計算機組成及結(jié)構(gòu)課件_第九章__輸入輸出設備

1、第九章第九章 輸入輸出（輸入輸出（I/O）設備）設備 9.1 外部設備概述外部設備概述 9.2 輸入設備輸入設備 9.3 輸出設備輸出設備顯示器顯示器 9.4 輸出設備輸出設備打印機打印機 9.5 漢字處理技術漢字處理技術9.1 外部設備概述外部設備概述 9.1.1 基本概念基本概念 主機主機：CPU與主存稱為主機。與主存稱為主機。 外部設備外部設備：主機外的大部分硬件：主機外的大部分硬件設備成為外部設備簡稱外設。設備成為外部設備簡稱外設。 外設的發(fā)展趨勢：智能化、功能外設的發(fā)展趨勢：智能化、功能復雜化、高可靠性。復雜化、高可靠性。 返回 9.1.2 外部設備的分類外部設備的分類 1、輸入、輸

2、入/輸出設備輸出設備 從計算機的角度出發(fā)，向計算機輸入從計算機的角度出發(fā)，向計算機輸入信息的外部設備稱為信息的外部設備稱為輸入設備輸入設備；接受計算；接受計算機輸出信息的外部設備稱為機輸出信息的外部設備稱為輸出設備輸出設備。 2、輔助存儲器、輔助存儲器 3、終端設備、終端設備 4、過程控制設備、過程控制設備 （例：（例：A/D、D/A） 5、脫機設備、脫機設備外設 外部設備是計算機和外界聯(lián)系的紐帶、外部設備是計算機和外界聯(lián)系的紐帶、接口和界面。若沒有外部設備，計算機將無接口和界面。若沒有外部設備，計算機將無法工作。法工作。 外部設備在計算機系統(tǒng)中的外部設備在計算機系統(tǒng)中的作用作用可以分可以分為

3、四個方面：為四個方面： 1.外部設備是人機對話的通道外部設備是人機對話的通道 2.外部設備是完成數(shù)據(jù)媒體變換的設備外部設備是完成數(shù)據(jù)媒體變換的設備 3.外部設備是計算機系統(tǒng)軟件和信息的外部設備是計算機系統(tǒng)軟件和信息的駐在地駐在地 4.外部設備外部設備是計算機在各領域應用的橋是計算機在各領域應用的橋梁梁 9.1.3 外部設備的地位和作用外部設備的地位和作用9.2 輸入設備輸入設備 輸入設備的功能是：輸入程序、數(shù)據(jù)和輸入設備的功能是：輸入程序、數(shù)據(jù)和命令等信息。兩種方式：聯(lián)機輸入、脫機命令等信息。兩種方式：聯(lián)機輸入、脫機輸入。輸入。 9.2.1 鍵盤鍵盤 鍵盤是一組排列成陣列形式的按鍵開鍵盤是一組

4、排列成陣列形式的按鍵開關，按下一個鍵就產(chǎn)生一個相應的字符，關，按下一個鍵就產(chǎn)生一個相應的字符，然后轉(zhuǎn)換成然后轉(zhuǎn)換成ASCII或其他碼送往主機?；蚱渌a送往主機。 返回 1、鍵盤輸入信號可分為三個步驟：、鍵盤輸入信號可分為三個步驟： 按下一個鍵；按下一個鍵； 查出按下的是哪一個鍵；查出按下的是哪一個鍵； 將該鍵翻譯成能被計算機接收的將該鍵翻譯成能被計算機接收的代碼代碼 2、鍵盤的類型、鍵盤的類型 確定按下鍵的位置的方法可以用硬確定按下鍵的位置的方法可以用硬件或軟件來完成，如果用硬件完成，則件或軟件來完成，如果用硬件完成，則稱為稱為編碼鍵盤編碼鍵盤；如果用軟件來完成，則；如果用軟件來完成，則稱為稱

5、為非編碼鍵盤非編碼鍵盤。 目前常用的鍵盤是目前常用的鍵盤是101、107、109等，按鍵分為字符鍵和功能鍵，等，按鍵分為字符鍵和功能鍵，功能鍵包括換檔鍵（功能鍵包括換檔鍵（shift）、鎖）、鎖檔鍵（檔鍵（caps lock）、空格鍵（）、空格鍵（sp）以及轉(zhuǎn)控鍵（字符鍵以及轉(zhuǎn)控鍵（字符鍵+功能鍵）等。功能鍵）等。 9.2.2 鼠標鼠標 鼠標是一種坐標定位部件，只能用鼠標是一種坐標定位部件，只能用來輸入相對坐標。來輸入相對坐標。 目前常用的鼠標有兩種：機械式和目前常用的鼠標有兩種：機械式和光電式。光電式。 9.2.3 圖象輸入設備圖象輸入設備 1、攝象機、攝象機 2、數(shù)碼相機、數(shù)碼相機 （1）

6、存儲器）存儲器 （2）圖像元素（像素）圖像元素（像素） 9.2.4 條形碼條形碼 定義定義：由一組寬度和反射率不由一組寬度和反射率不同的平行相鄰條和空按預先規(guī)定的同的平行相鄰條和空按預先規(guī)定的編碼規(guī)則組合起來，用來表示一組編碼規(guī)則組合起來，用來表示一組數(shù)據(jù)的符號。數(shù)據(jù)的符號。 作用作用：表示數(shù)據(jù)的符號。：表示數(shù)據(jù)的符號。9.3 輸出設備輸出設備顯示器顯示器 9.3.1 顯示設備種類顯示設備種類 9.3.2 顯示技術的重要技術指標顯示技術的重要技術指標 9.3.3 字符顯示器字符顯示器 9.3.4 圖形和圖像顯示器圖形和圖像顯示器 9.3.5 顯示器的性能指標顯示器的性能指標9.3.1 顯示設備

7、種類顯示設備種類 顯示設備顯示設備：是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置，顯示器輸出的內(nèi)容不信號的一種裝置，顯示器輸出的內(nèi)容不能長期保存，當顯示器關機或顯示別的能長期保存，當顯示器關機或顯示別的內(nèi)容時，原有內(nèi)容就消失了，所以顯示內(nèi)容時，原有內(nèi)容就消失了，所以顯示設備屬于軟拷貝輸出設備。設備屬于軟拷貝輸出設備。 按顯示器所用的顯示器件分：陰按顯示器所用的顯示器件分：陰極射線管（極射線管（CRT）和液晶顯示器）和液晶顯示器（LED），等離子顯示器等。），等離子顯示器等。 按顯示信息分：字符顯示器、圖按顯示信息分：字符顯示器、圖形顯示器和圖象顯示器。形顯示器和圖象顯示器。 按功能分

8、：普通顯示器、顯示終按功能分：普通顯示器、顯示終端。端。 普通顯示器只能接收視頻信號，普通顯示器只能接收視頻信號，如電視；顯示終端是由顯示器和鍵盤如電視；顯示終端是由顯示器和鍵盤組成的一套完整的組成的一套完整的I/O設備。設備。 1、CRT 可用于字符、圖形和圖像顯示器?？捎糜谧址D形和圖像顯示器。 CRT是一個真空器件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)是一個真空器件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)裝置和熒光屏組成。裝置和熒光屏組成。 玻璃屏內(nèi)壁涂有熒光粉，它將電子束的玻璃屏內(nèi)壁涂有熒光粉，它將電子束的動能轉(zhuǎn)換成光能，顯示出光點。不同的熒光動能轉(zhuǎn)換成光能，顯示出光點。不同的熒光粉在電子束的轟擊下發(fā)出不同的顏色。粉在電子束的轟

9、擊下發(fā)出不同的顏色。 對電子束的要求：對電子束的要求：（1）電子束要有足夠的強度和速度。）電子束要有足夠的強度和速度。（2）電子束要足夠細。）電子束要足夠細。（3）電子束的運動方向要高度可控。）電子束的運動方向要高度可控。 電子束在熒光屏上按某種軌跡運電子束在熒光屏上按某種軌跡運動稱為動稱為掃描掃描，控制其運動軌跡的電路，控制其運動軌跡的電路稱為掃描電路。稱為掃描電路。 掃描方式有兩種：光柵掃描和隨掃描方式有兩種：光柵掃描和隨機掃描。機掃描。 光柵掃描方式光柵掃描方式 電子束從顯示屏的左上角開始，電子束從顯示屏的左上角開始，沿水平方向從左向右掃描，到達屏幕沿水平方向從左向右掃描，到達屏幕右端后

10、迅速水平回掃到左端下一行位右端后迅速水平回掃到左端下一行位置，又從左到右勻速地掃描。這樣一置，又從左到右勻速地掃描。這樣一行一行地掃描，直到屏幕的右下角，行一行地掃描，直到屏幕的右下角，然后又垂直回掃，返回屏幕左上角然后又垂直回掃，返回屏幕左上角 在水平和垂直回掃時，電子束是在水平和垂直回掃時，電子束是“消隱消隱”的，熒光屏上沒有亮光顯示。的，熒光屏上沒有亮光顯示。這樣，在這樣，在CRT的屏幕上形成了一條條的屏幕上形成了一條條水平掃描線，我們把它稱為水平掃描線，我們把它稱為光柵光柵。光。光柵掃描又分逐行掃描和隔行掃描。柵掃描又分逐行掃描和隔行掃描。 隨機掃描方式隨機掃描方式 在隨機掃描方式中，

11、電子束能在在隨機掃描方式中，電子束能在屏幕上作隨機運動，其軌跡隨顯示內(nèi)屏幕上作隨機運動，其軌跡隨顯示內(nèi)容變化而變化，只在需要顯示字符和容變化而變化，只在需要顯示字符和圖形的地方掃描，而不必掃描全屏。圖形的地方掃描，而不必掃描全屏。 2、平板顯示器、平板顯示器 指的是顯示器的深度小于顯示屏指的是顯示器的深度小于顯示屏幕對角線幕對角線1/4長度的顯示器件，有液晶長度的顯示器件，有液晶顯示器、等離子顯示器等。顯示器、等離子顯示器等。 （1）液晶顯示器（）液晶顯示器（LCD） 液態(tài)晶體，既有液體的流動性又有液態(tài)晶體，既有液體的流動性又有分子排列有序的晶體特性。分子排列有序的晶體特性。液態(tài)晶體在電場的作

12、用下能沿場的方向液態(tài)晶體在電場的作用下能沿場的方向排列成行，從而使液晶的光學特性改排列成行，從而使液晶的光學特性改變。變。 （2）等離子顯示器（）等離子顯示器（PDP） 利用惰性氣體在一定電壓下產(chǎn)生氣體利用惰性氣體在一定電壓下產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象而實現(xiàn)的一種發(fā)光技術。放電現(xiàn)象而實現(xiàn)的一種發(fā)光技術。 在兩層平板玻璃之間裝入一種電離在兩層平板玻璃之間裝入一種電離發(fā)光氣體，通過玻璃板上的通明導電極發(fā)光氣體，通過玻璃板上的通明導電極（一塊平行板上平行線做（一塊平行板上平行線做X線，另一塊做線，另一塊做Y線，兩者相互垂直組成網(wǎng)格）之間的電線，兩者相互垂直組成網(wǎng)格）之間的電場作用，使氣體電離發(fā)光，形成圖像。場

13、作用，使氣體電離發(fā)光，形成圖像。 9.3.2 顯示技術的重要技術指標顯示技術的重要技術指標 1、分辨率、分辨率 在字符顯示方式中，一屏可顯示的最在字符顯示方式中，一屏可顯示的最多字符數(shù)稱為多字符數(shù)稱為分辨率分辨率，例如，例如80列列25行，行，表示每屏最多可顯示表示每屏最多可顯示25行，每行可有行，每行可有80個個字符。字符。 在圖形顯示方式中，一屏可顯示的像在圖形顯示方式中，一屏可顯示的像點數(shù)稱為分辨率，例如點數(shù)稱為分辨率，例如800600，表示一，表示一屏可包含屏可包含600條水平掃描線，每線可分為條水平掃描線，每線可分為800點。點。 2、灰度級與顏色數(shù)、灰度級與顏色數(shù) 像素具有明暗和色

14、彩屬性。明暗的程像素具有明暗和色彩屬性。明暗的程度稱為灰度，明暗變化的數(shù)量稱為灰度級。度稱為灰度，明暗變化的數(shù)量稱為灰度級。彩色圖形是由多種顏色構(gòu)成的，顯示器所彩色圖形是由多種顏色構(gòu)成的，顯示器所能顯示的顏色種類稱為能顯示的顏色種類稱為顏色數(shù)顏色數(shù)，不同的深，不同的深淺可算作不同的顏色。在單色顯示器中，淺可算作不同的顏色。在單色顯示器中，僅有灰度級指標，而在彩色顯示器中，則僅有灰度級指標，而在彩色顯示器中，則統(tǒng)稱為顏色數(shù)。如果顏色數(shù)較少，不足以統(tǒng)稱為顏色數(shù)。如果顏色數(shù)較少，不足以逼真地顯示圖像，則稱為偽彩色顯示。如逼真地顯示圖像，則稱為偽彩色顯示。如果顏色數(shù)量多，顯示逼真，則稱為真彩色果顏色數(shù)

15、量多，顯示逼真，則稱為真彩色顯示。顯示。 3、刷新、刷新 熒光粉的發(fā)光亮度時間很短，為熒光粉的發(fā)光亮度時間很短，為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，必須在了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，必須在圖像消失之前不斷的重復掃描整個屏圖像消失之前不斷的重復掃描整個屏幕，這個過程稱為刷新。幕，這個過程稱為刷新。 刷新頻率應大于刷新頻率應大于30次次/秒。秒。9.3.3 字符顯示器字符顯示器接口接口電路電路并并/串串轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換字符字符發(fā)生器發(fā)生器刷新刷新存儲器存儲器CRT顯示器顯示器行同步行同步驅(qū)動驅(qū)動光標光標邏輯邏輯定時控定時控制電路制電路場同步場同步驅(qū)動驅(qū)動字符顯示器的組成框圖字符顯示器的組成框圖1、接口電路、接口電路

16、n功能：完成顯示器與主機及其設備的連功能：完成顯示器與主機及其設備的連接，主機送來的要顯示的字符信息和控接，主機送來的要顯示的字符信息和控制信息，通過接口電路進入顯示器，顯制信息，通過接口電路進入顯示器，顯示器的信息又通過接口電路返回給主機。示器的信息又通過接口電路返回給主機。n主機送來的是串行數(shù)據(jù)，收到完整的字主機送來的是串行數(shù)據(jù)，收到完整的字符代碼后，將收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行碼。符代碼后，將收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行碼。2、刷新存儲器、刷新存儲器n存儲要顯示的信息，為了刷新顯示而設置，把存儲要顯示的信息，為了刷新顯示而設置，把要顯示的字符代碼通過接口電路存到刷新存儲要顯示的字符代碼通過接口電路存到

17、刷新存儲器，刷新時顯示器定時控制電路從刷新存儲器器，刷新時顯示器定時控制電路從刷新存儲器中取出信息送到中取出信息送到CRT。n對刷新存儲器的要求是存取時間，屏幕上每顯對刷新存儲器的要求是存取時間，屏幕上每顯示一個字符就要讀刷新存儲器一次。示一個字符就要讀刷新存儲器一次。n我國電視標準電子束的掃描時間我國電視標準電子束的掃描時間64us（正程（正程52us，回程，回程12us），假設），假設CRT為為80*25，要在，要在52us內(nèi)讀取內(nèi)讀取80次次刷新存儲器，因此刷新存儲器刷新存儲器，因此刷新存儲器的存取時間應的存取時間應 52us/80=650 us3、字符發(fā)生器、字符發(fā)生器n功能：實現(xiàn)編碼

18、功能：實現(xiàn)編碼字形的轉(zhuǎn)換。字形的轉(zhuǎn)換。n存儲各種字符的光點信息，以字符的編存儲各種字符的光點信息，以字符的編碼為地址，字符一般用點陣組成，利用碼為地址，字符一般用點陣組成，利用點陣中某些點亮而構(gòu)成字符，采用編碼點陣中某些點亮而構(gòu)成字符，采用編碼方法，點陣中每一個點對應編碼中一個方法，點陣中每一個點對應編碼中一個二進制位，為二進制位，為1則亮，為則亮，為0則不亮。則不亮。點陣點陣的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符塊的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符塊的大小。字符塊指的是每個字符在屏幕的大小。字符塊指的是每個字符在屏幕上所占的點數(shù)，也稱作字符窗口，它包上所占的點數(shù)，也稱作字符窗口，它包括字符顯示點陣和

19、字符間隔。括字符顯示點陣和字符間隔。n光柵掃描顯示器顯示字符的方法是以點光柵掃描顯示器顯示字符的方法是以點陣為基礎的。這種方法將字符分解成陣為基礎的。這種方法將字符分解成m* *n個點組成陣列，將點陣存入由個點組成陣列，將點陣存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中。在構(gòu)成的字符發(fā)生器中。在CRT進行光柵進行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出點陣，按照點陣的出點陣，按照點陣的0和和1控制掃描電子控制掃描電子束的開關，就可以在屏幕上組成字符。束的開關，就可以在屏幕上組成字符。IBMPC機單色字符顯示系統(tǒng)機單色字符顯示系統(tǒng)n對應于每個字符窗口，所需顯示字符的對應于每個

20、字符窗口，所需顯示字符的ASCII代碼被存放在視頻存儲器（代碼被存放在視頻存儲器（VRAM）中，對于）中，對于在屏幕上能顯示在屏幕上能顯示25行行80列的顯示器，應有列的顯示器，應有2000個單元存放字符信息。字符點陣可按行或列存?zhèn)€單元存放字符信息。字符點陣可按行或列存儲，多用一址一行式，字符發(fā)生器的讀取地址儲，多用一址一行式，字符發(fā)生器的讀取地址 由兩部分組成，一部分由刷新存儲器輸出的字由兩部分組成，一部分由刷新存儲器輸出的字符編碼提供（確定讀什么字符），另一部分由符編碼提供（確定讀什么字符），另一部分由掃描電路的行計數(shù)器提供低位（確定讀哪一掃描電路的行計數(shù)器提供低位（確定讀哪一行）。顯示時

21、當光柵掃描到某一字符位置時，行）。顯示時當光柵掃描到某一字符位置時，一次讀出一行光點信息，送到移位寄存器，在一次讀出一行光點信息，送到移位寄存器，在點脈沖作用下，使并行讀出的信息變成串行輸點脈沖作用下，使并行讀出的信息變成串行輸出到出到CRT顯示。顯示。4、定時控制電路、定時控制電路n功能：提供定時信號，并控制顯示器各功能：提供定時信號，并控制顯示器各部分能協(xié)調(diào)一致的工作，為刷新存儲器部分能協(xié)調(diào)一致的工作，為刷新存儲器提供刷新讀出字和列地址，為字符發(fā)生提供刷新讀出字和列地址，為字符發(fā)生器提供字符點陣行地址，為并器提供字符點陣行地址，為并/串轉(zhuǎn)換電串轉(zhuǎn)換電路提供點脈沖信號，為路提供點脈沖信號，為

22、CRT顯示器提供顯示器提供水平和垂直同步信號等。水平和垂直同步信號等。9.3.4 圖形和圖像顯示器圖形和圖像顯示器 光柵掃描圖形顯示器是目前用的最光柵掃描圖形顯示器是目前用的最多的顯示器，它是把對應屏幕上每個像多的顯示器，它是把對應屏幕上每個像素的信息都用存儲器保存起來，然后按素的信息都用存儲器保存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上。地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上。 圖形的像素組合不規(guī)則，無法做圖圖形的像素組合不規(guī)則，無法做圖形發(fā)生器。而是在顯示存儲器中為每個形發(fā)生器。而是在顯示存儲器中為每個像素點存儲一個影像。根據(jù)灰度數(shù)的不像素點存儲一個影像。根據(jù)灰度數(shù)的不同決定使用幾個同決定使用幾

23、個bit來表示。來表示。圖形、圖像顯示器組成框圖圖形、圖像顯示器組成框圖主主機機接接口口幀幀存儲器存儲器視頻視頻接口接口CRT顯示控制顯示控制n圖形或圖像的數(shù)據(jù)處理由主機完成，通圖形或圖像的數(shù)據(jù)處理由主機完成，通過接口送到幀存儲器，顯示時，在顯示過接口送到幀存儲器，顯示時，在顯示控制電路的控制下，按順序讀取每個像控制電路的控制下，按順序讀取每個像素信息，通過視頻送往素信息，通過視頻送往CRT。n幀存儲器幀存儲器 要求容量大，例分辨率為要求容量大，例分辨率為1024*768，每個，每個像素用像素用1位存儲，每幀位存儲，每幀1024*768=786432位，即：幀的容量取決于顯示器的分辨位，即：幀

24、的容量取決于顯示器的分辨率和灰度級。率和灰度級。n顯示控制顯示控制 控制顯示器的工作過程，提供定時控制顯示器的工作過程，提供定時信號和幀存儲器的讀取地址。信號和幀存儲器的讀取地址。n視頻接口視頻接口 從幀存儲器中讀出信息串行送往從幀存儲器中讀出信息串行送往CRT9.3.5 顯示器的性能指標顯示器的性能指標n屏幕尺寸：顯示器屏幕的對角線長度，屏幕尺寸：顯示器屏幕的對角線長度， 長寬比例為長寬比例為 4：3 n點間距：顯示器屏幕上象素間的距離點間距：顯示器屏幕上象素間的距離 n顏色數(shù)：每個像素點可顯示的顏色數(shù)（灰度級）顏色數(shù)：每個像素點可顯示的顏色數(shù)（灰度級） n對比度：圖像（字符）與背景的濃度差

25、對比度：圖像（字符）與背景的濃度差n 幀頻：字符或圖像每秒在屏幕上出現(xiàn)的次數(shù)幀頻：字符或圖像每秒在屏幕上出現(xiàn)的次數(shù) n行頻：單位時間內(nèi)電子束從屏幕左到右的掃描行頻：單位時間內(nèi)電子束從屏幕左到右的掃描次數(shù)次數(shù) n掃描方式：電子束掃過熒光屏上所有像素的方掃描方式：電子束掃過熒光屏上所有像素的方式，分隔行和逐行掃描方式式，分隔行和逐行掃描方式 9.4 輸出設備輸出設備打印機打印機 按打字原理分：擊打式打印機（點陣針按打字原理分：擊打式打印機（點陣針式打印機）和非擊打式打印機（噴墨打印機、式打印機）和非擊打式打印機（噴墨打印機、激光打印機）。激光打印機）。 按工作方式分：串行打印機和行式打印按工作方式分：串行打印機和行式打印機。串行打印機一次只能打一個字，行式打機。串行打印機一次只能打一個字，行式打印機一