第7章外部设备.ppt

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1、1,第7章外部设备,2,外部设备是计算机系统中不可缺少的重要组成部分，本章将介绍磁介质存储器的存储原理，常用磁介质存储设备和其他辅助存储设备，以及常见的输入输出设备的工作原理。,3,本章学习内容,7.1 外部设备概述7.2 磁介质存储器的性能和原理7.3 磁介质存储设备7.4 磁盘阵列（RAID）7.5 光盘存储器7.6 新型辅助存储器7.7 键盘输入设备7.8 其他输入设备7.9 打印输出设备7.10 显示设备,4,本章学习要求,了解：外部设备分类了解：磁介质存储器的读写原理和技术指标理解：常见的数字磁记录方式理解：硬盘上的信息分布和磁盘地址了解：磁盘阵列的基本概念了解：光盘的基本概念。了解

2、：新型辅助存储器理解：键盘的类型和非编码键盘的工作原理了解：其他输入设备理解：印字输出设备的特点和点阵针式打印机的工作原理理解：显示设备特点和字符显示器的工作原理,5,7.1 外部设备概述,一、作用 在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系。,二、地位 从信息的转换角度：决定了信息处理的可靠性与准确性 从配置上：越来越多，功能越来越强 从所占比重上：其产值占信息产业中硬件产值的 70%以上决定计算机系统可靠性、性价比及影响计算机推广应用的关键,6,7.1.1 外部设备的分类,按功能 输入设备 1 键盘、鼠标 2 图形输入设备：光笔、数字化仪 3 语音输入设备：话筒 4 自动识别输入

3、设备：OCR、OMR、扫描仪、条码阅读机 5 触摸屏 6 图象输入设备：数码相机,7,输出设备 1 显示器 2 打印机 针式打印机 激光打印机:激光扫描技术、电摄影技术 喷墨打印机：“连续射流分解成滴”3 绘图仪：平台式和鼓式 4 语音输出设备：扬声器、耳机 5 缩微胶卷输出设备,8,外存储设备 1 软盘 2 硬盘 内置硬盘 盒式硬盘 3 光盘：CD、DVD 4 磁带,数据通信设备 终端设备由输入设备、输出设备和终端控制器组成，通常通过通信线路与主机相连。终端设备具有向计算机输入信息和接收计算机输出信息的能力，具有与通信线路连接的通信控制能力，有些还具有一定的数据处理能力。1 通用终端设备 2

4、 专用终端设备,9,磁介质存储器的存储过程是一种电磁转换的过程。常见的磁介质存储器，如软磁盘、硬磁盘、磁带等就是利用磁记录原理制成的。,7.2 磁介质存储器的性能和原理,10,计算机的外存储器又称磁表面存储设备。所谓磁表面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器。磁表面存储器的优点：(1)存储容量大，位价格低；(2)记录介质可以重复使用；(3)记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；(4)非破坏性读出，读出时不需要再生信息。磁表面存储器的缺点：存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。,在计算机系统中作为辅助大容

5、量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息。,7.2.1 磁介质存储器的读写,11,磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。1.存储密度 存储密度分道密度、位密度和面密度。道密度 沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为 道/英寸。位密度 磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸。面密度位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。,7.2.2 磁介质存储器的技术指标,12,2.存储容量 一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。存储容量有格式化容量和非格式化容量之分。,格式化容量：按照某种特定的记录格式所能存储信息

6、的总量，也就是用户可以真正使用的容量。非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁化单元总数。将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%70%。目前，3.5英寸的硬盘机容量可达80GB。,13,7.2.3 数字磁记录方式,为了提高磁介质存储器的性能，扩大存储容量，加快存取速度，除了要不断改善磁头和记录介质的电磁性能和机械性能之外，选用高性能的数字磁记录方式对提高记录密度和可靠性也是很重要的。磁记录方式是一种编码方式，即按照某种规律将一连串的二进制数字信息变换成记录介质上相应磁通翻转形式。,14,直接记录方式,图7-2(a)直接记

7、录方式的写电流波形,15,当记录密度较低时，可以不编码，直接按记录信息的“0”、“1”排序记录。归零制（RZ）记录“1”时，写磁头线圈中通以正向脉冲电流；记录“0”时，通以反向脉冲电流。由于脉冲电流均要回到零，故称为归零制。归零制的两个脉冲之间有一段间隔没有电流，相应的这段磁层未被磁化。,1.直接记录方式,16,不归零制（NRZ）记录“1”时，写磁头线圈中通以正向电流；记录“0”时，通以反向电流。由于磁头中电流不回到零，故称为不归零制。如果记录的相邻两位信息相同时，写电流方向不变；只有当记录的相邻两位信息不相同时，写电流才改变方向，所以又称为“见变就翻”的不归零制。不归零1制（NRZ-1）这是

8、一种改进的不归零制，记录“1”时，在位周期中间写电流改变方向；而记录“0”时，写电流方向维持不变，所以称之为见“1”就翻的不归零制。,1.直接记录方式（续）,17,按位编码记录方式,图7-2(b)按位编码记录方式的写电流波形,18,调相制（PE）调相制又称相位编码方式。它采用0和180相位的不同分别表示“1”或“0”。它的编码规则是：记录“1”时，写电流在位周期中间由负变正；记录“0”时，写电流在位周期中间由正变负。当连续出现两个或两个以上“1”或“0”时，为了维持上述原则，在位周期的边界上也要翻转一次。这种记录方式常用于磁带机中。,2.按位编码记录方式,19,成组编码方式，如群码制（GCR）

9、、三位调制码（3PM）和游程长度受限码（RLL）等，它们将数据序列中的数据位几位分成一组，然后按一定的变换规则变换成对应的记录码，再采用NRZ-1制写入记录介质，从而使记录密度得以提高。,3.成组编码记录方式,20,尽管存在着很多种编码方式，但只有少部分仍然流行。近些年最流行的三种基本类型是：调频制（FM）改进的调频制（MFM）游程长度受限（RLL）,7.2.4 编码方式的比较,21,用FM、MFM和RLL2,7编码方式的比较,图7-3 用FM、MFM和RLL2,7编码ASCII字符“X”的写电流波形,22,磁介质存储器主要包括硬盘存储器、软盘存储器和磁带存储器，它们的容量大、位价格低，是当今

10、辅助存储器的主体。,7.3 磁介质存储设备,23,硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器（HDC）对硬盘进行管理，并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相连；许多新型硬盘则已将控制器集成到驱动器单元中去了。硬盘驱动器（HDD）中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱动机构）、磁头定位机构、读写电路和控制逻辑等。,7.3.1 硬盘存储器的基本结构与分类,24,1.磁头 温盘的磁头采用接触启停式。所谓接触启停是指在读写操作时磁头浮空，不与盘面记录区相接触，以免划伤记录区。但由于磁头的浮起要依靠盘片

11、高速旋转时产生的气垫浮力，因此在启动前和停止后，磁头将仍与盘面接触。在读写时，磁头与盘面之间的间隙极小，这样，磁头在通以写电流后，盘面的磁化单元很小，记录密度可以大大提高。,7.3.2 硬盘驱动器,25,2.磁头定位系统,磁头定位系统驱动磁头沿盘面径向移动寻道并精确定位。磁头定位系统应包括以下操作：硬盘驱动器启动后，或是中途寻道出错后，要使磁头准确地回到0号磁道，以等待寻道命令。要能快速、准确地将磁头移到指定磁道的中心位置。当硬盘驱动器发生故障或掉电后，要使磁头迅速退出盘面数据区，以保护盘面免受擦伤。,26,1.硬盘的信息分布 在硬盘中信息分布呈以下层次：记录面、圆柱面、磁道和扇区。记录面 一

12、台硬盘驱动器中有多个盘片，每个盘片有两个记录面，每个记录面对应一个磁头，所以记录面号就是磁头号。所有的磁头安装在一个公用的传动设备或支架上，磁头一致地沿盘面径向移动，单个磁头不能单独地移动。,7.3.3 硬盘的信息分布和磁盘地址,27,磁盘组的记录面,图7-4(a)磁盘组的记录面,28,磁道 在记录面上，一条条磁道形成一组同心圆，最外圈的磁道为0号，往内则磁道号逐步增加。圆柱面 在一个盘组中，各记录面上相同编号（位置）的诸磁道构成一个圆柱面。引入圆柱面的概念是为了提高硬盘的存储速度。当主机要存入一个较长的文件时，若一条磁道存不完，就需要存放在同一圆柱面上的不同磁道上。由于各记录面的磁头已同时定

13、位，换道的时间只是磁头选择电路的译码时间，相对于定位操作可以忽略不计。,1.硬盘的信息分布（续）,29,磁盘圆柱面,图7-4(c)磁盘圆柱面,30,扇区 通常将一条磁道划分为若干个段，每个段称为一个扇区或扇段，每个扇区存放一个定长信息块（如512个字节）。一条磁道划分多少扇区，每个扇区可存放多少字节，一般由操作系统决定。磁道上的扇区编号从1开始，不像磁头或柱面编号从0开始。,1.硬盘的信息分布（续）,31,磁盘扇区,图7-4(b)磁盘扇区,32,主机向磁盘控制器送出有关寻址信息，磁盘地址一般表示为：驱动器号、圆柱面（磁道）号、记录面（磁头）号、扇区号 通常，主机通过一个硬盘控制器可以连接几台硬

14、盘驱动器，所以需送出驱动器号或台号。调用磁盘常以文件为单位，故寻址信息一般应当给出文件起始位置所在的圆柱面号与记录面号（这就确定了具体磁道）、起始扇区号，并给出扇区数（交换量）。,2.磁盘地址,33,1.硬盘的主要性能指标 硬盘容量 主轴转速 道密度 平均存取时间 缓存 数据传输率,7.3.4 硬盘存储器的技术参数,34,设有一个盘面直径为18in的磁盘组，有20个记录面，每面有5in的区域用于记录信息，记录密度为100道/in（TPI）和1000b/in（bpi），转速为2400r/min，道间移动时间为0.2ms，试计算该盘组的容量、数据传输率和平均存取时间。每一记录面的磁道数N为 N5

15、in/面100道/in500道/面 最内圈磁道的周长为 L=(18-25)in=25.12 in,3.硬盘参数的计算,35,以最内圈磁道的周长当作每条磁道的长度，故该盘组的存储容量（非格式化容量）为 C=1000b/in25.12in/道500道/面20面=251.2106 b=31.4106 B 磁盘旋转一圈的时间为 t=60s/min=0.025 s=25 ms,3.硬盘参数的计算（续）,36,数据传输率为 Dr=1004.8 b/ms=1.0048106 b/s=0.1256106 B/s=0.1256 MB/s 平均存取时间为 Ta ms60 ms,3.硬盘参数的计算（续）,37,传统

16、硬盘驱动器的每个磁道上记录的扇区数是相同的，因而存储的信息量也是相同的，这意味着在磁盘上位密度是变化的。因为内圈磁道的周长短，外圈磁道的周长长，所以内圈磁道的位密度高，外圈磁道的位密度低，最内圈磁道的位密度（最大位密度）决定了磁盘驱动器的容量。又因为每个磁道记录的信息量及转速是相同的，所以它们的数据传输率也是相同的。,7.3.6 硬盘的分区域记录,38,每个磁道有相同数量扇区,图7-6 每个磁道有相同数量扇区,39,由于外圈磁道比内圈磁道更长一些，但存储的信息量却相同，所以外圈磁道上明显地存在着浪费。采用分区域记录技术可以增加硬盘驱动器的容量。分区域记录就是把磁盘柱面分成一系列的组，又称区域。

17、由于外圈磁道有更长的周长，所以外层磁道要比内层磁道包含更多的扇区，即外圈磁道上保存的信息比内圈磁道多。,7.3.3 硬盘的信息分布和磁盘地址（续）,40,分区域记录磁盘扇区分布,图7-6 分区域记录磁盘扇区分布,41,相对于利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁盘而言，用光学方式读写信息的圆盘称为光盘，以光盘为存储介质的存储器称为光盘存储器。,7.5 光盘存储器,42,1.CD-ROM光盘 CD-ROM即只读型光盘，又称固定型光盘。它由生产厂家预先写入数据和程序，使用时用户只能读出，不能修改或写入新内容。2.CD-R光盘 CD-R光盘采用WORM标准，光盘可由用户写入信息，写入后可以多次读出；但只

18、能写入一次，信息写入后将不能再修改，所以称为只写一次型光盘。,7.5.1 光盘存储器的类型,43,这种光盘是可以写入、擦除、重写的可逆性记录系统。这种光盘类似于磁盘，可重复读写。4.DVD-ROM光盘 DVD代表通用数字光盘，简称高容量CD。事实上，任何DVD-ROM光驱都是CD-ROM光驱，即这类光驱既能读取CD光盘，也能读取DVD光盘。DVD除了密度较高以外，其他技术与CD-ROM完全相同。,3.CD-RW光盘,44,除去前述的磁介质存储器和光存储器，近年来又出现了许多新型的辅助存储器，这些存储器的共同特点是：容量大、可更换、使用方便。,7.6 新型辅助存储器,45,可移动介质有两种基本类

19、型：磁盘和磁带。磁盘介质的价格相对较贵，其容量一般来说也相对较小，在基于文件的系统中更容易使用，在拷贝少量文件时比较快，但在拷贝大量文件或者整个驱动器时则比较慢。磁带介质的价格总的来说比较便宜，其总容量也比较大，在图像或多文件系统中使用比较方便，用它来备份整个硬盘上的所有应用程序和数据非常合适，即适合于巨量备份，但拷贝单个文件时就显得比较费事了。,7.6.1 大容量可移动存储器,46,作为移动存储介质，闪存卡和USB电子盘与磁盘、光盘等传统存储产品相比表现出更为旺盛的生命力。这种高速发展的半导体存储器属于非易失性存储器，在保存数据时不需要消耗能量，在一定的电压下可以改写内部数据。它与普通以字节

20、存储的RAM不一样，是分块存储的。,7.6.2 闪存卡和USB电子盘,47,闪存卡是数码相机的最好搭档，所以也被称为数字“胶卷”，和普通的胶卷不同，它可以被擦除，然后可重新使用。对于闪存卡来说，最重要的指标是容量。其次是读写速度。写入速度高意味着数码相机可以迅速地把拍摄的数据传送到闪存卡中，准备好进行下一次拍摄。读出速度高的闪存卡可以缩短图像数据上载到计算机所需的时间。闪存卡是相当特殊的存储介质，从接口规范和使用来看，它就像一块外置硬盘，但在内部，半导体存储器的特性相当突出。目前的闪存卡主要有六大类CF卡、SmartMedia卡、记忆棒、SD卡、xD图卡和MMC卡。,1.闪存卡,48,USB电

21、子盘简称U盘，这是一种基于闪速存储介质和USB接口的移动存储设备，被称为移动存储的新一代产品。U盘可长期保存数据，并具有写保护功能，擦写次数可达百万次以上。目前U盘已不满足于仅仅拥有移动存储的功能，许多U盘还具有特殊的功能。U盘采用USB接口，无需外接电源，可以实现即插即用。近年来随着U盘的快速发展，大有取代传统软盘的势头。,2.USB电子盘,49,键盘是计算机系统不可缺少的输入设备，人们通过键盘上的按键直接向计算机输入各种数据、命令及指令，从而使计算机完成不同的运算及控制任务。,7.7 键盘输入设备,50,一、键开关的结构及工作原理 有触点式：机械簧片式、干簧管式、薄膜式、导电像胶式等 无触

22、点式：电容式、霍尔效应式,键冒复位弹簧 键杆 簧片铜箔基板,键冒复位弹簧 键杆 泡沫减振块活动极驱动极检测极印刷电路板,51,二、键盘编码器 1.编码键盘 键盘本身带有实现接口主要功能所必需的硬件电路。又分为静态编码器和动态编码器 2.非编码键盘 键盘只简单地提供按键开关的行列矩阵。,52,静态编码器(1)组成和工作原理 画一组 x0,y0 的工作原理：,未按键三极管 T0 T7 处于截止，y0 y7:1 x0 x7:1,当 ki 按下：y0 与 x0 接通，y0：0 三极管 T0 饱和，x0：0,53,2.动态编码器(1)电路原理,54,有一个3*4的矩阵键盘通过并行接口芯片8255A与计算

23、机相连。8255A的A定义为输出口，与键盘行线相连；B口定义为输入口，与键盘列线相连。接口硬件如图。,非编码键盘接口,3.非编码键盘,55,目前，计算机系统常用的输入设备除键盘外，还有鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘输入的是字符和数字信息；鼠标主要输入矢量信息和坐标数据；而扫描仪主要输入图形、图像信息。,7.8 其他输入设备,56,鼠标器按其内部结构的不同可分为机械式、光机式和光电式3大类。尽管结构不同，但从控制光标移动的原理上讲3者基本相同，都是把鼠标器的移动距离和方向变为脉冲信号送给计算机，计算机再把脉冲信号转换成显示器光标的坐标数据，从而达到指示位置的目的。,7.8.1 鼠标器,57

24、,鼠标器,鼠标的移动距离和方向,脉冲信息（送给计算机）,显示器光标的坐标数据,光电式 光机式 机电式,光电式结构,58,光机式三个滚轴（X方向、Y方向、空）X、Y方向各连一个码盘三个均与同一个滚动小球接触,3.机电式,59,扫描仪是一种光、机、电一体化的高科技产品，它是将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具，是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备，也是功能极强的一种输入设备。,7.8.3 扫描仪,60,条形码扫描仪,61,一、概述条码技术的优点输入速度快可靠性高采集信息量大灵活实用条码技术的应用范围商业自动化系统仓储管理,62,三、条码扫描器,分类 按扫描原理：LED扫描器,结构简单、体积

25、小、成本低、耐用，适宜构成笔状，可读较长的条码符号，对条码有一定的破坏性，一次扫描成功率偏低,63,CCD扫描器,自动扫描对于不易接触的物品均能方便识读 读出长度受CCD元件尺寸限制扫描景深不如激光扫描器,64,激光扫描器,自动扫描景深较大扫描首读率和精度较高,按使用方式：A、手持式：包括CCD、激光枪、光笔、数据采集终端B、台式：包括CCD、激光平台C、卡槽式：包括考勤卡钟、卡片阅读器,65,2.识读系统的组成,66,输入设备光笔,67,输入设备触摸屏,68,输入设备扫描仪,69,打印机是计算机系统的主要输出设备之一，打印机的功能是将计算机的处理结果以字符或图形的形式印刷到纸上，转换为书面信

26、息，便于人们阅读和保存。由于打印输出结果能永久性保留，故称为硬拷贝输出设备。,7.9 打印输出设备,70,按照打印的工作原理不同，打印机分为击打式和非击打式两大类。击打式打印机是利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符的，它的工作速度不可能很高，而且不可避免地要产生工作噪声，但是设备成本低。非击打式打印机是采用电、磁、光、喷墨等物理或化学方法印刷出文字和图形的，由于印字过程没有击打动作，因此印字速度快、噪声低，但一般不能复制多份。,7.9.1 打印机概述,71,1.分辨率 打印机的打印质量是指打印出的字符的清晰度和美观程度，用打印分辨率表示，单位为每英寸打印多少个点（DPI）。2.打印

27、速度 不同类型的打印机具有不同的打印速度，每种类型又有高、中、低速之分。3.打印幅面 一般家庭用户多使用A4幅面。4.接口方式 打印机的接口大多数均为标准配置并行接口。,7.9.2 打印机的主要性能指标,72,针式打印机是由若干根打印针印出mn个点阵组成的字符或汉字、图形。这里m表示打印的列数，n表示打印的行数。点阵越密，印字的质量就越高。需要注意的是，字符由mn个点阵组成，并不意味着打印头就装有mn根打印针。串式针打的打印头上一般只装有一列n根打印针（也有的分为两列）。,7.9.3 针式打印机工作原理,73,主机要输出打印信息时，首先要检查打印机所处的状态。当打印机空闲时，允许主机发送字符。

28、打印机开始接收从主机送来的字符代码（ASCII码），先判断它们是可打印的字符还是只执行某种控制操作的控制字符（如：“回车”、“换行”等）。如果是可打印的字符就将其代码送入打印行缓冲区（RAM）中，接口电路产生回答信息，通知主机发送下一个字符。如此重复，把要打印的一行字符的代码都存入数据缓冲区。当缓冲区接收满一行打印的字符后，停止接收，转入打印。,7.9.3 针式打印机工作原理（续）,74,喷墨式打印机也属于点阵式打印的一种，它的印字原理是使墨水在压力的作用下，从孔径或狭缝尺寸很小的喷嘴喷出，成为飞行速度很高的墨滴，根据字符点阵的需要，对墨滴进行控制，使其在记录纸上形成文字或图形。喷墨打印机的喷

29、墨方式有两种：连续式和随机式。,7.9.4 喷墨打印机工作原理,75,激光打印机是一种光、机、电一体、高度自动化的计算机输出设备，其成像原理与静电复印机相似，结构比针式打印机和喷墨打印机都复杂得多。它主要由激光器、激光扫描系统、以碳粉与感光鼓为主的碳粉盒、字形发生器、电子照相转印机构和电路部分组成。感光鼓是激光打印机的核心，这是一个用铝合金制成的圆筒，其表面镀有一层半导体感光材料，通常是硒，所以又常将它称为硒鼓。激光打印机的打印过程中的六个步骤：充电、扫描曝光、显影、转印、定影和清除残像都是围绕感光鼓进行的。,7.9.5 激光打印机工作原理,76,显示设备是将电信号转换成视觉信号的一种装置。在

30、计算机系统中，显示设备被用作输出设备和人机对话的重要工具。与打印机等硬拷贝输出设备不同，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。,7.10 显示设备,77,若按显示器件的不同可分为阴极射线管（CRT）、等离子显示器（PD）、发光二极管（LED）、场致发光显示器（ELD）、液晶显示器（LCD）、电致变色显示器（ECD）和电泳显示器（EPID）等。,7.10显示器概述,78,CRT显示器由显示适配器（显示卡）和显示器（监视器）两部分组成。图7-16 CRT显示器的组成示意图,7.10.2 CRT显示器,79,点距 点距是指屏幕上

31、两个相邻的同色荧光点之间的距离。点距越小，显示的画面就越清晰、自然和细腻。用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显示器在垂直和水平方向上最高可以显示的点数（即极限分辨率）。行频和场频 行频又称水平扫描频率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线条数，以KHz为单位。场频又称垂直扫描频率，是每秒钟屏幕重复绘制显示画面的次数，以Hz为单位。,1.CRT显示器的主要技术指标,80,视频带宽 视频带宽是表示显示器显示能力的一个综合性指标，以MHz为单位。它指每秒钟扫描的像素个数，即单位时间内每条扫描线上显示的点数的总和。带宽越大表明显示器显示控制能力越强，显示效果越佳。视频带宽水平分辨率垂直分辨率刷新率最

32、高分辨率 最高分辨率是定义显示器画面解析度的标准，由每帧画面的像素数决定，以水平显示的像素个数水平扫描线数表示。,1.CRT显示器的主要技术指标（续）,81,刷新率 刷新率指的是显示器每秒钟重画屏幕的次数，刷新率越高，意味着屏幕的闪烁越小，对人眼睛产生的刺激越小。行频、场频、最高分辨率和刷新率这四个参数息息相关。一般来说，行频、场频的范围越宽，能达到的最高分辨率也越高，相同分辨率下能达到的最高刷新率也越高。屏幕尺寸 指屏幕对角线长度。,1.CRT显示器的主要技术指标（续）,82,CRT显示器的扫描方式 CRT显示器普遍采用光栅扫描方式。在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律

33、的扫描整个屏幕。扫描的方法如下：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，重复前面的扫描过程。在水平和垂直回扫时，电子束是“消隐”的，荧光屏上没有亮光显示。,2.CRT显示原理,83,光栅扫描示意图,图7-17 光栅扫描示意图,84,一幅光栅通常也叫做一帧，一帧画面的扫描行数越多，显示出来的画面就越清晰。但要使扫描行数增多，则须使行扫描频率增高，当要求太高时就难于实现。显示器中有两种可能的方法：逐行扫描与隔行扫描。,2.CRT显示原理（续）,85,显

34、示器的显示模式 显示模式从功能上分为两大类：字符模式和图形模式。字符模式的显示缓冲区中存放着显示字符的代码（ASCII码）和属性。显示屏幕被划分为若干个字符显示行和列，如80列25行。图形模式对所有点均可寻址。我们常常把它称为位图化的显示器，因为屏幕上的每个像素都对应显示缓冲区中的一位或多位。,2.CRT显示原理（续）,86,显示缓冲区 由于荧光屏上涂的是中短余辉荧光材料，否则会导致图像变化时前面图像的残影滞留在屏幕上，但如此一来，就要求电子枪不断的反复“点亮”、“熄灭”荧光点，即便屏幕上显示的是静止图像，也照常需要不断地刷新。为了不断提供刷新画面的信号，必须把字符或图形信息存储在一个显示缓冲

35、区中，这个缓冲区又称为视频存储器（VRAM）。显示器一方面对屏幕进行光栅扫描，一方面同步地从VRAM中读取显示内容，送往显示器件。因此，对VRAM的操作是显示器工作的软、硬件界面所在。,2.CRT显示原理（续）,87,VRAM的容量由分辨率和灰度级决定，分辨率越高，灰度级越高，VRAM的容量就越大。同时，VRAM的存取周期必须满足刷新率的要求。分辨率由每帧画面的像素数决定，而像素具有明暗和色彩属性。黑白图像的明暗程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级，所以在单色显示器中，仅有灰度级指标。彩色图像是由多种颜色构成的，不同的深浅也可算作不同的颜色，所以在彩色显示器中能显示的颜色种类称为颜色数。,2

36、.CRT显示原理（续）,88,1.字符显示原理 字符显示器显示字符的方法也是以点阵为基础的。通常将显示屏幕划分成许多方块，每个方块称一个字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。一般的字符显示器可显示80列25行=2000个字符，字符窗口数目为8025。在单色字符显示方式下，每个字符窗口为914点阵，对应的分辨率为80列25行（720350点阵），其中字符本身点阵为79，同一字符行中字符横向间隔2个点，不同字符行间的间隔为5个点。,7.10.3 字符显示器的工作原理,89,屏幕上字符位置的分配,图7-18 屏幕上字符位置的分配,90,屏幕上每个字符窗口对应于VRAM中的一个字节单元，在实际的VR

37、AM中，还需存入字符的显示属性，所以VRAM的容量还需增加一倍。VRAM中存放的是字符的ASCII码，不是点阵信息。若要显示出字符的形状，还要有字符发生器（字符库）的支持。显示器的字符库是用来存放各种字符的点阵字形辉亮数据的只读存储器。显示时，从ROM中读出有关的点阵信息送给CRT作为辉亮控制信号，以控制电子束的强弱，从而在屏幕上组成字符。显示器的字符库中存放的是字符的行点阵码。,1.字符显示原理（续）,91,“A”的点阵字形,图7-19“A”的点阵字形,92,彩色图形显示器的分辨率为640480，可同时显示16种颜色。VRAM中存放着显示的图形点阵数据，由于计算机只能以二进制方式存放数据，每

38、位只有两种状态（“0”或“1”）。对于单色显示，VRAM中的每一位对应画面上的一个像素点，该位为“1”即表示画面上的这一点是亮点。而对于彩色显示（如16种颜色），就需要用VRAM中的4位来定义一种颜色。在彩色图形显示器中经常采用彩色位平面的存储结构来表示颜色信息。,7.10.4 图形显示器的工作原理,93,分辨率、颜色数与VRAM容量密切相关。对于字符显示方式，如分辨率为c列l行，而一个字符的编码与属性、颜色数共需占n字节，则VRAM的总容量应不少于cln字节。对于图形显示方式，如果分辨率为cl像素，而每个像素的颜色数用n位二进制代码表示，则VRAM容量应不少于cln位。两种显示方式的c、l值

39、不同，显然，图形方式所需的VRAM容量一般都大于字符方式。如果一台CRT显示器既可用作字符方式又可用作图形方式，且各有数种分辨率规格，则VRAM的容量计算应以最高分辨率图形方式为准。,7.10.4 图形显示器的工作原理（续）,94,1.LCD显示原理 有四种基本的LCD选择：无源阵列单色、无源阵列彩色、有源阵列模拟彩色和最新的有源阵列数字彩色。大多数通用无源阵列显示器采用超级偏转向列型设计，因此这些面板经常被称为STN。有源阵列显示器采用薄膜晶体管设计，因此称为TFT。,7.10.5 LCD显示器,95,在一个无源阵列的LCD中，每个液晶单元被两个晶体管的电荷所控制，它取决于晶体在屏幕上的行列

40、位置。沿着屏幕水平和垂直边缘的晶体管数目决定了屏幕的分辨率。例如，一个具有1024768分辨率的屏幕，在水平边界有1 024个晶体管，在垂直上有768个晶体管，总共有1 792个。当液晶单元响应自己的两个晶体管的脉冲时，将对光波产生偏转，电荷越强，光波偏转得越厉害。,1.LCD显示原理（续）,96,在有源阵列LCD中，每个单元在显示屏之后有自己专用的晶体管，对其充电进而偏转光波。于是，一个1024768的有源阵列显示器就有786 432个晶体管。提供比无源阵列显示器更亮的图象，因为各单元能够维持一个恒定的、较长时间的充电。然而，有源阵列技术的能耗比无源阵列大，有源阵列显示器制造起来比较困难，价格更高。,1.LCD显示原理（续）,