商支持。它源于传统的EPROM器件，与其它Flash存储器相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中使用广泛，如PC的基本输入/输出系统（BIOS）、移动电话、PDA等。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术NORNOR技术主要特点技术主要特点：程序和数据可存放在同一芯片，拥有独立的数据总线和地址总线，允许系统快速、直接从Flash中读取代码执行，无需先将代码下载至RAM中再执行；2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术可单字节编程，但不能单字节擦除，须以块为单位或对整片执行擦除操作，对存储器重新

44、编程前需对块或整片进行预编程和擦除操作（耗时数百毫秒），故NOR技术的擦除和编程速度较慢，在纯数据存储、文件存储的应用中显得力不从心。在以写入为主要应用方面仍有市场，如Compact Flash卡多采用该技术。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术NANDNAND技术技术。是以纯数据/文件存储为主要功能的存储器，近年来新兴应用多以该技术为主，包括Smart Media卡、Compact Flash卡、固态盘的存储介质，正成为闪速磁盘技术的核心，受到Samsung、Toshiba、Fujitsu等公司的支持。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术主要特点主要特点：以页为单位进

45、行读和编程操作，以块为单位进行擦除操作，具有快编程和快擦除的功能，块擦除时间仅2ms；数据、地址采用同一总线，实现串行读取，但随机读取速度慢且不能按字节随机编程；2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术芯片尺寸小、引脚少，是位成本最低的固态存储器；芯片包含有失效块，失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术ANDAND技术技术。AND技术是Hitachi公司专利技术，采用“大多数完好的存储器”概念，是目前数据和文档存储领域占重要地位的闪速存储技术。AND内部存在与块大小一致的内部RAM缓冲区，使得AND技术不

46、像其它闪存技术那样写入时性能严重下降，广泛用于PDA、移动通信、数码相机、数码摄像机、便携式音乐播放器等。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术由由EEPROMEEPROM派生的派生的FlashFlash。EEPROM具有很高的灵活性，可直接以单字节读/写数据，无需擦除，但存储密度小、单位成本高。以EEPROM作为闪速存储阵列，具有EEPROM与NOR技术闪速存储折衷的性能特点：2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术读/写灵活性逊于EEPROM，不能直接改写数据，编程前需进行页擦除，但与NOR技术相比具有快速读取、快编程、快擦除等特点；与EEPROM比较，有明显的成本优势；

47、存储密度比EEPROM大，但比NOR技术闪速存储器小。此类存储器的良好性能和成本优势，使其在市场仍有一席之地。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术存储器发展都具有容量更大、体积更小、功耗更低、速度更快的趋势，这在Flash存储器方面表现得尤为明显。随着半导体工艺的发展，闪存容量更大、芯片更小、功耗更低，促进便携式产品的发展。新技术、新工艺也推动闪存位成本下降，具备取代传统磁盘存储器的潜质。目前，Flash与DRAM、SRAM是半导体存储器市场主流。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术（3 3）关于固态硬盘）关于固态硬盘是用电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和固态存储

48、单元组成，也称电子硬盘。目前使用的硬盘容量大、价格低，但存在机械磨损，可靠性及耐用性较差，抗冲击、抗振动能力弱，功耗大。随着闪速存储器的迅猛发展，其在便携机上取代硬盘已成为可能。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术固态硬盘的接口规范、定义、功能及使用和普通硬盘相同，产品外形和尺寸也与普通硬盘一致，包括3.5、2.5、1.8。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，抗震性极佳。其工作温度范围宽，已成为硬盘未来发展的趋势。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术根据存储介质不同，固态硬盘（SSD）分基于闪存的固态硬盘和基于DRAM的固态硬盘。基于闪存的固态硬盘基于闪存的固态硬盘采用

49、Flash作为存储介质，具有良好移动性，且数据保护不受电源控制，能适应各种环境，但寿命有限，适合于笔记本硬盘、移动硬盘、存储卡、U盘等；2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术基于基于DRAMDRAM的固态硬盘的固态硬盘高性能存储器，使用寿命长，需独立电源保护数据安全，应用范围较窄，能提供标准接口用于连接主机或服务器，应用方式分SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。与普通硬盘比较，SSD有以下优点。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术启动及数据存取速度快启动及数据存取速度快。SSD不用磁头，启动及存/取速度很快。据测试：同样配置两台笔记本，采用SSD固态存储器的从开机到出现桌面仅

50、需18s，采用传统硬盘需31s。防震抗摔防震抗摔。SSD无活动部件，不会发生机械故障，不怕碰撞、冲击、振动，计算机意外掉落或碰撞时将数据丢失的可能性降到最小。2.4.2 2.4.2 常用存储技术常用存储技术工作温度范围宽工作温度范围宽。硬盘驱动器典型工作范围555，多数SSD可在-1070工作，工业级SSD能在-4085工作。无噪音无噪音。SSD没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0dB，发热量小、散热快。重量轻重量轻。低容量SSD比同容量硬盘体积小、重量轻，但该优势随容量增大逐渐减弱。2.5 2.5 信息显示技术信息显示技术2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述显示技术是根据人的

51、心理和生理特点，利用各种显示设备和显示方法改变光的强弱、波长，组成不同形式视觉信息，直观、具体、生动的展现视频信息的技术。1897年德国人K.F.布劳恩发明阴极射线管用于显示快速变化的电信号以来，显示器件的发展经历了阴极射线管到平板显示器件的历程。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述根据显示机理不同，分主动发光型和非主动发光型两类：主动发光型主动发光型利用光信息发光，直接进行显示，又称能动型或发光型显示；非主动发光型非主动发光型本身不发光，通过反射、散射、干涉等现象，对其它光源发出的光进行控制，即通过光变换进行显示，又称被动型显示。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技

52、术概述显示器重要特质包括：显示器重量与厚度；显示器电量使用；显示器使用寿命。从早期黑白到现在的色彩，显示器走过漫长的历程。随着技术不断发展，其分类越来越细，如CRT、LCD、PDP、LED、OLED、FED、VFD、DMD、Eink等。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述1.1.常用显示技术简介常用显示技术简介CRTCRT显示技术显示技术。实现最早、应用最广泛的显示技术，利用高能电子束激励荧光体发光。CRT技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度和较低成本，具有丰富的几何失真调整能力，主要用作显示器、监视器。CRT在51cm以下正受到LCD竞争，在100cm以上范围受

53、到PDP的挑战。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述LCDLCD显示技术显示技术。液晶是在一定温度范围内呈现出不同于固态、液态的特殊物质态，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。液晶由于晶体各向异性而具有电/光效应，尤其是扭曲向列效应和超扭曲效应，所以能制成不同类型的显示器件。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述LCD有“第二半导体”称谓，具有工作电压低、功耗小、重量轻、厚度薄、寿命长、无电磁辐射、抗干扰性好、有效显示面积大、适于大规模集成电路直接驱动等优良特色。局限性：LCD属非主动发光型，显示视角小，对比度和亮度受环境影响较大，响应速度较

54、慢且工艺复杂，发展方向是逐步取代CRT。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述LEDLED显示技术显示技术。由LED构成单色或多色显示，高亮度、高效率、长寿命，适合大屏幕显示，但不能用于监视器等中型显示器。OLEDOLED显示技术显示技术。主动发光器件，有极好的光特性和低功耗特性，能在弯曲的衬底上批量生产，成本低廉、使用方便灵活，有很宽的应用范围，从简单的单色大面积发光到全色视频图形显示器。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述FEDFED显示技术显示技术。FED将真空微电子管应用于显示，电子束能量分布范围较传统热电子束窄，且具有较高的亮度。它集CRT高显示质量和L

55、CD低功耗优点于一身，是具有广阔发展潜力的自发光平板显示技术。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述VFDVFD显示技术显示技术。VFD是将阴极、栅极和阳极封装在真空管壳内的一种三极电子管式的真空显示器件，阴极发射的电子经栅极和阳极所加的正电压而加速，并激励涂覆于阳极上的荧光粉而发光，是一种广泛用作音频、视频产品和家用电器的显示器。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述DMDDMD显示技术显示技术。这是一种采用微机电系统技术制造的微型显示器，主要用于便携式商用投影机和家庭影院投影机。E Einkink显示技术显示技术。Eink是在双稳态材料上通过电场进行控制的显示器

56、。双稳态材料加上电场时，二氧化钛粒子根据电荷状态向某电极迁移从而控制该像素发光与否。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述2.2.显示技术发展趋势显示技术发展趋势21世纪是信息时代，获取信息的渠道很多，通过显示器件获取信息是最直观、最常用、最有效的方式。显示器按“物质状态”可分为“真空态”、“半固态”和“固态”；按显示器摆放分为“放置”、“壁挂”和“粘贴”。2 2. .5 5.1.1 显示技术概述显示技术概述显示器与半导体并称为信息产业两块基石，在推进信息化进程中起着极其重要的作用。显示技术正在发生变革，低功耗、小型化、数字化、便携式、多功能越来越受青睐。平板显示发展异常迅猛，代

57、替CRT已成必然。与CRT相比，平板显示具有薄、轻、功耗小、辐射低、无闪烁等优点，LCD、PDP、OLED、FED、VFD、LED等都是平板显示典型代表。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备1.CRT1.CRT显示器显示器（1 1）CRTCRT概述概述CRT是使用阴极射线管的显示器，是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。1897年，第一只黑白CRT诞生；1951年，第一只彩色CRT诞生。百余年来，以CRT为核心部件的显示终端应用十分广泛，在显示器件领域占据统治地位。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备CRT价格低、亮度高、对比度高、色域广、分辨率高、响应速度快、视角宽

58、、显示方式灵活、寿命长，且技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度。应用于电视、计算机显示器、工业监视器、投影仪等终端显示设备。存在体积大、重量大、功耗高、辐射强、坚固性差等局限性。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备表表7 CRT7 CRT发展历程发展历程 2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备（2 2）CRTCRT结构及原理结构及原理CRT涉及电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃外壳等，其结构及原理如下图所示。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备电子枪工作原理电子枪工作原理：显像管内部的灯丝加热阴极，阴极发射电子，在加速极电场作用下，经强度控制

59、、聚焦和加速后变成细小的电子流；在阳极高压作用下，电子流获得巨大能量，穿越荫罩的小孔或栅栏，以极高速度轰击荧光屏的荧光粉层；2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备R、G、B荧光点被按不同比例强度的电子流点亮，分别发出强弱不同的R、G、B三种光，混合产生不同色彩的像素；大量不同色彩的像素即可组成画面，而不断变换的画面就成为运动图像；像素越多，图像越清晰、细腻，越逼真。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备彩色显像管各像素点由R、G、B三种涂料组合而成，由三束电子束分别激活这三种颜色的磷光涂料，以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度就可得到所需颜色，类似于绘画的调色过程。倘若

60、电子束瞄准得不够精确，就可能会打到邻近的磷光涂层，这样就会产生不正确的颜色或轻微重像，因此须对电子束进行精确控制。点距点距 0.24mm0.24mm0.14mm0.14mm2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备荫罩荫罩。作用是保证3支电子束扫描时准确击中各像素。荫罩是厚度约0.15mm的薄金属板，上面有很多小孔或细槽，它们和同一组荧光粉单元（像素）相对应。3支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，保证了彩色的纯正和正确的会聚，显示清晰的图像。2.5.2 2.5.2 常用显示设备常用显示设备荫罩分荫罩式和荫栅式两种。荫罩式荫罩式。是一层有许多小洞的金属薄板，只有瞄准