计算机组成原理-输入输出设备

第9章 输入输出(I/O)设备
❖ 外部设备概述
CPU和主存构成计算机的主机，主机之外的大部分硬件设备称
为外部设备或外围设备，简称外设。外设包括输入设备、输出设 备和外存储器。
❖ 输入设备
键盘
图形输入设备（鼠标，图形板，光笔等）
图像输入设备（扫描仪、数码相机 、摄像机、摄像头等）
条形码
光学字符识别（OCR）
阴极：发出电子； 栅极：控制电子束的强度； 加速阳极：对电子束进行加速； 将电子束的动能转化为光能。
10
CRT的工作原理
❖ P306 图9.4
11
平板显示器
❖ 液晶显示器（LCD）
利用液态晶体调制(折射)外照光实现显示。本身不发光。 主要应用于便携式电子产品、监视器、消费类电子产品。
❖ 显示器的分类：
按显示设备所用的显示器件分类：CRT、LCD、PDP显示器。 按所显示的信息内容分类：字符、图形、图像显示器。 按设备功能分类：普通显示器和显示终端。
9
CRT（阴极射线管）显示器
❖ CRT （cathode ray tube）：由电子枪、偏转装置、 荧光屏组成。
❖ 电子枪：由灯丝、阴极、栅极、加速阳极、聚焦极 组成。
❖ ASCII：美国标准信息交换码，每个字符用7 位二进制代码表示，是由128个字符组成的 字符集。见207页表9.1。用8位二进制代码表 示时是扩展ASCII码，也有128个。
❖ 汉字编码为16位二进制代码，叫机内码（区
位码）。
2
输入设备——键盘
3
输入设备——鼠标
❖ 鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和选择 能力而受欢迎，目前已经成为微机必备的输入 设备。
❖ 彩色等离子显示器 PDP(Plasma Display Panel)
利用惰性气体放电发光显示； 易于大面积、全色、广角显示； 能持续长时间工作、功耗低。
12
IBM PC系列机的显示标准
随着IBM PC系列机的升级发展， PC机采用的 显示标准经历了如下变化：MDA → CGA → EGA → VGA → SuperVGA ❖ MDA：是PC机最早使用的显示标准。MDA是单色 字符显示适配器，采用9×14点阵的字符窗口， 满 屏显示80列×25行字符，对应分辨率为720×350
❖ 扫描：电子束按某种轨迹在荧光屏上运动
随机扫描：电子束随机在荧光屏上运动，只在需要作图 的地方扫描，而不必扫描全屏幕。
光栅扫描：电子束从上至下在荧光屏上运动，有逐行扫
描和隔行扫描两种方式。
8
显示设备
❖ 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备， 是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。
语音识别
❖ 输出设备
显示器、打印机、绘图仪、语音输出
❖ 外存储器（输入输出设备）
磁带、磁盘、光盘、U盘
1
输入设备—键盘
❖ 键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，是 由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，
每按下一个键，产生一个相应的字符代码，
然后将它转换成ASCII码或其他代码，送给 主机。常用的标准键盘有101个键~104个键。
并从中抽取有用的信息。 ❖ 像素/像象元：Pixel
6
显示技术中的常见术语
❖ 分辨率（Resolution）：显示设备能表示的像素个 数。如640×480、1024 ×768、 1024 ×1024等。
像素越密，分辨率越高 分辨率取决于显示设备
❖ 灰度级（Gray Level）：显示像素点的亮暗差别， 在彩色显示器中表现为颜色的不同。
15
解：
(1)刷存容量=分辨率×每个像素点颜色深度（字节） =1024×768×3B=2.25MB
刷新所需带宽=刷存容量×刷新速率 =2.25MB×72/s=162MB/s
刷存总带宽应为162MB/s÷50%=324MB/s (2)为达到这样高的刷存带宽，可采用如下技术措施：
①使用高速的DRAM芯片组成刷存； ② 刷存采用多体交叉结构；
❖ 鼠标是一种手持的坐标定位部件，有两种类型： 机械式和光电式。
❖ 鼠标只输入相对坐标。
4
输入设备——鼠标
5
输出设备—显示器
显示技术中的常见术语：
❖ 图形（Graphics）：没有亮暗层次变化的线条图。 ❖ 图像（Image）：具有亮暗层次的图。 ❖ 图形学：研究如何用计算机表示现实世界的事物。 ❖ 图像处理：去除噪音，恢复原形，使图像清晰，
③刷存至显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位， 甚至128位 ； ④刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开。
❖ SVGA：分辨率为800×600
❖ XGA：分辨率为1024×768
❖ SXGA：分辨率为1280×1024
14
显示适配器及相关参数
❖ 显示适配器由刷新存储器、显示控制器、ROM BIOS三部分组成。
❖ 刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显示 适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总 带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他 非刷新功能。 (1)若显示工作方式采用分辨率为1024×768，颜色 深度为3B，帧频(刷新速率)为72Hz，计算刷存容量 及总带宽应为多少? (2)为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施?
灰度级越多，图像层次越逼真 灰度级取决于刷新存储单元的位数和显示设备的性能。
7
显示技术中的常见术语
❖ 刷新：在图像消失之前不断地重复扫描整个屏幕的 过程。
刷新频率大于30次/秒
电视标准：50帧/秒
❖ 帧存储器(视频存储器VRAM)：存储图像的存储器。
帧存储器的容量由分辨率和灰度级决定
1024X1024,256级灰度的图像存储容量为1MB
❖ CGA：是彩色图形/字符显示适配器，可以兼容字 符和图形两种显示方式。在图形方式下，可以显示 320×200
13
显示标准
❖ EGA：显示标准兼容CGA和MDA各种显示方式， 在图形方式下分辨率为640×350，16
❖ VGA：显示标准下，字符窗口为9×16点阵，图形 方式下分辨率为640×480，16种颜色，或 320×200，256种颜色。扫描频率(水平同步)是 31.5kHz，刷新频率(垂直同步)是60Hz。VGA显示 适配器还增添了一个新接口VFC，允许来自其他设 备的图形，图像信号与适配器生成的图形信号合成。