第七章外围设备

1、计算机组成原理第七章第七章 外围设备外围设备课程教学要求本章内容：本章内容： 7.1 7.1 外围设备概述外围设备概述 7.2 7.2 显示设备显示设备 7.3 7.3 输入设备和打印设备输入设备和打印设备 7 7.4 .4 硬磁盘存储设备硬磁盘存储设备 7.5 7.5 软磁盘存储设备软磁盘存储设备 7 7.6 .6 磁带存储设备磁带存储设备 7 7.7 .7 光盘存储设备光盘存储设备 本章小结本章小结7.1 外围设备概述外围设备概述7.1.1 7.1.1 外围设备的一般功能外围设备的一般功能7.1.2 7.1.2 外围设备的分类外围设备的分类外围设备外围设备7.1.1 外围设备的一般功能外围

2、设备的一般功能 外围设备的定义：外围设备的定义： 外围设备外围设备涉及到相当广泛的计算机部件。除了涉及到相当广泛的计算机部件。除了CPUCPU和主存外，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。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：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。建立起联系。 外围设备的基本组成：外围设备的基本组成： (1) (1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。存储介质，它具有保存信息的物理特征。 (2) (2)驱动装置，它用于移动存储介质。驱动装

3、置，它用于移动存储介质。 (3) (3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。据。外围设备外围设备7.1.2 外围设备的分类外围设备的分类 一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需要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。来决定的。中央部分是中央部分是CPUCPU和主存，通过总线与第二层的适配器和主存，通过总线与第二层的适配器( (接口接口) )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，最外层则是外围设备。备。 外围设备可分为外围设备可分为输入设备输入设备

4、、输出设备输出设备、外存设备外存设备、数据通数据通信设备信设备和和过程控制设备过程控制设备几大类，各类外设的工作模式、信息类几大类，各类外设的工作模式、信息类型、处理速度和控制方式等都各自不同。型、处理速度和控制方式等都各自不同。所以，每一种外围设备，都是在它自己的所以，每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器设备控制器控制控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器和主机连接，并受主下进行工作，而设备控制器则通过适配器和主机连接，并受主机控制。机控制。 计算机的五大类外围设备请参看计算机的五大类外围设备请参看CAICAI演示演示。外围设备外围设备7.2 显示设备显示设备7.2.1 7.2.1 显

5、示设备的分类与一般概念显示设备的分类与一般概念7.2.2 7.2.2 字符字符/ /图形显示器图形显示器7.2.3 7.2.3 图象显示设备图象显示设备7.2.4 7.2.4 IBM PCIBM PC系列机的显示系统系列机的显示系统外围设备外围设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念显示设备的分类与有关概念 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备显示设备，是目，是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管( (CRT)CRT)显示

6、显示器、液晶显示器器、液晶显示器( (LCD)LCD)、等离子显示器等。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、按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。图像显示器三大类。 CRTCRT显示设备的分类显示设备的分类：（：（1 1）以扫描方式分类，分成）以扫描方式分类，分成光栅扫光栅扫描描和和随机扫描随机扫描两种显示器；（两种显示器；（2 2）以分辨率来分，分成高分辨率）以分辨率来分，分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；（显示器和低分辨率显示器；（3 3）以显示的颜色分类，有单色）以显示的颜色分类，有单色( (黑白黑白) )显示器和彩色显示器。

7、（显示器和彩色显示器。（4 4）以）以CRTCRT荧光屏对角线的长度荧光屏对角线的长度分类，有分类，有1212英寸、英寸、1414英寸、英寸、1616英寸、英寸、1919英寸等多种。英寸等多种。 外围设备外围设备分辨率分辨率：是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分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、辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显象管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和荧光屏的尺寸和CRTCRT电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。与显示像素数相对

8、应的存储空间，用来存储每个像素的信息。灰度级灰度级：是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，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数和CRTCRT本身的性能。字符显示器只用本身的性能。字符显示器只用“0”“1”“0”“1”两级灰度表两级灰度表示字示字符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器单色显示器。具有。具有多种灰度级的黑白

9、显示器为多灰度级多种灰度级的黑白显示器为多灰度级黑白显示器黑白显示器。图像显示器。图像显示器的灰度级一般在的灰度级一般在256256级以上。级以上。1.1.分辨率和灰度级分辨率和灰度级外围设备外围设备CRTCRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。电子束扫过之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，这个过程叫做过程叫做刷新刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于。按人的视觉生理，刷新频率

10、大于3030次次/ /秒时才秒时才不会感到闪烁。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5050帧图像。帧图像。 为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储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在刷新存储器刷新存储器（也叫（也叫视频存储器视频存储器）中。其存储容量由图像分辨）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

11、期是刷新存储器的重要技术指标。和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。2.2.刷新和刷新存储器刷新和刷新存储器外围设备外围设备随机扫描随机扫描：是控制电子束在是控制电子束在CRTCRT屏幕上随机地运动，从而屏幕上随机地运动，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的图形显示器( (如分辨率为如分辨率为409640964096)4096)采用随机扫描方式。由采用随机扫描方式。由于这种扫描方式的偏转系统与电视标

12、准不一致，驱动系统较复于这种扫描方式的偏转系统与电视标准不一致，驱动系统较复杂，价格较贵。杂，价格较贵。 光栅扫描光栅扫描：是电视中采用的扫描方法。是电视中采用的扫描方法。 在电视中图像充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，大部分技术业已成熟，计算机

13、系统中除高质量图形显示器外，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。 3.3.随机扫描和光栅扫描随机扫描和光栅扫描 外围设备外围设备7.2.2字符字符/图形显示器图形显示器 1.1.字符显示字符显示显示字符的方法以显示字符的方法以点阵点阵为基础。点阵是由为基础。点阵是由m mn n个像素点组个像素点组成的阵列，并以此来构造字符。成的阵列，并以此来构造字符。 见书见书P240P240图图7.27.2（a)a) 。 字符发生器字符发生器ROMROM： 将点阵存入由将点阵存入由ROMROM构成的字符发生器中，构成的字符发生器中，在在CRTCRT进行光

14、栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个字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，按照点阵中符的点阵，按照点阵中0 0和和1 1代码不同控制扫描电子束的开或关，代码不同控制扫描电子束的开或关，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。和字符窗口的大小。 可见：可见：字符发生器字符发生器ROMROM中存储的是机器所有可显示字符的字形中存储的是机器所有可显示字符的字形点阵信息点阵信息（又称：字模码（又称：字模码) )。外围设备外围设备字符窗口字符窗口：是指每个字符在屏幕上所占的点数（行、列点是

15、指每个字符在屏幕上所占的点数（行、列点数总和），它包括数总和），它包括字符显示点阵字符显示点阵和和字符间隔点阵字符间隔点阵 见图见图7.27.2（a)a)。每个字符窗口可显示一个字符。每个字符窗口可显示一个字符。视频缓存器视频缓存器VRAMVRAM：通常，待显示字符的通常，待显示字符的ASCIIASCII代码被存放在代码被存放在视频缓存器视频缓存器VRAMVRAM中，以备刷新。若一帧屏幕共有中，以备刷新。若一帧屏幕共有20002000个字符窗个字符窗口（即：可显示口（即：可显示20002000个字符），则个字符），则VRAMVRAM应有应有20002000个单元存放被个单元存放被显示的字符信息

16、。可见：显示的字符信息。可见：视频缓存器视频缓存器VRAMVRAM中通常存储待显示字中通常存储待显示字符的符的ASCIIASCII码码。 字符显示码（字模码）的读出方法字符显示码（字模码）的读出方法：字符发生器：字符发生器ROMROM的高位的高位地址来自地址来自VRAMVRAM的的ASCIIASCII代码，低位地址来自光栅地址计数器的输代码，低位地址来自光栅地址计数器的输出出RA3RA0RA3RA0，它依次给出这个字形点阵中的行地址。在显示过它依次给出这个字形点阵中的行地址。在显示过程中，按照程中，按照VRAMVRAM中的中的SACIISACII码和光栅地址计数器访问码和光栅地址计数器访问RO

17、MROM，依次依次取出字形点阵，就可以完成一个字符的输出。取出字形点阵，就可以完成一个字符的输出。外围设备外围设备字符的点阵表示、字符发生器的结构以及字符显示器的字符的点阵表示、字符发生器的结构以及字符显示器的原理框图，见教材原理框图，见教材P240P240图图7.27.2。VRAMVRAM的地址由的地址由水平地址计数器水平地址计数器( (列地址列地址) )和和垂直地址计数器垂直地址计数器( (行地址行地址) )决定，决定，VRAMVRAM输出的输出的ASCIIASCII代码作为代码作为ROMROM的高位地址，的高位地址，ROMROM的低位地址来自光栅地址计数器，的低位地址来自光栅地址计数器，

18、ROMROM的输出在的输出在L L信号控制下并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。（的字符图像。（字符显示器的具体原理分析，参阅教材字符显示器的具体原理分析，参阅教材P241P241）外围设备外围设备 【例【例1 1】：】： 某某CRTCRT显示器可显示显示器可显示6464种种ASCII

19、ASCII字符，每帧可显示字符，每帧可显示6464字字2525行；每个字符字形采用行；每个字符字形采用7 78 8点阵，即横向点阵，即横向7 7点，纵向点，纵向8 8点。另外，点。另外，字间间隔字间间隔1 1点，行间间隔点，行间间隔6 6点；帧频点；帧频5050HzHz，采取逐行扫描方式采取逐行扫描方式 。问：问： (1) (1)缓存容量有多大缓存容量有多大? ? (2) (2)字符发生器字符发生器( (ROM)ROM)容量有多大容量有多大? ? (3) (3)缓存中存放的是缓存中存放的是ASCIIASCII代码还是点阵信息代码还是点阵信息? ? (4) (4)缓存地址与屏幕显示位置如何对应缓

20、存地址与屏幕显示位置如何对应? ? (5) (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它们的分频关系如何? ? 参阅教材参阅教材P240P240图图7.2(7.2(c)c) 外围设备外围设备 【解】【解】 (1) (1)已知：缓存已知：缓存VRAMVRAM中存放的是待显示字符的中存放的是待显示字符的ASCIIASCII码，而码，而一帧共有一帧共有646425=160025=1600个字符，故：缓存容量应为个字符，故：缓存容量应为 646425258 8=1600=1600字节。字节。（ASCIIASCII码为码

21、为8 8位位） (2) (2)已知：已知：ROMROM中存放的是所有可显示字符的字模码（依题中存放的是所有可显示字符的字模码（依题意，各字形为意，各字形为8 88 8点阵），故：点阵），故： ROMROM容量为容量为 64648 88=5128=512字节。字节。（共有共有6464种可显示字符种可显示字符） (3) (3)显然，缓存中存放的是待显示字符的显然，缓存中存放的是待显示字符的ASCIIASCII代码。代码。 (4) (4)显示位置自左至右，从上到下，相应地缓存地址由低到显示位置自左至右，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。高，每个地址码对应一个字符显示位

22、置。 (5) (5)点计数器点计数器8181分频；字计数器分频；字计数器(64(64+12+12)1)1分频；行计数分频；行计数器器(8(8+6+6)1)1分频；排计数器分频；排计数器(25(25+10+10)1)1分频。分频。外围设备外围设备2.2.图形显示图形显示图形显示图形显示: : 是指用计算机手段表示现实世界的各种事物，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，分随机扫描图随机扫描图形显示器形显示器和和光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器。 (1) (1)随机扫描图形显示器随机扫描图形显示器 工作原理

23、是将所显示图形的一组坐标点和绘图命令组成显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示文件存放在缓冲存储器，缓存中的显示文件送矢量( (线段线段) )产产生器，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动。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。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。反复刷新。这种显示器的优点是分辨率高这种显示器的优点是分辨率高( (可达可达4096409640964096个像素个像素) )，显示的曲线平滑。目前高质量图形显示

24、器采用这种随机扫描方显示的曲线平滑。目前高质量图形显示器采用这种随机扫描方式。缺点是当显示复杂图形时，会有闪烁感。式。缺点是当显示复杂图形时，会有闪烁感。 外围设备外围设备 (2) (2)光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器 产生图形的方法称为产生图形的方法称为相邻像素串接法相邻像素串接法，即曲线是由相邻像，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：素串接而成。因此，光栅扫描图形显示器的原理是：把对应于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个地刷新显示在屏幕上。其组成结构如图。

25、其组成结构如图7.37.3：程序段缓冲存储器程序段缓冲存储器：存放由计算机送来的显示文件和交互存放由计算机送来的显示文件和交互式的图形操作命令。式的图形操作命令。刷新存储器刷新存储器：用以存放一帧图形的形状信息，它的地址和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。屏幕上的地址一一对应。外围设备外围设备程序段缓存和刷存之间有一个程序段缓存和刷存之间有一个DDADDA部件部件，它是一种进行数据，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、抛物线乃至示文件给出

26、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。插补后的数据更复杂的曲线。插补后的数据( (像素信息像素信息) )存入刷存用于刷新显存入刷存用于刷新显示。示。光栅扫描图形显示器的优点是通用性强，灰度层次多，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，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

27、扩大了计算机图形学的应用领域，成为目前流行的显示器。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。外围设备外围设备 【例【例2 2】下图为下图为IBM PCIBM PC机汉字显示原理图，请分析此原理图机汉字显示原理图，请分析此原理图并进行文字说明。并进行文字说明。外围设备外围设备 【解】【解】 在在IBM PCIBM PC系列微型计算机系统中，汉字输出是利用通用显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后，将点阵码送到输出

28、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的图形方式下实现的，因此常称这种汉字为图形汉字图形汉字。 如图如图7.47.4所示，通过键盘输入的汉字编码，首先要经代码转所示，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字模库，查出

29、表示一个字形的3232个字节字形点阵送显示输出。个字节字形点阵送显示输出。 外围设备外围设备7.2.3 图象显示设备图象显示设备 图形是用计算机表示和生成的图，称作图形是用计算机表示和生成的图，称作主观图像主观图像。在计算机中表示图形，只需存储绘图命令和坐标点，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，这种图像称为字图像，这种图像称为客观图像客观图像。由于数字化以后逐。由于数字化以后逐点存储，因此图像

30、处理需要占用非常庞大的主存空间。点存储，因此图像处理需要占用非常庞大的主存空间。 图像显示器采用图像显示器采用光栅扫描方式光栅扫描方式，其分辨率在，其分辨率在256256256256或或512512512512个像素，与图形显示兼容的图像个像素，与图形显示兼容的图像显示器已达显示器已达1024102410241024，灰度级在，灰度级在6425664256级。级。外围设备外围设备图像显示器有两种类型：图像显示器有两种类型：1.1.简单图像显示器简单图像显示器 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。算机

31、中完成，显示器不做任何处理。I/OI/O接口、图象存储器接口、图象存储器( (刷刷新存储器新存储器) )、A/DA/D与与D/AD/A变换等组成单独的一个部分，称为变换等组成单独的一个部分，称为图像输图像输入控制板入控制板或或视频数字化仪视频数字化仪。如图。如图7.57.5所示：所示：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，经号，经A/DA/D变换为数字量存入刷新存储器用于显示，并可传送到变换为数字量存入刷新存储器用于显示，

32、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，经计算机进行图像处理操作。处理后的结果送回刷存，经D/AD/A变换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、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。图像处理系统。外围设备外围设备2.2.图形处理子系统图形处理子系统 其硬件结构较前一种复杂得多。它本身就是一个具有并行其硬件结构较前

33、一种复杂得多。它本身就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，同时由于子系处理功能的专用计算机，不仅能完成显示操作，同时由于子系统内部有容量很大的存储器和高速处理器，可以快速执行许多统内部有容量很大的存储器和高速处理器，可以快速执行许多图像处理算法，减轻主计算机系统的运算量。这种子系统可以图像处理算法，减轻主计算机系统的运算量。这种子系统可以单独使用，也可以联到通用计算机系统。目前流行的图形工作单独使用，也可以联到通用计算机系统。目前流行的图形工作站就属于图形处理子系统。站就属于图形处理子系统。外围设备外围设备7.2.4 IBM PC系列机的显示系统系列机的显示系统 1.1.显

34、示标准显示标准随着随着IBM PCIBM PC系列机的升级发展，系列机的升级发展， PCPC机采用的显示标准经历机采用的显示标准经历了如下变化：了如下变化：MDA CGA EGA VGA MDA CGA EGA VGA SuperVGA SuperVGAMDAMDA是是PCPC机最早使用的显示标准。机最早使用的显示标准。MDAMDA是单色字符显示适配是单色字符显示适配器，采用器，采用9 91414点阵的字符窗口，点阵的字符窗口， 满屏显示满屏显示8080列列2525行字符，行字符，对应分辨率为对应分辨率为720720350350个像素。个像素。 CGACGA是彩色图形是彩色图形/ /字符显示适

35、配器，可以兼容字符和图形两字符显示适配器，可以兼容字符和图形两种显示方式。在图形方式下，可以显示种显示方式。在图形方式下，可以显示320320200200像素四种颜色像素四种颜色的彩色图形。的彩色图形。EGAEGA显示标准兼容显示标准兼容CGACGA和和MDAMDA各种显示方式，在图形方式下分各种显示方式，在图形方式下分辨率为辨率为640640350350，1616种颜色。种颜色。 外围设备外围设备 VGAVGA显示标准下，字符窗口为显示标准下，字符窗口为9 91616点阵，图形方式下分辨点阵，图形方式下分辨率为率为640640480480，1616种颜色，或种颜色，或320320200200

36、，256256种颜色。扫描频率种颜色。扫描频率( (水平同步水平同步) )是是31.531.5kHzkHz，刷新频率刷新频率( (垂直同步垂直同步) )是是6060HzHz。VGAVGA显示显示适配器还增添了一个新接口适配器还增添了一个新接口VFCVFC，允许来自其他设备的图形，图允许来自其他设备的图形，图像信号与适配器生成的图形信号合成。像信号与适配器生成的图形信号合成。自自IBMIBM公司推出公司推出VGAVGA后，后，VESA(VESA(美国视频电子标准协会美国视频电子标准协会) )定义定义了一个了一个VGAVGA扩展集，将显示方式标准化，从而成为著名的扩展集，将显示方式标准化，从而成为

37、著名的SuperSuperVGAVGA模式。该模式除兼容模式。该模式除兼容MDAMDA，CGACGA，EGAEGA，VGAVGA的显示方式外，的显示方式外， 还支持还支持1280128010241024像素光栅，每像素点像素光栅，每像素点2424位颜色深度，刷新频位颜色深度，刷新频率可达率可达7575MHzMHz。外围设备外围设备2.2.VESAVESA显示模式显示模式VESAVESA扩充的标准显示模式见文字教材的表扩充的标准显示模式见文字教材的表7.17.1。早期的。早期的MDAMDA，CGACGA，EGAEGA的显示方式是由的显示方式是由BIOSBIOS的一的一 组功能调用组功能调用( (

38、INT INT 10h)10h)来设置和管理的，使用来设置和管理的，使用7 7位的方式码。位的方式码。VESAVESA保留了这种保留了这种方式，方式，将将VGAVGA类显示器及适配器所能支持的新的显示方式进类显示器及适配器所能支持的新的显示方式进行定义，并为新的显示方式指定了行定义，并为新的显示方式指定了1515位的方式码位的方式码 。方式码。方式码的的b8b8位为位为VESAVESA标志位，标志位，b14b9b14b9为保留位为保留位( (目前全为目前全为0)0)，故，故VESAVESA的显示方式号为的显示方式号为 1 1h h。外围设备外围设备3.3.显示适配器显示适配器显示适配器由显示适

39、配器由刷新存储器、显示控制器、刷新存储器、显示控制器、ROM BIOSROM BIOS三部分三部分组成，请参看组成，请参看CAICAI演示演示。 刷新存储器刷新存储器 存放显示图案的点阵数据。其存储容量取决存放显示图案的点阵数据。其存储容量取决于设定的显示工作方式。于设定的显示工作方式。ROM BIOSROM BIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示控制器建含有少量的固化软件，用于支持显示控制器建立所要求的显示环境。此立所要求的显示环境。此BIOSBIOS软件主要用于软件主要用于DOSDOS操作系统。在操作系统。在WindowsWindows环境下，它的大部分功能不被使用，而由后者的设备环境

40、下，它的大部分功能不被使用，而由后者的设备驱动程序建立操作系统与适配器硬件的衔接。驱动程序建立操作系统与适配器硬件的衔接。 外围设备外围设备显示控制器显示控制器 是适配器的心脏。它依据设定的显示工作方式，是适配器的心脏。它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自主地、反复不断地读取显存中的图像点阵( (包括图形、字符文包括图形、字符文本本) )数据，将它们转换成数据，将它们转换成R R，G G，B B三色信号，并配以同步信号送三色信号，并配以同步信号送至显示器刷新屏幕。显示控制器还要提供一个由系统总线至刷至显示器刷新屏幕。显示控制器还要提供一个由系统总线至刷存总线的通路

41、，以支持存总线的通路，以支持CPUCPU将主存中已修改好的点阵数据写入将主存中已修改好的点阵数据写入到刷存，以更新屏幕。这些修改数据一般利用扫描回程的消隐到刷存，以更新屏幕。这些修改数据一般利用扫描回程的消隐时间写入到刷存中，因此显示屏幕不会出现凌乱。时间写入到刷存中，因此显示屏幕不会出现凌乱。先进的显示控制器具有图形加速能力，这样的控制器芯片先进的显示控制器具有图形加速能力，这样的控制器芯片称为称为AVGAAVGA芯片芯片。典型的图形加速功能有：。典型的图形加速功能有：(1)(1)位和块传送位和块传送，用，用于生成和移动一个矩形块于生成和移动一个矩形块( (如窗口如窗口) )数据；数据；(2

42、)(2)画线画线，由硬件在，由硬件在屏上任意两点间画一向量；屏上任意两点间画一向量；(3)(3)填域填域，以预先指定的颜色或花，以预先指定的颜色或花样填满一个任意多边形；样填满一个任意多边形；(4)(4)颜色扩充颜色扩充，将一个单色的图像放，将一个单色的图像放到屏上某一位置后，给它加上指定的前景颜色和背景颜色。到屏上某一位置后，给它加上指定的前景颜色和背景颜色。 外围设备外围设备 【例【例3 3】刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的50%50%

43、用于刷新屏幕，保留用于刷新屏幕，保留50%50%带宽用于其他非刷新功能。带宽用于其他非刷新功能。 (1) (1)若显示工作方式采用分辨率为若显示工作方式采用分辨率为10241024768768，颜色深度为，颜色深度为3 3B B，帧频帧频( (刷新速率刷新速率) )为为7272HzHz，计算刷存总带宽应为多少计算刷存总带宽应为多少? ? (2) (2)为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施? ? 【解】：【解】：(1) (1) 刷新所需带宽刷新所需带宽= =分辨率每个像素点颜色深分辨率每个像素点颜色深度刷新速率度刷新速率 1024 10247687

44、683 3B B72/s=165888KB/s=162MB/s72/s=165888KB/s=162MB/s 刷存总带宽应为刷存总带宽应为162162MB/sMB/s100/50=324MB/s100/50=324MB/s (2)(2)为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：使用高速的使用高速的DRAMDRAM芯片组成刷存；芯片组成刷存； 刷存采用多体交叉结构；刷存采用多体交叉结构；刷存至显示控制器的内部总线宽度由刷存至显示控制器的内部总线宽度由3232位提高到位提高到6464位，甚至位，甚至128128位位 ；刷存采用双端口存储器结构，将刷新端

45、口与更新端；刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。口分开。外围设备外围设备7.3 输入设备和打印设备输入设备和打印设备 7.3.1 7.3.1 输入设备输入设备7.3.2 7.3.2 打印设备打印设备外围设备外围设备7.3.1 输入设备输入设备 常用的计算机输入设备分为常用的计算机输入设备分为图形输入、图像输入、声音输图形输入、图像输入、声音输入入等几类：等几类：1.1.图形输入设备图形输入设备图形输入方法较多，特别是交互式图形系统要求具有人图形输入方法较多，特别是交互式图形系统要求具有人- -机机对话功能：计算机将结果显示给人，人根据看到的显示决定下对话功能：计算机将结果显示给

46、人，人根据看到的显示决定下一步操作，并通过输入设备告诉计算机。如此反复多次，直到一步操作，并通过输入设备告诉计算机。如此反复多次，直到显示结果满意为止。为此必须具有方便灵活的输入手段，才能显示结果满意为止。为此必须具有方便灵活的输入手段，才能体现体现“交互式交互式”的优越性。的优越性。 外围设备外围设备 (1) (1)键盘输入键盘输入 键盘是字符和数字的输入装置，无论字符输入还是图形输键盘是字符和数字的输入装置，无论字符输入还是图形输入，键盘是一种最基本的常用设备入，键盘是一种最基本的常用设备 。当需要输入坐标数据建立。当需要输入坐标数据建立显示文件时，要利用键盘。另外，利用键盘上指定的字符与

47、屏显示文件时，要利用键盘。另外，利用键盘上指定的字符与屏幕上的光标结合，可用来移动光标，拾取图形坐标，指定绘图幕上的光标结合，可用来移动光标，拾取图形坐标，指定绘图命令等。命令等。 (2) (2)光笔输入光笔输入 光笔的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进光笔的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光聚为一个光点。在光笔头部附有一开关，当按下开关时，入的光聚为一个光点。在光笔头部附有一开关，当按下开关时，进行光的检测，光笔就可拾取进行光的检测，光笔就可拾取CRTCRT屏幕上的坐标。光笔与屏幕上屏幕上的坐标。光笔与屏幕上的光标配合，可使光标跟踪光笔移动，在屏幕上画出图形或修的光

48、标配合，可使光标跟踪光笔移动，在屏幕上画出图形或修改图形，其过程与人用钢笔画图的过程类似。改图形，其过程与人用钢笔画图的过程类似。 外围设备外围设备 (3) (3)图形板和游动标输入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。这种二维的输入方形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。这种二维的输入方式比光笔与屏幕相结合的方式有许多优点，因此得到了广泛应式比光笔与屏幕相结合的方式有许

49、多优点，因此得到了广泛应用。用。 游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻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。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。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图形板是一种二维的A/DA/D变换器，因此它又称作数字化板。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。种。 外围设备外围设备 (4)(4)鼠标器

50、输入鼠标器输入 光笔和图形板两种输入方式都可以输入某一点的绝对坐标，光笔和图形板两种输入方式都可以输入某一点的绝对坐标，而鼠标器只要输入相对坐标。而鼠标器只要输入相对坐标。 鼠标器是一种手持的坐标定位部件，有两种类型。一种是鼠标器是一种手持的坐标定位部件，有两种类型。一种是机械式的，另一种是光电式的。机械式的，另一种是光电式的。 外围设备外围设备2.2.图像输入设备图像输入设备最理想的图像输入设备是数字摄像机。它可以摄取任何地最理想的图像输入设备是数字摄像机。它可以摄取任何地点、任何环境的自然景物和物体，直接将数字图像存入磁盘。点、任何环境的自然景物和物体，直接将数字图像存入磁盘。当图像已经记

51、录到某种介质上时，要利用读出装置读出图当图像已经记录到某种介质上时，要利用读出装置读出图像。例如记录在录像带上的图像要用录像机读出，再将视频信像。例如记录在录像带上的图像要用录像机读出，再将视频信号经图像板量化后输入计算机。记录在数字磁带上的遥感图像号经图像板量化后输入计算机。记录在数字磁带上的遥感图像可以直接在磁带机上输入。如果想把纸上的图像输入计算机，可以直接在磁带机上输入。如果想把纸上的图像输入计算机，一种方法是用摄像机对着纸上的图像摄像输入，另一种方法是一种方法是用摄像机对着纸上的图像摄像输入，另一种方法是利用装有利用装有CCD(CCD(电荷耦合器件电荷耦合器件) )的图文扫描仪或图文

52、传真机。还有的图文扫描仪或图文传真机。还有一种叫一种叫“光机扫描鼓光机扫描鼓”的专用设备，可以直接将纸上的图像转的专用设备，可以直接将纸上的图像转换换成数字图像。成数字图像。 由于一帧数字图像要占很大的存储空间，图像数据的传输由于一帧数字图像要占很大的存储空间，图像数据的传输与存储间题将是一个十分重要的研究课题，目前普遍采用的方与存储间题将是一个十分重要的研究课题，目前普遍采用的方法是法是压缩压缩- -恢复技术恢复技术。 外围设备外围设备3.3.语音输入设备语音输入设备利用人的自然语音实现人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机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。下图为

53、一种语音输入重要标志之一。下图为一种语音输入/ /输出设备的原理方框图：输出设备的原理方框图：语音识别器语音识别器作为输入设备，可以将人的作为输入设备，可以将人的 语言声音转换成计语言声音转换成计算机能够识别的信息，并将这些信息送入计算机。而计算机处算机能够识别的信息，并将这些信息送入计算机。而计算机处理的结果又可以通过理的结果又可以通过语音合成器语音合成器变成声音输出，以实现真正的变成声音输出，以实现真正的“人机对话人机对话”。通常语音识别器与语言合成器放在一起做成语。通常语音识别器与语言合成器放在一起做成语音音输入输入/ /输出设备。输出设备。 外围设备外围设备7.3.2 打印设备打印设备

54、 打印输出是计算机最基本的输出形式。与显示器输出相比，打印输出是计算机最基本的输出形式。与显示器输出相比，打印输出可产生永久性记录，打印输出可产生永久性记录， 因此因此打印设备打印设备又称为又称为硬拷贝设备硬拷贝设备。1.1.打印设备的分类打印设备的分类按印字原理分，分为按印字原理分，分为击打式击打式和和非击打式非击打式两大类。击打式是两大类。击打式是利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符。因此利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符。因此习惯上将属于击打式打印方式的机种称为习惯上将属于击打式打印方式的机种称为“打印机打印机”。击打式。击打式设设备的成本低，缺点是噪音大，速度

55、慢。非击打式是采用电、磁、备的成本低，缺点是噪音大，速度慢。非击打式是采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符，因此习惯上将这类非击光、喷墨等物理、化学方法印刷字符，因此习惯上将这类非击打式的机种称打式的机种称 为为“印字机印字机”，如激光印字机，喷墨印字机等。，如激光印字机，喷墨印字机等。非非击打式的设备速度快，噪音低，印字质量高，但价格较贵，有击打式的设备速度快，噪音低，印字质量高，但价格较贵，有的设备还需要专用纸张。目前的发展趋势是机械化的击打式设的设备还需要专用纸张。目前的发展趋势是机械化的击打式设备逐步转向电子化的非击打式设备备逐步转向电子化的非击打式设备外围设备外围设备击打式打

56、印机又分为击打式打印机又分为活字式打印活字式打印和和点阵针式打印点阵针式打印两种。活两种。活字式打印机将字符字式打印机将字符“刻刻”在印字机在印字机 构表面上，印字机构的形状构表面上，印字机构的形状有有圆柱形、球形等多种。点阵针式打印机是利用打印钢针组成的圆柱形、球形等多种。点阵针式打印机是利用打印钢针组成的点针来表示字符。与活字式打印机相比，点阵式打印机的控制点针来表示字符。与活字式打印机相比，点阵式打印机的控制机构简单，字形变化多样，且能打印汉字，因而是应用最广泛机构简单，字形变化多样，且能打印汉字，因而是应用最广泛的一类打印机。的一类打印机。 按工作方式分，可分为按工作方式分，可分为串行

57、打印机串行打印机与与行式打印机行式打印机两种。串两种。串行打印机是逐字打印的，行式打印机是一次可以输出一行，因行打印机是逐字打印的，行式打印机是一次可以输出一行，因而行式打印机的速度比串行打印机快。例如点阵式打印机有串而行式打印机的速度比串行打印机快。例如点阵式打印机有串行点阵打印机和行式点阵打印机。行点阵打印机和行式点阵打印机。 另外还有能够输出图形另外还有能够输出图形/ /图像的打印机，具有彩色效果的彩图像的打印机，具有彩色效果的彩色打印机等。色打印机等。 外围设备外围设备2.2.点阵针式打印机点阵针式打印机点阵针式打印机是目前应用最普及的一种打印设备，特点点阵针式打印机是目前应用最普及的

58、一种打印设备，特点是结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，是结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，易实现汉字打印，还可以打印图形易实现汉字打印，还可以打印图形/ /图像，因此在微小型机中都图像，因此在微小型机中都配置这种打印机。配置这种打印机。点阵针式打印机的印字方法是由打印针选择点阵针式打印机的印字方法是由打印针选择n nm m个点阵组个点阵组成的字符图形。显然点越多，印字成的字符图形。显然点越多，印字 质量越高。西文字符点阵通质量越高。西文字符点阵通常有常有5 57 7，7 77 7，7 79 9等几种，中文汉字至少要等几种，中文汉字至少要16161616或或2

59、42424 24 点阵。为了减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的点阵。为了减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的打印头中只装有一列打印头中只装有一列m m根打印针，每针可以单独驱动根打印针，每针可以单独驱动( (意味着最意味着最多可以并行驱动多可以并行驱动m m根打印针根打印针) )，印完一列后打印头沿水平方向动，印完一列后打印头沿水平方向动一步微小距离，一步微小距离，n n步以后，可形成一个步以后，可形成一个n nm m点阵的字符。以后又点阵的字符。以后又照此逐个字符进行打印。照此逐个字符进行打印。 外围设备外围设备串行针式打印机有单向打印和双向打印两种。当打印完一串行针式打印机有单向打印

60、和双向打印两种。当打印完一行字符后，打印纸在输纸机构控制下前进一行，同时打印头回行字符后，打印纸在输纸机构控制下前进一行，同时打印头回到一行起始位置，重新自左向右打印，这种过程叫单向打印。到一行起始位置，重新自左向右打印，这种过程叫单向打印。双向打印是自左至右打印完一行后，打印头无须回车，在输纸双向打印是自左至右打印完一行后，打印头无须回车，在输纸的同时，打印头走到反向起始位置，自右向左打印一行。反向的同时，打印头走到反向起始位置，自右向左打印一行。反向打印结束后，打印头又回到正向打印起始位置。由于省去了空打印结束后，打印头又回到正向打印起始位置。由于省去了空回车时间，使打印速度大大提高。回车