第2章 图形输入输出设备

1、软件应用软件图形软件数据库高级语言操作系统输入设备键盘鼠标数字化仪光笔扫描仪输出设备显示器显示器绘图仪打印机人员主 机硬件 数字化仪和图形输入板数字化仪和图形输入板是常见的定位设备，其中全电子式坐标数字化仪由于精度高，使用方便，得到普遍应用。这种设备利用电磁感应原理：在台板的X方向上有许多水平方向的平行印刷线，Y方向上是垂直方向的平行印刷线。游标中装有一个线圈，当线圈中通有交流信号时，十字交叉丝的中心便产生一个电磁场，当游标在台板上运动时，台板下的印刷线上就会产生感应电流。印刷板周围的多路开关等线路可以检测出最大信号的位置，即十字叉线中心所在的位置，从而得到该点的坐标值。图形输入板（Table

2、t）工作原理相同于数字化仪，只是面积较小而已。 数字化仪时常用来拾取放在它上面的工程图上的大量点，经数字化后存储起来，以此作为图形输入一种手段。操纵杆，跟踪球操纵杆，跟踪球是将位移量转变成屏幕光标移动的输入设备。触摸屏触摸屏容许用手指触摸显示的物体或屏幕位置来实现选择，典型应用是对用图符或菜单表示的处理选项进行选择。目前广泛应用于公告查询系统。触摸屏的工作原理分电容、电阻和声波等。图象扫描仪图象扫描仪: :（Image Scanner）是直接把视图、图表、彩色和黑白照片扫描输入到计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。扫描仪的幅面有A0,A1,A4等。扫描仪的分辨率是指在原稿的单位长度（英寸）

3、上取样的点数，单位是dpi（dot per inch)，常用分辨率为300dpi1000dpi之间。扫描图形分辨率越高，所需的存储空间就越大。清华紫光扫描仪数据手套数据手套: :（Data Glove）通常用于虚拟环境中，可用来抓住“虚拟”对象。手套由一系列检测手和手指运动的传感器构成。发送天线和接收天线之间的电磁耦合，用来提供关于手的位置和方向的信息。发送和接收天线各自由一组三个相互垂直的线圈构成，形成三维笛卡儿坐标系统。来自手套的输入，可用来定位或操纵虚拟环境中的对象。使用数据手套同计算机交互示图：声音系统：声音系统：（VoiceSystem）使用语音识别技术，把人们说的话转换成计算机能懂

4、的数字代码。这样的代码能使其可以用于各种各样的应用程序,从口授文本变成字处理的文档、到说话控制计算机的功能。在计算机图形系统中可被用作接收声音命令的输入设备，可用于图形操作或输入数据等。摄像头：摄像头：可以将摄像直接输入计算机l图形输出图形输出(显示、打印）设备显示、打印）设备l阴极射线管显示器（阴极射线管显示器（CRT）l液晶显示器（液晶显示器（LCD）l绘图仪绘图仪l打印机打印机绘图仪：绘图仪：主要有笔绘式、喷墨式和静电式三类。笔绘式绘图仪可分为平台式、滚筒式、平面电机式以及小型式四种。这是近些年来应用较多的图形输出设备。 打印机：打印机：根据打印机制式的不同，打印机有点阵式打印机和激光打

5、印机两种。点阵式打印机又分为针打点阵打印机、静电点阵打印机、喷墨点阵打印机、热转换打印机等。针打点阵打印机喷墨打印机大幅面打印机图形显示器CRT液晶等离子3层玻璃板许多氖气灯泡；平板阵列；不需刷新6层薄板（平板式显示器）第3层为液晶层（长晶线）晶体一旦极化，将保持，通过晶体管开关改变CRT：利用：利用电场产生高速的聚焦电子束，电场产生高速的聚焦电子束，通过通过偏偏转系统控制，最终转系统控制，最终轰击轰击荧光屏的不同部位，荧光屏的不同部位，产生产生可见的图形。可见的图形。l阴极射线管阴极射线管(CRT)组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏

6、转系统、荧光屏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的荧光物质吸收，发光产生可见的图形。荧光物质吸收，发光产生可见的图形。结构结构 l荧光物质：吸收电子束而发光荧光物质：吸收电子束而发光l余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值l刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数l像素像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素构成屏幕（

7、图像）的最小元素（上图例：（上图例：24*24）l分辨率分辨率(Resolution)： CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为通常为dpi（dots per inch)。分辨率取决于荧光物质的类型、聚焦系统和偏转系统；。分辨率取决于荧光物质的类型、聚焦系统和偏转系统； l在假定在假定 屏幕尺寸一定的情况下，可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如屏幕尺寸一定的情况下，可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等等等某种某种CRT产生稳定图像所需要的最小

8、刷新频率产生稳定图像所需要的最小刷新频率=1秒秒/荧光物质的持续发光时间（荧光物质的持续发光时间（Hz）应用：应用：主要用于画线显示器主要用于画线显示器优点：优点：成本低成本低缺点：缺点：只能产生有限几种颜色只能产生有限几种颜色如果每支电子枪发出的电子束的强度有如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显个等级，则显示器能同时显示示256*256*256=16M种颜色，称为真彩色系统种颜色，称为真彩色系统电子枪、影孔板中的一个小孔和荧光点荧光点呈一直线；每个小孔与一个像素（即三个荧光点荧光点）对应显示器的分辨率显示器的分辨率l电子束按固定的扫描顺序扫描电子束按固定的扫描顺序

9、扫描N条扫描线，每条条扫描线，每条扫描线有扫描线有M个像素，个像素，M * N显示器的分辨率。显示器的分辨率。帧帧特点 光栅扫描式显示器是一种画点设备，可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度。 每个可寻址的点阵单元称为一个像素（ pixel ）。 显示器在水平和垂直方向上能够寻址的像素数称为分辨率。 锯齿现象：走样（aliasing）。反走样（antialiasing） 绘图仪绘图仪printerComputerDPU输入设备输入设备视频控制器视频控制器display逻辑部件：逻辑部件：帧缓冲存储器（帧缓冲存储器（Frame Buffer)视频控制器（视频控制器（Video C

10、ontroller)显示处理器（显示处理器（Display Processing Uuit，简称，简称DPU）CRTl帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同帧缓存中单元数目与显示器上像素的数目相同l单元与像素一一对应单元与像素一一对应l各单元的数值决定了其对应像素的颜色。各单元的数值决定了其对应像素的颜色。l显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。 色平面越多，可表达的色彩越丰富。增加一个位面，色彩就增加一倍，而存储器写操作程序无需重新计算新地址，程序兼容性好。N位寄存器电子枪CRT光栅有N个位面的帧缓存2NDAC01 000102N-1灰度等

11、级寄存器蓝色枪帧缓存DAC0001CRT光栅01DACDAC红色枪绿色枪l红绿蓝三个位面，组合成红绿蓝三个位面，组合成8种颜色种颜色l增加一个亮度位面，形成增加一个亮度位面，形成16种颜色种颜色KNMV2log1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字节显存字节显存带宽带宽T与分辨率、帧频（刷新频率）与分辨率、帧频（刷新频率）F的关系的关系带宽问题带宽问题高分辨率和高刷新频率要求高带宽高分辨率和高刷新频率要求高带宽解决方法：解决方法：隔行扫描隔行扫描FNMT工作原理工作原理l一帧完整的画面分成一帧完整的画面分成两场两场，即奇数场与偶数场，即奇数场与偶数场 目前，高质量CRT的每个象素点对应

12、24位，每支电子枪允许256级电压设置。每个象素具有24个存储位的RGB彩色系统通常称为全彩色系统或真彩色系统。 当每个象素点对应24位，每个象素有224=16777216种彩色选择，近1千7百万种彩色选择。显示卡中VRAM同显示系统的关系： 用于显示器屏幕刷新的数据存储在显示卡的VRAM 中，因此相应于显示器屏幕的分辨率必须有足够的VRAM存储显示数据。 例如：如果屏幕的分辨率是640480，则如果是一个只能显示黑白图形的显示器，则需要VRAM的大小为： （640480）/8=38400 Bytes3.8KB 如果是一个每个象素显示256个灰度级的图形显示器，则每个象素需要8位存储单元，需要VRAM的大