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第七章 输入输出设备

第七章 输入输出设备. 1. 分类： CRT 、液晶、等离子 性能： 屏幕尺寸、点间距、对比度、幀频、行频、扫描方式、灰度等级或彩色数量。 显示方式： 字符 / 数字（ A/N) 方式、 全点可寻址 (APA) 方式. 主机信号. CRT. 视频放大电路. 帧扫描电路. 同步信号. 行扫描电路. 高压. 屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度， 长宽比例为 4 ： 3 点间距：显示器屏幕上象素间的距离 颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级） 对比度：图像（字符）与背景的浓度差

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第七章 输入输出设备

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  1. 第七章 输入输出设备

  2. 1. 分类： • CRT、液晶、等离子 • 性能： • 屏幕尺寸、点间距、对比度、幀频、行频、扫描方式、灰度等级或彩色数量。 • 显示方式： • 字符/数字（A/N)方式、 • 全点可寻址 (APA)方式

  3. 主机信号 CRT 视频放大电路 帧扫描电路 同步信号 行扫描电路 高压

  4. 屏幕尺寸：显示器屏幕的对角线长度， 长宽比例为 4：3 • 点间距：显示器屏幕上象素间的距离 • 颜色数：每个像素点可显示的颜色数（灰度级） • 对比度：图像（字符）与背景的浓度差 • 帧频：字符或图像每秒在屏幕上出现的次数 • 行频：单位时间内电子束从屏幕左到右的扫描次数 • 扫描方式：电子束扫过荧光屏上所有像素的方式，分隔行和逐行扫描方式

  5. 字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备。本小节以IBM／PC机单色字符显示系统为例，说明字符显示器的工作原理。字符显示设备是计算机系统中最基本的外部设备。本小节以IBM／PC机单色字符显示系统为例，说明字符显示器的工作原理。 • 光栅扫描显示器显示字符的方法是以点阵为基础的。这种方法将字符分解成m*n个点组成阵列，将点阵存人由ROM构成的字符发生器中。在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出点阵，按照点阵的0和1控制扫描电子束的开关，就可以在屏幕上组成字符。 • 点阵的多少取决于显示字符的质量和字符块的大小。字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。图7.5（a）是字符‘A’用点阵（7×9）表示的例子以及它位于字符窗口中的情况，图7.5（b）为字符发生器的逻辑结构。

  6. 对应于每个字符窗口，所需显示字符的ASCll代码被存放在视频存储器（VRAM）中，对于在屏幕上能显示25行80列的显示器，应有2000个单元存放字符信息、字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCll代码，低位地址来自称为光栅地址计数器的输出RA3～RAO,它具体指向这个字形点阵中的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的ASCll码和光栅地址计数器访问ROM依次取出字形点阵，就可以完成一行字符的输出。对应于每个字符窗口，所需显示字符的ASCll代码被存放在视频存储器（VRAM）中，对于在屏幕上能显示25行80列的显示器，应有2000个单元存放字符信息、字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCll代码，低位地址来自称为光栅地址计数器的输出RA3～RAO,它具体指向这个字形点阵中的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的ASCll码和光栅地址计数器访问ROM依次取出字形点阵，就可以完成一行字符的输出。

  7. ASCII 代码 移位 字符发 VRAM 视频 寄存 生器 RA ~RA 信号 (ROM) 3 0 器 SL 控制 CPU 定时控制电路 加载 水平 行间 垂直 控制 消隐 消隐 消隐 1 1 1 1 OSC 9 80+18 9+5 25+1 点振荡器 点计数器 水平地址 光栅地址 垂直地址 (16.257MHz) 计数器 计数器 计数器 垂直同步信号 水平同步信号 水平同 水平同 步电路 步电路

  8. 图7.6时字符显示器的原理框图，其中定时控制电路的核心是点计数器、水平地址计数器、光栅地址计数器、和垂直地址计数器。由它们控制显示器的逐点、逐字、逐行、逐屏的刷新显示。字符采用 7列*9行点阵形式。 点振荡器输出16.257MHZ的点时钟，用来控制字符发生器中每行9个点（7+2）依次移位输出，其中2点为空格。点计数器对点时钟（7+2）分频，输出的字符时钟是显示控制器的定时信号，同时它也控制移位寄存器的加载（S端为移位控制端，L为并行输入控制端）。当一个字符的9个点输出结束以后，输出下一个字符中同一行的9个点。水平地址计数器对一行的显示进行控制。送出当前要显示的这一行字符的VRAM地址。每行有效显示80个字符。另外，当光栅从一行的结束回到另一行开始时，在屏幕上不应该显示，这一段称为水平回扫消隐期，它控制移位寄存器不要加载。水平消隐期占用18个字符时钟的时间。这样水平计数器分频为（80+18）。光栅地址计数器对字符窗口的高度进行控制。因为字符窗口的高度（即分频）为14（9+4），其中字符点阵高度为9，行间隔为5个点阵。它控制一行字符的行点阵逐行输出，并在最后5行进行行间消隐。

  9. 垂直地址计数器控制一屏幕25行字符的显示，与水平回扫类似，当光栅到达屏幕底部时，需要回到屏幕顶部这一过程称为垂直回扫，垂直回扫需要一行的显示时间。回扫期间同样需要消隐，垂直消隐命令控制移位寄存器不要加载。这样垂直地址计数器分频数为（25+1）。垂直地址计数器控制一屏幕25行字符的显示，与水平回扫类似，当光栅到达屏幕底部时，需要回到屏幕顶部这一过程称为垂直回扫，垂直回扫需要一行的显示时间。回扫期间同样需要消隐，垂直消隐命令控制移位寄存器不要加载。这样垂直地址计数器分频数为（25+1）。 • 视频存储器（VRAM）的地址由水平地址计数器（列地址）和垂直地址计数器（行地址）决定，VRAM输出的ASCll代码作为字符发生器ROM的高位地址，ROM的低位地址来自光栅地址计数器。ROM的输出在L信号的控制下并行加载到移位寄存器，然后在点时钟控制下移位输出形成视频信号，输出到显示器。显示器在水平同步、垂直同步和视频信号的控制下，连续不断地进行屏幕刷新，就能保持稳定而不消失的字符图像。

  10. 例题：某显示器工作在A/N方式下屏幕可以显示25行×80列字符，其字符点阵为7列×9行，字符列间隔为2，字符行间隔为5。点脉冲频率为16.257MHZ.其中行回扫时间相当L＝18个字符，帧回扫时间为M＝1。求:例题：某显示器工作在A/N方式下屏幕可以显示25行×80列字符，其字符点阵为7列×9行，字符列间隔为2，字符行间隔为5。点脉冲频率为16.257MHZ.其中行回扫时间相当L＝18个字符，帧回扫时间为M＝1。求: 1. 扫描一行象素点的频率（光栅计数器）？ 2. 扫描一行字符所用的频率（水平计数器）？ 3. 扫描一帧信息所用的频率（垂直计数器）？ 解：已知点时钟频率为16.257MHZ. 点计数器的频率＝16.257MHZ/(7+2)=1.806MHZ 扫描象素行的频率＝1.806MHZ/(80+18)=18.43KHZ 字符行显示频率＝18.43KHZ/(9+5)=1.32KHZ 帧扫描频率＝1.32KHZ/(25+1)≈50HZ

  11. 0 0 0 0 1 1 1 1 显示器屏幕 显示缓冲存储器 图形及汉字的显示原理(APA) • 图形的像素组合不规则，无法做图形发生器。而是在显示存储器中为每个像素点存储一个影像。根据灰度数的不同决定使用几个bit来表示。

  12. 显示器缓存（视频存储器）容量M与像素总数（ 行Nc*列Nr）和显示色彩数C的关系 • M（字节）=（Nc*Nr*LOG2 C）/8位 • 汉字 的显示 • 通过汉字的机内码找到汉字点阵码送到显示缓存的指定位置。 • 汉字的点阵码存放在硬件ROM中或软件字库中。

  13. 显示控制适配器 • 是监视器的控制电路和接口部件，可将显示缓冲区送出的信息转换成视频控制信号，控制CRT的显示 • 组成： • 显示缓冲存储器、字符发送器ROM、CRT控制电路、屏幕扫描控制逻辑电路等 • 指标： • 分辨率（垂直点数*水平点数） 、颜色数C 、 • VRAM容量与分辨率和颜色的关系 • C=V容量（位）/（垂直点数*水平点数） • 灰度级N=LOG2 C

  14. 以上适配器是由刷新存储器VRAM、显示控制器、ROM BIOS三部分组成，插在PCI总线槽。它一方面与系统总线相接，另一方面通过15针D型插口与显示器电缆连接，将水平、垂直同步信号和红R、绿G、兰B三色模拟信号送至显示器。显示器上边有以24侦插头与视频卡连接。 • VRAM 存放显示图案的点阵数据。器存储容量取决于设定的显示工作方式。如设定VESA显示模式中的方式码为118H时，其分辨率位1024*768，颜色深度为24位，则显示一屏画面需要2304KB的存储器容量。

  15. ROM BIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示器所需的显示环境。 • 显示控制器 它依据设定的显示方式，反复的读取显存中的图像点阵数据，将它们转换成R、G、B三色信号，并配以同步信号送至显示器刷新屏幕。另外还有图形加速功能，有位、块传送，画线等如图所示，采用的是AVGA芯片。

  16. 调色板技术 为了节约硬件开销在显示卡的存储器中设置了一个256×24位的颜色查找表CLUT (Color Look-Up Table),如下图所示。 图中每一行有24位用来选择保存其颜色值，由于共有256行，故可在表中保存256种真彩色颜色值。在显示存储器中，每个象素用8位表示。将这8位值作为CLUT的地址码，从中读出24位数据送到DAC,便可从16.8M种颜色中选择合适的256种颜色参加显示。只要改变24位中的值表可改变一种颜色。 当象素颜色位宽在8位以上时，一般就不使用调色板了，显示存储器中像素的颜色位数直接送到DAC进行数字量到红、绿、兰三种模拟量信号的转换。

  17. 0……7 0……7 0……7 输出级 输出级 输出级 DAC DAC DAC CLUT工作原理 0 显示存储器 8位/pixel 1 2 7………0 255

  18. 显示卡的主要技术参数 • 分辨率：显示卡能够支持的在屏幕上显示的最多像素数。 • 颜色数：由显示缓冲区中采用几位二进制数(灰度级)来表示决定。2i 常用PC机显示模式分辨率 CGA EGA VGA SVGA XGA SXGA 640*200 640*350 640*480 800*600 1024*768 1280*1024

  19. 光栅扫描图形显示器是当今应用最多的显示器 • 光栅扫描显示器的特点是把对应于屏幕上每个像素的信息都用存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上。 • 这里有两个存储器，一个称作程序段缓冲存储器，另个是帧存储器。程序段缓存中存储由计算机送来的显示文件和交互式图形图像操作命令，如图形的局部放大、平移旋转、比例变换、图形的检索以及图像处理等，这些操作在显示处理器中完成比在主机中用软件实现效率要高得多。在微机系统中主机和CRT设备之间的电路都放在显示适配器的接口中。 • 帧存储器中存放了一帧图形的形状信息，和屏幕上的像素—一对应，如果屏幕的分辨率为1024×1024个像素，帧存就要有1024×1024个单元。如果屏幕上像素的灰度为256级，帧存每个单元的位长就要是8位。因此，帧存的容量直接取决于显示器的分辨率和灰度级。 • 对本例，要有1024 × 1024 × 8bit=1MB的帧存容量。

  20. 显示 处理器 帧 处理器 CRT 程序段 缓存 图7.7光栅扫描器的硬件结构 主机

  21. 早期的VGA显示图形适配器只起到CPU与显示器之间的接口作用；如今还起到处理图形／图像数据，加速显示等作用、其核心部分是专门为之设计的图形／图像加速芯片。这是一个固化了一定数量常用基本图形程序模块和三维图形／图像处理部件的芯片。三维处理大体上可分为”几何变换’和‘色彩渲染”两种处理，这两种处理如果都由CPU来完成，则CPU的负担过重，而目大量位图数据的传输量很大，对传输率要求太高；如果都由适配器来完成，则要采用三维图形芯片和大容量显存来完成色彩渲染处理，但显存成本较高。要降低适配器成本需要减少卡上显存容量，而将结构数据存储在主存储器中。原有的总线难以胜任图形数据传送，Intel公司提出了新型视频标准AGP，并推出了三维图形／图像加速芯片。附和AGP标准的适配器也随之出现在市场上，在微机中是否具有AGP接口卡对图形／图像的处理效果影响很大。

  22. 1、汉字编码标准 1981年，我国的国家技术监督局公布了国家标准GB2312《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，收集了常用汉字6763个，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个。在大多数情况下，这些汉字已够用。但遇到户籍管理或古籍整理等这一字符集就不够用了。经过世界各国标准化组织的积极参与。1993年由国际标准化组织SO）和国际电工委员会（IEC）公布了国际标准 ISO／IEC 106461，即《信息技术——通用多八位编码字符集（UCS））。汉字被分配在该区的4E00H到9FFFH，共20992个位置，即20992个汉字。

  23. 2、 汉字的输入方法 汉字编码和汉字输入方法可归纳成音码、形码和音形码三大类。 评价汉字编码方案的优劣应该符合易学易用、操作方便、重码少、规则简明、记忆量少等原则。 上述的汉字编码用于键盘输人，除此以外还有语音输入方式、手写输人方式和印刷体扫描识别输人方式。 1)键盘输入方式 (1)音码输人 音码是以国家文字改革委员会公布的汉语拼音方案为基础进行编码的。但因汉字同音字多而造成重码很多，因此还要进行选宇，影响输人效率，后来用输人词组或短语的方法来提高速度、简拼和双拼以压缩拼音字母的方法来减少录入一个汉字的敲打键盘次数，但需记忆一些规则，又未能解决重码问题。

  24. （2）形码输人 汉字是一种音形义俱全的图形文字，一个字一个样，由38种笔画组成500多个部件，再由500多个部件组成6万多个汉字。但是由于汉字结构复杂，构成汉字的部件大多数还没有规范化，有的汉字很难正确拆成部件，还要牢记拆字的规则，也不是一种理想的输入方式。 （3）音形码（或形音码）输入 2）语音输入方式 3）手写输入 先建好电脑汉字库借助与电脑连接的笔输人设备（图形板和画笔）和软件，可将手写汉字输人电脑， 4）印刷体扫描识别输入

  25. 3、汉字的存储 汉字的存储有两个方面的含义，一种是汉字内码的存储，另一种是字形码的存储。字形码也称字模码，目前计算机显示器和打印机都用点阵表示汉字字形代码，它是汉字的输出形式。根据输出汉字的要求不同，点阵的多少也不同、简易型汉字为16×16点阵，提高型汉字为24×24点阵，甚至更高。 字模点阵的信息量是很大的。所占存储空间也很大以16 × 16点阵为例，每个汉字就要占用32个字节，两级汉字大约占用256K字节、因此字模点阵只能用来构成字库，而不能用于机内存储。字库中存储了每个汉字的点阵代码，当显示输出时才检索字库，输出字模点阵，得到字形。 为了提高字形质量以后开始采用矢量表示继而采用轮廓曲线，或同时采用矢量和曲线来表示数字和拼音字母。汉字内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等的机内代码，内码比字形点阵码占用空间少，一般用两个字节就可以表示汉字。

  26. 0 7 8 15 0 ★ ★ ★ ★ 04,10 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 04,10 ★ ★ 7F,FF ★ ★ ★ 04,10 5 ★ 04,90 00,80 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 1F,FC ★ ★ ★ 10,84 ★ ★ ★ 10,84 ★ ★ ★ 10,84 7F,FF ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 10 ★ 01,40 ★ ★ 02,20 ★ ★ 04,10 08,08 ★ ★ 70,07 ★ ★ 15 ★ ★ ★ ★ ★ ★

  27. 4、汉字的输出 汉字输出有打印输出和显示输出两种形式。汉字显示器多采用与图形显示兼容的光栅扫描显示器，一般采用16×16点阵。 以这种方式输出的汉字是利用设备可以画点的图形方式实现的，因此，常称这种汉字为‘图形汉字。IBM/PC机汉字显示原理图通过键盘输人的汉字编码，首先要经代码转换程序转换成汉字机内代码,转换时要用输人码到码表中检索机内码，得到两个字节的机内码，字形检索程序由机内码检索字模库。查出表示一个字形的32个字节字形点阵送显示输出。

  28. 汉字键盘 输入 键盘处 字型检 显示驱 理程序 汉字内码 汉字内码 索程序 动程序 代码转 2 2 （ 字节） （ 字节） 换程序 码表 汉字 显示 字模库 存储器 CRT

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