计算机组成原理-外围设备

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1、*1*第七章 外围设备基本概念 存储设备 输入设备 输出设备*2*基本概念 外围设备：除了CPU 和主存外，计算机 系统的每一个部分都可作为外围设备看 待。 外围设备的基本功能是在计算机和其他 机器之间，以及计算机与用户之间提供 联系。*3*基本概念 外围设备的基本组成部分： 存储介质 驱动装置 控制电路*4*基本概念 外围设备的分类： 输入设备 输出设备 外存设备 数据通信设备 过程控制设备*5*外围设备的特点 外围设备的工作速度工作速度都比主机慢的多 外围设备的信息类型和机构格式各种外围设备的信息类型和结构格式均不 相同。 外围设备的电气特性信号类型、电平的极性、高低不一等等。*6*输入设

2、备 图形输入设备 键盘输入 光笔输入 图形板和游动标输入 鼠标输入 图象输入设备 语音输入设备*7* 键盘 无编码键盘 电子编码式键盘 鼠标器 机械式 光电式*8*输出设备 显示器 CRT显示器 CRT图形显示器 图像显示器 液晶显示器 液晶彩色显示器 打印机 点阵针式打印机 喷墨打印机 激光打印机*9* 显示器 1、显示类型 2、阴极射线管和液晶显示器的工作原理 3、显示器的主要技术参数 4、常见显示器介绍*10*一）分类 显示输出设备采用显示技术，将电信号转换成能直接 观察到的光信号。它涉及到显示器件、显示内容的处理（ 如格式、亮度、辉度、色彩等）及控制电路等技术。目前 ，显示器件主要有电

3、子束管器件和非电子束管器件两大类 ：电子束管器件采用磁偏转式显像管，如阴极射线管（ Cathode Ray Tabe)，简称CRT。 采用CRT器件的显示器技 术比较成熟，驱动方式简单，可靠性高，有较好的性能价 格比。尽管它要求高工作电压，且比较笨重，但仍然在应 用中占优势。非电子束管器件又称平板显示器件，采用液晶显示、 等离子体显示及激光显示等原理构成。*11* 按照显示器的显示管分类 分为传统的显示器，也就采用电子枪产生图 像的CRT（cathode-ray-tube阴极显示管）显示 器和液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）以 及等离子显示器、发光二极管显示器。

4、 按显示色彩分类 分为单色显示器和彩色显 示器；单色显示器已经成为历史。 按显示屏幕大小分类以英寸单位(1英寸=2.54cm)，通常有14寸、 15寸、17寸和20寸，或者更大。*12*二）CRT显示器组成及工作原理 CRT就是Cathode Ray Tube(阴极射线管)的 意思，主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈 (Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光 粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成 CRT显示器两处重要部分，一部分是阴极射 线管，另一部分是控制线路。 显示器的显示系统和电视机类似，主要部件 是显像管 (电子枪)。在彩色显示

5、器中，通常是3 个电子枪，像索尼Trinitron之类的三个电子枪在 一起，也称为单枪。 *13*显示管的屏幕上涂有 一层荧光粉，电子枪发射 出的电子击打在屏幕上， 使被击打位置的荧光粉发 光，从而产生了图像，每 一个发光点又由“红”“绿”“蓝”三个小的发光点组成 ，这个发光点也就是一个 象素。由于电子束是分为三条的，它们分别射向屏幕上的 这三种不同的发光小点，再由电压调整发射在不同像素 上电子束的强弱，提供了不同的明暗效果，这样就在屏 幕上出现绚丽多彩的画面。*14* 1、阴极射线管它的工作原理就是其末端的合金体受电压刺激放出带电负离子（也叫阴离子）， 阴离子先经过电流开关，电流开关控制着阴

6、离子行动，如果电 压在24V至40V之间，那么阴离子就可通过。如果不允许阴 离子通过，电流开关就会放出180V电压，使阴离子被吸到电极 上而失去流动性。当阴离子通过电流开关后，先到达一组聚焦 菱镜，同时另一个电流开关加速它的速度，并保持它的行进路 线。在阴离子到达屏幕之前，CRT周围的高压线圈会产生吸引 力，用来改变阴离子的运行路线，这样就能使阴离子正确的打在CRT的发光点上。*15* 为使电子束精确地打在发光点上，在屏幕前还有一个 荫罩（金属隔板），上面有很多小孔，电子束穿过小孔后 才能达到屏幕上，而电子束的不规则部分将被荫罩挡掉。 它的位置在荧光屏后面约10mm处，厚度约为0.15mm 的

7、薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组 的荧光粉单元相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能 击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的 纯正和正确的会聚。 一般金属隔板分为两类，一种为圆点式、另一种为栅 栏式。圆点式是现在最为常见的，很多显示器都是使用它 。而栅栏式是较新的技术，如SONY的特丽珑显像管就是使 用这种技术。*16* 2、控制线路在CRT显示器里各种线路十分复杂，大致可分为电源 控制线路、磁力控制线路、动态控制线路等。 电源控制线路主要是通过对电流的控制，使其产生CRT所 需要的高压。并且按照需要为待机、节能、睡眠状态下的 显示器提供合适的电力。 磁力控制线路主

8、要是控制显示画面的位置。由于CRT所产 生的阴离子射线会受地磁的影响，所以显示器所产生的画 面会发生略微的倾斜，磁力控制线路就是根据倾斜角度， 进行相应的调整。 动态控制线路主要功能就是保证显示的速度，保持画面的 稳定性。显示器表现的是静态画面，并以连续的画面来组 成动画。为了不让整个显示过程出现偏差，人们就在阴极 射线管中用多组电极线路来控制阴离子的运行路线。*17*平板显示器当前，台式计算机大多使用的CRT显示器。但CRT 显示器特有的电子束发射、聚焦、偏转机构等使得它 体积大、功耗高且很重，不便于携带。近年来，随着 便携计算机的迅速发展，对薄型、轻量显示器的需求 增加，各种平板显示技术相

9、继出现。如液晶显示器（ LCD）、电致发光显示器（ELD）等离子显示器（PDP） 、电致变色显示器（ECD）、发光二极管显示器（LEDD ）等。特别是液晶显示器，在某些应用领域已经取代 了CRT显示器。 *18* 液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD) 使用了“液晶”(Liquid Crystal)作为材料的显 示器，液晶是一种介于固态和液态之间的物质，当 被加热时，它会呈现透明的液态，而冷却的时候又 会结晶成混乱的固态，液晶是具有规则性分子排列 的有机化合物。 液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似 粘土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液

10、 晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的 物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类 的Nematic液晶，分子都是长棒状的，在自然状态下 ，这些长棒状的分子的长轴大致平行。*19* 液晶的其他性质： 当向液晶通电时，液晶体分子排列得井然有序 ，可以使光线容易通过；而不通电时，液晶分 子排列混乱，阻止光线通过。 通电与不通电就可以让液晶像闸门般地阻隔或 让光线穿过。 这种可以控制光线的两种状态是液晶显示器形 成图像的前提条件，当然，还需要配合一定的 结构才可以实现光线向图像转换。 原始的单色液晶显示器原理*20* 单色液晶显示器的液晶面板包含了两片无钠玻璃， 称为Substr

11、ates，中间夹着一层液晶，也就是液晶层， 液晶并不是简单地灌入其中，而是灌入两个内部有沟槽 的夹层，这两个有沟槽的夹层主要是让液晶分子可以整 齐地排列好，因为如果排列不整齐的话，光线是不能顺 利地通过液晶部分的。为了达到整齐排列的效果，这些 槽制作得非常精细，液晶分子会顺着槽排列，槽非常平 行，所以各分子也是完全平行的。 这两个夹层我们通常称为上下夹层，在生产过程中，上 下沟槽呈十字交错(垂直90度)，即上层的液晶分子的排 列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，这样就造 成了位于上下夹层之间的液晶分子接近上层的就呈横向 排列，接近下层的则呈纵向排列。*21* 假设在正常情况下光线从上向下照

12、射时， 通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过 上滤光片导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶 分子扭转排列的通路从下滤光片穿出，形成一 个完整的光线穿透途径。而一旦通过电极给这 些液晶分子加电之后，由于受到外界电压的影 响，液晶分子不再按照正常的方式排列，而变 成竖立的状态，这样光线就无法通过，结果在 显示屏上出现黑色。 这样会形成透光时(即不加电时)为白、不 透光时(加电时)为黑，字符就可以显示在屏幕 上了，这便是最简单的显示原理。*22* 普通液晶显示器工作原理 因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设 有作为光源的灯管，同时在液晶显示屏背面有一块背光 板和反光膜，背光板是由荧光物质组

13、成的，可以发射光 线，其作用主要是提供均匀的背景光源。 由控制电路来控制像素中的点是亮还是不亮呢？这主 要是，在无钠玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电 极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而 改变液晶体的是否通光状态，在这个时候，液晶材料的 作用类似于一个个小的光阀，控制光的通过与不通过。 在液晶材料周边还有控制电路部分和驱动电路部分，这 样就可以用信号来控制单色图像的生成了。*23* 在现在的应用中，LCD可分为无源阵列彩显DSTNLCD （俗称伪彩显）和薄膜晶体管有源阵列彩显TFTLCD（ 俗称真彩显）。 DSTN（DualLayer Super Twist Nematic）显

14、示屏不能算 是真正的彩色显示器，因为屏幕上的内每个像素的亮度和 对比度不能独立的控制，它只能显示颜色的深度，与传统 的CRT显示器的颜色相比相距甚远，因而也被叫做伪彩显 。 TFT（Thin Film Transistor）显示屏 TFT（Thin Film Transistor）显示屏的每个液晶像素点都是由集成在像素点 后面的薄膜晶体管来控制，使每个像素都能保持一定电压 ，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度的显示。TFT 显示屏是目前最好的LCD彩色显示设备之一，是现在笔记 本电脑和台式机上的主流显示设备。*24* LCD的色彩层次比较丰富，TFT显示器一般有16 位64K种颜色和24位1

15、6M种颜色，彩色十分鲜艳。 LCD的分辨率与CRT显示器不同，一般不能任意 调整，它是厂家所设置的。分辨率是指屏幕上每行 有多少像素点、每列有多少像素点。现在LCD的分辨 率一般是800点600行的SVGA显示模式和1024点 768行的XGA显示模式。LCD刷新频率是指每个像素在一秒内被刷新次数 ，这和CRT显示器是相同的。新频率过低，可能出现 屏幕图像闪烁或抖动。防眩光、防反射，由于LCD屏幕结构特点，屏幕 的前景会反光，以及像素自身的对比度和亮度都将 对用户眼睛产生反射和眩光。特别是侧面观察屏幕 时就表现的很明显，这方面TFT的LCD要表现的更好*25* TFT（Thin Film Transistor）工作原理 建立在普通液晶显示器原理的基础上的。 只是结构上稍作修改，上夹层增加了FET晶体管 ，下夹层的电极改成共通电极。但两者的工作 原理还是有一定的差别。 在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照 射方式，即是从下向上，这样的作法是在液晶 的背部设置类似日光灯的光管。 光源照射时先通过下偏光板向上透出，它也借 助液晶原理来传导光线，由于上下夹层的电极 的更改。在上电极导通时，液晶分子的表现如 普通液晶的排列状态一样会发生改变，也通过 遮光和透光来达到显示的目的。*26* 但