图形输入输出设备
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计算机输入和输出设备
外形可分为标准键盘和人体工程学键盘。
2、 鼠标
“鼠标”的标准称呼是“鼠标器”，英文名“MOUSE”。鼠 标到目前为止，也是重要的输入设备之一，并且已经有近40年的 了。鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那 繁琐的指令。
鼠标的接口可分为串口、PS/2口、USB口和无线鼠标。 按外形分为两键、三键滚轮鼠标、感应鼠标、3D鼠标等。
60 o
0.28mm
蓝色
红色
绿色
蓝色
▪ 3. 点距
点距（Dot Pitch）是指同一像 素中两个颜色相近的磷光粉像 素间的对角线距离。点距的单 位为毫米（mm）。
绿色
蓝色
红色
▪ 4. 最大分辨率 最大分辨率取决于显示器在水平和垂直方向上最多可
以显示的点的数目——像素（pixel）。分辨率 （Resolution）以“水平显示的像素个数×水平扫描线 数”表示。
显示卡的结构专业文档显示器是用户与计算机进行交互时必不可少的重要设备它能够将计算机系统中的电信号转换成为人类可以识别的媒体信息用户只有通过显示器才能够查看计算机的运行状态及处理结果
计算机输入和输出设备
1、 键盘
键盘（KEYBOARD）是常用的输入设备，由一组开关矩阵组成， 包括数字键、字母键、符号键、功能键及控制键等。每一个按键在 计算机中都有它的惟一代码。当按下某个键时，键盘接口将该键的 二进制代码送入计算机主机中，并将按键字符显示在显示器上。
（2） LCD显示器
▪ 常见LCD显示器的外观如下图所示。
常见LCD显示器的外观
LCD显示器的基本参数
▪ 1. 尺寸 液晶显示器的标注尺寸就是实际的屏幕尺寸，也就是最大， 即最佳显示尺寸。一般显示器的横纵比为4:3（1.33:1）， 第四代宽银幕DVD格式的横纵比为16:9。有的LCD显示 器为了满足观看DVD的需求，采用了16:9宽银幕格式， 如下图所示。
2、 鼠标
“鼠标”的标准称呼是“鼠标器”，英文名“MOUSE”。鼠 标到目前为止，也是重要的输入设备之一，并且已经有近40年的 了。鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那 繁琐的指令。
鼠标的接口可分为串口、PS/2口、USB口和无线鼠标。 按外形分为两键、三键滚轮鼠标、感应鼠标、3D鼠标等。
60 o
0.28mm
蓝色
红色
绿色
蓝色
▪ 3. 点距
点距（Dot Pitch）是指同一像 素中两个颜色相近的磷光粉像 素间的对角线距离。点距的单 位为毫米（mm）。
绿色
蓝色
红色
▪ 4. 最大分辨率 最大分辨率取决于显示器在水平和垂直方向上最多可
以显示的点的数目——像素（pixel）。分辨率 （Resolution）以“水平显示的像素个数×水平扫描线 数”表示。
显示卡的结构专业文档显示器是用户与计算机进行交互时必不可少的重要设备它能够将计算机系统中的电信号转换成为人类可以识别的媒体信息用户只有通过显示器才能够查看计算机的运行状态及处理结果
计算机输入和输出设备
1、 键盘
键盘（KEYBOARD）是常用的输入设备，由一组开关矩阵组成， 包括数字键、字母键、符号键、功能键及控制键等。每一个按键在 计算机中都有它的惟一代码。当按下某个键时，键盘接口将该键的 二进制代码送入计算机主机中，并将按键字符显示在显示器上。
（2） LCD显示器
▪ 常见LCD显示器的外观如下图所示。
常见LCD显示器的外观
LCD显示器的基本参数
▪ 1. 尺寸 液晶显示器的标注尺寸就是实际的屏幕尺寸，也就是最大， 即最佳显示尺寸。一般显示器的横纵比为4:3（1.33:1）， 第四代宽银幕DVD格式的横纵比为16:9。有的LCD显示 器为了满足观看DVD的需求，采用了16:9宽银幕格式， 如下图所示。
微型计算机硬件组成
微型计算机硬件组成微型计算机是一种小型的个人计算机，通常由以下几个主要硬件组成：中央处理器（CPU）、内存（RAM）、硬盘（HDD或SSD）、图形处理单元（GPU）、主板、电源、输入设备和输出设备。
下面将对这些硬件进行详细介绍。
1.中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机的指令并处理数据。
它包含控制单元和算术逻辑单元，用于控制计算机的操作和执行各种运算。
2.内存（RAM）：内存是计算机的临时存储器，用于存放当前正在使用的程序和数据。
它比硬盘速度更快，可以快速读写数据，提高计算机的运行速度。
常见的内存类型包括DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
3.硬盘（HDD或SSD）：硬盘是用于永久存储数据的设备，包括操作系统、应用程序和用户文件等。
传统的硬盘（HDD）采用机械旋转的磁盘和读写磁头来存储和访问数据，而固态硬盘（SSD）使用闪存芯片来实现数据存储和读写，速度更快。
4.图形处理单元（GPU）：GPU是用于处理图形和图像相关计算的专用芯片。
它可以并行处理大量的图形运算，用于游戏、图像处理和科学计算等领域，提供更高的图形性能和渲染速度。
5.主板：主板是微型计算机的主要电路板，其中集成了各种硬件设备和连接器。
它连接并支持CPU、内存、硬盘、GPU等其他硬件，实现它们之间的通信和数据交换。
6.电源：电源是提供微型计算机所需电能的设备。
它将交流电源转换为计算机所需的直流电，为各个硬件组件提供稳定的电力供应。
7.输入设备：输入设备用于将人类的指令和数据输入到计算机中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。
8.输出设备：输出设备用于将计算机处理后的结果显示或输出给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。
此外，微型计算机还包括其他硬件部件，如扩展卡（例如显卡、声卡、网卡等）、风扇（用于散热）、散热器（用于散热）以及各种接口和连接器等。
总结起来，微型计算机的硬件组成包括中央处理器、内存、硬盘、图形处理单元、主板、电源、输入设备和输出设备等。
第2章CADCAM系统组成
• 工作站：UNIX、WindowsNT/2000/XP等
• 微机上主要采用Windows系列操作系统。
• 2. 编译系统
• 将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译 成计算机能够直接执行的机器指令。有了 编译系统，用户就可以用接近人类自然语 言和数学语言的方式编写程序，而翻译成 机器指令的工作则由编译系统完成。
2.1.3 输入/输出设备
• 2.1.3 输入/输出设备 • 输入设备泛指用于向计算机输入信息的设
备。输出设备是用于将计算机中的信息展 示给用户的设备。结合CAD系统的特点， 可把输入/输出设备分为图形输入设备、图 形输出设备和图形显示设备。
• 1. 图形输入设备
• 常见的输入设备包括鼠标、键盘、数字化 仪、图形扫描仪等。
根据设计任务建立数学模型
修改数 学模型
输入参数 求解目标参数 显示图形，表格求值
程序库 数据库
N 确认满意 Y 结束
图2.4 自动型CAD系统工作流程图
• 3. 交互型
• 交互型系统是利用输入、输出设备，通过 人机对话的方式工作的。
• 目前，国内外广泛应用的高级语言，如 FORTRAN、PASCAL、Visual C++、 Visual Basic等均有各自的编译系统。
• 2.2.2 支撑软件
• 在系统软件基础上开发出来的、满足CAD 用户某些需要的通用软件或工具软件。根 据支撑软件所提供的功能可分为以下几种：
• 1. 图形软件
• 3. 图形显示设备 • 1) 显示器 • 标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、
激光显示、等离子显示等。
• 2) 图形显示卡 • 起着CPU与显示器之间的接口、处理图形
数据、加速图形显示等作用。
• 微机上主要采用Windows系列操作系统。
• 2. 编译系统
• 将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译 成计算机能够直接执行的机器指令。有了 编译系统，用户就可以用接近人类自然语 言和数学语言的方式编写程序，而翻译成 机器指令的工作则由编译系统完成。
2.1.3 输入/输出设备
• 2.1.3 输入/输出设备 • 输入设备泛指用于向计算机输入信息的设
备。输出设备是用于将计算机中的信息展 示给用户的设备。结合CAD系统的特点， 可把输入/输出设备分为图形输入设备、图 形输出设备和图形显示设备。
• 1. 图形输入设备
• 常见的输入设备包括鼠标、键盘、数字化 仪、图形扫描仪等。
根据设计任务建立数学模型
修改数 学模型
输入参数 求解目标参数 显示图形，表格求值
程序库 数据库
N 确认满意 Y 结束
图2.4 自动型CAD系统工作流程图
• 3. 交互型
• 交互型系统是利用输入、输出设备，通过 人机对话的方式工作的。
• 目前，国内外广泛应用的高级语言，如 FORTRAN、PASCAL、Visual C++、 Visual Basic等均有各自的编译系统。
• 2.2.2 支撑软件
• 在系统软件基础上开发出来的、满足CAD 用户某些需要的通用软件或工具软件。根 据支撑软件所提供的功能可分为以下几种：
• 1. 图形软件
• 3. 图形显示设备 • 1) 显示器 • 标准阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、
激光显示、等离子显示等。
• 2) 图形显示卡 • 起着CPU与显示器之间的接口、处理图形
数据、加速图形显示等作用。
图形输入设备
• 缺点
– 手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分； – 会造成手腕的疲劳； – 光笔不能检测黑暗区域内的位置； – 会因房间背景光的影响产生误读现象。
1.2 数字化仪和手写输入板
1. 数字化仪
数字化仪是一种 把图形转变为计算机 能接受的数字形式的 专用设备，它可以采 样几何图形上的关键 数据点，然后由程序 进行处理。
数字化仪的工作原理：
• 采用电磁感应技术，在一块布满金属栅格的绝 缘平面板上放置一个可移动的定位设备；
• 当电流通过定位设备上的电感线圈时，产生相 应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产生 相应的感应电流；
• 根据已产生电流的金属栅格的位置，判断出定 位设备当前所处的坐标位置。将这种位置信息 传送给计算机，就实现了图形的数字化。
• 数据手套能够指向、 握紧或推动物体。
• 数据手套由一系 列 检测手和手指三 维位置和运动的传 感器构成。
• 也可以使用机电 技术，在手套的指 关节中嵌入压力传 感器。
1.7 三维鼠标（3D Mouse）
• 是三维空间控制器的 一种，有六个自由度， 分别描述三维对象的 宽度、深度、高度、 俯仰角、转动角、偏 转 各种图形模型的建立、操作和修改都离不开 图形输入设备。
• 常用的图形输入设备有：
–键盘、鼠标 –光笔、数字化仪 –触摸板、图形扫描仪、手写输入板 –语音输入、数据手套
1.1 光笔
• 光笔有选图和跟踪 两种基本功能。
–选图（又称标定或 指点）是对显示器 上已显示的图形或字符进行加工处理。
• 三维鼠标产生的空间位置是相对的，多用于 需要三维空间绝对定位技术的应用系统（如虚 拟现实系统）。
计算机图形学
• 利用红外线和光电转换原理制成。
– 手和笔迹可能将遮挡屏幕图像的一部分； – 会造成手腕的疲劳； – 光笔不能检测黑暗区域内的位置； – 会因房间背景光的影响产生误读现象。
1.2 数字化仪和手写输入板
1. 数字化仪
数字化仪是一种 把图形转变为计算机 能接受的数字形式的 专用设备，它可以采 样几何图形上的关键 数据点，然后由程序 进行处理。
数字化仪的工作原理：
• 采用电磁感应技术，在一块布满金属栅格的绝 缘平面板上放置一个可移动的定位设备；
• 当电流通过定位设备上的电感线圈时，产生相 应的磁场，从而使其正下方的金属栅格上产生 相应的感应电流；
• 根据已产生电流的金属栅格的位置，判断出定 位设备当前所处的坐标位置。将这种位置信息 传送给计算机，就实现了图形的数字化。
• 数据手套能够指向、 握紧或推动物体。
• 数据手套由一系 列 检测手和手指三 维位置和运动的传 感器构成。
• 也可以使用机电 技术，在手套的指 关节中嵌入压力传 感器。
1.7 三维鼠标（3D Mouse）
• 是三维空间控制器的 一种，有六个自由度， 分别描述三维对象的 宽度、深度、高度、 俯仰角、转动角、偏 转 各种图形模型的建立、操作和修改都离不开 图形输入设备。
• 常用的图形输入设备有：
–键盘、鼠标 –光笔、数字化仪 –触摸板、图形扫描仪、手写输入板 –语音输入、数据手套
1.1 光笔
• 光笔有选图和跟踪 两种基本功能。
–选图（又称标定或 指点）是对显示器 上已显示的图形或字符进行加工处理。
• 三维鼠标产生的空间位置是相对的，多用于 需要三维空间绝对定位技术的应用系统（如虚 拟现实系统）。
计算机图形学
• 利用红外线和光电转换原理制成。
第二章 图形设备
在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低 能态，这时释放能量将发出荧光，屏幕上的那个点就会 发亮，从而产生可见图形。
青岛农业大学
2.3.1 CRT显示器
1.单色阴极射线管
电子枪 电灯丝：通电后变热给阴极加热。 阴极：由灯丝加热发出电子束 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小孔的带 负电的电子束的强弱。通过调节负电压高低来控制电子 数量，即控制荧光屏上相应点的亮度。 聚焦系统 保证电子束在轰击屏幕时，汇聚成很细的点。 加速电极 加正的高压电（几万伏），使电子束高速运动。
青岛农业大学
分辨率(Resolution)
CRT在水平或垂直方向的单位长度上能分辨出的最大光 点（像素）数，分为水平分辨率和垂直分辨率。通常用 屏幕上像素的数目来表示。 分辨率越高，相邻象素点之间的距离越小，显示的字符 或图像也就越清晰。分辨率受显示器生产工艺、扫描频 率以及显示存储器容量的限制。
下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色 有三个位面的帧缓存和三个电子枪。
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彩色光栅显示器
每种原色电子枪有8个位面的帧缓存和8位的数模转换器， 每种原色可有256种灰度，三种原色的组合将是 （28）3=224
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帧缓冲容量的计算
x方向的像素点数*y方向的像素点数*log2n/8 其中：n为颜色数或灰度等级数
CPU
系统 主存
帧缓存 系统总线
显示 控制器
显示器
常用的光栅图形显示系统结构
青岛农业大学
帧缓存（显示存储器）
存放要显示的图形信息，简称帧缓存，俗称显存。
帧缓存的存储单元与显示屏上的像素一一对应，各单元的
数值决定了其对应像素的颜色。 显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有关。
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)
❖ 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)
计算机系统的输入设备和输出设备.doc
1．输入设备输人设备是外部向计算机传送信息的装置。
其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。
计算机的输入设备按功能可分为下列几类：● 字符输入设备:键盘；● 光学阅读设备:光学标记阅读机，光学字符阅读机；● 图形输入设备:鼠标器、图形板，（电子游戏机中的）操纵杆（移动）操纵杆是将纯粹的物理动作（手部的运动）完完全全地转换成数学形式（一连串0和1所组成的计算机语言）。
轨迹球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。
轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。
轨迹球有两个按钮，一个用于用户单击或双击，而另一个提供为选择菜单和拖动对象后需要的动作。
轨迹球通过读取可滚动的球滚动的方向和速度来定位。
、跟踪球或轨迹球，光笔、画笔（或游动标)；(3)图形板和游动标输入图形板和游动标结合构成二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图等。
将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸上的图形移动，读取图形坐标，即可输入工程图。
游动标是一个手持的方形坐标读出器，上面有一块透明玻璃，玻璃上刻有十字标记。
十字标记的中心就是游动标的中心。
使用时将十字标中心对准在图形的坐标点上即可。
图形板是一种二维的A/D变换器，因此它又称作数字化板。
坐标测量的方法有电阻式、电容式、电磁感应式、超声波式几种。
● 图像输入设备:摄像机、扫描仪、传真机,数字相机● 模拟输入设备：模数转换器（模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。
通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。
故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小）, 语音输入设备条形码阅读器, 触摸感应屏幕,纸带输入机、声音识别输入利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志之一。
计算机图形学基础与CAD开发 第2章 图形输入输出设备
3. 图形扫描仪
功能： 图形扫描仪是利用光电技术和数字处理技术， 以扫描方式将图形或图像或者实物信息转换为数字信号的 一种输入装置。 主要用在图形图像处理、排版印刷、人事 档案管理、图纸存档管理、文字识别、机器翻译等领域。
种类：扫描仪主要分为滚筒式扫描仪和平面扫描仪。近 几年出现了笔式扫描仪、便携式扫描仪、胶片扫描仪、底 片扫描仪和名片扫描仪。
LED显示器基本结构是一块电致发光的半导体材料， 电流通过其中的化学物质而产生的光。
本节重点学习 ： （1）基本概念 （2）光栅扫描显示器的结构、工作原理
一、光栅扫描显示器概念
➢ 显示器尺寸（显像管对角线的尺寸，以英寸为单位(1 " =2.54cm)， 如15 " 、19"显示器）
➢ 像素点（Pixel)（1024×768 640×480)
➢ 屏幕分辨率(Screen Resolution) ➢ 点阵纵横比(Aspect Ratio)
(竖直与水平方向每英寸像素点之比） ➢ 前景(Foreground )
（屏幕上被字符和图形填充的区域） ➢ 背景(Background)
当使用者在台板上移动游标到指定位置，并将十字叉的交点对准数 字化的点位时，按动按钮，数字化仪则将此时对应的命令符号和该点的 位置坐标值排列成有序的一组信息，通过接口（多用串行接口）传送到 计算机。
种类：按结构与工作原理分，有电位梯度式、静电耦合 式、超声波式及电磁感应式等，其中电磁感应式应用较多。 功能：具有定位、拾取、选择三个基本功能。 主要性能指标有:
Ch2 图形输入与输出设备
本章掌握各种图形设备的结构、工作原理、性能指标。
图形输入设备 图形显示设备 图形输出设备
2.2 图形显示设备
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第二章 图形输入输出设备
图形设备
图形软件及其标准
第二章 图形输入输出设备
图形设备
图形软件及其标准
图形显示设备 ◦ 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形 显示指的是在屏幕上输出图形 ◦ 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝 ，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应， 负责刷新 逻辑结构
普通显卡=视频控制器+显存
1.4.3 逻辑器件——显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU类完成。 任务：扫描转换待显示的图形。 简单的：直线、圆弧、多边形等， 复杂的：光栅操作（像素块的移动、拷贝），几何变换 、裁剪、消隐，…
◦ 注意：
电子束会偏向点位高还是低的极板哪？
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就 会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称 为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指 标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
4.如何使荧光屏上的画面稳定？
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板 组成的平板式显示器
观 察 方 向
液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它 具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶 受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发 生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变 化，而产生色彩。
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
产生彩色的常用方法：
射线穿透法 影孔板法
书中也叫电子透入法 • 原理：两层荧光涂层，红色光和绿色 光两种发光物质，电子束轰击穿透荧 光层的深浅，决定所产生的颜色
荧光涂层 产生颜色 低速电子束 电子束
图形系统中的硬件设备要在图形软件的驱动下 才能工作。 分类： ◦ 基本图形软件---支撑软件 ◦ 应用图形软件---专用软件
◦ 查色表是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色 ，它的长度由帧缓存单元的位数决定，例如：每单元 有8位，则查色表的长度为28＝256 ◦ 目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有大 范围内挑选颜色的能力。
工作方式：
显存中某位值颜色表地址 屏幕上的亮度
1.4.3 逻辑器件——视频控制器
可视角度
视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不 能清晰地看到屏幕图象，而那个能看到清晰图 象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说 的可视角度是指左右两边的最大角度相加。工 业上有CR10（Contrast Ratio）、CR5两种 标准来判断液晶显示器的可视角度
点距与分辨率
液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之间 的距离，一般0.28~0.32mm就能得到较好的显 示效果 通常所说的液晶显示器的分辨率是指其真实分辨 率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素 点数的乘积
每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类 的灰度等级。如上图，每种原色电子枪有8个位位面的帧缓 存和8位的数模转换器，每种原色可有256中灰度，三种原色 的组合将是(28)3=224。
若每个单元有24位（每种基色占8位）即显示系统可同时 产生224种颜色（24位真彩色）。
分辨率M× N、颜色个数K与显存大小V
答：要保持显示一幅稳定的画面，必须 不断地发射电子束
◦ 刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 余辉：电子束移去后荧光屏可继续发光的 时间（荧光物质的主要特性） 一般定义余辉：电子束离开某点后，该点 的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间。
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结 合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图 是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上 每个象素的亮度是由N位面中对应的每个象素位 置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被 翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。
下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝 三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。
具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
图形加速卡=视频控制器+显存+ 显示处理器
◦ CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展
屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体积必 然要加大，在使用时候就会受到空间的限制 CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容 易受电磁波干扰 长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响
系统总线 逻辑部件： 帧缓冲存储器（Frame Buffer) 视频控制器（Video Controller) 显示处理器（Display Processor） CRT
1.4.3 逻辑器件——帧缓冲存储器
作用：存储屏幕上像素的颜色值 简称帧缓冲器，俗称显存
黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓存是一 块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每 一像素需要一位存储器，对一个1024×1024像素组 成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为220，并 在一个位面上。一个位面的缓存只能存储黑白图形 ，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因 而还需要数模转换器(DAC)。
◦ 工作原理
高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加 速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置 。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子 跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。 由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质 的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出 荧光，屏幕上的那一点就会亮了
那么余辉越长还是越短越好呢？
定义：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的 最小刷新频率=1秒/荧光物质的持续发光时间
例如：一种荧光物质持续光时间40毫秒，刷新频率 为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用于动态图 形显示。发光时间长，适用于静态图形显示
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的 最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单 位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为 dpi（dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情 况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 ，如640*480，800*600，1024*768， 1280*1024等等
几种显示技术的比较如表所示:
性质 功耗 屏幕 厚度 CRT 大 大 大 等离子 中 中 小 LCD 小 小 小 性质 对比度 灰度等级 视角 CRT 中 好 大 等离子 好 差 中 LCD 差 差 一般
平面度
亮度 分辨率
一般
好 中
中
好 好
好
适中 一般
色彩
价格
丰富
图形设备
图形软件及其标准
的关系
V M N log 2 K
显存问题 高分辨率和真彩要求有大的显存；
1024*768真彩模式需要3M字节显存
曾经是个问题！ 解决方法：采用查色表(Lookup Table）或称 彩色表(Color Table) 查色表工作原理
图形系统为更灵活控制图形和颜色的变化，往 往不直接将帧缓冲器中的数值作图显示的亮度值， 而是先经过颜色查找表（又称调色板)结构产生变换 值来控制光点的亮度。
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
◦ 影孔板的类型
点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管
荫栅式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
◦ 点状影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） 三支电子枪
较低速电子束
较高速电子束 高速电子束
应用：主要用于画线显示器 优点：成本低 缺点：只能产生有限几种颜色 图形质量比较差
◦ 影孔板法（书中也叫荫罩法）
原理：通常用于光栅扫描显示器中，颜色范 围广，每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝 三基色）。影孔板被安装在荧光屏的内表面 ，用于精确定位像素的位置
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线； 每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目（通过控制栅完
成），即可控制各色光点亮度，并最终控制各点的颜色。
如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显 示256*256*256=16M种颜色，称为真彩系统（颜色位数为24位）
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
随即扫描显示器又称矢量显示器。 特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。 逻辑部件：刷新存储器 (Refreshing Buffer), 显示处理器 （DPU:Display Processing Uuit）和CRT
1.如何控制电子束的发射和亮度？
答：使用电子枪发射电子束。利用控制 栅调节电子枪发射的电子束，从而控 制电子书的亮度。
图形设备
图形软件及其标准
第二章 图形输入输出设备
图形设备
图形软件及其标准
图形显示设备 ◦ 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图形 显示指的是在屏幕上输出图形 ◦ 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷贝 ，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
作用：建立帧缓存与屏幕像素之间的一一对应， 负责刷新 逻辑结构
普通显卡=视频控制器+显存
1.4.3 逻辑器件——显示处理器
低档图形显示系统，扫描转换工作直接由CPU类完成。 任务：扫描转换待显示的图形。 简单的：直线、圆弧、多边形等， 复杂的：光栅操作（像素块的移动、拷贝），几何变换 、裁剪、消隐，…
◦ 注意：
电子束会偏向点位高还是低的极板哪？
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度就 会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度被称 为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指 标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
4.如何使荧光屏上的画面稳定？
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板 组成的平板式显示器
观 察 方 向
液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它 具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶 受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发 生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变 化，而产生色彩。
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
产生彩色的常用方法：
射线穿透法 影孔板法
书中也叫电子透入法 • 原理：两层荧光涂层，红色光和绿色 光两种发光物质，电子束轰击穿透荧 光层的深浅，决定所产生的颜色
荧光涂层 产生颜色 低速电子束 电子束
图形系统中的硬件设备要在图形软件的驱动下 才能工作。 分类： ◦ 基本图形软件---支撑软件 ◦ 应用图形软件---专用软件
◦ 查色表是一维线性表，其每一项的内容对应一种颜色 ，它的长度由帧缓存单元的位数决定，例如：每单元 有8位，则查色表的长度为28＝256 ◦ 目的：在帧缓存单元的位数不增加的情况下，具有大 范围内挑选颜色的能力。
工作方式：
显存中某位值颜色表地址 屏幕上的亮度
1.4.3 逻辑器件——视频控制器
可视角度
视线与屏幕中心法向成一定角度时，人们就不 能清晰地看到屏幕图象，而那个能看到清晰图 象的最大角度被我们称为可视角度。一般所说 的可视角度是指左右两边的最大角度相加。工 业上有CR10（Contrast Ratio）、CR5两种 标准来判断液晶显示器的可视角度
点距与分辨率
液晶屏幕的点距就是两个液晶颗粒（光点）之间 的距离，一般0.28~0.32mm就能得到较好的显 示效果 通常所说的液晶显示器的分辨率是指其真实分辨 率，表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素 点数的乘积
每个颜色的电子枪可以通过增加帧缓存位面来提高颜色种类 的灰度等级。如上图，每种原色电子枪有8个位位面的帧缓 存和8位的数模转换器，每种原色可有256中灰度，三种原色 的组合将是(28)3=224。
若每个单元有24位（每种基色占8位）即显示系统可同时 产生224种颜色（24位真彩色）。
分辨率M× N、颜色个数K与显存大小V
答：要保持显示一幅稳定的画面，必须 不断地发射电子束
◦ 刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显示
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 余辉：电子束移去后荧光屏可继续发光的 时间（荧光物质的主要特性） 一般定义余辉：电子束离开某点后，该点 的亮度值衰减到初始值1/10所需的时间。
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结 合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图 是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上 每个象素的亮度是由N位面中对应的每个象素位 置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被 翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。
下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝 三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。
具有专用显示处理器的光栅显示系统的结构
图形加速卡=视频控制器+显存+ 显示处理器
◦ CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展
屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体积必 然要加大，在使用时候就会受到空间的限制 CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像，容 易受电磁波干扰 长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响
系统总线 逻辑部件： 帧缓冲存储器（Frame Buffer) 视频控制器（Video Controller) 显示处理器（Display Processor） CRT
1.4.3 逻辑器件——帧缓冲存储器
作用：存储屏幕上像素的颜色值 简称帧缓冲器，俗称显存
黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓存是一 块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每 一像素需要一位存储器，对一个1024×1024像素组 成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为220，并 在一个位面上。一个位面的缓存只能存储黑白图形 ，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因 而还需要数模转换器(DAC)。
◦ 工作原理
高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、加 速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置 。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子 跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为高能态。 由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质 的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发出 荧光，屏幕上的那一点就会亮了
那么余辉越长还是越短越好呢？
定义：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的 最小刷新频率=1秒/荧光物质的持续发光时间
例如：一种荧光物质持续光时间40毫秒，刷新频率 为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用于动态图 形显示。发光时间长，适用于静态图形显示
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的 最小元素 分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单 位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为 dpi（dots per inch)。在假定屏幕尺寸一定的情 况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述 ，如640*480，800*600，1024*768， 1280*1024等等
几种显示技术的比较如表所示:
性质 功耗 屏幕 厚度 CRT 大 大 大 等离子 中 中 小 LCD 小 小 小 性质 对比度 灰度等级 视角 CRT 中 好 大 等离子 好 差 中 LCD 差 差 一般
平面度
亮度 分辨率
一般
好 中
中
好 好
好
适中 一般
色彩
价格
丰富
图形设备
图形软件及其标准
的关系
V M N log 2 K
显存问题 高分辨率和真彩要求有大的显存；
1024*768真彩模式需要3M字节显存
曾经是个问题！ 解决方法：采用查色表(Lookup Table）或称 彩色表(Color Table) 查色表工作原理
图形系统为更灵活控制图形和颜色的变化，往 往不直接将帧缓冲器中的数值作图显示的亮度值， 而是先经过颜色查找表（又称调色板)结构产生变换 值来控制光点的亮度。
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
◦ 影孔板的类型
点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管
荫栅式影孔板 代表：Sony的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
◦ 点状影孔板工作原理 红、绿、兰三基色 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素） 三支电子枪
较低速电子束
较高速电子束 高速电子束
应用：主要用于画线显示器 优点：成本低 缺点：只能产生有限几种颜色 图形质量比较差
◦ 影孔板法（书中也叫荫罩法）
原理：通常用于光栅扫描显示器中，颜色范 围广，每个像素有三个荧光点（红、绿、蓝 三基色）。影孔板被安装在荧光屏的内表面 ，用于精确定位像素的位置
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线； 每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目（通过控制栅完
成），即可控制各色光点亮度，并最终控制各点的颜色。
如果每支电子枪发出的电子束的强度有256个等级，则显示器能同时显 示256*256*256=16M种颜色，称为真彩系统（颜色位数为24位）
1.1 阴极射线管 1.2 彩色阴极射线管 射线穿透法 影孔板法 1.3 随机扫描显示系统 1.4 光栅扫描系统
随即扫描显示器又称矢量显示器。 特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的部分。 逻辑部件：刷新存储器 (Refreshing Buffer), 显示处理器 （DPU:Display Processing Uuit）和CRT
1.如何控制电子束的发射和亮度？
答：使用电子枪发射电子束。利用控制 栅调节电子枪发射的电子束，从而控 制电子书的亮度。