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1、第八章第八章 输入输出系统输入输出系统计算机组成原理电子教案 陆 遥8.1输入输出系统概述输入输出系统概述8.2输入设备输入设备 键盘 鼠标 触摸屏 扫描仪8.3输出设备输出设备8.3.1显示器 打印机8.4辅助存储器辅助存储器 磁记录原理与记录方式 硬磁盘存储器 磁盘阵列存储器 光盘存储器8.5输入输出接口输入输出接口 输入输出接口的功能和基本结构 I/O端口的编址方式8.6输入输出数据传送方式输入输出数据传送方式 程序查询方式 程序中断方式 直接存储器访问（DMA）方式 通道方式8.6.5I/O处理机方式8.1输入输出系统概述输入输出系统概述n输入输出（输入输出（I/O）系统）系统的作用，
2、是把计算机系统外的作用，是把计算机系统外的数据输入到计算机主机中，并将计算机主机处的数据输入到计算机主机中，并将计算机主机处理后的数据输出到计算机系统外。理后的数据输出到计算机系统外。I/O系统是一个系统是一个硬、软件结合硬、软件结合的系统，硬件部分包括外围设备及的系统，硬件部分包括外围设备及其与主机的接口，软件部分则包括接口的初始化其与主机的接口，软件部分则包括接口的初始化程序及具体的输入输出操作程序等。程序及具体的输入输出操作程序等。n计算机系统中，除主机（由计算机系统中，除主机（由CPU和主存组成）外和主存组成）外的其他硬设备都称为计算机的的其他硬设备都称为计算机的外围设备外围设备。外围
3、设。外围设备种类繁多，功能各异，包括有输入设备、输出备种类繁多，功能各异，包括有输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备等几大类。等几大类。n输入设备和输出设备输入设备和输出设备统称为统称为人机交互设备人机交互设备，用来，用来实现计算机与其使用者之间的信息交流。实现计算机与其使用者之间的信息交流。n外存储器外存储器既能以文件形式保存主机输出的程序和既能以文件形式保存主机输出的程序和数据，也能将所保存的程序和数据输入主机。数据，也能将所保存的程序和数据输入主机。n各种外围设备都有自己的各种外围设备都有自己的设备控制器设备控制器，用来控制，
4、用来控制设备本身的操作，而设备控制器又通过设备本身的操作，而设备控制器又通过I/O接口接口与与主机相连，接受主机的控制，如下图所示。主机相连，接受主机的控制，如下图所示。nI/O接口接口是主机与外围设备之间的连接电路，主要是主机与外围设备之间的连接电路，主要起到控制、缓冲与转换的作用。起到控制、缓冲与转换的作用。n主机与外围设备之间的主机与外围设备之间的数据传送方式数据传送方式有有程序查询程序查询方式方式、程序中断方式程序中断方式、直接存储器访问（直接存储器访问（DMA）方式方式、通道方式通道方式和和外围处理机方式外围处理机方式等等5种。种。n不同的不同的I/O数据传送方式需要数据传送方式需要
5、I/O接口有不同的功接口有不同的功能和不同的设计。能和不同的设计。n对程序查询方式和程序中断方式，其对程序查询方式和程序中断方式，其I/O数据传送数据传送过程需要过程需要CPU执行执行I/O程序程序来控制；对来控制；对DMA方式，方式，数据传送过程由数据传送过程由DMA控制器控制器控制，但控制，但DMA控制控制器需要由器需要由CPU执行执行初始化程序初始化程序来设置各种初始条来设置各种初始条件。件。n在采用在采用通道通道和和I/O处理机处理机的的I/O系统中，通道和系统中，通道和I/O处理机取代了一般意义上的处理机取代了一般意义上的I/O接口，并具有智能接口，并具有智能化和很高的独立控制能力，
6、能够化和很高的独立控制能力，能够代替代替CPU完成输完成输入输出控制入输出控制，从而提高了，从而提高了CPU的工作效率。的工作效率。n主机在与不同速度的外围设备进行数据传送时，主机在与不同速度的外围设备进行数据传送时，所采用的所采用的定时方式定时方式是不一样的；在与中、低速度是不一样的；在与中、低速度的外围设备传送数据时，通常采用的外围设备传送数据时，通常采用异步定时方式异步定时方式，而在与高速外围设备传送数据时，则采用而在与高速外围设备传送数据时，则采用同步定同步定时方式时方式。8.2输入设备输入设备 键盘n键盘是一种键盘是一种字符输入设备字符输入设备，用来输入文字、符号，用来输入文字、符号
7、和操作命令等。和操作命令等。n键盘由一组排列成键盘由一组排列成阵列阵列形式的形式的按键开关按键开关组成，每组成，每个键都被赋以明确的含义。目前，绝大多数键盘个键都被赋以明确的含义。目前，绝大多数键盘上使用的都是上使用的都是ASCII字符字符。n由键盘进行一次输入的过程大致是：由键盘进行一次输入的过程大致是：按下一个键；按下一个键；扫描按键的位置，产生所按键的扫描按键的位置，产生所按键的位置码位置码；将位置码转换成按键所对应的字符的将位置码转换成按键所对应的字符的ASCII码，码，并由主机接收。并由主机接收。n键盘按其功能不同，通常可分为键盘按其功能不同，通常可分为编码键盘编码键盘和和非编非编码
8、键盘码键盘两种基本类型。两种基本类型。n编码键盘编码键盘本身带有实现接口主要功能所必须的硬本身带有实现接口主要功能所必须的硬件电路，能自动检测被按下的键，能实现去抖动、件电路，能自动检测被按下的键，能实现去抖动、防串键等功能，并且能向主机提供被按键所对应防串键等功能，并且能向主机提供被按键所对应的的ASCII码。编码键盘与主机的接口简单，但硬码。编码键盘与主机的接口简单，但硬件电路较复杂，价格较高。件电路较复杂，价格较高。n非编码键盘非编码键盘只简单地提供一个按键开关阵列，而只简单地提供一个按键开关阵列，而识别按键（包括按键扫描、去抖动、防串键等）、识别按键（包括按键扫描、去抖动、防串键等）、
9、形成位置码及转换为形成位置码及转换为ASCII码等功能均由码等功能均由CPU运运行专门的软件来实现。非编码键盘价格较低，但行专门的软件来实现。非编码键盘价格较低，但其与主机的接口较复杂。其与主机的接口较复杂。n实际使用的键盘通常介于这两种基本类型之间，实际使用的键盘通常介于这两种基本类型之间，即由键盘完成一部分操作，再由即由键盘完成一部分操作，再由CPU执行程序完执行程序完成另一部分操作。成另一部分操作。n例如，例如，PC机的键盘内装有机的键盘内装有Intel8048单片机单片机来完成来完成键盘扫描、去抖动、防串键等操作，能自动形成键盘扫描、去抖动、防串键等操作，能自动形成被按键的位置码，并能
10、将位置码以被按键的位置码，并能将位置码以串行方式串行方式发送发送到主机；到主机；CPU接收到位置码后，再执行专门的接收到位置码后，再执行专门的转转换程序换程序，将位置码转换成，将位置码转换成ASCII码（通常采用查码（通常采用查表的方式进行转换）。表的方式进行转换）。鼠标n鼠标是一种鼠标是一种坐标定位设备坐标定位设备，是随着图形操作界面，是随着图形操作界面出现而发明的一种输入设备。出现而发明的一种输入设备。n常用的鼠标有常用的鼠标有机械式机械式和和光电式光电式两种，它们与主机两种，它们与主机的通信和控制原理完全相同，只是在的通信和控制原理完全相同，只是在移动检测移动检测方方面有些差异，可以直接
11、替换使用。鼠标一般都有面有些差异，可以直接替换使用。鼠标一般都有两个按键（左键和右键），通过两个按键（左键和右键），通过串行接口串行接口或或USB接口接口与计算机主机相连。与计算机主机相连。n机械式鼠标机械式鼠标的底部有一个圆形的凹坑，里面装有的底部有一个圆形的凹坑，里面装有一个表面裹着橡胶的金属球，球的侧面一个表面裹着橡胶的金属球，球的侧面呈正交方呈正交方向向（即二维坐标的（即二维坐标的X和和Y方向）装有两个方向）装有两个转轴转轴，转，转轴与球的表面接触。通过转轴所连接的轴与球的表面接触。通过转轴所连接的移动检测移动检测电路电路，就可以测出鼠标在，就可以测出鼠标在X和和Y方向上的位移。方向上
12、的位移。n光电式鼠标光电式鼠标的底部装有发光二极管和光敏接收器。的底部装有发光二极管和光敏接收器。现在的光电式鼠标可以直接在各种现在的光电式鼠标可以直接在各种反光率不是很反光率不是很高高的平面上使用。的平面上使用。n无论哪种类型的鼠标，在移动一个无论哪种类型的鼠标，在移动一个最小位移单位最小位移单位后，都要向主机发送一个后，都要向主机发送一个3字节的串字节的串。其中，第一。其中，第一个字节表示鼠标在最近的个字节表示鼠标在最近的100ms内沿内沿X方向的位移方向的位移量；第二个字节为鼠标沿量；第二个字节为鼠标沿Y方向的位移量；第三方向的位移量；第三个字节描述鼠标当前键的状态。个字节描述鼠标当前键
13、的状态。n衡量鼠标性能的一个重要参数是衡量鼠标性能的一个重要参数是分辨率分辨率，一般以，一般以d/cm（像素点（像素点/厘米）为单位，表示鼠标移动厘米）为单位，表示鼠标移动1cm所经过的像素点数。分辨率越高，可使鼠标移动所经过的像素点数。分辨率越高，可使鼠标移动到目标位置所需的移动距离越短。到目标位置所需的移动距离越短。触摸屏n触摸屏是一种对物体的接触或靠近能产生反应的触摸屏是一种对物体的接触或靠近能产生反应的定位设备。触摸屏是定位设备。触摸屏是透明的透明的，可安装在任何一种，可安装在任何一种显示器屏幕的外表面上。显示器屏幕的外表面上。n触摸屏系统一般包括两部分：触摸屏系统一般包括两部分：触摸
14、屏控制器触摸屏控制器和和触触摸检测装置摸检测装置。触摸屏控制器上有微处理器和固化。触摸屏控制器上有微处理器和固化的监控程序，其主要作用是将触摸检测装置送来的监控程序，其主要作用是将触摸检测装置送来的触摸信息转换成触点坐标，再传送给主机；同的触摸信息转换成触点坐标，再传送给主机；同时，它能接收主机发来的命令，并予以执行。时，它能接收主机发来的命令，并予以执行。n根据所采用的触摸检测技术不同，触摸屏可分成根据所采用的触摸检测技术不同，触摸屏可分成5类：电阻式、电容式、表面超声波式、红外线扫类：电阻式、电容式、表面超声波式、红外线扫描式和压感式。描式和压感式。n电阻式触摸屏电阻式触摸屏的主体是两层高
15、度透明、并涂有导的主体是两层高度透明、并涂有导电物质的薄膜，下面一层附在玻璃底座上，上面电物质的薄膜，下面一层附在玻璃底座上，上面一层附在透明塑料片内侧，两层薄膜之间由绝缘一层附在透明塑料片内侧，两层薄膜之间由绝缘支点隔开，间隙为英寸。当用户触摸上层的塑料支点隔开，间隙为英寸。当用户触摸上层的塑料片时，触摸屏控制器可以根据触摸片时，触摸屏控制器可以根据触摸点接触电阻点接触电阻的的大小求得接触点所在的大小求得接触点所在的X和和Y坐标。坐标。n电容式触摸屏电容式触摸屏是一个内部涂有金属层的玻璃罩。是一个内部涂有金属层的玻璃罩。当用户触摸其表面时，会产生由触摸点向四个角当用户触摸其表面时，会产生由触
16、摸点向四个角传输的电流，根据电流的大小可以计算出触摸点传输的电流，根据电流的大小可以计算出触摸点的坐标。的坐标。n表面超声波式触摸屏表面超声波式触摸屏是一个透明的玻璃罩，在玻是一个透明的玻璃罩，在玻璃罩的璃罩的X和和Y方向都安装了一个发射和接收压电转方向都安装了一个发射和接收压电转换器和一组反射条。触摸屏还有一个控制器发送换器和一组反射条。触摸屏还有一个控制器发送5MHz的触发信号给发射、接收转换器，由它转换的触发信号给发射、接收转换器，由它转换成表面超声波在屏幕表面传播。当用户触摸屏幕成表面超声波在屏幕表面传播。当用户触摸屏幕时，触摸点处的超声波被吸收，使接收信号发生时，触摸点处的超声波被吸
17、收，使接收信号发生变化，触摸屏控制器可以据此求得触摸点的坐标。变化，触摸屏控制器可以据此求得触摸点的坐标。n红外扫描式触摸屏红外扫描式触摸屏只是一个安装在普通显示器屏只是一个安装在普通显示器屏幕边框上的框架，框架的四个边框分为上下和左幕边框上的框架，框架的四个边框分为上下和左右两组，每组边框中，一条内放置了红外线发射右两组，每组边框中，一条内放置了红外线发射管，另一条内放置了红外线接收管。在触摸屏内管，另一条内放置了红外线接收管。在触摸屏内的微处理器控制下，依次接通红外线发射管并检的微处理器控制下，依次接通红外线发射管并检查对应的红外线接收管。当用户用手指触摸显示查对应的红外线接收管。当用户用
18、手指触摸显示器屏幕时，手指就会挡住经过这一点的横竖两条器屏幕时，手指就会挡住经过这一点的横竖两条红外线，微处理器据此可计算出触摸点的坐标。红外线，微处理器据此可计算出触摸点的坐标。n压感式触摸屏压感式触摸屏采用底座式矢量压力测力技术，为采用底座式矢量压力测力技术，为显示器设计一个专用工作平台，显示器在这个平显示器设计一个专用工作平台，显示器在这个平台上可以做三维运动。当用户触摸显示器屏幕时，台上可以做三维运动。当用户触摸显示器屏幕时，显示器就会在平台上产生三维运动，工作台内部显示器就会在平台上产生三维运动，工作台内部的传感器就能测出显示器运动的状态，并据此计的传感器就能测出显示器运动的状态，并
19、据此计算出触摸的位置。算出触摸的位置。扫描仪n扫描仪是一种扫描仪是一种图像输入设备图像输入设备，用来将各种文档、，用来将各种文档、图纸等转换成二进制数字，并以字节为单位输入图纸等转换成二进制数字，并以字节为单位输入计算机，然后，由计算机运行专门的软件将其转计算机，然后，由计算机运行专门的软件将其转换成某种格式的换成某种格式的图形文件图形文件，供计算机处理或存档。，供计算机处理或存档。n常见的扫描仪有常见的扫描仪有平板式扫描仪平板式扫描仪和和滚筒式扫描仪滚筒式扫描仪。n平板式扫描仪平板式扫描仪以一块平板玻璃为工作台面，扫描以一块平板玻璃为工作台面，扫描仪的主要部件位于台面下方，有一个电机驱动的仪
20、的主要部件位于台面下方，有一个电机驱动的可移动的托架，托架上有光源、反射镜片、透镜可移动的托架，托架上有光源、反射镜片、透镜和感光元件等。和感光元件等。n扫描仪的关键部件是扫描仪的关键部件是感光元件感光元件，目前使用最广的，目前使用最广的感光元件是感光元件是电荷耦合器件（简称电荷耦合器件（简称CCD）。CCD是是在单晶硅上集成了大量在单晶硅上集成了大量光电三极管光电三极管，光电三极管，光电三极管受到光线照射后会产生电流，电流大小和光线强受到光线照射后会产生电流，电流大小和光线强度成正比，从而实现度成正比，从而实现光电转换光电转换。这些光电三极管。这些光电三极管排成三列，分别用红、绿、蓝色的滤色
21、镜罩住，排成三列，分别用红、绿、蓝色的滤色镜罩住，从而实现从而实现彩色扫描彩色扫描。n扫描仪的性能指标主要有扫描仪的性能指标主要有分辨率分辨率、色彩灰度值色彩灰度值、扫描速度扫描速度和和扫描幅面扫描幅面。其中，分辨率分横向和纵。其中，分辨率分横向和纵向分辨率，以每英寸像素数（向分辨率，以每英寸像素数（dpi）来衡量；横向）来衡量；横向分辨率由分辨率由CCD决定，纵向分辨率由驱动电机每次决定，纵向分辨率由驱动电机每次移动的最小距离决定。移动的最小距离决定。8.3输出设备输出设备8.3.1显示器n显示器能将计算机的处理结果以显示器能将计算机的处理结果以可见光可见光的形式输的形式输出，是最常用的输出
22、设备。出，是最常用的输出设备。n显示器种类繁多，按所用的显示器种类繁多，按所用的显示器件显示器件分类，有阴分类，有阴极射线管（简称极射线管（简称CRT）显示器、液晶显示器（简）显示器、液晶显示器（简称称LCD）、等离子显示器等；按）、等离子显示器等；按可显示的内容可显示的内容分分类，有字符显示器、图形显示器和图像显示器三类，有字符显示器、图形显示器和图像显示器三类。显示器也称为类。显示器也称为监视器监视器。1CRT显示器显示器nCRT是一个电真空器件，由电子枪、偏转装置和是一个电真空器件，由电子枪、偏转装置和荧光屏构成。下图是单色荧光屏构成。下图是单色CRT（即黑白显像管）（即黑白显像管）结构
23、示意图。结构示意图。n电子枪电子枪是是CRT的主要组成部分，用于形成和发射的主要组成部分，用于形成和发射电子束电子束。电子束射到。电子束射到荧光屏荧光屏上形成上形成光点光点。不同位。不同位置、不同亮度的光点就可以组成文字符号或图形置、不同亮度的光点就可以组成文字符号或图形图像。图像。n为了获得高质量的显示效果，电子束应满足以下为了获得高质量的显示效果，电子束应满足以下要求：要求：电子束应有足够的强度和速度，而且强度可以电子束应有足够的强度和速度，而且强度可以控制控制。电子束的强度由。电子束的强度由栅极栅极来控制，而栅极由来控制，而栅极由亮亮度信号度信号控制；控制；阳极阳极对电子束加速，以保证电
24、子束对电子束加速，以保证电子束有足够的能量轰击荧光屏。有足够的能量轰击荧光屏。射到荧光屏上的电子束要足够细，以保证所显射到荧光屏上的电子束要足够细，以保证所显示的内容清晰可辨示的内容清晰可辨。聚焦极聚焦极用于对电子束进行聚用于对电子束进行聚焦，形成很细的电子束。焦，形成很细的电子束。电子束的的运动方向要能够控制，以便使电子电子束的的运动方向要能够控制，以便使电子束能射到荧光屏的任何位置束能射到荧光屏的任何位置。套在。套在CRT尾部的尾部的偏偏转线圈转线圈，通过所产生的，通过所产生的磁场磁场的变化，来控制电子的变化，来控制电子束的运动方向。束的运动方向。n荧光屏荧光屏内侧涂有内侧涂有荧光粉荧光粉
25、，它能将电子束的动能转，它能将电子束的动能转换成光能。荧光粉在电子束撤消后仍能保持发光换成光能。荧光粉在电子束撤消后仍能保持发光的时间，称为的时间，称为余辉时间余辉时间。余辉时间与荧光粉的材。余辉时间与荧光粉的材料特性有关。从视觉效果来说，料特性有关。从视觉效果来说，余辉时间宜短不余辉时间宜短不宜长宜长。n对于对于单色单色CRT，电子枪只有一个阴极，荧光屏上，电子枪只有一个阴极，荧光屏上只涂有一种荧光粉，只能发出一种颜色的光。只涂有一种荧光粉，只能发出一种颜色的光。n对对彩色彩色CRT，荧光屏上每个，荧光屏上每个像素点像素点都由排列成正都由排列成正三角形的三个小荧光粉点组成；三个荧光粉点的三角
26、形的三个小荧光粉点组成；三个荧光粉点的材料不同，它们在电子束轰击下分别发出材料不同，它们在电子束轰击下分别发出红红、绿绿、蓝蓝三种颜色的光。不同强度的红、绿、蓝三种颜色的光。不同强度的红、绿、蓝三色叠三色叠加加起来，就可以产生丰富的色彩。起来，就可以产生丰富的色彩。n彩色彩色CRT的电子枪中有的电子枪中有三个独立的阴极三个独立的阴极，可以同，可以同时向一个像素的三个荧光粉点发射电子束。时向一个像素的三个荧光粉点发射电子束。n荧光屏上的所有像素点被排列成一个多行多列的荧光屏上的所有像素点被排列成一个多行多列的阵列阵列。电子束在荧光屏上的扫描方式有。电子束在荧光屏上的扫描方式有光栅扫描光栅扫描和和
27、随机扫描随机扫描两种。两种。n光栅扫描方式有光栅扫描方式有隔行扫描隔行扫描和和逐行扫描逐行扫描两种实现方两种实现方法。法。隔行扫描隔行扫描是把所有行分为奇数行和偶数行两是把所有行分为奇数行和偶数行两部分，扫描完所有奇数行后，再扫描所有偶数行。部分，扫描完所有奇数行后，再扫描所有偶数行。逐行扫描逐行扫描则是从第一行开始，依次扫描每一行。则是从第一行开始，依次扫描每一行。n扫描过程中，根据所要显示的内容，在需要显示扫描过程中，根据所要显示的内容，在需要显示一个光点的地方就发出一个光点的地方就发出强电子束强电子束，否则就，否则就减弱电减弱电子束子束。n当电子束从左到右扫描完一行后，要快速回扫到当电子
28、束从左到右扫描完一行后，要快速回扫到下一行的左端，这称为下一行的左端，这称为水平回扫水平回扫。在扫描完最后。在扫描完最后一行后，电子束又迅速回扫到第一行的左端，这一行后，电子束又迅速回扫到第一行的左端，这称为称为垂直回扫垂直回扫。电子束回扫时，显示是。电子束回扫时，显示是消隐消隐的，的，不会在荧光屏上产生光点。不会在荧光屏上产生光点。n通常把电子束每秒钟对荧光屏扫描的遍数称为通常把电子束每秒钟对荧光屏扫描的遍数称为帧帧频频，帧频越高，显示画面的闪烁感就越小，画面，帧频越高，显示画面的闪烁感就越小，画面就越稳定；就越稳定；帧频实际上就是垂直回扫的频率帧频实际上就是垂直回扫的频率。n相比较而言，隔
29、行扫描所需的帧频比逐行扫描低，相比较而言，隔行扫描所需的帧频比逐行扫描低，实现的成本也较低；但是，隔行扫描的显示质量实现的成本也较低；但是，隔行扫描的显示质量比逐行扫描差。比逐行扫描差。n与光栅扫描方式不同，在与光栅扫描方式不同，在随机扫描方式随机扫描方式下，电子下，电子束只扫描荧光屏上需要显示光点的位置，而不是束只扫描荧光屏上需要显示光点的位置，而不是扫描整个屏幕，因此，这种扫描方式的扫描整个屏幕，因此，这种扫描方式的扫描速度扫描速度快快，显示质量高显示质量高。但是，随机扫描的。但是，随机扫描的控制逻辑比控制逻辑比较复杂较复杂，实现成本也较高实现成本也较高。目前，大多数。目前，大多数CRT显
30、显示器采用光栅扫描方式。示器采用光栅扫描方式。n显示器的显示精度取决于显示器的显示器的显示精度取决于显示器的分辨率分辨率。分辨分辨率是指荧光屏上可显示的像素点数率是指荧光屏上可显示的像素点数，通常表示为，通常表示为mn的格式，其中，的格式，其中，n为像素阵列的行数，为像素阵列的行数，m为每为每行的像素点数。分辨率越高，显示的内容越清晰。行的像素点数。分辨率越高，显示的内容越清晰。n通过控制电子束的强度，可以改变光点的亮度；通过控制电子束的强度，可以改变光点的亮度；光点亮度变化的级数，称为光点亮度变化的级数，称为灰度级灰度级。n对对单色字符显示器单色字符显示器，每个像素点只需要有亮和不，每个像素
31、点只需要有亮和不亮两级灰度，因此，每个像素点可用亮两级灰度，因此，每个像素点可用1位二进制数位二进制数字表示（字表示（1表示亮，表示亮，0表示不亮），表示不亮），1个字节可以表个字节可以表示示8个像素。个像素。n如果是如果是黑白图形黑白图形/图像显示器图像显示器，灰度为，灰度为N级，则每级，则每个像素要用个像素要用位二进制数字来表示。位二进制数字来表示。n对对彩色图形彩色图形/图像显示器图像显示器来说，一个像素点是由排来说，一个像素点是由排成正三角形的红、绿、蓝三个小光点组成的，每成正三角形的红、绿、蓝三个小光点组成的，每个小光点均有多级灰度，并且是独立控制的，因个小光点均有多级灰度，并且是独
32、立控制的，因此，此，需要分别表示三个小光点的灰度级需要分别表示三个小光点的灰度级。n分辨率越高，灰度级或色彩越丰富，显示的图像分辨率越高，灰度级或色彩越丰富，显示的图像质量就越高，表示一帧图像所需的数据量也越大。质量就越高，表示一帧图像所需的数据量也越大。nCRT显示器的显示器的适配器适配器（常称为（常称为显示卡显示卡）中设置有）中设置有显示存储器（显示存储器（VRAM），用来存放当前帧的显示，用来存放当前帧的显示内容，供内容，供刷新刷新操作用。操作用。n下图所示，为光栅扫描单色字符显示器和彩色图下图所示，为光栅扫描单色字符显示器和彩色图形形/图像显示器的适配器原理图。图像显示器的适配器原理图
33、。n在在单色字符显示适配器单色字符显示适配器中，显示存储器存放的是中，显示存储器存放的是当前帧所有字符的当前帧所有字符的ASCII码码，存放顺序按照字符，存放顺序按照字符在屏幕上的显示位置来排列，即按行序、同一行在屏幕上的显示位置来排列，即按行序、同一行按从左到右的顺序存放。显示存储器的容量与一按从左到右的顺序存放。显示存储器的容量与一帧能显示的字符数有关。帧能显示的字符数有关。n字符的字符的显示码显示码也称字符也称字符点阵码点阵码，它是用二进制数，它是用二进制数字组成的一个字组成的一个阵列阵列，阵列中的每一位二进制数字，阵列中的每一位二进制数字对应屏幕上的一个像素点，某位为对应屏幕上的一个像
34、素点，某位为1，表示对应的，表示对应的像素点发光，为像素点发光，为0则不发光。则不发光。n字符字符“B”的的79点阵码如下图所示。点阵码如下图所示。nASCII字符集的字符集的128个字符的点阵码都由个字符的点阵码都由字符发生字符发生器器产生。字符发生器的核心是一个存储全部字符产生。字符发生器的核心是一个存储全部字符点阵码信息的点阵码信息的ROM，称为，称为字符字符ROM。n字符点阵码的每一行称为一个字符点阵码的每一行称为一个线代码线代码，每个线代，每个线代码在字符码在字符ROM中占用一个字单元，点阵码各行的中占用一个字单元，点阵码各行的线代码按行序连续存放在字符线代码按行序连续存放在字符RO
35、M的字单元中。的字单元中。下图所示，为下图所示，为79点阵字符发生器的内部结构及字点阵字符发生器的内部结构及字符符“B”的点阵码在字符的点阵码在字符ROM中的存放方式。中的存放方式。n第第0线的线代码为全线的线代码为全0，作为相邻两行字符的显示，作为相邻两行字符的显示间隔。间隔。n访问字符访问字符ROM的地址由两部分组成，其的地址由两部分组成，其高位部分高位部分为所显示字符的为所显示字符的ASCII码码，低位部分为线选地址低位部分为线选地址。n并并串移位寄存器串移位寄存器的作用，是将并行读出的线代的作用，是将并行读出的线代码转换为串行方式一位一位发到码转换为串行方式一位一位发到CRT，去控制电
36、，去控制电子束的发射。由于电子束的扫描方向是从左向右子束的发射。由于电子束的扫描方向是从左向右扫描，所以，移位寄存器采用扫描，所以，移位寄存器采用左移左移方式工作。方式工作。nCRT控制器控制器是显示适配器的核心部件，其主要功是显示适配器的核心部件，其主要功能是：能是：提供访问显示存储器的地址和访问字符提供访问显示存储器的地址和访问字符ROM的的线选地址。线选地址。显示存储器中的字符地址是由字符所在的行号显示存储器中的字符地址是由字符所在的行号（行地址行地址）和字符在行内的序号（）和字符在行内的序号（行内地址行内地址）组）组成的，其中，行地址为字符地址的高位部分，行成的，其中，行地址为字符地址
37、的高位部分，行内地址为字符地址的低位部分。按字符地址访问内地址为字符地址的低位部分。按字符地址访问显示存储器，读取一个字符的显示存储器，读取一个字符的ASCII码送到字符码送到字符发生器，作为访问字符发生器，作为访问字符ROM的高位地址。的高位地址。行地址、行内地址和线选地址均由专门的计数器行地址、行内地址和线选地址均由专门的计数器提供。一帧显示开始时，行地址和行内地址均为提供。一帧显示开始时，行地址和行内地址均为0（对应屏幕左上角的字符位置），线选地址也为（对应屏幕左上角的字符位置），线选地址也为0，表示开始扫描该帧第，表示开始扫描该帧第0行字符的第行字符的第0线。此后，线。此后，三个计数器
38、按扫描规则增量变化。三个计数器按扫描规则增量变化。提供时序控制信号。提供时序控制信号。CRT控制提供的时序控制信号主要有：控制提供的时序控制信号主要有：水平同步水平同步信号信号、垂直同步信号垂直同步信号及移位寄存器的及移位寄存器的串行移位信串行移位信号号（打点时钟信号打点时钟信号）。水平同步信号的频率与水）。水平同步信号的频率与水平扫描的频率相同，垂直同步信号的频率与垂直平扫描的频率相同，垂直同步信号的频率与垂直扫描的频率相同。扫描的频率相同。在电子束水平回扫和垂直回扫期间，不允许电子在电子束水平回扫和垂直回扫期间，不允许电子束在屏幕上打出光点，这称为束在屏幕上打出光点，这称为显示消隐显示消隐
39、。进入消。进入消隐期时，隐期时，CRT控制器发出控制器发出消隐信号消隐信号，禁止并，禁止并串串移位寄存器接收来自字符移位寄存器接收来自字符ROM的线代码，从而实的线代码，从而实现显示消隐。现显示消隐。n在在彩色图形彩色图形/图像显示适配器图像显示适配器中，显示存储器用来中，显示存储器用来存放当前正在显示的一帧图形或图像所有像素点存放当前正在显示的一帧图形或图像所有像素点的像素值，且存放顺序与电子束扫描像素点的顺的像素值，且存放顺序与电子束扫描像素点的顺序一致。每个像素值都包含序一致。每个像素值都包含R、G、B三色的灰度三色的灰度值。值。n对显示存储器的访问是以对显示存储器的访问是以像素像素为单
40、位进行的。为单位进行的。CRT控制器计算出一个像素值在显示存储器中的控制器计算出一个像素值在显示存储器中的存放地址，读出其存放地址，读出其R、G、B灰度值，经灰度值，经D/A转换转换器器转换成转换成模拟信号模拟信号，分别控制电子枪中的三个阴，分别控制电子枪中的三个阴极发出三束电子，分别轰击荧光屏上对应像素点极发出三束电子，分别轰击荧光屏上对应像素点的的R、G、B三个小荧光粉点，从而在屏幕上产生三个小荧光粉点，从而在屏幕上产生一个彩色光点。一个彩色光点。n程序段缓存程序段缓存用于存储主机送来的用于存储主机送来的显示文件显示文件和和交互交互式图形图像操作命令式图形图像操作命令，如图形的局部放大、平
41、移、，如图形的局部放大、平移、旋转、比例变换以及图形的检索和图像处理等。旋转、比例变换以及图形的检索和图像处理等。显示处理器显示处理器用来对程序段缓存中的显示文件及操用来对程序段缓存中的显示文件及操作命令进行处理，产生一帧显示数据并存入显示作命令进行处理，产生一帧显示数据并存入显示存储器中。由专门的显示处理器来做这些工作，存储器中。由专门的显示处理器来做这些工作，比在主机中用软件来做效率高很多。比在主机中用软件来做效率高很多。2液晶显示器（液晶显示器（LCD）n液晶是一种液晶是一种有机化合物有机化合物，它既具有液体的流动性，它既具有液体的流动性，又具有分子排列有序的晶体特性。液晶分子为又具有分
42、子排列有序的晶体特性。液晶分子为棒棒状结构状结构，可在，可在电场电场的控制下改变其的控制下改变其排列方向排列方向，从，从而改变光线在液晶体中的传播方向；而且，光线而改变光线在液晶体中的传播方向；而且，光线透过液晶体的强度也可以用电场控制。透过液晶体的强度也可以用电场控制。n液晶本身不会发光，但可以对液晶本身不会发光，但可以对外部照射光源外部照射光源进行进行调制调制，使得透过液晶体的，使得透过液晶体的透射光透射光形成不同的亮度，形成不同的亮度，以达到信息显示的目的。因此，利用液晶显示信以达到信息显示的目的。因此，利用液晶显示信息时，需要使用息时，需要使用背光源背光源。nLCD也有单色和彩色之分。
43、也有单色和彩色之分。单色单色LCD的每个像素的每个像素由一个由一个液晶元液晶元组成，只能透射一种颜色的光。组成，只能透射一种颜色的光。彩彩色色LCD的每个像素由三个小液晶元组成，分别透的每个像素由三个小液晶元组成，分别透射红、绿、蓝三色光线以形成一个彩色光点；红、射红、绿、蓝三色光线以形成一个彩色光点；红、绿、蓝三色光是通过对白色的背光使用绿、蓝三色光是通过对白色的背光使用光过滤器光过滤器分解而得。分解而得。nLCD显示屏显示屏由两块平行的玻璃板中间夹着一层密由两块平行的玻璃板中间夹着一层密封的液晶组成，玻璃板后设置有背光源。显示屏封的液晶组成，玻璃板后设置有背光源。显示屏上的所有上的所有液晶
44、元排列成阵列液晶元排列成阵列形式。形式。n要在显示屏上显示出图形图像，就需要要在显示屏上显示出图形图像，就需要对每个液对每个液晶元处的电场进行控制晶元处的电场进行控制。根据控制电场的方式不。根据控制电场的方式不同，同，LCD显示器有多种类型。显示器有多种类型。nTFT-LCD采用采用薄膜晶体管技术薄膜晶体管技术，在显示屏的每个，在显示屏的每个液晶元位置上都设置了一个晶体管，控制电路通液晶元位置上都设置了一个晶体管，控制电路通过这些晶体管对各液晶元施加适当的电场，控制过这些晶体管对各液晶元施加适当的电场，控制液晶元的光传播特性，使屏幕上产生所需的显示液晶元的光传播特性，使屏幕上产生所需的显示结果
45、。结果。TFT-LCD虽然价格较高，但是显示质量好，虽然价格较高，但是显示质量好，是目前的主流产品。是目前的主流产品。打印机n打印机是计算机系统的主要输出设备之一。打印打印机是计算机系统的主要输出设备之一。打印机能将计算机的处理结果以机能将计算机的处理结果以文字文字、图形图形或或图像图像的的形式形式印在纸上印在纸上，便于人们阅读和保存。，便于人们阅读和保存。n现在使用的打印机都属于现在使用的打印机都属于点阵式打印机点阵式打印机，即把文，即把文字和图形图像都以点阵形式打印在纸上。点阵式字和图形图像都以点阵形式打印在纸上。点阵式打印机可分为打印机可分为击打式击打式和和非击打式非击打式两大类。两大类
46、。1针式打印机针式打印机n针式打印机属针式打印机属击打式击打式打印机，其特点是结构简单、打印机，其特点是结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，还可以打印汉字及图形还可以打印汉字及图形/图像。图像。n针式打印机由针式打印机由打印头与字车打印头与字车、走纸机构走纸机构、色带机色带机构构和和打印控制器打印控制器四部分组成。四部分组成。n打印控制器打印控制器控制着打印机各部分的动作，其作用控制着打印机各部分的动作，其作用类似于类似于CRT控制器，由控制器，由微处理器微处理器、行缓存行缓存RAM、字符发生器字符发生器ROM、打印头驱动电路打印头驱动
47、电路和和接口电路接口电路等等主要部分组成。主要部分组成。n下图所示，为针式打印机的下图所示，为针式打印机的打印机构打印机构。n为了降低打印头制造的难度，打印头为了降低打印头制造的难度，打印头只装一列打只装一列打印针印针，每根打印针可以单独驱动，每根打印针可以单独驱动，每次可打印一每次可打印一个字符点阵的一列个字符点阵的一列，一列打完后，打印头水平移，一列打完后，打印头水平移动一小段距离，再打印下一列。动一小段距离，再打印下一列。n针式打印机是在打印头移动过程中，将字符逐一针式打印机是在打印头移动过程中，将字符逐一打印出来的，所以称为打印出来的，所以称为串行针式打印机串行针式打印机，其打印，其打
48、印速度在每秒速度在每秒100个字符左右。个字符左右。n针式打印机速度较慢、噪声较大，且图形打印效针式打印机速度较慢、噪声较大，且图形打印效果较差；但针式打印机适合打印各种果较差；但针式打印机适合打印各种不同大小纸不同大小纸张张，如打印超宽表格、现金收据、存取款记录、，如打印超宽表格、现金收据、存取款记录、登机牌等。此外，利用打印针的击打力，可用复登机牌等。此外，利用打印针的击打力，可用复写纸一次打印输出多份结果。写纸一次打印输出多份结果。2激光打印机激光打印机n激光打印机是激光打印机是激光技术激光技术和和电子照相技术电子照相技术相结合的相结合的产物，其结构如下图所示。产物，其结构如下图所示。n
49、一页内容的打印需要经过充电、曝光、显影、转一页内容的打印需要经过充电、曝光、显影、转印、定影等一系列过程。印、定影等一系列过程。n在在打印图像打印图像时，通过控制显影器中的显影辊的电时，通过控制显影器中的显影辊的电压，可以改变鼓上吸附的碳粉量，进而改变打印压，可以改变鼓上吸附的碳粉量，进而改变打印纸上像点的浓淡程度，打印出不同的灰度层次，纸上像点的浓淡程度，打印出不同的灰度层次，使图像更加逼真。使图像更加逼真。n激光打印机是激光打印机是非击打式非击打式打印机，噪声低，打印速打印机，噪声低，打印速度快、质量高。高速激光打印机的速度在每分钟度快、质量高。高速激光打印机的速度在每分钟100页（页（1
50、00ppm）以上，中速的有）以上，中速的有3060ppm，低，低速的也有速的也有1020ppm，打印分辨率则达到每英寸，打印分辨率则达到每英寸300点（点（300dpi）以上，是理想的计算机输出设备。）以上，是理想的计算机输出设备。3喷墨打印机喷墨打印机n喷墨打印机是通过把很小的墨水滴喷射到打印纸喷墨打印机是通过把很小的墨水滴喷射到打印纸上形成打印点来完成打印输出功能的。根据墨水上形成打印点来完成打印输出功能的。根据墨水喷射方式的不同，喷墨打印机分为喷射方式的不同，喷墨打印机分为连续式连续式和和随机随机式式两种。两种。n连续式喷墨打印机连续式喷墨打印机只有一个喷墨口，打印机中有只有一个喷墨口，