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1、第第 8 8 章章 I/O I/O设备设备 5/23/20231 2012第8版本章学习内容I/OI/O设备的基本概念设备的基本概念键盘的基本工作原理键盘的基本工作原理显示器的基本工作原理显示器的基本工作原理打印机的分类和基本工作原理打印机的分类和基本工作原理5/23/202328.1 I/O8.1 I/O设备概述设备概述I/OI/O设备设备：实现计算机系统与外部世界之间进行信：实现计算机系统与外部世界之间进行信息交换或信息存储的装置。息交换或信息存储的装置。输入设备输入设备：将现实世界各种形式表示的信息，转：将现实世界各种形式表示的信息，转换为计算机所能识别、处理的信息形式并输入计换为计算机
2、所能识别、处理的信息形式并输入计算机。算机。输出设备输出设备：将计算机处理的结果，转换为适当的，：将计算机处理的结果，转换为适当的，以现实世界所能接受的信息形式输出出来，以便以现实世界所能接受的信息形式输出出来，以便为人或其它系统所用。为人或其它系统所用。5/23/20233在计算机发展初期，在计算机发展初期，I/OI/O设备的作用从功能上讲设备的作用从功能上讲只是单纯地作用于信息形式的转换，并起输入或只是单纯地作用于信息形式的转换，并起输入或输出的作用。输出的作用。随着计算机技术的发展与进步，现代计算机的外随着计算机技术的发展与进步，现代计算机的外存储器，也同时具有存储器，也同时具有I/OI
3、/O设备的功能。设备的功能。主机或处理机：主机或处理机：CPUCPU与内存等在系统中主要进行与内存等在系统中主要进行数据运算处理的部分。数据运算处理的部分。外设（外部设备或外围设备）外设（外部设备或外围设备）：主机以外的系统：主机以外的系统中其余部分，如外存储器，中其余部分，如外存储器，I/OI/O设备等。设备等。传统意义上的传统意义上的I/OI/O设备，只是外设的一个组成部设备，只是外设的一个组成部分。分。5/23/202345/23/20235 字符输入设备：键盘、联机手写识别器等。字符输入设备：键盘、联机手写识别器等。图形输入设备：数字化仪、鼠标器、跟踪球、图形输入设备：数字化仪、鼠标器
4、、跟踪球、操纵杆等。操纵杆等。图像输入设备：摄像机、扫描仪等。图像输入设备：摄像机、扫描仪等。其它类型的设备：如数模转换、声音输入等。其它类型的设备：如数模转换、声音输入等。特殊的输入设备：磁盘，磁带及光盘等。特殊的输入设备：磁盘，磁带及光盘等。1.1.输入设备输入设备5/23/202362 2输出设备输出设备 字符输出设备：行式打印机、点阵式打印机、字符输出设备：行式打印机、点阵式打印机、喷墨和激光打印机，显示器等。喷墨和激光打印机，显示器等。图形输出设备：绘图仪，显示器，喷墨及激图形输出设备：绘图仪，显示器，喷墨及激光打印机等。光打印机等。图像输出设备：显示器，喷墨及激光打印机图像输出设备
5、：显示器，喷墨及激光打印机等。等。其它类型的设备：如声音输出设备等。其它类型的设备：如声音输出设备等。特殊的输出设备：磁盘，磁带等。特殊的输出设备：磁盘，磁带等。5/23/202373 3外存储器外存储器外存储器外存储器：主机之外的一些存储器，它们都是：主机之外的一些存储器，它们都是存储器子系统的一部分，也是属于输入存储器子系统的一部分，也是属于输入/输出设输出设备。备。外存储器主要有：磁盘（包括软盘和硬盘）、外存储器主要有：磁盘（包括软盘和硬盘）、磁带（多种规格）、光盘（只读的、一次性写磁带（多种规格）、光盘（只读的、一次性写入的以及可读写的），优盘等。入的以及可读写的），优盘等。外存储器的
6、任务只是存储或读取数字代码形式外存储器的任务只是存储或读取数字代码形式的信息。一般不提供信息格式、码制的转换，的信息。一般不提供信息格式、码制的转换，所以是所以是I/OI/O设备中特殊的一类。设备中特殊的一类。5/23/202384 4终端设备终端设备终端设备终端设备：与计算机网络的用户一端相连接的：与计算机网络的用户一端相连接的设备。设备。在大型计算机系统中，通过通信线路连接到主在大型计算机系统中，通过通信线路连接到主机的输入输出装置也是一种终端设备。机的输入输出装置也是一种终端设备。终端在不同系统不同场合有不同的含义。终端在不同系统不同场合有不同的含义。智能终端智能终端：具有一定的数据处理
7、能力的终端。：具有一定的数据处理能力的终端。哑终端哑终端：只负责输入输出的终端。：只负责输入输出的终端。本地终端本地终端：与主机距离较近的终端。如在一个：与主机距离较近的终端。如在一个计算中心的机房中的终端。计算中心的机房中的终端。远程终端远程终端：与主机距离较远的终端。远程终端：与主机距离较远的终端。远程终端往往要通过公共通信线路往往要通过公共通信线路(如电话线如电话线)利用调制利用调制解调器与主机交换信息。解调器与主机交换信息。5/23/202395 5其它含义的其它含义的I/OI/O设备设备过程控制设备过程控制设备：在某些特定应用领域中，应用：在某些特定应用领域中，应用计算机系统所需的特
8、殊的计算机系统所需的特殊的I/OI/O设备。如智能仪设备。如智能仪表、传感器、表、传感器、A/DA/D和和D/AD/A转换器等。转换器等。脱机设备脱机设备：即数据制备设备，如软磁盘数据站。：即数据制备设备，如软磁盘数据站。数据通信设备数据通信设备：MODEMMODEM、网卡及各类网络设备、网卡及各类网络设备等。等。5/23/202310 人人机对话的主要渠道机对话的主要渠道 不同信息形式的转换装置不同信息形式的转换装置 软件和信息的驻留地软件和信息的驻留地 计算机在不同领域中应用的桥梁计算机在不同领域中应用的桥梁外设的作用外设的作用外设的特点外设的特点 工作速度比主机慢工作速度比主机慢 与主机
9、处理的信息格式不同与主机处理的信息格式不同 多与主机处于异步工作状态多与主机处于异步工作状态5/23/202311信息交换代码与传送格式信息交换代码与传送格式I/OI/O设备与主机之间的信息的输入或输出，统称为设备与主机之间的信息的输入或输出，统称为信息交换信息交换。信息交换涉及到所使用的代码格式、传送格式信息交换涉及到所使用的代码格式、传送格式(并并行、串行行、串行)及传输速率等。及传输速率等。信息交换代码均采用信息交换代码均采用数字化信号代码格式数字化信号代码格式信息在输入到计算机内部和从计算机内部送到外信息在输入到计算机内部和从计算机内部送到外部时，都采用二进制编码，即都为数字化信号。部
10、时，都采用二进制编码，即都为数字化信号。为了使表示各种媒体的信息具有通用性，能为各为了使表示各种媒体的信息具有通用性，能为各种计算机系统所识别，要制定出表示各种信息的种计算机系统所识别，要制定出表示各种信息的代码标准。如对字符信息的表示有代码标准。如对字符信息的表示有ASCIIASCII标准。标准。5/23/202312主机与外设间的传送格式主机与外设间的传送格式1 1并行传送并行传送利用一组信号线，同时传送多位利用一组信号线，同时传送多位(一个字节或一个一个字节或一个字字)二进制信息的传送方式。二进制信息的传送方式。并行传送方式多用于计算机系统内部以及计算机并行传送方式多用于计算机系统内部以
11、及计算机与一些近距离外设之间的数据交换。与一些近距离外设之间的数据交换。并行传送方式的特点是传送速度高，但硬件代价并行传送方式的特点是传送速度高，但硬件代价高。高。5/23/2023132 2串行传送串行传送 采用单根信号线采用单根信号线(对公共地形成电位差对公共地形成电位差)，或采，或采用一对传送线用一对传送线(一根信号线，一根地线一根信号线，一根地线)，一次，一次一位地串行发送数据信号。一位地串行发送数据信号。串行传送方式一般用于计算机与远距离设备交串行传送方式一般用于计算机与远距离设备交换信息的场合，如远程终端。换信息的场合，如远程终端。串行传送方式的特点是传送速度较低，不过硬串行传送方
12、式的特点是传送速度较低，不过硬件成本也较低。件成本也较低。5/23/2023148.2 8.2 键键 盘盘在计算机系统中，键盘是最基本、最常用的输在计算机系统中，键盘是最基本、最常用的输入设备。通过键盘上的各个键，按某种规范向入设备。通过键盘上的各个键，按某种规范向主机输入各种信息，如汉字、外文、数字等。主机输入各种信息，如汉字、外文、数字等。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。键盘上的按键包括字符键和控制功能键两类。键盘上的按键包括字符键和控制功能键两类。字符键字符键：包括字母、数字和一些特殊符号键。：包括字母、数字和一些特殊符号键。控制功能键控制
13、功能键：产生控制字符的键（由软件系统：产生控制字符的键（由软件系统定义功能），还有控制光标移动的光标控制键，定义功能），还有控制光标移动的光标控制键，用于插入或消除字符的编辑键等。用于插入或消除字符的编辑键等。5/23/202315计算机的键盘计算机的键盘5/23/202316键盘的分类键盘的分类接触式接触式无触点式无触点式触摸式触摸式机械触点式键机械触点式键干簧键干簧键电容式键电容式键霍尔键霍尔键薄膜式薄膜式感应式感应式触摸屏触摸屏1.1.按键的种类分按键的种类分键键5/23/2023175/23/2023185/23/2023192.2.按键码的产生方式分按键码的产生方式分 编码键盘编码键
14、盘：将按键产生的电信号输入到编码：将按键产生的电信号输入到编码电路，由编码器产生对应按键的编码，即键码。电路，由编码器产生对应按键的编码，即键码。编编码码电电路路Vc.键键码码5/23/202320编码键盘存在的问题编码键盘存在的问题 当键的数量较多时，编码逻辑的成本较高。当键的数量较多时，编码逻辑的成本较高。直接编码产生键码的方法不够灵活，一旦直接编码产生键码的方法不够灵活，一旦编码逻辑电路固定，如果需要重新定义键名与编码逻辑电路固定，如果需要重新定义键名与键码，就不够方便。键码，就不够方便。5/23/202321 扫描式键盘扫描式键盘：将键连接成矩阵，每个键位：将键连接成矩阵，每个键位于某
15、行、某列交点上，先通过扫描方法找到按于某行、某列交点上，先通过扫描方法找到按下的键的行列位置，称为下的键的行列位置，称为位置码位置码或或扫描码扫描码；再；再查表（用查表（用ROMROM构成或用软件实现）将位置码转构成或用软件实现）将位置码转换为键码。换为键码。Y Y1515Y Y1414Y Y0 0Y Y1 1X X0 0X X1 1X X7 7X X2 25/23/202322扫描式键盘的特点扫描式键盘的特点 当键盘逻辑固定后，某一位置上的键就具当键盘逻辑固定后，某一位置上的键就具有固定的位置码；有固定的位置码；更换转换表的内容，即可重新定义键名与更换转换表的内容，即可重新定义键名与键码。键
16、码。在通用键盘以及键的数量较多时，普遍采用扫在通用键盘以及键的数量较多时，普遍采用扫描方式产生键码。描方式产生键码。5/23/2023238.2.1 8.2.1 硬件扫描键盘硬件扫描键盘在键盘上，各键的安装位置可根据操作的需要而在键盘上，各键的安装位置可根据操作的需要而定，但在电气连接上，可将各键连接成定，但在电气连接上，可将各键连接成n n行行mm列列的矩阵形式，每个键连接于某个行线与某个列线的矩阵形式，每个键连接于某个行线与某个列线之间。通过硬件扫描或软件扫描，识别所按下的之间。通过硬件扫描或软件扫描，识别所按下的键的行列位置，得到位置码（扫描码）。键的行列位置，得到位置码（扫描码）。如果
17、由硬件逻辑实现扫描，这种键盘称为硬件扫如果由硬件逻辑实现扫描，这种键盘称为硬件扫描键盘，或称为电子扫描式编码键盘。所用的硬描键盘，或称为电子扫描式编码键盘。所用的硬件逻辑可称为广义上的编码器。件逻辑可称为广义上的编码器。5/23/20232438译译码码器器16 4 编码器编码器七位计数器七位计数器V VC CROMROM&计数脉冲计数脉冲Y Y1515Y Y1414Y Y0 0Y Y1 1X X0 0X X1 1X X7 7DBDB符合比较符合比较锁定信号锁定信号00010015/23/202325设将设将128128个键排成个键排成816816的矩阵。七位计数器从的矩阵。七位计数器从000
18、00000000000开始计数，高开始计数，高3 3位用于选中行线位用于选中行线X Xj j，使，使X Xj j0 0，低，低4 4位用位用于对列线于对列线Y Yi i计数。计数。当选中当选中X Xi i时，时，X Xj j0 0，若该行的，若该行的Y Yj j列有键按下，则与低列有键按下，则与低四位的计数值进行比较，当比较一致时，锁定信号输四位的计数值进行比较，当比较一致时，锁定信号输出为出为0 0，停止计数，这时所得的计数值就是行列的位置，停止计数，这时所得的计数值就是行列的位置码，也称扫描码。以扫描码为地址访问码，也称扫描码。以扫描码为地址访问ROMROM，就可以读，就可以读出该键的键值
19、。出该键的键值。如：如：X XY Y00000000000000X X0 00000001111111100100100000000X X1 10010010001000100100111111111X X1 1行行Y Y1 1列有键按下列有键按下5/23/202326硬件扫描式键盘的逻辑组成硬件扫描式键盘的逻辑组成5/23/202327硬件扫描式键盘由键盘矩阵、振荡器、计数器、硬件扫描式键盘由键盘矩阵、振荡器、计数器、行译码器、列译码器、符合比较器、行译码器、列译码器、符合比较器、ROMROM、接口、接口、去抖电路等组成。去抖电路等组成。只读存储器只读存储器ROMROM：存放代码转换表，按键
20、的位置：存放代码转换表，按键的位置码送往码送往ROMROM作为地址输入，即可从作为地址输入，即可从ROMROM中读出对应中读出对应的按键字符编码或功能编码。由的按键字符编码或功能编码。由ROMROM输出的键码，输出的键码，经接口芯片送往经接口芯片送往CPUCPU。更换。更换ROMROM中写入的内容，即中写入的内容，即可重新定义各键的编码与功能含义。可重新定义各键的编码与功能含义。去抖电路去抖电路：控制按键后，延迟数十毫秒之后才识：控制按键后，延迟数十毫秒之后才识别读取键码，保证键已稳定闭合。别读取键码，保证键已稳定闭合。为避开键在闭合过程中存在的一些机械性抖动，为避开键在闭合过程中存在的一些机
21、械性抖动，避免输出信号产生抖动，误认为多次按键，需在避免输出信号产生抖动，误认为多次按键，需在硬件扫描键盘中设置硬件延时电路硬件扫描键盘中设置硬件延时电路(如单稳电路如单稳电路)，即去抖电路。，即去抖电路。5/23/202328重键的处理重键的处理：当快速按键时，有可能发生前一：当快速按键时，有可能发生前一次按键的键码尚未送出，后面按键产生了新键次按键的键码尚未送出，后面按键产生了新键码，造成键码的重叠混乱的情况。可以依靠锁码，造成键码的重叠混乱的情况。可以依靠锁定信号来防止重键现象。在扫描找到第一次按定信号来防止重键现象。在扫描找到第一次按键位置时，符合比较器输出锁定信号，使计数键位置时，符
22、合比较器输出锁定信号，使计数器停止计数，只认可第一次按键产生的键码。器停止计数，只认可第一次按键产生的键码。仅当键码送出之后，才解除对计数器的封锁，仅当键码送出之后，才解除对计数器的封锁，允许扫描识别后面按下的键。不过这种暂停扫允许扫描识别后面按下的键。不过这种暂停扫描的方法只能防止两键重叠。描的方法只能防止两键重叠。如果由于如果由于CPUCPU延缓接收而发生多键重叠，中间延缓接收而发生多键重叠，中间的按键编码就会丢失。所以在功能更强的键盘的按键编码就会丢失。所以在功能更强的键盘中，采取存储多个键码的方法，来解决重键问中，采取存储多个键码的方法，来解决重键问题。题。5/23/202329硬件扫
23、描键盘的优点：硬件扫描键盘的优点：不需要主机担负扫描任务。当键盘产生键码之不需要主机担负扫描任务。当键盘产生键码之后，才向主机发出中断请求，后，才向主机发出中断请求，CPUCPU以响应中断以响应中断方式，接收随机按键产生的键码。方式，接收随机按键产生的键码。现已很少用小规模集成电路来构成这种硬件扫现已很少用小规模集成电路来构成这种硬件扫描键盘，而是尽可能利用全集成化的键盘接口描键盘，而是尽可能利用全集成化的键盘接口芯片，如芯片，如Intel 8279Intel 8279。5/23/2023308.2.2 8.2.2 软件扫描键盘软件扫描键盘软件扫描键盘软件扫描键盘：通过执行键盘扫描程序对键盘：
24、通过执行键盘扫描程序对键盘矩阵进行扫描，以识别按键的行列位置。矩阵进行扫描，以识别按键的行列位置。软件扫描键盘需考虑的问题软件扫描键盘需考虑的问题 谁执行键盘扫描程序谁执行键盘扫描程序?如何进行软件扫描？如何进行软件扫描？5/23/202331 谁执行键盘扫描程序谁执行键盘扫描程序?若对主机工作速度要求不高，可由若对主机工作速度要求不高，可由CPUCPU自己自己执行键盘扫描程序。按键时，键盘向主机提出执行键盘扫描程序。按键时，键盘向主机提出中断请求，中断请求，CPUCPU响应后转去执行键盘中断处理响应后转去执行键盘中断处理程序，其中包含键盘扫描程序、键码转换程序程序，其中包含键盘扫描程序、键码
25、转换程序及预处理程序等。及预处理程序等。若对主机工作速度要求较高，希望尽量少若对主机工作速度要求较高，希望尽量少占用占用CPUCPU处理时间，可在键盘中设置一个单片处理时间，可在键盘中设置一个单片机，由它负责执行键盘扫描程序、预处理程序，机，由它负责执行键盘扫描程序、预处理程序，再向再向CPUCPU申请中断送出扫描码。申请中断送出扫描码。现代计算机的通用键盘，大多采用第二种方案。现代计算机的通用键盘，大多采用第二种方案。5/23/202332 逐行扫描逐行扫描 行列扫描行列扫描 如何进行软件扫描？如何进行软件扫描？5/23/2023331 1逐行扫描法逐行扫描法输输出出寄寄存存器器输入寄存器输
26、入寄存器V VC CY Y1515Y Y1414Y Y0 0Y Y1 1X X0 0X X1 1X X7 7CPUCPUDBDBCPUCPUDBDB001011111111111111111111015/23/202334CPUCPU通过数据线输出代码，送往行线。从第通过数据线输出代码，送往行线。从第0 0行行开始，开始，逐行为逐行为0 0，其余各行为，其余各行为1 1进行扫描，将列进行扫描，将列线输出取回至线输出取回至CPUCPU，判别其中是否有一位为，判别其中是否有一位为0 0，是哪一位为是哪一位为0 0。假定按下的键将第。假定按下的键将第1 1行第行第1 1列接列接通，则当第通，则当第1
27、 1行行线为行行线为0 0时，第时，第1 1列列线也为列列线也为0 0，其余各列线为其余各列线为1 1。由此可知按键位置，即位置。由此可知按键位置，即位置码码(扫描码扫描码)，再查表转换为对应的键码。，再查表转换为对应的键码。逐行扫描法的工作原理逐行扫描法的工作原理5/23/202335 2 2行列扫描法行列扫描法双双向向寄寄存存器器双向双向 寄存器寄存器Y Y1515Y Y1414Y Y0 0Y Y1 1X X0 0X X1 1X X7 7CPUCPUDBDBCPUCPUDBDB0000000000000010010000005/23/202336CPUCPU通过数据线输出代码，先逐列为通过
28、数据线输出代码，先逐列为“1”“1”地步进地步进扫描，读入行线的状态，测试是哪一列为扫描，读入行线的状态，测试是哪一列为1 1时行线时行线输出中有输出中有“1”“1”，从而判明按键的列号，记录列，从而判明按键的列号，记录列号。再逐行为号。再逐行为“1”“1”地步进扫描，测试是哪一行为地步进扫描，测试是哪一行为“1”“1”时列线输出中有时列线输出中有1 1，判明按键的行号，记录，判明按键的行号，记录行号。将行号和列号组合，即可得到按键的位置行号。将行号和列号组合，即可得到按键的位置编码。编码。行列扫描法的工作原理行列扫描法的工作原理5/23/202337IBM-PC/XTIBM-PC/XT机的键
29、盘工作原理机的键盘工作原理5/23/2023381.1.键的种类和键盘阵列键的种类和键盘阵列电容式无触点式键。键盘中共有电容式无触点式键。键盘中共有8383110110个键，个键，连接为连接为1616行行88列的阵列。列的阵列。2.2.扫描方式扫描方式采用行列扫描法获得按键的扫描码。采用行列扫描法获得按键的扫描码。3.3.扫描码的传输扫描码的传输键盘通过电缆与主机板上的键盘接口相连，采键盘通过电缆与主机板上的键盘接口相连，采用用Intel 8048Intel 8048单片机进行控制，以单片机进行控制，以串行方式串行方式将将扫描码送往键盘接口。由接口中的移位寄存器扫描码送往键盘接口。由接口中的移
30、位寄存器将串行信号组装为并行信号，然后向将串行信号组装为并行信号，然后向CPUCPU请求请求中断。中断。CPUCPU以并行方式从接口中读取按键的扫以并行方式从接口中读取按键的扫描码。描码。5/23/2023394.4.控制方式控制方式由由80488048输出计数信号控制行、列译码器。输出计数信号控制行、列译码器。先先逐列为逐列为“1”“1”地步进扫描地步进扫描当某列为当某列为“1”“1”时，时，若该列线上无键按下，则行线组输出为若该列线上无键按下，则行线组输出为“0”“0”；若该列线上有键按下，则行线组输出为若该列线上有键按下，则行线组输出为“1”“1”。每次扫描结果串行送入每次扫描结果串行送
31、入80488048的的T T1 1端。若端。若80488048检检测出某列为测出某列为“1”“1”时，键盘矩阵行线组输出也时，键盘矩阵行线组输出也为为“1”“1”，即表明该列有键按下。，即表明该列有键按下。5/23/202340 再再逐行为逐行为“1”“1”地步进扫描地步进扫描由由80488048的的T T1 1端判断当哪一行为端判断当哪一行为“1”“1”时，列线组时，列线组输出也为输出也为“1”“1”，即判该行按了键。，即判该行按了键。80488048根据行、列的扫描结果确定按键位置，并根据行、列的扫描结果确定按键位置，并由按键的行号和列号形成对应的扫描码（位置由按键的行号和列号形成对应的扫
32、描码（位置码）。码）。5/23/202341扫描码扫描码键盘向主机键盘接口输送的是扫描码。键盘向主机键盘接口输送的是扫描码。接通扫描码和断开扫描码接通扫描码和断开扫描码当某键按下时，输出的数据称为当某键按下时，输出的数据称为接通扫描码接通扫描码；而当该键松开时，输出的数据称为而当该键松开时，输出的数据称为断开扫描码断开扫描码。PCPC系列中不同机型的键盘，接通和断开的扫描系列中不同机型的键盘，接通和断开的扫描码有所不同，因此不能互换使用。码有所不同，因此不能互换使用。5/23/202342例如在例如在PC/XT机键盘中，接通扫描码与键号机键盘中，接通扫描码与键号（键位置）等值，用（键位置）等值
33、，用1个字节（两位十六进制个字节（两位十六进制数）表示，断开扫描码也是数）表示，断开扫描码也是1个字节，其值为个字节，其值为接通扫描码加上接通扫描码加上80H。如如“M”键，键号为键，键号为50（十进制），按下键后（十进制），按下键后的接通码为的接通码为32H。，键按下后又松开，则先输。，键按下后又松开，则先输出出32H，再输出，再输出B2H。PC/XT键盘的拍发速率固定为键盘的拍发速率固定为10次秒，即当次秒，即当一个键按下一个键按下0.5秒后仍不松开，将以秒后仍不松开，将以10次秒的次秒的速率重复输出该键的接通扫描码。速率重复输出该键的接通扫描码。5/23/2023438.3 8.3 显示
34、设备显示设备显示设备是计算机系统重要的输出设备之一。显示设备是计算机系统重要的输出设备之一。显示器屏幕上的字符、图形不能永久记录下来，显示器屏幕上的字符、图形不能永久记录下来，一旦关机，屏幕上的信息也就消失了，所以显一旦关机，屏幕上的信息也就消失了，所以显示器又称为示器又称为“软拷贝软拷贝”装置。装置。5/23/202344显示设备子系统的硬件组成显示设备子系统的硬件组成包括显示器件（或称显示器）、控制器与接口。包括显示器件（或称显示器）、控制器与接口。在微机系统中往往将控制器与接口合为一个整在微机系统中往往将控制器与接口合为一个整体，称为体，称为显示器适配卡显示器适配卡。5/23/20234
35、5显示设备子系统的软件组成显示设备子系统的软件组成包含在操作系统中的显示器驱动程序、提供专包含在操作系统中的显示器驱动程序、提供专门图形功能的各种图形软件包等。门图形功能的各种图形软件包等。5/23/202346 显示器件的分类显示器件的分类1.1.按器件形式分按器件形式分 阴极射线管阴极射线管(CRT)(CRT)显示器显示器 平板显示器平板显示器5/23/2023472.2.按发光原理分按发光原理分 发光器件发光器件：外加电信号，发光器件将产生：外加电信号，发光器件将产生光辐射，从而发光。光辐射，从而发光。如阴极射线管如阴极射线管(CRT)(CRT)、发光二极管、发光二极管(LED)(LED
36、)、等离、等离子显示器件子显示器件(PDP)(PDP)和场致发光板和场致发光板(ELD)(ELD)等。等。光调制器件光调制器件：器件本身不发光，工作时需：器件本身不发光，工作时需另设光源。在外加电信号作用下，器件的局部另设光源。在外加电信号作用下，器件的局部区域的光特性发生变化，引起光线透过或反射，区域的光特性发生变化，引起光线透过或反射，显示屏幕上收到器件形成的调制光，即随电信显示屏幕上收到器件形成的调制光，即随电信号而变化的光。号而变化的光。如液晶显示器如液晶显示器(LCD)(LCD)，电泳显示器，电泳显示器(EPID)(EPID)等。等。5/23/2023483.3.按显示方式分按显示方
37、式分 字符显示器字符显示器字符显示器只能显示字符。其屏幕被划分为若字符显示器只能显示字符。其屏幕被划分为若干字符行和字符列，显示时，将要显示的一帧干字符行和字符列，显示时，将要显示的一帧字符转换为字符点阵后，控制显示器显示。字符转换为字符点阵后，控制显示器显示。图形显示器图形显示器图形显示器用于显示由计算机按一定算法形成图形显示器用于显示由计算机按一定算法形成的点、线、面、阴影等。图形来自于主观世界，的点、线、面、阴影等。图形来自于主观世界，又称为主观图像。其屏幕被划分为几百或上千又称为主观图像。其屏幕被划分为几百或上千各水平点和垂直点，显示时，根据要显示的图各水平点和垂直点，显示时，根据要显
38、示的图形内容，直接控制要显示的点的位置，并可作形内容，直接控制要显示的点的位置，并可作平移、旋转、座标变换等处理。平移、旋转、座标变换等处理。5/23/202349 图像显示器图像显示器图像显示器用于显示来自于客观世界的图像，图像显示器用于显示来自于客观世界的图像，如照片、自然景物、医学图像等。显示时，根如照片、自然景物、医学图像等。显示时，根据要显示的图像内容，直接控制要显示的点的据要显示的图像内容，直接控制要显示的点的位置，并具有灰度变换、窗口技术等图像增强位置，并具有灰度变换、窗口技术等图像增强功能。功能。5/23/2023508.3.1 8.3.1 常见显卡标准常见显卡标准 显卡是显示
39、器与主机之间的接口电路，负责将主显卡是显示器与主机之间的接口电路，负责将主机发送的待显示信号送给显示器。机发送的待显示信号送给显示器。1.1.字符字符/数字方式数字方式（A/NA/N方式、文本显示方式）方式、文本显示方式）以字符为显示内容的基本单元。以字符为显示内容的基本单元。由于字符是由点阵组成的，所以在显示过程中，由于字符是由点阵组成的，所以在显示过程中，需将字符的需将字符的ASCIIASCII码转换为字符点阵代码。码转换为字符点阵代码。MDAMDA显示标准显示标准(单色显示适配器标准单色显示适配器标准)字符显示规格为字符显示规格为8080列列2525行，相应像素为行，相应像素为72035
40、0720350，字符框为，字符框为914914，而字符点阵为，而字符点阵为7979。MDAMDA标准仅支持字符显示且为黑白方式。标准仅支持字符显示且为黑白方式。5/23/2023519 97 714149 9 MDA MDA显示标准显示标准字符字符点阵点阵字符框字符框5/23/2023522 2图形方式图形方式(APA(APA方式方式)图形方式不如字符方式那样规整，图形信息更图形方式不如字符方式那样规整，图形信息更具随机性。不论是字符还是图形，字形上都由具随机性。不论是字符还是图形，字形上都由许多亮度不同的、或色彩不同的像点所组成。许多亮度不同的、或色彩不同的像点所组成。每一个像点称为一个像素
41、每一个像点称为一个像素(Pixel)(Pixel)，或称为像，或称为像元。元。图形显示标准有图形显示标准有CGACGA、EGAEGA、VGAVGA、TVGATVGA、XGA XGA 等标准。等标准。这些标准分别规定了形式控制的字符规格或象这些标准分别规定了形式控制的字符规格或象素数及色彩数。素数及色彩数。5/23/202353不论是字符显示或图形显示，实质上，一个字符不论是字符显示或图形显示，实质上，一个字符或图形数据都由若干个亮度不问或色彩不同的点或图形数据都由若干个亮度不问或色彩不同的点阵组成，其中每一个点称为一个阵组成，其中每一个点称为一个“像素像素”（或称（或称“像元像元”）。像素数量
42、愈多，组成字符点数愈多，）。像素数量愈多，组成字符点数愈多，图形密度愈高，显示的画面就愈清晰。图形密度愈高，显示的画面就愈清晰。5/23/2023548.3.2 CRT8.3.2 CRT显示器显示器 CRTCRT是目前应用最广泛的显示器件，它既可作为是目前应用最广泛的显示器件，它既可作为字符显示器，又可作为图像、图形显示器。字符显示器，又可作为图像、图形显示器。1.CRT1.CRT显示器的分类显示器的分类(1)(1)球面显像管球面显像管 (2)(2)平面直角显像管平面直角显像管(FST)(FST)(3)(3)柱面显像管柱面显像管 (4)(4)纯平显像管纯平显像管(IFT)(IFT)5/23/2
43、02355CRTCRT是一个漏斗形的电真空器件，它由电子枪、是一个漏斗形的电真空器件，它由电子枪、荧光屏及偏转装置组成。荧光屏及偏转装置组成。5/23/202356电子枪包括灯丝、阴极、控制电子枪包括灯丝、阴极、控制(栅栅)极、第一阳极、第一阳极极(加速阳极加速阳极)、第二阳极、第二阳极(聚焦极聚焦极)和第三阳极。和第三阳极。当灯丝加热后，阴极受热而发射电子，电子的当灯丝加热后，阴极受热而发射电子，电子的发射量和发射速度受控制极控制。电子经加速、发射量和发射速度受控制极控制。电子经加速、聚焦而形成电子束，在第三阳极形成的均匀空聚焦而形成电子束，在第三阳极形成的均匀空间电位作用下，使电子束高速射
44、到荧光屏上，间电位作用下，使电子束高速射到荧光屏上，荧光屏上的荧光粉受电子束的轰击产生亮点，荧光屏上的荧光粉受电子束的轰击产生亮点，其亮度取决于电子束的轰击速度、电子束电流其亮度取决于电子束的轰击速度、电子束电流强度和荧光粉的发光效率。电子束在偏转系统强度和荧光粉的发光效率。电子束在偏转系统控制下，在荧光屏的不同位置产生光点，由这控制下，在荧光屏的不同位置产生光点，由这些光点可以组成各种所需的字符、图形和图像。些光点可以组成各种所需的字符、图形和图像。5/23/202357彩色彩色CRTCRT与单色与单色CRTCRT其原理是相似的，只是对彩色其原理是相似的，只是对彩色CRTCRT而言，通常用三
45、个电子枪发射的电子束，经而言，通常用三个电子枪发射的电子束，经定色机构和亮读控制信号的控制下，分别触发红、定色机构和亮读控制信号的控制下，分别触发红、绿、蓝三种颜色的荧光粉发光，按三基色迭加原绿、蓝三种颜色的荧光粉发光，按三基色迭加原理形成彩色图像。理形成彩色图像。要使整个屏幕不断显示，就要让电子束不断地扫要使整个屏幕不断显示，就要让电子束不断地扫描冲击荧光屏。描冲击荧光屏。5/23/202358彩色彩色CRTCRT结构示意图结构示意图5/23/2023592.2.光栅扫描原理光栅扫描原理CRTCRT只需接收三种信号（视频信号只需接收三种信号（视频信号IRGBIRGB、垂直同、垂直同步信号步信
46、号VSYNCVSYNC和水平同步信号和水平同步信号HSYNCHSYNC），就能在），就能在荧光屏的任意位置上控制电子束的亮度和色彩。荧光屏的任意位置上控制电子束的亮度和色彩。垂直和水平同步信号产生的锯齿波扫描电流按垂直和水平同步信号产生的锯齿波扫描电流按时间分布的规律控制电子束，使其在屏幕上自时间分布的规律控制电子束，使其在屏幕上自左至右、自上至下有规律的移动。左至右、自上至下有规律的移动。5/23/202360水平扫描周期水平扫描周期：电子束从屏幕的左上角开始，：电子束从屏幕的左上角开始，沿着略为倾斜的水平方向从左至右匀速地到达沿着略为倾斜的水平方向从左至右匀速地到达右上角，在此后以极高的速
47、度返回到左端下一右上角，在此后以极高的速度返回到左端下一行的开始位置。这一正扫和一回扫构成了一个行的开始位置。这一正扫和一回扫构成了一个水平扫描周期。水平扫描周期。垂直扫描周期垂直扫描周期：从屏幕左上角开始，连续一行：从屏幕左上角开始，连续一行又一行地进行水平扫描周期，直至到达屏幕最又一行地进行水平扫描周期，直至到达屏幕最末一行的右下角。接着，又以极高的速度返回末一行的右下角。接着，又以极高的速度返回到屏幕左上角开始处，这一正扫和一回扫构成到屏幕左上角开始处，这一正扫和一回扫构成了一个垂直扫描周期。了一个垂直扫描周期。5/23/2023615/23/202362在不断重复水平扫描周期和垂直扫描
48、周期过程中，在不断重复水平扫描周期和垂直扫描周期过程中，除在各自的回扫期间，通过水平消隐和垂直消隐除在各自的回扫期间，通过水平消隐和垂直消隐信号抑制电子束的发射外，在整个正扫期间可使信号抑制电子束的发射外，在整个正扫期间可使屏幕形成一条一条的水平扫描线屏幕形成一条一条的水平扫描线(称其为光栅称其为光栅)。这种有规律的扫描运动称之为这种有规律的扫描运动称之为“光栅扫描光栅扫描”。为实现这种扫描运动，应使为实现这种扫描运动，应使HSYNCHSYNC和和VSYNCVSYNC控制扫控制扫描电路产生的扫描电流是线性变化的锯齿波电流，描电路产生的扫描电流是线性变化的锯齿波电流，以使各自偏转线圈形成的磁场能
49、控制电子束既作以使各自偏转线圈形成的磁场能控制电子束既作水平方向运动，又作垂直方向运动。水平方向运动，又作垂直方向运动。5/23/2023635/23/202364只要在扫描过程中，控制电子束在适当的时候只要在扫描过程中，控制电子束在适当的时候点亮对应位置的像点，就可以显示整幅图像。点亮对应位置的像点，就可以显示整幅图像。图像由上至下显示一遍称作图像由上至下显示一遍称作一帧一帧。5/23/202365显示刷新显示刷新CRTCRT荧光屏发光是由电子束轰击荧光粉产生的，荧光屏发光是由电子束轰击荧光粉产生的，其发光亮度一般只能维持几十毫秒。为了使图其发光亮度一般只能维持几十毫秒。为了使图像稳定地出现
50、在屏幕上，并使人不感到目眩，像稳定地出现在屏幕上，并使人不感到目眩，电子束必须在图像消失变化前，不断地进行整电子束必须在图像消失变化前，不断地进行整个屏幕的重复扫描，这个过程叫做个屏幕的重复扫描，这个过程叫做刷新刷新。每秒刷新的次数叫做刷新频率也称每秒刷新的次数叫做刷新频率也称帧频帧频，一般，一般刷新频率大于刷新频率大于3030次次/秒时，人眼就不会感到闪秒时，人眼就不会感到闪烁。在显示设备中，通常都采用电视标准，每烁。在显示设备中，通常都采用电视标准，每秒刷新秒刷新5050帧帧(Frame)(Frame)图像。图像。5/23/202366光栅扫描的两种方式光栅扫描的两种方式扫描的线数由水平扫