《计算机组成原理及汇编语言CAI 教学课件 作者 教师版—张思发 第九章 常见外设及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理及汇编语言CAI 教学课件 作者 教师版—张思发 第九章 常见外设及其应用（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 常见外设及其应用 本章学习目标 本章前面介绍了计算机常用的输入和输出设备 后面介绍了磁外存设备 最后介绍多媒体技术的有关概念 重点仍然以基本概念和基本原理为主 本章 中还对目前常用外设 BIOS I O 中断调用进行了讲解 使学生能够结合基本知 识 通过上机完成汇编程序的编写 9 1 外部设备概述 中央处理器 CPU 和主存储器 MM 构成计算机的主体 称为主机 除了主机以外 计 算机系统的每一部分都可作为外部设备或外围设备来看待 简称外设 它包括常用的输入输 出设备 外存储器 脱机输入输出设备等 早期的计算机结构相对简单 速度慢 应用面窄 所配外设种类少 在我国 直到 70 年代中期
2、 计算机仍以纸带 卡片等作为数据输入输出的介质 利用当时已在邮电部门广泛 使用的电传打字机以及穿孔机和纸带输入机等作为输人输出设备 进入 80 年代以来 以个 人计算机和工作站为代表的微型机迅速普及 计算机的应用领域有了突破性的进展 外部设 备开始向多样化 智能化的方向发展 图 9 1 1 列出当前常用的一些 I O设备 目前 随着半导体集成电路的发展 使 CPU和 主存的造价降低 而外部设备在硬件系统中价格的比重却在增加 今后 外设的发展趋势 将继续朝着智能化 功能复合化 高可靠性的方向发展 在发展大型高性能设备的同时 又 发展小型 普及价廉的设备 随着计算机的研究进展 人类将最终通过 能听
3、会说 能 读会写 的外部设备 使智能计算机成为现实 脱机设备主要用于大型的计算中心 作为数 据输人输出和转换装置 其基本原理与普通设备相同 键盘 图形输入设备 输入设备 图像输入设备 条形码 光学字符识别 语言与文字输入 显示器 打印设备 输入输出设备 输出设备 绘图机 语音输出 终端设备 数 模 模 数转换 多媒体 脱机输入输出设备 软磁盘数据站 表 9 1 1 常用的一些 I O设备 第九章 常见外设及其应用 239 9 2 显示设备 9 2 1 显示设备的分类及有关的概念 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备 显示设备种类繁多 按显示设备所用的显示器件分类所用的显示器件分类 有阴
4、极射线管显示器 cathode raytube 简称 CRT 液晶显示器 liquid crystal display 简称 LCD 等离子显示器等 CRT 就是大家所熟悉的电视机显像管 以显示的颜色分类 有黑白和彩色两种 目前 的台式计算机大部分使用 CRT 作为显示器件 液晶和等离子显示器是平板式显示器件 它 们的特点是体积小 功耗少 是很有发展前途的新型器件 按所显示的信息内容分类所显示的信息内容分类 有字符显示器 图形显示器和图像显示器三大类 按显示设备的功能分类显示设备的功能分类 有普通显示器和显示终端两大类 显示器和终端是两个不同 的概念 显示器的功能简单 它只能用于接收视频信号
5、显示器的控制逻辑和存储逻辑都在 主机接口板中 目前使用的个人计算机系统就是这种结构 这种显示器也称作监视器 monit or 终端是由显示器和键盘组成的一套独立完整的输入 输出设备 它可以通过标准通信 接口接到远离主机的地方使用 终端的结构比显示器的结构复杂得多 它能够完成显示控制 与存储 键盘管理以及通信控制等功能 还可以完成简单的编辑操作 9 2 2 显示技术中的有关术语 1 图形和图像 图形和图像是现代显示技术中常用的术语 图形图形 graphics 最初是指没有亮暗层次变化 的线条图 如建筑机械所用的工程设计图 电路图等 早期的图形显示和处理只是局限在二 值化的范围 只能用线条的有无来
6、表示简单的图形 图像图像 image 则最初就是指具有亮暗层 次的图 如自然景物 新闻照片等 经计算机处理后显示的图像称作数字图像 就是将图片 上连续的亮暗变化变换为离散的数字量 并以点阵列的形式显示输出 在显示屏幕上 图形和图像都是由称作像素的光点组成的 光点的多少称作分辨率分辨率 光 点的深浅变化称作灰度级灰度级 在黑白显示器上表现为灰度级 在彩色显示器上表现为颜色 分 辨率和灰度级决定了所显示图像的质量 高分辨率多次度级的光栅扫描的显示器不仅可以显 示图像 也可以显示图形 现在的图形也可以有颜色 深浅层次的变化 图形学的主要任务是研究如何用计算机表示现实世界的各种事物 并且形象逼真地加以
7、 显示 如动画设计 花布图案设计 地图的显示等平面图 飞机 汽车 建筑物的造型设计 等立体图 这些图要求形象逼真地显示 需要有深浅和颜色 图形学所用的技术包括点 线 面体等平面和立体图的表示和生成 同时 由于要在平面上显示立体图 还要研究阴影 的产生隐藏线 隐藏面的消除技术以及光照方向与颜色的模拟等技术 数字图像处理所处理的对象多半来自客观世界 例如由摄像机摄取下来存入计算机的数 字图像 遥感图像 医用图像等 图像与图形相比 由于后者可以按人的意志描绘 所以无 噪音干扰 而目规则整齐 富有创造性 前者则可能充满噪音 图像很不清晰 由于摄取的 位置随机 图像可能发生畸变 图像处理的任务是去除噪音
8、 恢复原形 使图像清晰 并从 中抽取有用的信息 以供观察 2 分辨率及灰度级 分辨率分辨率 resolution 指的是显示设备所能表示的像素个数 像素越密 分辨率越高 图像 越清晰 分辨率取决于荧光粉的粒度 屏的尺寸和电子束的聚焦能力 例如 12英寸彩色 CRT 的分辨率为 640 480 个像素 因为对角线为 12 英寸 30 48cm 长和宽分别为 24 384 cm和 18 288cm 有效显示区域要小于这个数据 每个像素的间距为 0 31mm 水平方向的 第九章 常见外设及其应用 240 640 个像素所占显示长度为 640 0 31mm 198 4mm 垂直方向为 480 个像素
9、是按照 4 3 的 长宽比例分配的 640 0 75 480 灰度级灰度级 gray level 指的是所显示像素点的暗亮差别 在彩色显示器中则表现为颜色的不 同 灰度级越多 图像层次越清楚逼真 灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数 和 CRT 本身的性能 如果用 4 位表示一个像素 则只有 16级灰度或颜色 如果用 8 位表示 一个像素 则有 256 级灰度或颜色 字符显示器只用 0 1 两级灰度就可以表示字符 的有无 这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器或黑白显示器 具有多种颜色的显示器 称为彩色显示器 具有多种灰度级的黑白显示器称为多灰度级黑白显示器 分辨率和灰度级是显示器的两
10、个重要技术指标 根据不同的分辨率 有不同的显示器接 口 或称为适配器 与之配合 IBM 公司制定了显示器分辨率的标准 并被业界所接受 见表 9 2 1 表 9 2 1 各种显示模式的分辨率 显示模式 CGA EGA VGA SVGA XGA SXGA 分辨率 640 200 350 480 600 768 1024 640 640 800 1024 1280 3 刷新和帧存储器 CRT 器件的发光是由电子束射在荧光粉上引起的 电子束扫过之后 其发光亮度只能 维持短暂一瞬 大约几十毫秒 便消失 为了使人眼能看到稳定的图像就必须在图像消失之前 使电子束不断地重复扫描整个屏幕 这个过程叫做刷新刷新
11、refresh 每秒刷新的次数称刷新频 率 刷新频 率或扫描频率扫描频率 结合人的视觉生理 刷新频率应大于 30 次 秒 人眼才不会感到闪烁 显 示设 的存取周期必须满足刷新频率的要求 容量和存取周期 是帧存储器的两个重要技术指标 4 随机扫描和光栅扫描 控制电子束扫描轨迹的电路叫扫描 偏转 扫描 偏转 数场和偶数场各 312 5 行 扫描顺序是先偶数场 再奇数 场 交替传送 每秒显示 50 场 9 2 3 字符显示器 整体 由专门的微处理器负责屏幕编辑管理功能 并通过标准的串行接口与主机连接 在微 备中通常选用电视中的标准 每秒刷新 50帧 frame 图像 为了不断提供刷新图像的信号 必须
12、把图像存储起来 存储图像的存储器叫 帧存储 器 帧存储 器 或 视频存储器视频存储器 VRAM 电视不用帧存储器也可以看到图像 是因为电视接收机不断 接收从天线来的信号 帧存储器的容量由图像分辨率和灰度级决定 分辨率越高 灰度级 越多 帧存储器的容量越大 如分辨率为 1024 1024 256 级灰度的图像 存储容量为 1024 1024 8bit 1MB 帧存储器 电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描扫描 scan 电路电路 扫描方式有两种 随机扫描和光栅扫描 随机扫描随机扫描是控制电子束在 CRT 屏幕上随机地运动 从而产生图形和字符 电子束只在 需要作图的地方扫描 而不必扫描全屏幕 所
13、以这种扫描方式画图速度快 图象清晰 光栅 扫描 光栅 扫描是电视中采用的扫描方法 在电视中 要求图像充满整个画面 因此要求电子束扫过整 个屏幕 光栅扫描是从上至下顺序扫描 采用逐行扫描和隔行扫描两种方式 逐行扫描逐行扫描就是 从屏幕顶部开始一行接一行地扫描 一直到底反复进行 电视系统采用隔行扫描隔行扫描 它把一帧 图像分为奇数场和偶数场 1 3 5 7 等奇数行构成奇数场 0 2 4 6 等偶数行构成偶 数场 我国电视标准是 625 行 奇 字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备 在中大型的计算机系统中 为了不影 响主机的数据处理能力 显示器作为终端设备独立存在 键盘输入和 CRT 显示输
14、出是一个 第九章 常见外设及其应用 241 型机系统中 显示输出和键盘输入分别接入系统 它们是两个独立的设备 显示系统由插在 主机中的显示控制板和显示器两部分组成 本小节以 IBM PC 机单色字符显示系统为例 说 明字符显示器的工作原理 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 m n 个点 组成阵列 将点阵存入由 ROM 构成的字符发生器中 在 CRT 进行光栅扫描的过程中 从 字符发生器中依次读出点阵 按照点阵的 0 和 1 控制扫描电子束的开关 就可以在屏幕上组 成字符 点阵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 上所占的点数 也
15、称作字符窗口字符窗口 它包括字符显示点阵和字符间隔 图 9 2 1 是字符显示器的原理框图 其中虚线框中为定时控制电路 已由专用的 CRT 控 制芯片实现 为了说明原理 我们先假设它们由中小规模集成电路组成 图 9 2 1 字符显示的基本原理 定时控制电路的核心是点计数器 水平地址计数器 光栅地址计数器和垂直地址计数器 四个计数器 由它们来控制显示器的逐点 逐字 逐行 逐屏幕的刷新显示 点振荡器输出 16 257MHZ 的点时钟 用来控制字符发生器中每行 9 个点依次移位输 出 点计数器对点时钟 9 分频 输出的字符时钟是显示控制器的定时信号 同时它也控制移 位寄存器的加载 移位寄存器 S端为
16、移位控制端 L 为并行输入加载控制端 当一个字符的 9 个点输出结束以后 输出下一个字符中同一行的 9 个点 水平地址计数器对一行的显示进 行控制 送出当前要显示的这一行字符的 VRAM 地址 每行有效显示 80 个字符 另外 当 光栅从一行的结束回到另一行开始时 在屏幕上不应该显示 这一段称为水平回扫消隐 期 水平回扫消隐 期 在水平消隐期间产生水平同步信号 输出到显示器 水平消隐信号同时控制移位寄存器 不要加载 水平消隐期共占用 18 个字符时钟的时间 光栅地址计数器对字符窗口的高度进 行控制 因为字符窗口的高度为 14 但字符点阵高度为 9 行间隔为 5个点阵 它控制一行 字符的 9 行点阵逐行输出 并在最后 5 行进行行间消隐 垂直地址计数器控制一屏幕 25 行 字符的显示 与水平回扫类似 当光栅到达屏幕底部时需要回到屏幕顶部 这一过程称为垂 直回扫 垂 直回扫 垂直回扫需要一行的显示时间 并向显示器输出垂直同步信号 回扫期间同样需要 消隐 垂直消隐命令控制移位寄存器不要加载 视频存储器 VRAM 的地址由水平地址计数 器 列地址 和垂直地址计数器 行地址 决定 VRAM 输出
