计算机组成与结构课件_第九章__输入输出设备

1、第九章第九章 输入输出（输入输出（I/O）设备）设备 9.1 外部设备概述外部设备概述 9.2 输入设备输入设备 9.3 输出设备输出设备显示器显示器 9.4 输出设备输出设备打印机打印机 9.5 汉字处理技术汉字处理技术9.1 外部设备概述外部设备概述 9.1.1 基本概念基本概念 主机主机：CPU与主存称为主机。与主存称为主机。 外部设备外部设备：主机外的大部分硬件：主机外的大部分硬件设备成为外部设备简称外设。设备成为外部设备简称外设。 外设的发展趋势：智能化、功能外设的发展趋势：智能化、功能复杂化、高可靠性。复杂化、高可靠性。 返回 9.1.2 外部设备的分类外部设备的分类 1、输入、输

2、入/输出设备输出设备 从计算机的角度出发，向计算机输入从计算机的角度出发，向计算机输入信息的外部设备称为信息的外部设备称为输入设备输入设备；接受计算；接受计算机输出信息的外部设备称为机输出信息的外部设备称为输出设备输出设备。 2、辅助存储器、辅助存储器 3、终端设备、终端设备 4、过程控制设备、过程控制设备 （例：（例：A/D、D/A） 5、脱机设备、脱机设备外设 外部设备是计算机和外界联系的纽带、外部设备是计算机和外界联系的纽带、接口和界面。若没有外部设备，计算机将无接口和界面。若没有外部设备，计算机将无法工作。法工作。 外部设备在计算机系统中的外部设备在计算机系统中的作用作用可以分可以分为

3、四个方面：为四个方面： 1.外部设备是人机对话的通道外部设备是人机对话的通道 2.外部设备是完成数据媒体变换的设备外部设备是完成数据媒体变换的设备 3.外部设备是计算机系统软件和信息的外部设备是计算机系统软件和信息的驻在地驻在地 4.外部设备外部设备是计算机在各领域应用的桥是计算机在各领域应用的桥梁梁 9.1.3 外部设备的地位和作用外部设备的地位和作用9.2 输入设备输入设备 输入设备的功能是：输入程序、数据和输入设备的功能是：输入程序、数据和命令等信息。两种方式：联机输入、脱机命令等信息。两种方式：联机输入、脱机输入。输入。 9.2.1 键盘键盘 键盘是一组排列成阵列形式的按键开键盘是一组

4、排列成阵列形式的按键开关，按下一个键就产生一个相应的字符，关，按下一个键就产生一个相应的字符，然后转换成然后转换成ASCII或其他码送往主机。或其他码送往主机。 返回 1、键盘输入信号可分为三个步骤：、键盘输入信号可分为三个步骤： 按下一个键；按下一个键； 查出按下的是哪一个键；查出按下的是哪一个键； 将该键翻译成能被计算机接收的将该键翻译成能被计算机接收的代码代码 2、键盘的类型、键盘的类型 确定按下键的位置的方法可以用硬确定按下键的位置的方法可以用硬件或软件来完成，如果用硬件完成，则件或软件来完成，如果用硬件完成，则称为称为编码键盘编码键盘；如果用软件来完成，则；如果用软件来完成，则称为称

5、为非编码键盘非编码键盘。 目前常用的键盘是目前常用的键盘是101、107、109等，按键分为字符键和功能键，等，按键分为字符键和功能键，功能键包括换档键（功能键包括换档键（shift）、锁）、锁档键（档键（caps lock）、空格键（）、空格键（sp）以及转控键（字符键以及转控键（字符键+功能键）等。功能键）等。 9.2.2 鼠标鼠标 鼠标是一种坐标定位部件，只能用鼠标是一种坐标定位部件，只能用来输入相对坐标。来输入相对坐标。 目前常用的鼠标有两种：机械式和目前常用的鼠标有两种：机械式和光电式。光电式。 9.2.3 图象输入设备图象输入设备 1、摄象机、摄象机 2、数码相机、数码相机 （1）

6、存储器）存储器 （2）图像元素（像素）图像元素（像素） 9.2.4 条形码条形码 定义定义：由一组宽度和反射率不由一组宽度和反射率不同的平行相邻条和空按预先规定的同的平行相邻条和空按预先规定的编码规则组合起来，用来表示一组编码规则组合起来，用来表示一组数据的符号。数据的符号。 作用作用：表示数据的符号。：表示数据的符号。9.3 输出设备输出设备显示器显示器 9.3.1 显示设备种类显示设备种类 9.3.2 显示技术的重要技术指标显示技术的重要技术指标 9.3.3 字符显示器字符显示器 9.3.4 图形和图像显示器图形和图像显示器 9.3.5 显示器的性能指标显示器的性能指标9.3.1 显示设备

7、种类显示设备种类 显示设备显示设备：是将电信号转换成视觉是将电信号转换成视觉信号的一种装置，显示器输出的内容不信号的一种装置，显示器输出的内容不能长期保存，当显示器关机或显示别的能长期保存，当显示器关机或显示别的内容时，原有内容就消失了，所以显示内容时，原有内容就消失了，所以显示设备属于软拷贝输出设备。设备属于软拷贝输出设备。 按显示器所用的显示器件分：阴按显示器所用的显示器件分：阴极射线管（极射线管（CRT）和液晶显示器）和液晶显示器（LED），等离子显示器等。），等离子显示器等。 按显示信息分：字符显示器、图按显示信息分：字符显示器、图形显示器和图象显示器。形显示器和图象显示器。 按功能分

8、：普通显示器、显示终按功能分：普通显示器、显示终端。端。 普通显示器只能接收视频信号，普通显示器只能接收视频信号，如电视；显示终端是由显示器和键盘如电视；显示终端是由显示器和键盘组成的一套完整的组成的一套完整的I/O设备。设备。 1、CRT 可用于字符、图形和图像显示器。可用于字符、图形和图像显示器。 CRT是一个真空器件，由电子枪、偏转是一个真空器件，由电子枪、偏转装置和荧光屏组成。装置和荧光屏组成。 玻璃屏内壁涂有荧光粉，它将电子束的玻璃屏内壁涂有荧光粉，它将电子束的动能转换成光能，显示出光点。不同的荧光动能转换成光能，显示出光点。不同的荧光粉在电子束的轰击下发出不同的颜色。粉在电子束的轰

9、击下发出不同的颜色。 对电子束的要求：对电子束的要求：（1）电子束要有足够的强度和速度。）电子束要有足够的强度和速度。（2）电子束要足够细。）电子束要足够细。（3）电子束的运动方向要高度可控。）电子束的运动方向要高度可控。 电子束在荧光屏上按某种轨迹运电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为动称为扫描扫描，控制其运动轨迹的电路，控制其运动轨迹的电路称为扫描电路。称为扫描电路。 扫描方式有两种：光栅扫描和随扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。机扫描。 光栅扫描方式光栅扫描方式 电子束从显示屏的左上角开始，电子束从显示屏的左上角开始，沿水平方向从左向右扫描，到达屏幕沿水平方向从左向右扫描，到达屏幕右端后

10、迅速水平回扫到左端下一行位右端后迅速水平回扫到左端下一行位置，又从左到右匀速地扫描。这样一置，又从左到右匀速地扫描。这样一行一行地扫描，直到屏幕的右下角，行一行地扫描，直到屏幕的右下角，然后又垂直回扫，返回屏幕左上角然后又垂直回扫，返回屏幕左上角 在水平和垂直回扫时，电子束是在水平和垂直回扫时，电子束是“消隐消隐”的，荧光屏上没有亮光显示。的，荧光屏上没有亮光显示。这样，在这样，在CRT的屏幕上形成了一条条的屏幕上形成了一条条水平扫描线，我们把它称为水平扫描线，我们把它称为光栅光栅。光。光栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。栅扫描又分逐行扫描和隔行扫描。 随机扫描方式随机扫描方式 在随机扫描方式中，

11、电子束能在在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上作随机运动，其轨迹随显示内屏幕上作随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。图形的地方扫描，而不必扫描全屏。 2、平板显示器、平板显示器 指的是显示器的深度小于显示屏指的是显示器的深度小于显示屏幕对角线幕对角线1/4长度的显示器件，有液晶长度的显示器件，有液晶显示器、等离子显示器等。显示器、等离子显示器等。 （1）液晶显示器（）液晶显示器（LCD） 液态晶体，既有液体的流动性又有液态晶体，既有液体的流动性又有分子排列有序的晶体特性。分子排列有序的晶体特性。液态晶体在电场的作

12、用下能沿场的方向液态晶体在电场的作用下能沿场的方向排列成行，从而使液晶的光学特性改排列成行，从而使液晶的光学特性改变。变。 （2）等离子显示器（）等离子显示器（PDP） 利用惰性气体在一定电压下产生气体利用惰性气体在一定电压下产生气体放电现象而实现的一种发光技术。放电现象而实现的一种发光技术。 在两层平板玻璃之间装入一种电离在两层平板玻璃之间装入一种电离发光气体，通过玻璃板上的通明导电极发光气体，通过玻璃板上的通明导电极（一块平行板上平行线做（一块平行板上平行线做X线，另一块做线，另一块做Y线，两者相互垂直组成网格）之间的电线，两者相互垂直组成网格）之间的电场作用，使气体电离发光，形成图像。场

13、作用，使气体电离发光，形成图像。 9.3.2 显示技术的重要技术指标显示技术的重要技术指标 1、分辨率、分辨率 在字符显示方式中，一屏可显示的最在字符显示方式中，一屏可显示的最多字符数称为多字符数称为分辨率分辨率，例如，例如80列列25行，行，表示每屏最多可显示表示每屏最多可显示25行，每行可有行，每行可有80个个字符。字符。 在图形显示方式中，一屏可显示的像在图形显示方式中，一屏可显示的像点数称为分辨率，例如点数称为分辨率，例如800600，表示一，表示一屏可包含屏可包含600条水平扫描线，每线可分为条水平扫描线，每线可分为800点。点。 2、灰度级与颜色数、灰度级与颜色数 像素具有明暗和色

14、彩属性。明暗的程像素具有明暗和色彩属性。明暗的程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级。度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级。彩色图形是由多种颜色构成的，显示器所彩色图形是由多种颜色构成的，显示器所能显示的颜色种类称为能显示的颜色种类称为颜色数颜色数，不同的深，不同的深浅可算作不同的颜色。在单色显示器中，浅可算作不同的颜色。在单色显示器中，仅有灰度级指标，而在彩色显示器中，则仅有灰度级指标，而在彩色显示器中，则统称为颜色数。如果颜色数较少，不足以统称为颜色数。如果颜色数较少，不足以逼真地显示图像，则称为伪彩色显示。如逼真地显示图像，则称为伪彩色显示。如果颜色数量多，显示逼真，则称为真彩色果颜色数

15、量多，显示逼真，则称为真彩色显示。显示。 3、刷新、刷新 荧光粉的发光亮度时间很短，为荧光粉的发光亮度时间很短，为了使人眼能看到稳定的图像，必须在了使人眼能看到稳定的图像，必须在图像消失之前不断的重复扫描整个屏图像消失之前不断的重复扫描整个屏幕，这个过程称为刷新。幕，这个过程称为刷新。 刷新频率应大于刷新频率应大于30次次/秒。秒。9.3.3 字符显示器字符显示器接口接口电路电路并并/串串转换转换字符字符发生器发生器刷新刷新存储器存储器CRT显示器显示器行同步行同步驱动驱动光标光标逻辑逻辑定时控定时控制电路制电路场同步场同步驱动驱动字符显示器的组成框图字符显示器的组成框图1、接口电路、接口电路

16、n功能：完成显示器与主机及其设备的连功能：完成显示器与主机及其设备的连接，主机送来的要显示的字符信息和控接，主机送来的要显示的字符信息和控制信息，通过接口电路进入显示器，显制信息，通过接口电路进入显示器，显示器的信息又通过接口电路返回给主机。示器的信息又通过接口电路返回给主机。n主机送来的是串行数据，收到完整的字主机送来的是串行数据，收到完整的字符代码后，将收到的数据转换为并行码。符代码后，将收到的数据转换为并行码。2、刷新存储器、刷新存储器n存储要显示的信息，为了刷新显示而设置，把存储要显示的信息，为了刷新显示而设置，把要显示的字符代码通过接口电路存到刷新存储要显示的字符代码通过接口电路存到

17、刷新存储器，刷新时显示器定时控制电路从刷新存储器器，刷新时显示器定时控制电路从刷新存储器中取出信息送到中取出信息送到CRT。n对刷新存储器的要求是存取时间，屏幕上每显对刷新存储器的要求是存取时间，屏幕上每显示一个字符就要读刷新存储器一次。示一个字符就要读刷新存储器一次。n我国电视标准电子束的扫描时间我国电视标准电子束的扫描时间64us（正程（正程52us，回程，回程12us），假设），假设CRT为为80*25，要在，要在52us内读取内读取80次次刷新存储器，因此刷新存储器刷新存储器，因此刷新存储器的存取时间应的存取时间应 52us/80=650 us3、字符发生器、字符发生器n功能：实现编码

18、功能：实现编码字形的转换。字形的转换。n存储各种字符的光点信息，以字符的编存储各种字符的光点信息，以字符的编码为地址，字符一般用点阵组成，利用码为地址，字符一般用点阵组成，利用点阵中某些点亮而构成字符，采用编码点阵中某些点亮而构成字符，采用编码方法，点阵中每一个点对应编码中一个方法，点阵中每一个点对应编码中一个二进制位，为二进制位，为1则亮，为则亮，为0则不亮。则不亮。点阵点阵的多少取决于显示字符的质量和字符块的多少取决于显示字符的质量和字符块的大小。字符块指的是每个字符在屏幕的大小。字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和

19、字符间隔。括字符显示点阵和字符间隔。n光栅扫描显示器显示字符的方法是以点光栅扫描显示器显示字符的方法是以点阵为基础的。这种方法将字符分解成阵为基础的。这种方法将字符分解成m* *n个点组成阵列，将点阵存入由个点组成阵列，将点阵存入由ROM构成的字符发生器中。在构成的字符发生器中。在CRT进行光栅进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的出点阵，按照点阵的0和和1控制扫描电子控制扫描电子束的开关，就可以在屏幕上组成字符。束的开关，就可以在屏幕上组成字符。IBMPC机单色字符显示系统机单色字符显示系统n对应于每个字符窗口，所需显示字符的对应于每个

20、字符窗口，所需显示字符的ASCII代码被存放在视频存储器（代码被存放在视频存储器（VRAM）中，对于）中，对于在屏幕上能显示在屏幕上能显示25行行80列的显示器，应有列的显示器，应有2000个单元存放字符信息。字符点阵可按行或列存个单元存放字符信息。字符点阵可按行或列存储，多用一址一行式，字符发生器的读取地址储，多用一址一行式，字符发生器的读取地址 由两部分组成，一部分由刷新存储器输出的字由两部分组成，一部分由刷新存储器输出的字符编码提供（确定读什么字符），另一部分由符编码提供（确定读什么字符），另一部分由扫描电路的行计数器提供低位（确定读哪一扫描电路的行计数器提供低位（确定读哪一行）。显示时

21、当光栅扫描到某一字符位置时，行）。显示时当光栅扫描到某一字符位置时，一次读出一行光点信息，送到移位寄存器，在一次读出一行光点信息，送到移位寄存器，在点脉冲作用下，使并行读出的信息变成串行输点脉冲作用下，使并行读出的信息变成串行输出到出到CRT显示。显示。4、定时控制电路、定时控制电路n功能：提供定时信号，并控制显示器各功能：提供定时信号，并控制显示器各部分能协调一致的工作，为刷新存储器部分能协调一致的工作，为刷新存储器提供刷新读出字和列地址，为字符发生提供刷新读出字和列地址，为字符发生器提供字符点阵行地址，为并器提供字符点阵行地址，为并/串转换电串转换电路提供点脉冲信号，为路提供点脉冲信号，为

22、CRT显示器提供显示器提供水平和垂直同步信号等。水平和垂直同步信号等。9.3.4 图形和图像显示器图形和图像显示器 光栅扫描图形显示器是目前用的最光栅扫描图形显示器是目前用的最多的显示器，它是把对应屏幕上每个像多的显示器，它是把对应屏幕上每个像素的信息都用存储器保存起来，然后按素的信息都用存储器保存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上。地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上。 图形的像素组合不规则，无法做图图形的像素组合不规则，无法做图形发生器。而是在显示存储器中为每个形发生器。而是在显示存储器中为每个像素点存储一个影像。根据灰度数的不像素点存储一个影像。根据灰度数的不同决定使用几个同决定使用几

23、个bit来表示。来表示。图形、图像显示器组成框图图形、图像显示器组成框图主主机机接接口口帧帧存储器存储器视频视频接口接口CRT显示控制显示控制n图形或图像的数据处理由主机完成，通图形或图像的数据处理由主机完成，通过接口送到帧存储器，显示时，在显示过接口送到帧存储器，显示时，在显示控制电路的控制下，按顺序读取每个像控制电路的控制下，按顺序读取每个像素信息，通过视频送往素信息，通过视频送往CRT。n帧存储器帧存储器 要求容量大，例分辨率为要求容量大，例分辨率为1024*768，每个，每个像素用像素用1位存储，每帧位存储，每帧1024*768=786432位，即：帧的容量取决于显示器的分辨位，即：帧

24、的容量取决于显示器的分辨率和灰度级。率和灰度级。n显示控制显示控制 控制显示器的工作过程，提供定时控制显示器的工作过程，提供定时信号和帧存储器的读取地址。信号和帧存储器的读取地址。n视频接口视频接口 从帧存储器中读出信息串行送往从帧存储器中读出信息串行送往CRT9.3.5 显示器的性能指标显示器的性能指标n屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度，屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度， 长宽比例为长宽比例为 4：3 n点间距：显示器屏幕上象素间的距离点间距：显示器屏幕上象素间的距离 n颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级）颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级） n对比度：图像（字符）与背景的浓度差

25、对比度：图像（字符）与背景的浓度差n 帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数 n行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次数次数 n扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方式，分隔行和逐行扫描方式式，分隔行和逐行扫描方式 9.4 输出设备输出设备打印机打印机 按打字原理分：击打式打印机（点阵针按打字原理分：击打式打印机（点阵针式打印机）和非击打式打印机（喷墨打印机、式打印机）和非击打式打印机（喷墨打印机、激光打印机）。激光打印机）。 按工作方式分：串行打印机和行式打印按工作方式分：串行打印机和行式打印机。串行打印机一次只能打一个字，行式打机。串行打印机一次只能打一个字，行式打印机一