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1、1,第6章 输入输出设备与输入输出系统,2,6.1 输入输出设备概述 6.1 输入输出设备人机交互设备 输入设备 人们可以通过它把要执行的命令和 数据等信息送入计算机。 输出设备 人们可以从计算机得到所需要的结 果。,3,输入输出设备简明列表 键盘 图形输入设备：鼠标器、图形板、光笔 图象输入设备：扫描仪、传真机、 摄象机、数字相机 条形码阅读器 显示器（字符、图形、图象） 打印机（针式、喷墨、激光） 绘图仪,输入设备,输出设备,4,5.1.2 点阵式设备运行原理 以点阵式运行的设备，通常都是把某些信息例如字形、图形、图像等，以计算机用户可见的某种形式表示出来。 在计算机显示器，屏幕上，这些被
2、显示的内容是以可见光的形式表现出来的。在打印纸上，通常是以“印刷”（染色）的效果表现出来。,6,从组成各种形状的点的布局规律看，有两种情况： （1）每个被表示的对象有确定的形状（如中、西文字符、标点符号、简单的几何形状）。要表示这样一些对象，可设法把这些对象的点的布局设置保存在存储器中，需要时再把它们复现出来。 （2）被表示对象的点的布局没有确定的规律（如油画、照片）。要表示这样一类对象，可设法把油画或照片上所表现的连续变化的内容，在计算机指定的平面上用离散的点表示出来。 简单的应用方式只需为每点分配一个二进制位来区别点的有无，例如 1表示有点，0表示无点。,7,处理一幅图中各处不同的亮暗层次
3、的办法（单一颜色的情况）： 用各处不同亮度（灰度级）来体现一幅图的层次感，即每一点可用几种不同的亮度显示。必须用多个（例如b个）二进制位（bit）来表示亮度等级S，其关系是： S = 2b 亮度等级越多，表示同一幅图的数据量就越大。,8,处理多种颜色图像的办法： 不同颜色是用3基色按不同比例关系混合而呈现出来的。 例如，为表示 256种颜色，要用8位二进制位。若希望每种基色都有256种亮度，要用38 = 24 个二进制位（3字节）。每个点有256256 256种颜色（真彩色）。,9,两个简单的例子：,10,11,作业4.1. 点阵式设备得以广泛应用的原因是什么? 答：以点阵式运行的设备，通常都
4、是把某些信息例如字形、图形、图像等，以计算机用户可见的某种形式表示出来。其共同特点是：要表示的信息，最终要以平面上以可见的“形状”体现出来。而这些“形状”不管其简单还是复杂，原理上，又都是以许多断续的点的不同布局表示出来的。当一些点彼此之间靠得很近时，使人看上去就像连在一起的样子。这样的事实很容易被人接受，也不会有原理上的争议。所以点阵式设备得以广泛应用。,12,6.2 显示器设备的组成与运行原理 6.2.1 显示器设备概述 显示器设备是以可见光形式显示信息的输出设备。当前使用最多的是阴极射线管（CRT）为主体的显示器，其次是液晶显示器。按显示内容分，可分为字符显示器和图形显示器。 显示器属于
5、以点阵方式运行的设备。显示器是矩形的。沿水平方向和垂直方向分成许多像素。全部像素的数目称为分辨率。常用的分辨率有640480，800600，1024768。,13,6.2.2 CRT阴极射线管的组成和运行原理,14,显示屏 阴极射线管的组成 电子枪 偏转控制装置 显示屏显示信息的主体部分，由玻璃屏和涂 在内壁的荧光粉薄层组成。荧光粉在电子的撞击下发 处不同颜色和亮度的亮点。,15,电子枪产生电子束的部件 灯丝通电后产生热量，使阴极加热 阴极受热后释放大量电子 栅极控制电子通过栅极进入阳极的数量。 构成 即控制打向荧光屏电子束的强弱， 从而控制亮度 阳极加速电子束，使其有足够的动能， 提高荧光屏
6、的亮度 聚焦极对电子束聚焦， 使其打在荧光屏上形成很小的亮点， 保证显示的清晰度,16,偏转控制装置偏转线圈 控制电子束沿水平和垂直方向的运动轨迹，使电子束能打到屏幕的任意位置。 对彩色显示器，屏幕上每一像素有3种颜色的小荧光粉组 成，有3个电子枪发出来的电子束能准确打到各自对应的小荧 光粉点上。,17,6.2.3 CRT显示器的组成和运行原理 阴极射线管 扫描控制逻辑 组成 显示存储器 字符发生器 （1）扫描控制逻辑部件 扫描电子束在显示屏上按某种轨迹运动。 扫描控制逻辑部件控制电子束扫描轨迹的电路。 逐行扫描 光栅扫描 扫描方式 隔行扫描 随机扫描,在显卡上,18,光栅扫描方式 电子束在显
7、示屏上按某种轨迹运动被称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路被称为扫描控制逻辑部件。 在光栅扫描方式下，电子束要从左到右、从上到下扫描整个屏幕，扫描控制本身不必区分什么位置上有点要显示、什么位置上的点不显示，它只是控制电子束在整个屏幕上重复移动，显示的具体内容则通过另外的逻辑线路提供。,19,逐行扫描,逐行扫描是从屏幕顶端开始，依次连续扫描所有各行。,20,21,随机扫描方式 在随机扫描方式下，电子束只扫描在屏幕上有显示内容的位置，而不是整个屏幕。所以这种扫描方式画图速度快，分辨率高，主要用于高质量的图形显示器。其缺点是：它的扫描控制逻辑比较专用、复杂、产品生产批量不够大，价格较高。,22,余辉时
8、间 电子束打在荧光粉上发出的光所持续的时间，被称为余辉时间。余辉时间的长短主要决定于荧光粉材料的特性，显示器中通常使用余辉时间比较短的这一种。为了在屏幕上有稳定的、至少人们看上去无明显闪烁感的画面，就要把显示的内容不断重复显示，每秒显示的次数，用“场”来说明，电子束扫描完整个屏幕一遍为一场。目前计算机中一般选用每秒50场来显示画面。,23,显示存储器VRAM 功能 ：保存将显示在整个屏幕上的全部字符。保存一个字符要占用2字节：一个字节为字符ASCII码；一个字节为字符的属性（颜色、亮度等） 例：若屏幕上每行显示80个字符，每屏显示25行，则要占用VRAM 80252=4000字节。 在屏幕上显
9、示字符，显示的应该是字符的字形，而表示字符的ASCII码，必须有办法从字符的ASCII码找出组成相应字符字形的点阵数据。,24,字符发生器 功能：用于保存每个可显示字符字形的点阵数据。通常ROM构成。 若每个字符的字形用79个点阵表示，则每个字 符数据要占有9 个字节。为能显示95个ASCII码字符 （含空格字符），那么应由9 95 = 855个字节组成。 若以ASCII码为地址，就能找到保存相应字符点阵的 那片存储区。 从扫描过程看，每次从字符发生器读出一个字符 的一个点阵行的数据（字节），当先后9 次读完9 个 存储单元之后，就得到一个字符的全部点阵数据。,25,字符显示器的显示控制过程,
10、26, 屏幕像素的显示控制 VRAM、字符发生器、移位寄存器放在显示卡上，由主机CPU控制。 显示控制过程: 根据当前被显示字符在屏幕上的位置为地址，到VRAM中找出被显示字符的ASCII码； 再用字符ASCII码和电子束所处的字符点阵行位置为地址，到字母发生器中读出该字符的点阵行数据； 把字符点阵行数据送到移位寄存器，通过逐位移位操作，输出被显示内容的显示点控制信号，送CRT栅极实现对屏幕像素的显示控制.,27,（2）显示器的扫描控制 扫描控制电路是显示器的重要组成部分，是整机的定时制电路。 功能：控制电子束重复扫描整个屏幕，产生多种时序控制信号。 组成： 点振荡器 点计数器 水平地址计数器
11、 光栅地址计数器 垂直地址计数器,28, 点振荡器 是驱动源，以一定的频率提供连续的脉冲信号，每个脉冲周期对应一个像素的显示过程，故它的输出既作为视频信号移位寄存器的控制信号，又用于驱动扫描控制逻辑按照扫描的时序要求，提供不同频率关系的时序控制信号，包括在屏幕上一个点阵行中区分字符分界控制信号（由点计数器提供），正在显示的字符位置控制信号及点阵行扫描结束及水平回扫控制信号（由水平计数器提供），还包括用于区分字符行和行间距的控制信号（由光栅地址计数器提供），正在显示的字符行位置控制信号及“场”扫描结束及垂直回扫控制信号（由垂直地址计数器提供）。,29,字符显示器的显示控制过程,25行，每行25字
12、符，每字符914点阵,30,该图表示的是分辨率为720350的例子，每行显示80个字符，一屏显示25行，每个字符在屏幕上占据914个点阵（像素）位置，在这样一个区域被称为一个字符窗口，点计数器中的9和行计数器的14，用于确定窗口的大小。若一个字符用79个像素显示，则字符间距为2个像素，行间距为5个像素。水平回扫和垂直回扫过程不应有任何像素，这被称为水平消隐和垂直消隐。水平回扫中的18是指水平回扫要占用显示18个字符点阵行的时间，垂直地址计数器中的1，是指垂直回扫要占用显示一行字符的时间。,31,RA3RA0,移位 寄存器 S L,字符 发生器 （ROM）,VRAM,用于判断数字符的下界值 MV
13、RD R3, 39 ;用于判断数字符的上界值 (2024) IN 81 ;判断键盘上是否按了一个键 SHR R0 ;R0右移一位,最低位移入状态标志位C SHR R0 ;即串行口是否有了输入的字符 JRNC 2024 ;尚没有输入则循环测试 IN 80 ;把输入字符读到R0低字节 MVRD R1, 00FF ; AND R0, R1 ;将R0的高字节清0 CMP R0, R2 ;判断输入的字符字符9否 JRC 2032 ;是, 转到程序结束处 OUT 80 ;输出刚输入的数字符 JMPA 2024 ;转去程序前边等待输入下一 个字符 (2053) RET,151,2002年1月试题 二、2 2
14、. 在教学计算机中，串行接口芯片的数据线与内存储器芯片的数据线通过外部数据总线连接在一起，因此一定不能同时对这两种芯执行（ ）操作，否则会造成数据线信号冲突。串行接口与内存储器到底轮到谁运行，是由程序中的（ ）和指令执行（ ）来决定的。 A.读 B.读写 C.写 D.指令 E.数据 F.控制 G.地址 H.次序 I.步骤 J.过程 K.读/写 L.状态 答案：B D L,152,试题2003年7月 三、4 对如何使用一个硬件上已接通的串行接口(例如INTEL8251),你知晓哪些内容？（9分） 答案： 使用串行接口传送数据之前，首先要对串行接口进行初始化操作，通过方式指令指定该接口电路的运行方
15、式和控制参数，例如是同步还是异步方式，每个数据的位数，是否使用奇偶校验，停止位的位数等。接下来再通过命令指令指定接收与发送的运行要求，例如是否允许接收或发送。给出方式指令字完成初始化操作的先决条件是必须在该芯片已经收到硬件的或软件的RESET信号之后，并且仅可执行一次；给出命令指令应该在执行方式指令之后，但它却可以随时通过不同的命令指令变更芯片的运行方式。,153,试题2003年1月 三、5 串行接口主要应用在哪些场合并说明其理由。（8分） 答案： 串行接口主要应用在计算机之间的远程通信中。因为它最大的优点是线路简单，只需要一对传输线，不像并行通信那样传输n位数据至少需要n+1条传输线，特别是可以利用已有的电话线，在任何两点通电话的设之间备配置适当的通信接口便可实现计算机之间的远程通信。,154,6.8 常用的输入输出方式 6.8.1. 常用的输入输出方式概述 （1）程序直接控制方式 在用户程序中直接使用I/O指令完成输入输出操作，它是由CPU通过查询设备的运行状态，来控制数据传送过程。在开始一次数据传送之前，CPU首先检
