第2章 圖形輸入輸出設(shè)備

1、軟件應(yīng)用軟件圖形軟件數(shù)據(jù)庫(kù)高級(jí)語(yǔ)言操作系統(tǒng)輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)數(shù)字化儀光筆掃描儀輸出設(shè)備顯示器顯示器繪圖儀打印機(jī)人員主 機(jī)硬件 數(shù)字化儀和圖形輸入板數(shù)字化儀和圖形輸入板是常見的定位設(shè)備，其中全電子式坐標(biāo)數(shù)字化儀由于精度高，使用方便，得到普遍應(yīng)用。這種設(shè)備利用電磁感應(yīng)原理：在臺(tái)板的X方向上有許多水平方向的平行印刷線，Y方向上是垂直方向的平行印刷線。游標(biāo)中裝有一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有交流信號(hào)時(shí)，十字交叉絲的中心便產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)游標(biāo)在臺(tái)板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，臺(tái)板下的印刷線上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。印刷板周圍的多路開關(guān)等線路可以檢測(cè)出最大信號(hào)的位置，即十字叉線中心所在的位置，從而得到該點(diǎn)的坐標(biāo)值。圖形輸入板（Table

2、t）工作原理相同于數(shù)字化儀，只是面積較小而已。 數(shù)字化儀時(shí)常用來(lái)拾取放在它上面的工程圖上的大量點(diǎn)，經(jīng)數(shù)字化后存儲(chǔ)起來(lái)，以此作為圖形輸入一種手段。操縱桿，跟蹤球操縱桿，跟蹤球是將位移量轉(zhuǎn)變成屏幕光標(biāo)移動(dòng)的輸入設(shè)備。觸摸屏觸摸屏容許用手指觸摸顯示的物體或屏幕位置來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇，典型應(yīng)用是對(duì)用圖符或菜單表示的處理選項(xiàng)進(jìn)行選擇。目前廣泛應(yīng)用于公告查詢系統(tǒng)。觸摸屏的工作原理分電容、電阻和聲波等。圖象掃描儀圖象掃描儀: :（Image Scanner）是直接把視圖、圖表、彩色和黑白照片掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，以像素信息進(jìn)行存儲(chǔ)表示的設(shè)備。掃描儀的幅面有A0,A1,A4等。掃描儀的分辨率是指在原稿的單位長(zhǎng)度（英寸）

3、上取樣的點(diǎn)數(shù)，單位是dpi（dot per inch)，常用分辨率為300dpi1000dpi之間。掃描圖形分辨率越高，所需的存儲(chǔ)空間就越大。清華紫光掃描儀數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套: :（Data Glove）通常用于虛擬環(huán)境中，可用來(lái)抓住“虛擬”對(duì)象。手套由一系列檢測(cè)手和手指運(yùn)動(dòng)的傳感器構(gòu)成。發(fā)送天線和接收天線之間的電磁耦合，用來(lái)提供關(guān)于手的位置和方向的信息。發(fā)送和接收天線各自由一組三個(gè)相互垂直的線圈構(gòu)成，形成三維笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)。來(lái)自手套的輸入，可用來(lái)定位或操縱虛擬環(huán)境中的對(duì)象。使用數(shù)據(jù)手套同計(jì)算機(jī)交互示圖：聲音系統(tǒng)：聲音系統(tǒng)：（VoiceSystem）使用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，把人們說(shuō)的話轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能懂

4、的數(shù)字代碼。這樣的代碼能使其可以用于各種各樣的應(yīng)用程序,從口授文本變成字處理的文檔、到說(shuō)話控制計(jì)算機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)中可被用作接收聲音命令的輸入設(shè)備，可用于圖形操作或輸入數(shù)據(jù)等。攝像頭：攝像頭：可以將攝像直接輸入計(jì)算機(jī)l圖形輸出圖形輸出(顯示、打?。┰O(shè)備顯示、打?。┰O(shè)備l陰極射線管顯示器（陰極射線管顯示器（CRT）l液晶顯示器（液晶顯示器（LCD）l繪圖儀繪圖儀l打印機(jī)打印機(jī)繪圖儀：繪圖儀：主要有筆繪式、噴墨式和靜電式三類。筆繪式繪圖儀可分為平臺(tái)式、滾筒式、平面電機(jī)式以及小型式四種。這是近些年來(lái)應(yīng)用較多的圖形輸出設(shè)備。 打印機(jī)：打印機(jī)：根據(jù)打印機(jī)制式的不同，打印機(jī)有點(diǎn)陣式打印機(jī)和激光打

5、印機(jī)兩種。點(diǎn)陣式打印機(jī)又分為針打點(diǎn)陣打印機(jī)、靜電點(diǎn)陣打印機(jī)、噴墨點(diǎn)陣打印機(jī)、熱轉(zhuǎn)換打印機(jī)等。針打點(diǎn)陣打印機(jī)噴墨打印機(jī)大幅面打印機(jī)圖形顯示器CRT液晶等離子3層玻璃板許多氖氣燈泡；平板陣列；不需刷新6層薄板（平板式顯示器）第3層為液晶層（長(zhǎng)晶線）晶體一旦極化，將保持，通過(guò)晶體管開關(guān)改變CRT：利用：利用電場(chǎng)產(chǎn)生高速的聚焦電子束，電場(chǎng)產(chǎn)生高速的聚焦電子束，通過(guò)通過(guò)偏偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制，最終轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制，最終轟擊轟擊熒光屏的不同部位，熒光屏的不同部位，產(chǎn)生產(chǎn)生可見的圖形?？梢姷膱D形。l陰極射線管陰極射線管(CRT)組成：包括電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏組成：包括電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏

6、轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏工作原理：電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏工作原理：電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轟擊到熒光屏的不同部位，被其內(nèi)表面的轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轟擊到熒光屏的不同部位，被其內(nèi)表面的熒光物質(zhì)吸收，發(fā)光產(chǎn)生可見的圖形。熒光物質(zhì)吸收，發(fā)光產(chǎn)生可見的圖形。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) l熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光熒光物質(zhì)：吸收電子束而發(fā)光l余輝時(shí)間：持續(xù)發(fā)光時(shí)間，電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值余輝時(shí)間：持續(xù)發(fā)光時(shí)間，電子束離開某點(diǎn)后，該點(diǎn)的亮度值衰減到初始值l刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)刷新頻率：每秒鐘重繪屏幕的次數(shù)l像素像素(Pixel)：構(gòu)成屏幕（圖像）的最小元素構(gòu)成屏幕（

7、圖像）的最小元素（上圖例：（上圖例：24*24）l分辨率分辨率(Resolution)： CRT在水平或豎直方向單位長(zhǎng)度上能識(shí)別的最大像素個(gè)數(shù)，單位在水平或豎直方向單位長(zhǎng)度上能識(shí)別的最大像素個(gè)數(shù)，單位通常為通常為dpi（dots per inch)。分辨率取決于熒光物質(zhì)的類型、聚焦系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)；。分辨率取決于熒光物質(zhì)的類型、聚焦系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)； l在假定在假定 屏幕尺寸一定的情況下，可用整個(gè)屏幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述，如屏幕尺寸一定的情況下，可用整個(gè)屏幕所能容納的像素個(gè)數(shù)描述，如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等等等某種某種CRT產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小

8、刷新頻率產(chǎn)生穩(wěn)定圖像所需要的最小刷新頻率=1秒秒/熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（熒光物質(zhì)的持續(xù)發(fā)光時(shí)間（Hz）應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于畫線顯示器主要用于畫線顯示器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：成本低成本低缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：只能產(chǎn)生有限幾種顏色只能產(chǎn)生有限幾種顏色如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有如果每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有256個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯個(gè)等級(jí)，則顯示器能同時(shí)顯示示256*256*256=16M種顏色，稱為真彩色系統(tǒng)種顏色，稱為真彩色系統(tǒng)電子槍、影孔板中的一個(gè)小孔和熒光點(diǎn)熒光點(diǎn)呈一直線；每個(gè)小孔與一個(gè)像素（即三個(gè)熒光點(diǎn)熒光點(diǎn)）對(duì)應(yīng)顯示器的分辨率顯示器的分辨率l電子束按固定的掃描順序掃描電子束按固定的掃描順序

9、掃描N條掃描線，每條條掃描線，每條掃描線有掃描線有M個(gè)像素，個(gè)像素，M * N顯示器的分辨率。顯示器的分辨率。幀幀特點(diǎn) 光柵掃描式顯示器是一種畫點(diǎn)設(shè)備，可看作是一個(gè)點(diǎn)陣單元發(fā)生器，并可控制每個(gè)點(diǎn)陣單元的亮度。 每個(gè)可尋址的點(diǎn)陣單元稱為一個(gè)像素（ pixel ）。 顯示器在水平和垂直方向上能夠?qū)ぶ返南袼財(cái)?shù)稱為分辨率。 鋸齒現(xiàn)象：走樣（aliasing）。反走樣（antialiasing） 繪圖儀繪圖儀printerComputerDPU輸入設(shè)備輸入設(shè)備視頻控制器視頻控制器display邏輯部件：邏輯部件：幀緩沖存儲(chǔ)器（幀緩沖存儲(chǔ)器（Frame Buffer)視頻控制器（視頻控制器（Video C

10、ontroller)顯示處理器（顯示處理器（Display Processing Uuit，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱DPU）CRTl幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同幀緩存中單元數(shù)目與顯示器上像素的數(shù)目相同l單元與像素一一對(duì)應(yīng)單元與像素一一對(duì)應(yīng)l各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色。各單元的數(shù)值決定了其對(duì)應(yīng)像素的顏色。l顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)。顯示顏色的種類與幀緩存中每個(gè)單元的位數(shù)有關(guān)。 色平面越多，可表達(dá)的色彩越豐富。增加一個(gè)位面，色彩就增加一倍，而存儲(chǔ)器寫操作程序無(wú)需重新計(jì)算新地址，程序兼容性好。N位寄存器電子槍CRT光柵有N個(gè)位面的幀緩存2NDAC01 000102N-1灰度等

11、級(jí)寄存器藍(lán)色槍幀緩存DAC0001CRT光柵01DACDAC紅色槍綠色槍l紅綠藍(lán)三個(gè)位面，組合成紅綠藍(lán)三個(gè)位面，組合成8種顏色種顏色l增加一個(gè)亮度位面，形成增加一個(gè)亮度位面，形成16種顏色種顏色KNMV2log1024*768真彩模式需要真彩模式需要3M字節(jié)顯存字節(jié)顯存帶寬帶寬T與分辨率、幀頻（刷新頻率）與分辨率、幀頻（刷新頻率）F的關(guān)系的關(guān)系帶寬問(wèn)題帶寬問(wèn)題高分辨率和高刷新頻率要求高帶寬高分辨率和高刷新頻率要求高帶寬解決方法：解決方法：隔行掃描隔行掃描FNMT工作原理工作原理l一幀完整的畫面分成一幀完整的畫面分成兩場(chǎng)兩場(chǎng)，即奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng)，即奇數(shù)場(chǎng)與偶數(shù)場(chǎng) 目前，高質(zhì)量CRT的每個(gè)象素點(diǎn)對(duì)應(yīng)

12、24位，每支電子槍允許256級(jí)電壓設(shè)置。每個(gè)象素具有24個(gè)存儲(chǔ)位的RGB彩色系統(tǒng)通常稱為全彩色系統(tǒng)或真彩色系統(tǒng)。 當(dāng)每個(gè)象素點(diǎn)對(duì)應(yīng)24位，每個(gè)象素有224=16777216種彩色選擇，近1千7百萬(wàn)種彩色選擇。顯示卡中VRAM同顯示系統(tǒng)的關(guān)系： 用于顯示器屏幕刷新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在顯示卡的VRAM 中，因此相應(yīng)于顯示器屏幕的分辨率必須有足夠的VRAM存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)。 例如：如果屏幕的分辨率是640480，則如果是一個(gè)只能顯示黑白圖形的顯示器，則需要VRAM的大小為： （640480）/8=38400 Bytes3.8KB 如果是一個(gè)每個(gè)象素顯示256個(gè)灰度級(jí)的圖形顯示器，則每個(gè)象素需要8位存儲(chǔ)單元，需要VRAM的大