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1、第三章 计算机艺术设计的硬件系统环境 Chapter3 The Basis Of Computer Art Design,计算机艺术设计基础,艺术与设计学院,3.1 计算机艺术设计系统配置3.1.1 计算机系统概述计算机系统包括硬件和软件两个部分。计算机系统包括硬件和软件两个部分。计算机硬件从外观上看主要有主机箱、键盘和显示器，从逻辑功能上可以分为控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五个部分，一般地又把运算器和控制器合称为中央处理器。计算机软件是指启动和运行计算机所需要的程序项目，它们在计算机系统内部运行，是无形的思维空间，正是各种系统软件与应用软件共同构建了一个多姿多彩的虚拟王国（图3
2、-1）。,图3-1 计算机系统的组成,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,计算机软件一般分为系统软件与应用软件两大类。系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件的开发和运行的软件。系统软件主要的功能是进行调度、监控和维护系统等，它是用户和“裸机”的接口。 应用软件指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件，按照应用软件的开发方式和适用范围，应用软件可再分为定制软件和通用应用软件两种。常用的系统软件包括：（1）操作系统软件， 如Windows、Unix、Linux、Mac OS等；（2）各种语言的处理程序，如低级语言、高级语言、编译程序等；（3）各种服务性程序，如机器的调试、故障检查和
3、诊断程序、驱动程序等；（4）各种数据库管理系统，如SQL Sever、Oracle、Informix、Foxpro等。常用的应用软件包括：（1）用于科学计算方面的数学计算软件、统计软件等；（2）文字处理软件，如Office 系列；（3）图像及动画处理软件，如Photoshop、3DS MAX、MAYA；（4）各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等专用软件。,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,3.1.2 计算机艺术设计选机要则在经济允许的情况下，我们尽可以选择苹果的高端设计用机或图形工作站，专业而精心的配置不仅赏心悦目，而且性能卓绝(图3-2)。,图3-2 个人计算机,第三章
4、计算机艺术设计的硬件系统环境,但不是所有的“平民”设计师都具有这样的消费能力，所以面对纷繁复杂的组装机市场，如何甄辨、打造一台性价比相对较高的机器也至关重要。如何去定制一台性能出众、使用方便、价格更合理的图形工作站呢？以下五个核心问题不容忽视：（1）处理器（CPU）（2）图形加速卡（3）主板（4）内存（5）硬盘,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,3.1.3 输入设备从技术上分为两类：1向量型图形输入设备。它采取跟踪轨迹，记录坐标点的方法输入图形，主要输入的数据形式为直线或折线构成的图形构成的图形学数据。常用的向量型图形输入设备有数字化板、鼠标嚣、光笔等。2光栅扫描型图形输入设备。它采取逐行扫
5、描，按一定密度采样的方式输入图形。主要的输入数据形式为一幅由亮度值构成的象素矩阵图象（Image）。从功能上可分为六类：1点坐标即定位；2一系列点的坐标即笔划；3数值；4选择；5图形识别；6字符串；,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,（1）键盘(图3-3)有ASCII编码键、命令控制键和功能键，可实现图形操作的某一特定功能。（2）鼠标(图3-4)鼠标是一种应用于图形界面的输入设备，主要用于输入位置信息。鼠标之所以被广泛地使用主要是由于它的操作方便。常见的鼠标有3种：机械式、光电式和光机式。鼠标价格便宜操作方便，是目前在图形交互中使用最广泛的图形输入设备。,图3-3 键盘,图3-4 鼠标,第三
6、章计算机艺术设计的硬件系统环境,（3）坐标数字化仪（图3-5）数字化仪由一块平板和一个探头组成。它按工作原理的不同而分为电磁式的、超声波式的、磁致伸缩的、机械式的等等多种。它能将各种模型根据坐标值准确地输入电脑，并通过屏幕显示出来。（4）光笔（图3-6）光笔外形像一支笔，笔尖是一组透镜。在透镜的聚焦处是光导纤维，联入光电二极管。光线由透镜入，通过光导纤维，由光电二极管转换为电信号，整形后为电脉冲。光笔上的按钮则控制电脉冲是否被输出。,图3-5数字化仪,图3-6 光笔,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,（5）触摸屏（图3-7）触摸屏是一种能对人的手指等物体的触摸做出反应的屏幕。根据采用技术的不
7、同，触摸屏可分为电阻式、电容式、红外线式和声表面波式触摸屏。（6）图形扫描仪（图3-8）Microtek公司率先推出了世纪性产品：扫描仪，从此为电脑带来了眼睛。扫描仪是通过光电转换，点阵采样的方式，将一幅画面变为数字图象的设备。扫描仪的精度一般在300600点寸以上。可高达每寸2400点，甚至4800，9600dpi。画面通过扫描仪变为一幅数字矩阵图象，其中每一点和值代表画面上对应点的反射光线强度，即该点的亮度。,图3-7 触摸屏,图3-8 扫描仪,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,（7）数码相机、摄像机（图3-9）随着多媒体计算机的迅速发展，彩色输入输出设备的广泛采用，对彩色图象的要求愈来
8、愈迫切。Internet及intranet网的神速发展，新的图象处理软件不断涌现，使得高速、高画质的图象处理的获得变得比较易于实现了。而数码照相机及摄像机的出现，又使图象信息的转换、存储、处理等发生了革命性的变化，使影像界真正迎来了数字化时代、计算机时代。（8）数位板（图3-10）数位板技术诞生于20世纪80年代，属于计算机触感设备，是计算机输入设备的一种。换种说法，它是帮助人们利用电脑进行图形、影视制作，以及输入文字的一种电脑外设。它改变的是人们电脑操作的模式，完成的是以往用鼠标、键盘、手写板所无法完成的工作。,图3-9 数码相机,图3-10 数位板,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,3.
9、1.4 加工处理设备即计算机运算器与控制器CPU（central processing unit）， CPU是计算机的运算和控制中心，其作用类似人的大脑。不同的CPU （图3-11）其内部结构不完全相同，一个典型的CPU 由运算器、寄存器和控制器组成。3个部分相互协调便可以进行分析、判断和计算，并控制计算机各部分协调工作。最新的CPU 除包括这些基本功能外，还集成了高速Cache(缓存)等部件。（1）内部结构计算机内部结构分为控制单元、逻辑单元、存储单元，相互协调，可以进行分析、判断、运算并控制计算机各种部分协调工作。1运算器算术运算：加、减、乘、除逻辑运算：逻辑加、逻辑乘、非运算2控制器读取
10、各种指令，并对指令进行分析，作出相应的控制3寄存器直接参与运算并存放运算的中间结果,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,（2）CPU主要技术参数 1主频，也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。2内存总线速度或者叫系统总线速度，一般等同于CPU的外频。3L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。4L2高速缓存，指CPU第二层的高速缓存。5流水线技术、超标量。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。6协处理器或者叫数学协处理器。7工作电压，工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。8乱序执行和分枝预测，乱序执行是指
11、CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。分枝是指程序运行时需要改变的节点。9制造工艺，制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能，但它可以可以极大地影响CPU的集成度和工作频率。,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,3.1.5 输出设备图形输出设备是以纸、胶片、塑料薄膜等物质为介质，输出人眼可视并能长期保存的图形的计算机外部设备。图形输出设备也可分为向量型和光栅扫描型两大类。向量型设备的作画机构随着图形的输出形状而移动并成象。绘图机属于向量型设备。光栅扫描型设备按光栅矩阵扫描整张图面，并按输出内容对图面成象。光栅扫描型输出设备包括点阵式打印机、热敏印刷机、静电
12、印刷机、喷墨印刷机以及激光打印机等等。,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,1）显示器显示器有随机扫描显示器、存储管式显示器、光栅扫描式显示器、液晶显示器、等离子显示器等；1随机扫描显示器由显示文件存储器得到指令，显示控制器控制电子束的偏移，从而在屏幕上产生图形；2存储管式显示器图形信息首先写在细网栅格上，由读出电子枪发出的电子流把存储网上的图形写在屏幕上；3光栅扫描式显示器CRT中的水平和垂直偏转线圈分别产生水平和垂直磁场，电子束则在不同方向磁场力作用下进行行和列扫描，将屏幕分成由像素构成的光栅网格，其中像素具有灰度和颜色。,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,2）打印机（图3-12）1针式
13、打印机（即点阵式打印机）现在的针式打印机普遍是24针打印机。所谓针数是指打印头内的打印针的排列和数量。针数越多，打印的质量就越好。针式打印机主要有9针和24针两种（目前9针打印机已被淘汰）。2喷墨式打印机喷墨式打印机的打印头是由几百个细微的喷头构成的，可以知道它的精度比针式要高出许多。当打印头移动时，喷头按特定的方式喷出墨水，喷到打印纸上，形成打印图样。3激光打印机激光打印机的打印质量位居打印机之首。激光打印机使用激光扫描光敏旋转磁鼓，磁鼓通过碳粉，将碳粉吸附到感光区域，再由磁鼓将碳粉附着在打印纸上，最后通过加热装置，使碳粉熔化在打印纸上。,图3-12 不同类型的打印机,第三章计算机艺术设计的
14、硬件系统环境,3）绘图机（图3-13）绘图机按结构不同可以分为两大类：平板式（Flat）和滚筒式（Drum）。平板式绘图机将图纸固定在固定的平板上。平板上方有一个y方向的导轨，电机驱动笔架沿导轨可作y方向的移动。y方向的导轨架在x方向的导轨之寂，因此可由x方向电机驱动y方向导轨带动笔架，沿着x方向导轨移动。这样笔架上的笔就可按照输出量作二维方向的移动和绘图。滚筒式绘图机的笔架的y方向的移动方式与平板式相同。但x方向的移动则由滚筒的旋转而、完成。滚筒式绘图机比平板式绘图机价格便宜，占地面积小，但是精度稍差，只能接受一种大小的图纸，而且在绘图过程中对图面监视困难。,图3-13 滚筒式绘图机,第三章
15、计算机艺术设计的硬件系统环境,3.1.6 存储设备存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。随着计算机的发展越来越迅猛，存储设备也随之越来越先进，其存储容量也越来越大。今天，我们大家最常用的一些存储介质主要包括：内存、硬盘、光盘和闪存等，随着网络的发展壮大，网络存储已成为时代的主流，但是要普及到家用还需要一段时间。在此，笔者将最常用的存储介质做一简单介绍。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，光盘、闪存等，能长期
16、保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，其速度与内存相比就显得慢得多。存储器按其存储原理分类有：磁存储技术，光储存储技术，电存储技术。如硬盘，软盘等采用的是磁存储技术；CD光盘，DVD光盘等采用的是光存储技术。闪存等采用的是电存储技术。,第三章计算机艺术设计的硬件系统环境,1）内存（图3-14）内存RAM（Random Access Memory）又称随机存储器，指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。2）硬盘（图3-15）硬盘是一种利用磁性记录信息的外存储器。存储体是两面涂有磁性材料的圆片，盘片基底是硬的铝合金，所以称之为硬磁盘。3）光盘（图3-16）光盘是运用光学、磁学和激光技术进行大容量信息存储的外存储器。目前使用最多的光盘主要有只读光盘CD-ROM、可重写光盘CD-RW以及DVD-ROM等。,
