第九章 输入/输出设备 2002.11 北京理工大学计算机科学工程系.

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1 第九章 输入/输出设备 北京理工大学计算机科学工程系

2 第九章 输入/输出设备是计算机系统中不可缺少的重要组成部分，它是计算机外部设备中的一个主要的分支。本章将介绍几种常用的输入/输出设备的结构和工作原理，以及外部设备的基本概念。 北京理工大学计算机科学工程系

3 外部设备的种类很多，从它们的功能及其在计算机系统中的作用来看，可以分为以下五类：
§1 外部设备概述 中央处理器（CPU）和主存储器（MM）构成计算机的主机。除主机以外，而又围绕着主机而设置的各种硬件装置叫做外部设备或外围设备，它们主要用来完成数据的输入、输出、成批存储以及对信息加工处理的任务。 1.1 外部设备的分类 外部设备的种类很多，从它们的功能及其在计算机系统中的作用来看，可以分为以下五类： 北京理工大学计算机科学工程系

4 从计算机的角度出发，向计算机输入信息的外部设备称为输入设备；接受计算机输出信息的外部设备称为输出设备。
§1 外部设备概述 1.输入/输出设备 从计算机的角度出发，向计算机输入信息的外部设备称为输入设备；接受计算机输出信息的外部设备称为输出设备。 2.辅助存储器 辅助存储器即外存储器，它是指主机以外的存储装置，又称为后援存储器。 北京理工大学计算机科学工程系

5 模/数、数/模转换设备均是过程控制设备，有关的检测设备也属于过程控制设备。 5.脱机设备
§1 外部设备概述 3.终端设备 终端设备由输入设备、输出设备和终端控制器组成，通常通过通信线路与主机相连。终端设备具有向计算机输入和接收计算机输出的能力，具有与通信线路连接的通信控制能力，有些还具有一定的数据处理能力。 4.过程控制设备 模/数、数/模转换设备均是过程控制设备，有关的检测设备也属于过程控制设备。 5.脱机设备 脱机设备是指在脱离主计算机的情况下，由设备本身完成数据制备的设备。 北京理工大学计算机科学工程系

6 外部设备是计算机和外界联系的纽带、接口和界面。如果没有外部设备，计算机将无法工作。
§1 外部设备概述 1.2 外部设备的地位和作用 外部设备是计算机和外界联系的纽带、接口和界面。如果没有外部设备，计算机将无法工作。 外部设备在计算机系统中的作用可以分为四个方面： 1.外部设备是人机对话的通道 2.外部设备是完成数据媒体变换的设备 3.外部设备是计算机系统软件和信息的驻在地 4.外部设备是计算机在各领域应用的桥梁 北京理工大学计算机科学工程系

7 键盘上通常安排有几十个或上百个按键，每个按键起一个开关的作用。键开关分为接触式和非接触式两大类。
§2 键盘输入设备 2.1 键开关和键盘布局 1.键开关 键盘上通常安排有几十个或上百个按键，每个按键起一个开关的作用。键开关分为接触式和非接触式两大类。 2.键盘布局 不论哪种型号的键盘，其中心部分都是一个标准的打字机键盘布局。 北京理工大学计算机科学工程系

8 ⑶ 将该键翻译成能被计算机接收的代码，如ASCII码或其它事先约定好的代码。
§2 键盘输入设备 2.2 键盘的类型 键盘输入信号可分为三个步骤： ⑴ 按下一个键； ⑵ 查出按下的是哪一个键； ⑶ 将该键翻译成能被计算机接收的代码，如ASCII码或其它事先约定好的代码。 确定按下键的位置的方法可以用硬件或软件来完成，如果用硬件完成，则称为编码键盘；如果用软件来完成，则称为非编码键盘。 北京理工大学计算机科学工程系

9 编码键盘具有识别有无键按下和哪个键被按下的能力，并能将按下的那个键的代码送给计算机。编码键盘又有静态编码键盘和动态编码键盘之分。
§2 键盘输入设备 1.编码键盘 编码键盘具有识别有无键按下和哪个键被按下的能力，并能将按下的那个键的代码送给计算机。编码键盘又有静态编码键盘和动态编码键盘之分。 2.非编码式键盘 非编码键盘通过执行键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别按键的位置，并提供与按下的键对应的位置码（扫描码），然后将位置码通过查ROM表转换成对应的ASCII码。这种键盘的响应速度不如编码键盘，但是它通过软件编程可为键盘中某些键的重新定义提供更大的灵活性，因此得到广泛地使用。 北京理工大学计算机科学工程系

10 非编码键盘的键一般排列成M行×N列的矩阵结构，每个按键位于行和列的交叉处。常用的键盘扫描方法有逐行扫描法和行列扫描法。
§2 键盘输入设备 2.3 非编码键盘的工作原理 1.键盘扫描方法 非编码键盘的键一般排列成M行×N列的矩阵结构，每个按键位于行和列的交叉处。常用的键盘扫描方法有逐行扫描法和行列扫描法。 ⑴逐行扫描法 通过执行键盘扫描程序对键盘矩阵进行扫描，以识别按键的行、列位置。程序查询的步骤如下： 北京理工大学计算机科学工程系

11 §2 键盘输入设备 ①查询是否有键按下 首先由CPU对行线的各位置“0”，然后CPU再从列线读入数据。若读入的数据为全“1”，表示无键按下；只要读入的数据中有一位不为“1”，表示有键按下，接着查按键的位置。 输入寄存器 输出寄存器 CPU来 去CPU +5V D0～D7 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 输出寄存器 输入寄存器 北京理工大学计算机科学工程系

12 哪一位列线为“0”，表示被按下的键就肯定在这一列中。 b. 查询已按下的键在哪一行
§2 键盘输入设备 ②查询已按下键的位置 a. 查询已按下的键在哪一列 哪一位列线为“0”，表示被按下的键就肯定在这一列中。 b. 查询已按下的键在哪一行 需要逐行进行扫描。CPU首先使X0=0，X1～X7为全“1”，读入Y0～Y7，若为全“1”，表示按键不在这一行；接着使X1=0，其余各位为全“1”，读入Y0～Y7，……，直至Y0～Y7不为全“1”为止。 北京理工大学计算机科学工程系

13 采用行列扫描法的键盘矩阵的输入端各接有一个译码器，按行列扫描法对键盘矩阵扫描。矩阵输出经检测器，可判别一组行线或一组列线中是否有“1”。
§2 键盘输入设备 ③按行号和列号求键的位置码 得到的行号和列号表示按下键的位置码。若该键是字符键，则根据这个键码到专用的ROM中取出此键的ASCII码；若该键是功能键，则转入相应的服务子程序，完成其功能操作。 ⑵行列扫描法 采用行列扫描法的键盘矩阵的输入端各接有一个译码器，按行列扫描法对键盘矩阵扫描。矩阵输出经检测器，可判别一组行线或一组列线中是否有“1”。 北京理工大学计算机科学工程系

14 键盘上的键号和换档键相结合作为ROM的地址码，去ROM中查找每个键对应的ASCII码。
§2 键盘输入设备 首先逐列为“1”地步进扫描，检测是哪一列为“1”时行线组输出为“1”，从而判明按键的列号。再逐行为“1”地步进扫描，检测是哪一行为“1”时列线组输出为“1”，从而判明按键的行号。根据两次检测的结果即可确定按键的位置。 2.查ROM表 键盘上的键号和换档键相结合作为ROM的地址码，去ROM中查找每个键对应的ASCII码。 北京理工大学计算机科学工程系

15 键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的BIOS程序的控制下，传送到主机的CPU中进行处理的。
§2 键盘输入设备 2.4 微型机键盘 微型机的键盘有83键（PC/XT）、84键（PC/AT）、101和102键（386、486机）、104键（Pentium）、105键、108键、109键等多种。目前市场占主流地位的是104键和108键的键盘。 键盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的BIOS程序的控制下，传送到主机的CPU中进行处理的。 北京理工大学计算机科学工程系

16 §2 键盘输入设备 PC/XT键盘 键盘接口 北京理工大学计算机科学工程系

17 §2 键盘输入设备 1. 键盘控制电路 PC系列键盘一般由键盘矩阵和键盘控制电路组成，通过执行固化在ROM中的键盘管理和扫描程序，对键盘矩阵进行扫描，形成与按键位置对应的扫描码，并以串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路。 PC/XT键盘采用16行×8列矩阵结构，由8048单片机实现闭合键检测、键码识别和与主机通信的控制。8048通过译码器，分别产生16个行扫描信号和8个列扫描信号。扫描方式采用行列扫描法，8048将列号和行号拼成一个7位的扫描码（列号为前3位，行号为后4位），例如第4列第7行键被按下，则得到闭合键（接通）扫描码为47H。 北京理工大学计算机科学工程系

18 §2 键盘输入设备 键盘内部的单片机根据按键位置向主机发送的仅是该按键位置的键扫描码。当键按下时，输出的数据称为接通扫描码；当键松开时，输出的数据称为断开扫描码。 对于83键键盘，由键盘扫描电路得到的接通扫描码与键号（键的位置编号）相等，用1个字节表示，断开扫描码也用1个字节表示，其值为接通扫描码加80H。例如，“A”的键号为30，接通扫描码为1EH，断开扫描码为9EH。 北京理工大学计算机科学工程系

19 键盘接口电路一般在微机主板上，通过电缆与键盘连接，串行地接收键盘送来的扫描码，其功能主要有：
§2 键盘输入设备 对于84/101/102/104扩展键盘，由于键位置发生变化，其接通扫描码与键号不相等。但是接通扫描码仍用1个字节表示；断开扫描码用2个字节表示，其值为接通扫描码前加1个字节的前缀F0H。我们仍以“A”键为例，它的键号为31，接通扫描码为1CH，断开扫描码为F0H、1CH。 2. 键盘接口电路 键盘接口电路一般在微机主板上，通过电缆与键盘连接，串行地接收键盘送来的扫描码，其功能主要有： 北京理工大学计算机科学工程系

20 ⑴ 串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码，转换成并行数据并暂存； ⑵ 收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求；
§2 键盘输入设备 ⑴ 串行接收键盘送来的接通扫描码和断开扫描码，转换成并行数据并暂存； ⑵ 收到一个完整的扫描码后，立即向主机发中断请求； ⑶ 主机中断响应后读取扫描码，并转换成相应的ASCII码存入键盘缓冲区。对于控制键，设置相应的状态； ⑷ 接收主机发来的命令，传送给键盘，并等候键盘的响应，自检时用以判断键盘的正确性。 北京理工大学计算机科学工程系

21 从键盘送来的串行扫描码在移位寄存器中由时钟控制依次右移，组装成并行扫描码，然后向主机CPU发出中断请求IRQ1。
§2 键盘输入设备 83键键盘的接口电路被称为PC标准键盘接口。而扩展键盘的接口电路称为扩展键盘接口。所谓系统扫描码是指83键键盘中字符的接通扫描码。由于扩展键盘的扫描码与系统扫描码不一致，因此单片机还要完成由键盘扫描码到系统扫描码的转换。 从键盘送来的串行扫描码在移位寄存器中由时钟控制依次右移，组装成并行扫描码，然后向主机CPU发出中断请求IRQ1。 北京理工大学计算机科学工程系

22 §2 键盘输入设备 主机CPU响应键盘中断请求后，执行由BIOS提供的键盘中断处理程序（09H类型中断）。该程序首先以并行方式从接口取出扫描码，接着对收到的扫描码进行识别，判断按下的键是字符键还是控制键，由中断服务程序通过查表，将扫描码转换为相应的ASCII码或扩充码后送入键盘缓冲区，中断处理完毕返回主程序。当系统或用户需要键盘输入时，可直接在主程序中以软中断指令（INT 16H）的形式调用BIOS的键盘I/O程序，从键盘缓冲区中取走所需的字符。 北京理工大学计算机科学工程系

23 §3 印字输出设备 印字输出设备是计算机系统的主要输出设备之一，它能将计算机的处理结果以字符或图形的形式印刷到纸上，便于人们阅读和保存。由于输出结果能永久性保留，常称为硬拷贝输出设备。 3.1 印字输出设备分类 1.按印字原理分 击打式和非击打式 2.按印字机构分 固定字模（活字）式打印和点阵式打印 3.按工作方式分 串行打印机、行式打印机和页式打印机 北京理工大学计算机科学工程系

24 点阵针式打印机是一种击打式打印机，常简称为针打。 1.文本模式和图形模式 ⑴文本模式
§3 印字输出设备 3.2 点阵针式打印机 点阵针式打印机是一种击打式打印机，常简称为针打。 1.文本模式和图形模式 ⑴文本模式 主机向打印机输出字符代码（或汉字代码），打印机则依据代码从其点阵字库中取出点阵数据，控制打印针打出相应字符（或汉字）。文本模式所需传送的数据量少，占用主CPU时间少，因而效率较高，但所能打印的字符（或汉字）较少。 北京理工大学计算机科学工程系

25 点阵针式打印机是由若干根打印针印出m×n个点阵组成的字符或汉字、图形。这里m表示打印的列数，n表示打印的行数。点阵越密，印字的质量就越高。
§3 印字输出设备 ⑵图形模式 主机向打印机输出点阵图形数据，打印机控制器直接根据图形数据驱动打印针打出，即有一个“1”就打印一个点。在这种模式下，CPU能灵活控制打印机输出任意图形，从而可打印出字符、汉字、图表、图形、图像等。但图形模式所需传送的数据量大，占用主机大量的时间。 2.印字原理 点阵针式打印机是由若干根打印针印出m×n个点阵组成的字符或汉字、图形。这里m表示打印的列数，n表示打印的行数。点阵越密，印字的质量就越高。 北京理工大学计算机科学工程系

26 在早期的9针打印机中，将9根打印针排成纵向一列，每次打印一列，印完一列后打印头沿水平方向移动一步，m步之后，形成一个m×n点阵。
§3 印字输出设备 在早期的9针打印机中，将9根打印针排成纵向一列，每次打印一列，印完一列后打印头沿水平方向移动一步，m步之后，形成一个m×n点阵。 在24针打印机中，因针的密度高、针数多，一般交错排成两列，每列12根针（12根奇数号针，12根偶数号针），一列的24个点是分两次打印出来的。 打印头装在一个小车（称为字车）上，由步进电机驱动，可进行水平移动与精确定位。在打印一行的过程中，打印纸不动。在打印完一行后，输纸机构带动打印纸向前移动，从而实现换行或换页。 北京理工大学计算机科学工程系

27 所有字符和汉字的列点阵码都存储在ROM中，我们把它称为字库。字库包括字符库和汉字库，字符库又称字符发生器。
§3 印字输出设备 3.字符点阵格式 由点阵组成的字符或汉字，“1”表示打点，“0”表示不打点，于是每个m×n的点阵字形可用m个n位的二进制数来表示列点阵码。为书写方便，通常用十六进制数来表示列点阵码。 4.字符库和汉字库 所有字符和汉字的列点阵码都存储在ROM中，我们把它称为字库。字库包括字符库和汉字库，字符库又称字符发生器。 北京理工大学计算机科学工程系

28 带有汉字库的打印机称为汉字打印机，主机送出汉字代码，打印机根据汉字代码从汉字库中取出汉字点阵数据，驱动打印针打印。
§3 印字输出设备 带有汉字库的打印机称为汉字打印机，主机送出汉字代码，打印机根据汉字代码从汉字库中取出汉字点阵数据，驱动打印针打印。 不带汉字库的打印机称为西文打印机，打印汉字时是需利用存放在微机系统硬盘上的汉字库（常称为软字库）。先由主机将汉字代码转换为点阵数据，再送至打印机，打印机按图形方式打印出汉字。 北京理工大学计算机科学工程系

29 §3 印字输出设备 5.打印控制原理 主机要输出打印信息时，首先要检查打印机所处的状态。当打印机空闲时，允许主机发送字符。打印机CPU开始接收从主机送来的字符代码（ASCII码），先判断它们是可打印的字符还是只执行某种控制操作的控制字符（如：“回车”、“换行”等）。如果是可打印的字符就将其代码送入打印行缓冲区（RAM）中，接口电路产生回答信息，通知主机发送下一个字符。如此重复，把要打印的一行字符的代码都存入数据缓冲区。当缓冲区接收满一行打印的字符后，停止接收，转入打印。 北京理工大学计算机科学工程系

30 §3 印字输出设备 打印时，首先从字符库中寻找到与字符相对应的点阵首列地址，然后按顺序一列一列地找出字符的点阵，送往打印头控制驱动电路，激励打印头出针打印。一个字符打印完，字车移动几列，再继续打印下一个字符。一行字符打印完后，请求主机送来第二行打印字符代码，同时输纸机构使打印纸移动一个行距。 北京理工大学计算机科学工程系

31 §4 显示设备 显示设备是将电信号转换成视觉信号的一种装置，显示器输出的内容不能长期保存，当显示器关机或显示别的内容时，原有内容就消失了，所以显示设备属于软拷贝输出设备。 4.1 显示器概述 1.显示器分类 计算机系统中的显示设备可分为字符显示器、图形显示器和图像显示器。从显示角度看，它们都是由像素（光点）所组成的。如果以点阵方式显示字符，则图形/图像显示器也能覆盖字符显示器的功能。 北京理工大学计算机科学工程系

32 像素是构成图像的最基本单位，一般是光点，所以又称为像点。
§4 显示设备 按显示原理可分为两类。一类是主动显示器件，如CRT显示器、发光二极管等，它们是在外加电信号作用下，依靠器件本身产生的光辐射进行显示的，因此也叫光发射器件。另一类叫做被动显示器件，如液晶显示器，这类器件本身不发光，工作时需另设光源，在外加电信号的作用下，依靠材料本身的光学特性变化，使照射在它上面的光受到调制，因此这类器件又叫光调制器件。 2.显示器的重要技术指标 ⑴像素 像素是构成图像的最基本单位，一般是光点，所以又称为像点。 北京理工大学计算机科学工程系

33 分辨率指的是显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。
§4 显示设备 ⑵分辨率 分辨率指的是显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。 在字符显示方式中，一屏可显示的最多字符数称为分辨率，例如80列×25行，表示每屏最多可显示25行，每行可有80个字符。 在图形显示方式中，一屏可显示的像点数称为分辨率，例如800×600，表示一屏可包含600条水平扫描线，每线可分为800点。 北京理工大学计算机科学工程系

34 §4 显示设备 ⑶灰度级与颜色数 像素具有明暗和色彩属性。明暗的程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级。彩色图形是由多种颜色构成的，显示器所能显示的颜色种类称为颜色数，不同的深浅可算作不同的颜色。在单色显示器中，仅有灰度级指标，而在彩色显示器中，则统称为颜色数。如果颜色数较少，不足以逼真地显示图像，则称为伪彩色显示。如果颜色数量多，显示逼真，则称为真彩色显示，一般要求达到能同时显示224＝16M（1677万）种颜色。 北京理工大学计算机科学工程系

35 CRT是一种电真空器件，外形很象一个漏斗，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。 2.CRT显示器的扫描方式
§4 显示设备 4.2 CRT显示器 1.阴极射线管CRT CRT是一种电真空器件，外形很象一个漏斗，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。 2.CRT显示器的扫描方式 电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描，控制其运动轨迹的电路称为扫描电路。扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。 ⑴光栅扫描方式 电子束从显示屏的左上角开始，沿水平方向从左向右扫描，到达屏幕右端后迅速水平回扫到左端下一行位置，又从左到右匀速地扫描。这样一行一行地扫描，直到屏幕的右下角，然后又垂直回扫，返回屏幕左上角。 北京理工大学计算机科学工程系

36 在水平和垂直回扫时，电子束是“消隐”的，荧光屏上没有亮光显示。这样，在CRT的屏幕上形成了一条条水平扫描线，我们把它称为光栅。
§4 显示设备 在水平和垂直回扫时，电子束是“消隐”的，荧光屏上没有亮光显示。这样，在CRT的屏幕上形成了一条条水平扫描线，我们把它称为光栅。 ⑵随机扫描方式 在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上作随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。 北京理工大学计算机科学工程系

37 §4 显示设备 4.3 屏幕显示与视频存储器 1.动态刷新显示 CRT显示器的发光是由电子束轰击在荧光粉上引起的，其发光亮度大约只能维持几十微秒便消失，为了使人们能看到稳定的画面，就必须在画面消失之前使该电子束不断重复扫描整个屏幕，这个过程叫做动态刷新显示。每秒刷新的次数称为刷新频率，一般要求刷新频率大于50次/秒（50Hz），即每秒刷新50幅以上，才不致使人眼感到闪烁。较快的刷新频率能显示稳定的画面，可减少眼睛的疲劳。1996年，VESA（视频电子标准协会）制定的无闪烁标准为75Hz，1997年该标准又提高到85Hz。 北京理工大学计算机科学工程系

38 为了不断提供刷新画面的信号，必须把字符或图形信息存储在一个刷新存储器中，这个存储器又称为显示缓冲存储器或视频存储器（VRAM）。
§4 显示设备 2.视频存储器（VRAM） 为了不断提供刷新画面的信号，必须把字符或图形信息存储在一个刷新存储器中，这个存储器又称为显示缓冲存储器或视频存储器（VRAM）。 3.VRAM的容量和内容 VRAM的容量由分辨率和灰度级决定，分辨率越高，灰度级越高，VRAM的容量就越大。 字符方式的VRAM通常分成两部分：字符代码缓存和显示属性缓存。字符代码缓存中存放着显示字符的ASCII码，每个字符占一个字节；显示属性缓存中存放着字符的显示属性，一般也占一个字节。 北京理工大学计算机科学工程系

39 例如，一个字符显示器的规格为80×25，那么VRAM中的字符代码缓存的最小容量就是2KB。
§4 显示设备 图形方式的显示信息以二进制的形式存储在VRAM中，这些信息是图形元素的矩阵数组，在最简单的情况下，只需要存储两值图形，即用“0”表示黑色（暗点），用“1”表示白色（亮点）。用VRAM的一位表示一个点，所以VRAM的一个字节可以存放8个点。 例如，一个字符显示器的规格为80×25，那么VRAM中的字符代码缓存的最小容量就是2KB。 例如，一个图形显示器的分辨率为640×200，在无灰度级的单色显示器中，只需要16KB的VRAM。 北京理工大学计算机科学工程系

40 §4 显示设备 4.4 字符显示器工作原理 1.字符显示原理 光栅扫描显示器显示字符的方法也是以点阵为基础的. 通常将显示屏幕划分成许多方块，每个方块称一个字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔。一般的字符显示屏幕上可显示80列×25行＝2000个字符，字符窗口数目为80×25。在单色字符显示方式下，每个字符窗口为9×14点阵，对应的分辨率为80列×25行（720×350点阵），其中字符本身点阵为7×9，同一字符行中字符横向间隔2个点，不同字符行间的间隔为5个点。 北京理工大学计算机科学工程系

41 §4 显示设备 字符点阵 字符窗口 1 80 81 82 79 78 158 159 1840 1841 1920 1921 1922 1842 1999 1998 1918 1919 2 行数 23 24 … 北京理工大学计算机科学工程系

42 VRAM中存放的是字符的ASCII码，不是点阵信息。若要显示出字符的形状，还需要有字符发生器（字符库）的支持。
§4 显示设备 VRAM中存放的是字符的ASCII码，不是点阵信息。若要显示出字符的形状，还需要有字符发生器（字符库）的支持。 字符发生器的高位地址来自VRAM的ASCII码，低位地址来自行计数器的输出RA3～RA0（行扫描线序号），它具体指向这个字形点阵中的某个字节。 10H 28H 44H 82H FEH 00H 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1111 D7 D0 …… ASCII码（41H） 指向这个字形 RA3～RA0 北京理工大学计算机科学工程系

43 §4 显示设备 在屏幕上，每个字符行要显示多个字符，而电子束在进行光栅扫描时，沿屏幕从左向右的方向扫描完一行，再扫描第二行。按照这种扫描方式，在显示字符时，并不是对一排的每个字符单独进行点阵扫描，而是采用对一排的所有字符的点阵进行逐行依次扫描。例如，某字符行欲显示的字符是A、B、C、……、T，显示电路首先根据各字符代码依次从字符发生器取出A、B、C、……、T各个字符的第一行点阵代码，并在字符行第一条扫描线位置上显示出这些字符的第一行点阵；然后再依次取出该排各个字符的第二行代码，并在屏幕上扫出它们的第二行点阵。如此循环，直到扫描完该字符行的全部扫描线，那么每个字符的所有点阵便全部显示在相应的位置上。 北京理工大学计算机科学工程系

44 在字符显示器中，屏幕上每个字符位置对应VRAM中的一个字节，VRAM中各字节单元的地址随着屏幕由左向右，自上而下的显示顺序从低向高安排。
§4 显示设备 2.VRAM的地址组织 在字符显示器中，屏幕上每个字符位置对应VRAM中的一个字节，VRAM中各字节单元的地址随着屏幕由左向右，自上而下的显示顺序从低向高安排。 ROM VRAM E点阵 R点阵 T点阵 R编码 E编码 T编码 RE … …… ……… 屏幕 T ………… 北京理工大学计算机科学工程系

45 字符显示器的定时控制电路的核心是点计数器、字计数器、行计数器和排计数器，由它们来控制显示器的逐点、逐字、逐行、逐屏幕的刷新显示。
§4 显示设备 3.字符显示器的控制电路 字符显示器的定时控制电路的核心是点计数器、字计数器、行计数器和排计数器，由它们来控制显示器的逐点、逐字、逐行、逐屏幕的刷新显示。 每次从字库中读出一行字符点数据7位，送入移位寄存器，然后在点脉冲控制下串行地移位输出，送往显示器作为亮度控制信号：“1”亮，“0”暗。移位寄存器实现并－串转换，每发一个点脉冲，屏幕上产生一个像素。 北京理工大学计算机科学工程系

46 §4 显示设备 北京理工大学计算机科学工程系

47 §4 显示设备 点计数器对一个字符的列数和字符横向间隔进行计数，为9分频，即输入9个点脉冲后完成一次计数循环，并向下一级计数器输出一个计数脉冲，这对应于一个字符横向7点，加上2点间距。 字计数器用来同步控制一条水平扫描线的正扫和回扫。由于一排可有80个字符，需在扫描正程中显示，所以当字计数器由0计到80时，光栅从左向右扫满一行。然后进入回扫逆程，设逆程须占18个字符扫描时间（折合值），因此字符计数器为（80+18）=98分频，即每输入98个计数脉冲完成一个计数循环。 北京理工大学计算机科学工程系

48 §4 显示设备 行计数器对字符窗口的高度进行控制，字符窗口的高度所占的扫描线数为14。CRT每完成一次水平扫描，只能显示一排字符中的一行。只有依次扫描9行后，才能完整地显示出一排字符，再扫描5行并消隐之后，即形成排间的空白间距。所以行计数器为（9+5）=14分频。 排计数器对应于屏幕的垂直扫描及其回扫。正程显示25排字符，当排计数器从0计数到25时，光栅正好从上向下扫完一屏，然后进入回扫逆程，回到屏幕左上角。逆程时间等于扫描一排字符的时间，折合值为1，所以计数分频值为（25+1）=26。 北京理工大学计算机科学工程系

49 §4 显示设备 5.图形显示器的工作原理 设彩色图形显示器的分辨率为640×480，可同时显示16种颜色。VRAM中存放着显示的图形点阵数据，由于计算机只能以二进制方式存放数据，每位只有两种状态（“0”或“1”）。对于单色显示，VRAM中的每一位对应画面上的一个像素点，该位为“1”即表示画面上的这一点是亮点。而对于彩色显示（如16种颜色），就需要用VRAM中的4位来定义一种颜色。 北京理工大学计算机科学工程系

50 . §4 显示设备 移位寄存器4×8b VRAM 4×80×480B 复合彩色信号 生成电路 点脉冲 8分频 列计数器 80+18分频
行计数器 480+8分频 列地址 行地址 行同步 场同步 亮度 红色 绿色 蓝色 4×8 b . 北京理工大学计算机科学工程系

51 §4 显示设备 从屏幕显示角度，每一行由4个位面中的80个字节来表示（640/8＝80）。屏幕上的一个彩色像素点，需要用来自4个位平面上每个位平面的相同位置的一个存储位表示。 图形/图像以像素为单位，但在VRAM中以字节为单位按地址存储，即将一条水平线上自左向右，每8个点的代码作为一个字节，存放在一个编址单元中。因此点脉冲经点计数器8分频之后产生字节脉冲，每发一次字节脉冲就访问一次VRAM，从4个位平面中各读出一个字节（8点），送往移位寄存器，再串行输出形成16色中的一种。 北京理工大学计算机科学工程系

52 行计数器为488分频。计数值从0到480，对应于场正程扫描，显示480行；附加8次计数，对应于场逆程回扫，逆程回扫应消隐。
§4 显示设备 列计数器又称字节计数器，98分频。计数值从0到80，光栅从左向右扫描一行，正程显示80字节共640点。字节计数器所附加的18次计数，作为行线逆程回扫时间，逆程回扫应当消隐。 行计数器为488分频。计数值从0到480，对应于场正程扫描，显示480行；附加8次计数，对应于场逆程回扫，逆程回扫应消隐。 分辨率、颜色数与VRAM容量密切相关。对于字符显示方式，如分辨率为c列×l行，而一个字符的编码与属性、颜色数共需占n字节，则VRAM的总容量应不少于c×l×n字节。 北京理工大学计算机科学工程系

53 §4 显示设备 对于图形显示方式，如果分辨率为c列×l行，而每个像素的颜色数用n位二进制代码表示，则VRAM容量应不少于c×l×n位。两种显示方式的c、l值不同，显然，图形方式所需的VRAM容量一般都大于字符方式。如果一台CRT显示器既可用作字符方式又可用作图形方式，且各有数种分辨率规格，则VRAM容量计算应以高分辨率图形方式为准。 北京理工大学计算机科学工程系

54 数字编码是用一串数字来表示一个汉字，常用的是区位码。
§5 汉字处理设备 5.1 汉字的编码与输入 1.数字编码 数字编码是用一串数字来表示一个汉字，常用的是区位码。 区位码是将国标码中的6763个汉字分为94个区，每个区中包含94个汉字（位），即把汉字表示为二维数组。每个汉字在数组中对应一个唯一的区位码，用四位十进制数表示，前两位表示区码，后两位表示位码。 北京理工大学计算机科学工程系

55 需要注意的是：汉字区位码并不等于汉字国标码，它们两者之间的关系可用以下公式表示： 国标码＝区位码（十六进制）＋2020H
§5 汉字处理设备 在国标码字符的分区是这样安排的，第1～15区包含西文字母、数字和图形符号，以及用户自行定义的专用符号（统称非汉字图形字符）；第16～55区为一级汉字，一级汉字按汉语拼音为序排列；第56～87区为二级汉字，二级汉字以偏旁部首为序排列；87区以上为空白区，可供造新字用。使用区位码输入汉字时，必须先在国标汉字区位码表中查找汉字，并找出其对应的代码才能输入，每输入4位数字即得到一个汉字。 需要注意的是：汉字区位码并不等于汉字国标码，它们两者之间的关系可用以下公式表示： 国标码＝区位码（十六进制）＋2020H 北京理工大学计算机科学工程系

56 例：汉字“春”的区位码为“20-26”，计算出它的国标码。
§5 汉字处理设备 例：汉字“春”的区位码为“20-26”，计算出它的国标码。 区位码：第1字节 第2字节 14H AH +20H H 国标码：34H AH 北京理工大学计算机科学工程系

57 拼音编码是以汉语拼音为基础的输入方法，凡是掌握汉语拼音的人，基本上不需要训练，就可方便地使用这种编码输入汉字，因此是一种比较受欢迎的编码法。
§5 汉字处理设备 2.拼音编码 拼音编码是以汉语拼音为基础的输入方法，凡是掌握汉语拼音的人，基本上不需要训练，就可方便地使用这种编码输入汉字，因此是一种比较受欢迎的编码法。 3.字形编码 字形编码是以汉字的形状确定的编码。汉字总数虽然很多，但都是由一笔一划组成的，全部汉字的构件和笔划都是有限的。因此，把汉字的笔划、构件用字母进行编码，按笔划的书写顺序依次输入，就能表示一个汉字。 北京理工大学计算机科学工程系

58 汉字的存储应包括两个方面的含义：其一是汉字机内码的存储；二是汉字字形码的存储。
§5 汉字处理设备 5.2 汉字的存储 汉字的存储应包括两个方面的含义：其一是汉字机内码的存储；二是汉字字形码的存储。 汉字字形码又称字模码，是用点阵来表示汉字字形的代码。根据对汉字质量的不同要求，可有16×16、24×24、32×32或48×48的点阵结构。 汉字库的信息量很大，一个16×16点阵的汉字库，至少需要256K字节，而24×24点阵的汉字库需576K字节，32×32点阵的汉字库则需1M字节。 北京理工大学计算机科学工程系

59 16×16点阵字模的存储方式是按行存储，一个字节存放一个行点阵码。24×24点阵字模的存储方式是按列存储，一个字节存放一个列点阵码。
§5 汉字处理设备 16×16点阵字模的存储方式是按行存储，一个字节存放一个行点阵码。24×24点阵字模的存储方式是按列存储，一个字节存放一个列点阵码。 5.3 汉字的输出 汉字输出时，首先要根据汉字库的首地址计算出每个汉字的点阵字模距汉字库首址的偏移量，然后根据偏移量从汉字库中读取其点阵加以输出。 汉字输出有打印输出和显示输出两种形式。 北京理工大学计算机科学工程系

60 §5 汉字处理设备 16×16点阵是横向排列的，适合于显示屏幕直接使用，但在打印时需进行横→纵的转换。24×24点阵是专供打印机使用的，以纵向位置排列，避免了横、纵间的点阵转换。 北京理工大学计算机科学工程系

61 §1 外部设备概述 外部设备的分类 §2 键盘输入设备 键盘的类型 非编码键盘 非编码键盘的工作原理 §3 印字输出设备 印字输出设备分类
第九章 小结 §1 外部设备概述 外部设备的分类 §2 键盘输入设备 键盘的类型 非编码键盘 非编码键盘的工作原理 §3 印字输出设备 印字输出设备分类 文本（字符）模式和图形模式 北京理工大学计算机科学工程系

62 打印缓存（ASCII码），字库（列点阵码） §4 显示设备 显示器分类 CRT显示原理 字符显示和图形显示 字符显示器的工作原理
第九章 小结 点阵式字符打印机工作原理 打印缓存（ASCII码），字库（列点阵码） §4 显示设备 显示器分类 CRT显示原理 字符显示和图形显示 字符显示器的工作原理 显示缓存VRAM（ASCII码），字库（行点阵码） 北京理工大学计算机科学工程系

63 第九章 小结 §5 汉字处理设备 汉字区位码 北京理工大学计算机科学工程系