理學(xué)第七章 外圍設(shè)備

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QQ:928996067第七章

外圍設(shè)備·7.1外圍設(shè)備概述·7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備·7.3顯示設(shè)備·7.4輸入設(shè)備和打印設(shè)備計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960677.1外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備的功能是在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器之間，以及計(jì)算機(jī)與用戶之間提供聯(lián)系。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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外圍(I/O)設(shè)備：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部世界之間進(jìn)行信息交換或信息存儲(chǔ)的裝置。

人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中常用的信息表示形式：數(shù)字、字符、文字、圖形、圖像、影像、聲音等計(jì)算機(jī)直接處理的信號(hào)形式：數(shù)字代碼

輸入設(shè)備：將現(xiàn)實(shí)世界各種形式表示的信息，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別、處理的信息形式并輸入計(jì)算機(jī)。

輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果，轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)?，以現(xiàn)實(shí)世界所能接受的信息形式輸出出來(lái)，以便為人或其它系統(tǒng)所用。由于外圍設(shè)備的地位越來(lái)越重要，主要介紹以下內(nèi)容：硬磁盤、可移動(dòng)磁盤、磁帶和光盤。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067一、外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的功能是在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器之間，以及計(jì)算機(jī)與用戶之間提供聯(lián)系。二、外圍設(shè)備（磁盤）基本組成存儲(chǔ)介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。例如磁盤就是一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)的例子，它是用記錄在盤上的磁化元表示信息。驅(qū)動(dòng)裝置，它用于移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。例如，磁盤設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)裝置用于轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤并進(jìn)行定位?？刂齐娐罚虼鎯?chǔ)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。例如，磁盤讀出時(shí)，控制電路把盤上用磁化元形式表示的信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所需要的電信號(hào)，并把這些信號(hào)用電纜送給計(jì)算機(jī)主機(jī)。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067三、外圍設(shè)備的分類一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定的。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的角度，按設(shè)備在系統(tǒng)中的功能與作用對(duì)

I/O設(shè)備進(jìn)行分類。1.

輸入設(shè)備①

字符輸入設(shè)備：鍵盤、聯(lián)機(jī)手寫識(shí)別器等。②

圖形輸入設(shè)備：數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、跟蹤球、操縱桿等。③

圖像輸入設(shè)備：攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)等。④

其它類型的設(shè)備：如數(shù)模轉(zhuǎn)換、聲音輸入等。⑤

特殊的輸入設(shè)備：磁盤，磁帶及光盤等。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960672．輸出設(shè)備

①

字符輸出設(shè)備：行式打印機(jī)、點(diǎn)陣式打印機(jī)、噴墨和激光打印機(jī)，顯示器等。②

圖形輸出設(shè)備：繪圖儀，顯示器，噴墨及激光打印機(jī)等。③

圖像輸出設(shè)備：顯示器，噴墨及激光打印機(jī)等。④

其它類型的設(shè)備：如聲音輸出設(shè)備等。⑤

特殊的輸出設(shè)備：磁盤，磁帶等。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960673．外存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器：主機(jī)之外的一些存儲(chǔ)器，它們都是存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的一部分，也是屬于輸入/輸出設(shè)備。

外存儲(chǔ)器主要有：磁盤（包括軟盤和硬盤）、磁帶（多種規(guī)格）、光盤（只讀的、一次性寫入的以及可讀寫的），優(yōu)盤等。

外存儲(chǔ)器的任務(wù)只是存儲(chǔ)或讀取數(shù)字代碼形式的信息。一般

不提供信息格式、碼制的轉(zhuǎn)換，所以是I/O設(shè)備中特殊的一類。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960674．終端設(shè)備·

終端設(shè)備：與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的用戶一端相連接的設(shè)備。

在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)通信線路連接到主機(jī)的輸入輸出裝置；也是一種終端設(shè)備。

用戶通常通過(guò)終端設(shè)備在一定距離之外操作計(jì)算機(jī)，通過(guò)終端輸入信息，獲得結(jié)果。利用終端設(shè)備，可使多個(gè)用戶同時(shí)共享計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，終端在不同系統(tǒng)不同場(chǎng)合有不同的含義。智能終端：具有一定的數(shù)據(jù)處理能力的終端。啞終端：只負(fù)責(zé)輸入輸出的終端。

本地終端：與主機(jī)距離較近的終端。如在一個(gè)計(jì)算中心的機(jī)房中的終端。

遠(yuǎn)程終端：與主機(jī)距離較遠(yuǎn)的終端。遠(yuǎn)程終端往往要通過(guò)公共通信線路(如電話線)利用調(diào)制解調(diào)器與主機(jī)交換信息。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960675．其它含義的I/O設(shè)備

過(guò)程控制設(shè)備：在某些特定應(yīng)用領(lǐng)域中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需的特殊的I/O設(shè)備。如智能儀表、傳感器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。脫機(jī)設(shè)備：即數(shù)據(jù)制備設(shè)備，如軟磁盤數(shù)據(jù)站。數(shù)據(jù)通信設(shè)備：MODEM、網(wǎng)卡及各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。計(jì)算機(jī)組成原理下圖所示出了計(jì)算機(jī)的五大類外圍設(shè)備，這只是一個(gè)典型化了的計(jì)算機(jī)環(huán)境。·Email:

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QQ:928996067計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067外設(shè)的作用①

人—機(jī)對(duì)話的主要渠道②

不同信息形式的轉(zhuǎn)換裝置③

軟件和信息的駐留地④

計(jì)算機(jī)在不同領(lǐng)域中應(yīng)用的橋梁外設(shè)的特點(diǎn)①

工作速度比主機(jī)慢②

與主機(jī)處理的信息格式不同③

多與主機(jī)處于異步工作狀態(tài)計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960677.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備一、磁記錄原理計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。所謂磁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：①存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；②記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；③記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔；④非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息。當(dāng)然，磁表面存儲(chǔ)器也有

缺點(diǎn)，主要是存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)據(jù)信息。計(jì)算機(jī)組成原理·磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理見圖

寫操作：當(dāng)寫線圈中通過(guò)一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。

讀操作：當(dāng)磁頭經(jīng)過(guò)載磁體的磁化元時(shí)，由于磁頭鐵芯是良好的

導(dǎo)磁材料，磁化元的磁力線很容

易通過(guò)磁頭而形成閉合磁通回路。不同極性的磁化元在鐵芯里的方

向是不同的?！mail:

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QQ:928996067計(jì)算機(jī)組成原理二、磁盤的組成和分類1、磁盤的組成：見圖·寫入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來(lái)的數(shù)據(jù)取至并串變換寄存器，變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，然后一位一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)元。讀出時(shí)，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)元形成的空間磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此讀出信息經(jīng)放大檢測(cè)就可還原成原來(lái)存入的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)是一位一位串行讀出的，故要送至串并變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，再并行送至計(jì)算機(jī)?！mail:

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QQ:928996067·硬磁盤按盤片結(jié)構(gòu)，分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。

可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)的特點(diǎn)是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換。盤片每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭沿盤面徑向移動(dòng)?？梢苿?dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī)：盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是盤片可以脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片具有互換性。

固定磁頭磁盤機(jī)特點(diǎn)是磁頭位置固定，磁盤的每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片不可更換。優(yōu)點(diǎn)是存取速度快，省去磁頭找道時(shí)間，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)

雜。·溫徹斯特磁盤機(jī)簡(jiǎn)稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫電路等組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。優(yōu)點(diǎn)是防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高，成為最有代表性的硬磁盤存儲(chǔ)器。而普通的硬磁盤要求具有超凈環(huán)境，只能用于大型計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067三、磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器·磁盤驅(qū)動(dòng)器是一種精密的電子和機(jī)械裝置，因此各部件的加工安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對(duì)溫盤驅(qū)動(dòng)器，還要求在超凈環(huán)境下組裝。各類磁盤驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。如下圖是磁盤驅(qū)動(dòng)器外形和結(jié)構(gòu)示意圖。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067四、磁盤上信息的分布盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個(gè)盤片表面通常有幾百到幾千個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)，如下一頁(yè)圖所示。從圖中看出，外面扇區(qū)比里面扇區(qū)面積要大。磁盤上的這種磁道和扇區(qū)的排列稱為格式。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067計(jì)算機(jī)組成原理數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式·Email:

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QQ:928996067五、磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)密度：存儲(chǔ)密度分道密度、位密度和面密度。道密度：沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度：磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。存儲(chǔ)容量：一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067·存取時(shí)間：存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼魉蛿?shù)據(jù)所需要的時(shí)間。取決于以下三個(gè)因素決定：一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，稱為找道時(shí)間；第二個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，稱為等待時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間都是隨機(jī)變化的，因此往往使用平均值來(lái)表示，平均找道時(shí)間是最大找道時(shí)間與最小找道時(shí)間的平均值。平均等待時(shí)間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半來(lái)表示。第三個(gè)是數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067·數(shù)據(jù)傳輸率：磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為n轉(zhuǎn)/秒，每條磁道容量為

N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率：Dr=nN(字節(jié)/秒)或Dr=D·v(字節(jié)/秒)D為位密度,v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067【例1】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問(wèn)：(1)共有多少柱面?(2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少?

(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?(4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?(5)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上?計(jì)算機(jī)組成原理解：(1)有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以40×5 5=220道，即220個(gè)圓柱面。(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2πR=2×3.14×11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B每面信息量=3454B×220=759880B盤組總?cè)萘?759880B×10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rNN 為每條磁道容量，N=3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒

Dr=rN=100×3454B=345400B/s采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式：臺(tái)號(hào)

柱號(hào)（磁道）號(hào)

盤面號(hào)/磁頭號(hào)扇區(qū)號(hào)此地址格式表示有4臺(tái)磁盤（2位），每臺(tái)有16個(gè)記錄面/盤面（4位），每面有256個(gè)磁道（8位），每道有16個(gè)扇區(qū)（4位）。如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫速度快。·Email:

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QQ:928996067計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960677.3顯示設(shè)備顯示設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)重要的輸出設(shè)備之一。

顯示器屏幕上的字符、圖形不能永久記錄下來(lái)，一旦關(guān)機(jī)，屏幕上的信息也就消失了，所以顯示器又稱為“軟拷貝”裝置。

顯示設(shè)備子系統(tǒng)的硬件組成：包括顯示器件（或稱顯示器）、控制器與接口。

在微機(jī)系統(tǒng)中往往將控制器與接口合為一個(gè)整體，稱為顯示器適配卡。

顯示設(shè)備子系統(tǒng)的軟件組成：包含在操作系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)程序、提供專門圖形功能的各種圖形軟件包等。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067一、顯示設(shè)備的分類和有關(guān)概念

1、分類：器件：CRT、LCD、等離子體顯示器顯示內(nèi)容：字符/圖形顯示器、圖象顯示器CRT中又可以分類掃描方式：光柵掃描和隨機(jī)掃描分辨率：高分辨率和低分辨率顯示顏色：?jiǎn)紊筒噬?灰度級(jí)顯示器)顯示屏幕大?。?4、15、17、19、21、22等計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:9289960672、有關(guān)概念分辨率：顯示器所能顯示的像素個(gè)數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖象越清晰。它取決于顯像管熒光粉的粒度，熒光屏的尺寸以及CRT電子束的聚焦能力?；叶燃?jí)：像素點(diǎn)的亮暗差別（黑白）顏色的不同（彩

色）?；叶燃?jí)越多，圖象層次越清楚越逼真。它取決于每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的刷新存儲(chǔ)器的位數(shù)以及CRT本身的性能。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067點(diǎn)距(dotpitch)

點(diǎn)距是指CRT上呈三角形排列的紅、綠、藍(lán)三個(gè)像素點(diǎn)中心位置與相鄰紅、綠、藍(lán)三點(diǎn)中心的距離。點(diǎn)距越小，同樣大小的屏幕上的像素就越多，就可以顯示更細(xì)膩的畫面?！つ壳白钚〉狞c(diǎn)距約為0.20mm，常見的CRT點(diǎn)距主要有0．39mm．0.3lmm，0.28mm和0.25mm。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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刷新：電子束打在熒光粉上引起的發(fā)光只能維持幾十毫秒的時(shí)間。因此必須讓電子束反復(fù)不斷地掃描整個(gè)屏幕，該過(guò)程稱為刷新。刷新頻率越高，顯示越?jīng)]有閃爍。50Hz（至少）

刷新存儲(chǔ)器（視頻存儲(chǔ)器、顯存）：為刷新提供信號(hào)的存儲(chǔ)器。容量取決于分辨率和灰度級(jí)。如1024*768，32位真彩色，需要

1024*768*32/8B=3MB，其存取周期必須滿足刷新頻率的要求。

設(shè)上例中要求刷新頻率為75Hz，則刷新存儲(chǔ)器的總帶寬為

75*3MBPS=225BPS計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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隨機(jī)掃描：電子束在需要顯示字符和圖形的地方掃描。速度快，圖象清晰。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。光柵掃描：電子束掃描整個(gè)屏幕（從上到下，從左到右）逐行掃描隔行掃描（電視采用）圖形：沒(méi)有亮暗層次變換的線條圖，一般用計(jì)算機(jī)表示和生成圖像：最初就具有亮暗層次的圖，多來(lái)自客觀世界。計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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QQ:928996067二、字符/圖形顯示器·字符顯示器原理顯示系統(tǒng)由顯示卡和和顯示器組成顯示字符的方法以點(diǎn)陣為基礎(chǔ)字符點(diǎn)陣存放于字符發(fā)生器（ROM）中見下圖字符窗口：字符點(diǎn)陣和字符間隔·

80列*25行=2000個(gè)字符窗口·每個(gè)字符窗口為9*14，字符點(diǎn)陣為7*9屏幕上所有字符窗口的ASCII均存放于VRAM中字符發(fā)生器的高位地

址來(lái)自于ASCII碼，低位地址來(lái)自于光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出RA3~RA0，計(jì)算機(jī)組成原理·Email:

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