2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 1 第九章 輸入輸出設(shè)備 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 2 9.1 I/O設(shè)備概述 主機(jī)（主板及內(nèi)存）以外的設(shè)備，也稱外部設(shè)備。輔 助存儲(chǔ)器也屬于外設(shè)。 外設(shè)向多樣化、智能化、功能復(fù)合化、高可靠性的方 向發(fā)展，人類將最終通過 能聽會(huì)說 ， “ 能讀會(huì) 寫 ” 的外部設(shè)備，使智能計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。 輸入設(shè)備 主要完成輸入程序、數(shù)據(jù)、操作命令、各 種圖形、圖像、聲音等信息。 輸出設(shè)備 輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果或操作提示?？?以是數(shù)據(jù)、文字、表格、圖形、圖像或語言。 隨著電子器件集成度的提高和價(jià)格的下降，主機(jī)價(jià)格不斷下 降，使得輸入輸出設(shè)備的成本相對(duì)提高，約占整個(gè)計(jì)算機(jī)的 70%以上。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 3 計(jì)算機(jī) i/o系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演示 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 4 輸入設(shè)備 字符輸入設(shè)備：鍵盤 圖形輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、光筆 圖象：掃描儀、傳真機(jī)、攝象機(jī) 模擬設(shè)備：語音輸入、 AD轉(zhuǎn)換 外設(shè) 輸出設(shè)備 打印機(jī) 擊打式 非擊打式 活字式 點(diǎn)陣式 激光 噴墨 繪圖儀 語音輸出 顯示器 CRT 液晶、等離子體顯示器 多媒體 終端設(shè)備 外存儲(chǔ)器 通信設(shè)備 磁盤 磁帶 光盤 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 5 9.2 常用的輸入設(shè)備 鼠標(biāo)器、跟蹤球和操作桿輸入 鍵盤 觸摸屏 圖像輸入設(shè)備（攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)） 掃描儀 條形碼及其技術(shù) 光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)和語音文字輸入系統(tǒng) 光筆、圖形板和畫筆（或游動(dòng)標(biāo)）輸入 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 6 9.2.1 鍵盤 按結(jié)構(gòu)原理劃分：按鍵分有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)類型 觸點(diǎn)式 利用機(jī)械觸點(diǎn)的分離與閉合判斷電路的通斷，由 于磨損、氧化等易產(chǎn)生接觸不良等故障 無觸點(diǎn)式，通過按鍵上下運(yùn)動(dòng)使電容的電量發(fā)生變化， 達(dá)到檢測(cè)開關(guān)的通斷，不存在磨損和接觸不良等問題，且密 封組裝有防塵特性 按與主機(jī)通信信息劃分 : 編碼鍵盤和非編碼鍵盤 編碼鍵盤就是當(dāng)某個(gè)鍵被按下后，能夠提供一個(gè)與之相 對(duì)應(yīng)的的編碼信息，功能全部由硬件完成。 非編碼鍵盤是用較為簡單的硬件和專用的程序來識(shí)別被 按鍵的位置，提供一個(gè)與位置相對(duì)應(yīng)的中間代碼（掃描碼）， 然后又專用軟件將其轉(zhuǎn)換成規(guī)定的編碼。即功能由軟件完成。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 7 微機(jī)鍵盤組成原理 計(jì)算機(jī)鍵盤常采用電容式無觸點(diǎn)鍵盤， 由 83110個(gè)鍵組成，排列成 16行 *8列 的長方矩陣，內(nèi)部由單片機(jī)控制。 PC機(jī)鍵盤用單片機(jī) 8048負(fù)責(zé)鍵盤控制 鍵盤自檢、鍵盤掃描、鍵盤與主機(jī)通信 鍵盤緩沖區(qū)配合工作 采用 PS/2接口方式，引腳定義為 +5V、信 號(hào)線、時(shí)鐘線、地線等 6針小圓口結(jié)構(gòu)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 8 1、鍵盤掃描原理 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 列 0 1 2 4 0 1 2 3 主機(jī) 鍵盤常用掃描方法：行掃描法 行掃描法過程： 1、全行掃描 2、逐行掃描 來獲得掃描位 置碼 +5V 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 9 2、按鍵抖動(dòng)掃描 +5V +5V Q K 硬件 軟件 啟動(dòng)掃描程序 鍵盤全行掃描 有閉合鍵？ 延時(shí)并重掃描 有閉合鍵？ 鍵盤逐行掃描 輸出按鍵掃描代碼 掃描結(jié)束 N N Y Y 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 10 3、 IBM-PC機(jī)的鍵盤操作過程 1）初始化：由復(fù)位信號(hào)禁止鍵盤工作，并清除移位 寄存器和中段請(qǐng)求觸發(fā)器，準(zhǔn)備接收 8048送來的掃 描碼。 2）鍵盤掃描：由 8048執(zhí)行行列掃描程序，得到掃 描碼后以串行方式送接口中的移位寄存器。 8048中 有一個(gè) 20字節(jié)的緩沖區(qū)，能存 20個(gè)掃描碼，快速按 鍵時(shí)，若干個(gè)按鍵的掃描碼可置入緩沖區(qū)暫存，按先 進(jìn)先出的原則從緩沖區(qū)取出掃描碼送往接口。 3）傳送掃描碼：掃描碼由一位標(biāo)志位和 8位數(shù)碼位 組成。 8位數(shù)碼在移位寄存器中組成 8位并行掃描碼， 一位標(biāo)志位置 1中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng) 求 IRQ1 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 11 4）中斷處理過程： CPU相應(yīng)鍵盤中斷后，執(zhí)行由 BIOS提供的鍵盤中斷處理程序，首先從接口并行 接收掃描碼，并將鍵盤復(fù)位，解除對(duì) 8048的封鎖， 鍵盤可向接口傳送下一個(gè)掃描碼。在中斷處理程序 中經(jīng)查表將掃描碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 ASCII碼，并在屏 幕上顯示出來后返回主程序。 其中， ASCII碼 (American Standard Code For Information Interchange,美國國 家信息交換標(biāo)準(zhǔn)字符碼 )，每字符用一個(gè)字節(jié)表示 , 共有 128個(gè)字符 (最高位為 0)。其中 95個(gè)字符供顯 示、打印使用，余下 33個(gè) 為控制字符。如表 9.2所 示 : (見第 296頁 ) 擴(kuò)展 ASCII碼可表示 256個(gè)編碼 (EBCDIC碼 ),目 前微機(jī)上就采用。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 12 9.2.2 鼠標(biāo)器 鼠標(biāo)器是控制計(jì)算機(jī)顯示器上光標(biāo)移動(dòng)的輸入設(shè) 備。一般有 2個(gè)鍵， PS/2接口和 USB接口方式。 特點(diǎn)：快速、精確地光標(biāo)定位，優(yōu)良的人機(jī)交互。 分類 機(jī)電式 一個(gè)外涂橡膠的鋼球，兩對(duì)發(fā)光、光電管和柵 輪組成，進(jìn)行代表 X、 Y方向的定位和測(cè)距 光電式 沒有機(jī)械滾動(dòng)部分，代之以兩對(duì)互為直角的光 電探測(cè)器，分別代表 X、 Y方向進(jìn)行定位。 與計(jì)算機(jī)通信方式 有線和無線 (紅外和無線電 ) 指標(biāo) ： 分辨率、軌跡速度等 在操作系統(tǒng)中安裝鼠標(biāo)器的驅(qū)動(dòng)程序，就可在系統(tǒng)中配 置使用鼠標(biāo)器。 IBM-PC機(jī)，通過軟中斷 INT33H調(diào)用鼠 標(biāo)器驅(qū)動(dòng)程序，可進(jìn)行的操作有鼠標(biāo)器初始化、開始顯示 光標(biāo)、停止顯示光標(biāo)、讀光標(biāo)位置與按鈕狀態(tài)、設(shè)置光標(biāo) 位置、讀鼠標(biāo)位移量等。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 13 9.2.3 掃描儀 掃描儀是把圖形圖像和字符變?yōu)槎M(jìn)制圖像 數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備。 分類 臺(tái)式、手持 黑白和彩色 指標(biāo) 分辨率、掃描幅面、掃描速度 原理與接口 配有專用軟件的掃描儀可以 把圖形、圖像和文字、字符變?yōu)槎M(jìn)制圖像 數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，另一方面通過顯示 器將輸入的圖形、圖像顯示出來。其接口有 并行口和 SCSI接口兩種形式。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 14 9.2.4 數(shù)字相機(jī) 當(dāng)想把一幅美麗的風(fēng)景變成計(jì)算機(jī)能夠處理 的圖像 ， 傳統(tǒng)的處理過程是：通過使用膠片相 機(jī)把風(fēng)景拍攝下來 ， 沖成照片 ， 再通過掃描儀 把照片掃描成計(jì)算機(jī)能夠處理的圖像 。 現(xiàn)在 ， 有了數(shù)字相機(jī) ， 這一系列工序變得簡單多了 ， 當(dāng)數(shù)字相機(jī)把某個(gè)風(fēng)景拍攝下來時(shí) ， 它已經(jīng)是 計(jì)算機(jī)能夠處理的圖像了 。 數(shù)字相機(jī)與掃描儀類似 ,采用數(shù)千個(gè)微小的 光傳感器將反射光轉(zhuǎn)換為電脈沖 。 不過 ,數(shù)字 相機(jī)面臨的困難要大一些 ， 因?yàn)橐诤芏痰臅r(shí) 間里獲取全部信息 ,而掃描儀可以花幾十秒甚 至幾分鐘的時(shí)間掃完一頁 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 15 數(shù)字拍攝時(shí) ， 數(shù)字相機(jī)的鏡頭和普通膠片相機(jī)一樣打開 ， 但在相機(jī)后面接受反射光的不是基于鹵化銀 的膠卷 ， 而是一個(gè)布滿成千上萬個(gè)光敏晶體管的微型 芯片 ,這些晶體管就是著名的電荷耦合設(shè)備 CCD， 將 光轉(zhuǎn)換成電脈沖 ， 光線越強(qiáng) ,電荷量越大 。 CCD可以 把亮度分級(jí) ， 但并不認(rèn)識(shí)顏色 。 和所有的數(shù)字設(shè)備一 樣 ， 這些產(chǎn)品通過把三個(gè)基本色混合到一個(gè)像素來產(chǎn) 生自然的彩色 。 為了做到這一點(diǎn) 數(shù)字相機(jī)必須分三 次來完成一幅彩色相片 。 數(shù)字相機(jī)用三個(gè)彩色濾色鏡來為 CCD提供合適 的光線 :紅色 、 綠色 、 藍(lán)色 。 對(duì)每一種顏色 ,數(shù)字相機(jī) 存儲(chǔ) 8位顏色信息 （ 即 256種顏色 ） ， 這樣每個(gè)像素 經(jīng)過三次拍攝 ,最后可以達(dá)到 24位的顏色信息 （ 即 1670萬種顏色 ） ， 這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人眼能夠分 辨的顏色數(shù)量 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 16 CCD的精度決定了最高分辨率 ， 這是選購數(shù)字相機(jī)時(shí)就考慮的一個(gè)重要參數(shù) ， 當(dāng)然鏡頭的質(zhì)量和圖 像處理技術(shù)也是一個(gè)重要的性能指標(biāo) 。 一旦按下快門 ， 鏡頭和 CCD完成了相應(yīng)的感光 工作 ,最后的彩色圖像便以壓縮圖像的格式存放在數(shù) 字相機(jī)的存儲(chǔ)器里 。 一個(gè)專門的壓縮芯片 （ 通常采用 標(biāo)準(zhǔn)的 JPEG壓縮方法 )使原始位圖圖像壓縮到只有 原來大小的幾十分之一甚至更小 ， 然后數(shù)據(jù)存入數(shù)字 相機(jī)的存儲(chǔ)器里 。 大多數(shù)字相機(jī)允許用戶設(shè)置圖像質(zhì) 量 ,至少有兩種：高質(zhì)量和低質(zhì)量 。 高質(zhì)量相片通常 可達(dá)到 800*600個(gè)像素甚至更高 。 一般的數(shù)字相機(jī) 只能存放有限的高質(zhì)量圖像 ， 通常只有幾十張 ， 這主 要是由數(shù)字相機(jī)存儲(chǔ)器的大小決定的 。 如果是存儲(chǔ)低 質(zhì)量的圖像照片 ,那么可以存儲(chǔ)上百張或幾百張 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 17 數(shù)字相機(jī)多數(shù)使用集成的硅存儲(chǔ)器 。 現(xiàn)在Intel、 Kodak和其它一些廠商推出基于 PC 卡的存儲(chǔ)器規(guī)范作為數(shù)字相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn) ,主要的 特點(diǎn)是模塊化 。 當(dāng)數(shù)字相機(jī)的存儲(chǔ)器用完時(shí) 只要插入另一塊 PC卡 ,就像以前裝一個(gè)新的 膠卷一樣 。 而如果采用的是集成存儲(chǔ)器保存 相片 ， 當(dāng)存儲(chǔ)器用完時(shí) ,必須連上計(jì)算機(jī) ,把相 片傳給計(jì)算機(jī)后 ,才能拍攝新的照片 。 數(shù)字相機(jī)的照片是以 0、 1來保存的數(shù)字圖 像信息 ,所以如果數(shù)字相片不送入計(jì)算機(jī)那就 沒有多少價(jià)值了 。 有幾種方法可以把圖像從 數(shù)字相機(jī)傳送到計(jì)算機(jī)中：使用串行電 纜 ,USB電纜 、 閃存卡 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 18 現(xiàn)在 ， 大部分?jǐn)?shù)字相機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)的串行電纜 ,串口連接意味著任何臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本計(jì)算機(jī)均能與數(shù)字相機(jī)通信 （ 當(dāng) 然需要有相應(yīng)的軟件 ） 。 但是 ， 串行連接也意味著速度慢 ,可 能會(huì)發(fā)生沖突 ， 電纜也比較粗大笨拙 。 更新的數(shù)字相機(jī)具有 USB總線功能 。 USB提供了更快的傳輸速度 ,可以達(dá)到 12MB S， 而串口通信最多只能達(dá)到每秒幾百 KB,所以傳送 照片時(shí) USB的數(shù)字相機(jī)比基于串行方式連接的數(shù)字相機(jī)快得 多 。 同時(shí) ， 采用 USB方式的相機(jī)與計(jì)算機(jī)相連時(shí) ， 不需要撥 下調(diào)制解調(diào)器或其它串行設(shè)備 ,因?yàn)樗捎昧硗獾亩丝?。 另一個(gè)正在發(fā)展的選項(xiàng)是使用前面提到過的標(biāo)準(zhǔn)的 PC卡模 塊 ,這是一種閃存卡 ， 可以存儲(chǔ)高達(dá)幾十 MB的數(shù)據(jù) ， 而且存 儲(chǔ)滿后可以換卡 ， 當(dāng)暫時(shí)沒有計(jì)算機(jī)用來傳送數(shù)據(jù)時(shí) ， 這種 進(jìn)項(xiàng)就極為重要了 ， 這種卡對(duì)一個(gè)常在郊外或山地進(jìn)行攝影 工作的攝影工作者來說是非常有意義的 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 19 9.2.5 數(shù)字?jǐn)z像機(jī) 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的工作和普通攝像機(jī)非常相似 , 但有更多的功能和更快的速度 。 它和數(shù)字相機(jī) 類似 ， 采用電荷耦合器件 CCD獲取光線井將 其轉(zhuǎn)換成模擬電脈沖 ,然后再轉(zhuǎn)換成 0、 1的數(shù) 字信息 。 彩色攝像機(jī)通常用三個(gè) CCD芯片來 建立真彩色合成 。 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)必須在 1S內(nèi)拍攝 30幅圖像 ， 把 光轉(zhuǎn)換成電 ， 再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信息 ， 這 樣各個(gè)圖像就可以連在一起成為相應(yīng)的視頻 。 攝像機(jī)還必須獲取模擬的聲音 ,對(duì)波形進(jìn)行 采樣獲取相應(yīng)的數(shù)字信息 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 20 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)使用基于磁帶的介質(zhì)或小硬盤 ,而不是數(shù)字相機(jī)中所用的靜止不動(dòng)的 存儲(chǔ)器 ,原因是視頻動(dòng)態(tài)文件太大了 ,用芯片 存放過于昂貴 。 同時(shí) ,數(shù)字?jǐn)z像機(jī)也面臨把數(shù)據(jù)傳送至 計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn) ， 即使是 USB的 12MB s 數(shù)據(jù)傳輸速率也不足以傳送巨大的視頻動(dòng) 態(tài)文件 。 正是由于這個(gè)原因 ， 許多廠商看 中了 IEEE1394總線標(biāo)準(zhǔn) ， 即它的傳輸速 率可以達(dá)到 200-800MB s,而且還有即 插即用的安裝 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 21 9.2.6 語音與文字輸入系統(tǒng) 目前計(jì)算機(jī)輸入字符與數(shù)據(jù)，主要用鍵盤敲入， 人們正在研究如何讓機(jī)器能夠聽懂話，識(shí)別字的功 能。為了達(dá)此目的，一系列相應(yīng)學(xué)科正在形成與發(fā) 展。其中包括模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理和圖 像處理，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了語音識(shí)別、文字識(shí)別、 自然語言理解與機(jī)器視覺等學(xué)科。 語音與文字輸入的實(shí)質(zhì)是要讓計(jì)算機(jī)從語音的聲 波和文字的形狀中領(lǐng)會(huì)到含義，并將它轉(zhuǎn)換成計(jì)算 機(jī)可以處理的代碼。其核心環(huán)節(jié)是對(duì)聲波和文字圖 形的識(shí)別，從學(xué)科上說這屬于模式識(shí)別（ Pattern recognition）范疇。例如每個(gè)英文字母在書寫時(shí)， 其形狀大小都有變化。同一個(gè)字不同地區(qū)的人發(fā)音 很不一樣，但它們屬于同一類。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 22 這里把待辨認(rèn)的一段聲波或一個(gè)文字圖形 稱為 樣本 ，把它們的類別叫做模式 （ nattern）。實(shí)現(xiàn)將樣本劃定其模式的系 統(tǒng)叫做模式識(shí)別系統(tǒng)，具體來講就稱為語音 識(shí)別系統(tǒng)或文字識(shí)別系統(tǒng)。圖 9.3是其系統(tǒng) 構(gòu)成，由信息獲取、預(yù)處理、特征提取、分 類器學(xué)習(xí)和分類決策等環(huán)節(jié)組成。 信息獲取利用傳感器（ sensor）將語 音或文字轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)一步將模擬量 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這就是信息獲取過程。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 23 語音與文字識(shí)別系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成 特征 提取 信息 獲取 預(yù)處 理 分類器學(xué)習(xí) 分類決策 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 24 語音通過空氣振動(dòng)產(chǎn)生的聲波，傳到話筒引起話筒內(nèi) 部簧片振動(dòng)，又轉(zhuǎn)換成電流變化，在這里話筒就是傳感 器。至于文字常用掃描器（ scanner）作傳感器，當(dāng)文 件放入掃描器中時(shí)，掃描器從上到下對(duì)文件進(jìn)行逐行 掃描，從紙面上反射的光強(qiáng)與該點(diǎn)的黑、白有關(guān)。根 據(jù)光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。 一般從傳感器輸出的是模擬量，要將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量。 預(yù)處理 從傳感器采集到的信號(hào)，往往有畸變或噪音，預(yù)處 理階段的一個(gè)主要任務(wù)是消除或削弱噪音。例如用對(duì) 同一頁紙掃描若干次，再取平均值等方法來減輕噪音 的影響。 預(yù)處理階段還包含對(duì)輸入信息進(jìn)行劃分的內(nèi)容。例 如，按字符、單詞或詞組進(jìn)行分段，以便進(jìn)一步識(shí) 別。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 25 特征提取 語音或文字輸入到計(jì)算機(jī)后，通過與機(jī)內(nèi) 已存入的標(biāo)準(zhǔn)語音或文字相比較。找出其最 相似者而實(shí)現(xiàn)識(shí)別。所以機(jī)器內(nèi)存有標(biāo)準(zhǔn)語 音庫或文字庫，統(tǒng)稱模型庫。 但識(shí)別過程并不是將輸入信號(hào)，例如某一 漢字直接與模型庫中每個(gè)漢字比較，實(shí)際上 存在機(jī)器內(nèi)的模型是根據(jù)該文字的特點(diǎn)并按 某一規(guī)律轉(zhuǎn)換成的某種代碼或向量。待識(shí)別 的輸入信號(hào)也按同一規(guī)律轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼 或向量，比較是在這種代碼或向量的基礎(chǔ)上 進(jìn)行的。在模式識(shí)別中，把這種代碼或向量 稱之為 “ 特征表示 ” 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 26 分類器學(xué)習(xí) 分類器學(xué)習(xí)是將作為標(biāo)準(zhǔn)的文字或語音送入 機(jī)器，它的方法是人們一方面用鍵盤敲入某個(gè) 字符的代碼。另一方面同時(shí)用傳感器送入它的 語音或文字，計(jì)算機(jī)將該字符的代碼及從語音 或文字抽取得到的特征表示，一起存到模型庫 內(nèi)以備樣本比較用。 文字輸入系統(tǒng)要送入不同字體或手寫體模型。 語音輸入系統(tǒng)若按使用者來分，有特定人專用 與非特定人使用兩類。特定人專用，則要讓指 定的使用人按所用詞匯逐個(gè)對(duì)機(jī)器進(jìn)行訓(xùn)練； 非特定人使用的系統(tǒng)需要選擇若干口音不同的 人對(duì)機(jī)器進(jìn)行訓(xùn)練。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 27 分類決策 分類決策是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并賦 予識(shí)別結(jié)果、此時(shí)輸入信號(hào)已轉(zhuǎn)換成特征 表示方式。有兩種分類決策方法： 1、將輸入的特征表示與模型庫中的模型 （特征表示）逐個(gè)進(jìn)行比較，找出最相似 者，輸出其類別代號(hào)。 2、根據(jù)模型庫所有模型特點(diǎn)設(shè)計(jì)出一些 決策規(guī)則并使用這些規(guī)則對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 計(jì)算，確定其類別。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 28 9.2.7 漢字識(shí)別 漢字識(shí)別主要分為脫機(jī)手寫漢字識(shí)別、聯(lián)機(jī)手寫 漢字識(shí)別和印刷體漢字識(shí)別三類，其難易程度也按上 述次序從難到易排列。 漢字識(shí)別實(shí)際上是一個(gè)模式識(shí)別問題，其困難首 先在于常用漢字的數(shù)量極大，相似字較多；其次是漢 字字形的多變性，不僅手寫體如此，即使是印刷體漢 字，不同字體（宋、仿宋、黑、楷等）、不同字號(hào) （從特大號(hào)到小七號(hào)）不同印刷方法（鉛印、激光打 印、膠印和計(jì)算機(jī)打印等）和不同印刷廠所印刷的漢 字也是不同的。由于印刷文本的輸入工作量很大，因 此迫切需要解決自動(dòng)輸入問題。目前我國已有幾個(gè)商 品化的印刷漢字識(shí)別系統(tǒng)出現(xiàn)，其識(shí)別率可達(dá)到 95 98、如要實(shí)現(xiàn)完全的印刷文本自動(dòng)輸入，還 有相當(dāng)多困難待解決。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 29 印刷漢字識(shí)別系統(tǒng)又有單一字體印刷漢 字識(shí)別系統(tǒng)和多種字體印刷漢字識(shí)別系統(tǒng)之 分。后者可以用同一字庫實(shí)現(xiàn)對(duì)宋、仿宋、 黑、楷四大字體的識(shí)別，對(duì)字形變化有一定 的適應(yīng)能力，適應(yīng)范圍較寬，是研究方向。 一個(gè)實(shí)用的印刷漢字識(shí)別系統(tǒng)，除了要有良 好的核心，即識(shí)別算法以外，還有更大量的 工作要在識(shí)別以前的 預(yù)處理模塊 和識(shí)別 之后的 預(yù)處理模塊 ” 中完成。預(yù)處理模塊 主要包括字的正確切分，人的認(rèn)字過程是將 字的切分識(shí)別和對(duì)字的理解在瞬間同時(shí)完成 的，從而保證了字符切分的正確性。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 30 而計(jì)算機(jī)是串行工作的，使字符的正確切分變得 很困難。在目前的識(shí)別系統(tǒng)中，大約有 30誤識(shí)來 自切分錯(cuò)誤。對(duì)計(jì)算機(jī)來說，識(shí)別一篇文章是逐段、 逐行、逐字地從上至下和從左到右進(jìn)行的。對(duì)于報(bào) 紙和雜志等版面較復(fù)雜的文章（即除了文字外，還 有圖或表格），則需要將一個(gè)版面分成很多塊將圖 和表格區(qū)分出來，并把文字一行一行、一字一字劃 分開來。 預(yù)處理模塊的作用是利用上下文關(guān)系對(duì)若干個(gè)尚 無完全確定的字（或詞組），識(shí)別出正確結(jié)果；同 時(shí)還要進(jìn)行類似于人工校稿的工作，諸如編排文字、 調(diào)整結(jié)構(gòu)和修改錯(cuò)誤等。 至于聯(lián)機(jī)手寫輸入（筆 輸入）指的是以手寫的形式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)交互的 手段，它除了上述各特點(diǎn)外，還具有以下功能。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 31 筆輸入由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括“ 筆 與供書寫和定位的 手寫板 、手寫板又有電 磁式和電阻式兩種。對(duì)于電磁式手寫板必須與電磁式 專用筆（有線與無線均可）相配合，而電阻式手寫板， 可以用一般的尖狀硬物作為筆。筆輸入技術(shù)采用絕對(duì) 定位技術(shù)，使得手寫板上寫入的內(nèi)容能以自然的方式 從上到下、從左到右出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上。 筆跡保留是筆輸入技術(shù)所提供的獨(dú)特功能同時(shí)能 方便地完成繪畫、作圖等功能。 手寫字符識(shí)別是筆輸入技術(shù)中的核心問題、定位 控制、筆跡保留和字符識(shí)別等功能均由軟件完成。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 32 9.2.8 語言識(shí)別 語言信息處理技術(shù)包括自動(dòng)語言識(shí)別、語言合 成、語言理解、自動(dòng)電話查詢和翻譯等，是當(dāng)今世 界上研究的一個(gè)重要方面。自從日本在 1981年提出 第五代計(jì)算機(jī)的研制計(jì)劃以后，人機(jī)語言通信越來 越受到重視盡管最終沒有取得預(yù)期結(jié)果，但產(chǎn)生了 巨大宣傳效果。 語言識(shí)別系統(tǒng)，有孤立單詞識(shí)別系統(tǒng)和連續(xù)語言 識(shí)別系統(tǒng)兩種。在語言理解系統(tǒng)中要求適應(yīng)自然語 言，自然語言的語法不很規(guī)范并帶有習(xí)慣性的無意 義的發(fā)音。語言識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)使用范圍的不同又可 分成供特定人使用的和供任意人使用的兩種。孤立 單詞和連續(xù)語言又有詞匯量大小問題，美國的某些 公司和大學(xué)，在大詞匯量語言識(shí)別方面取得了較好 的成績。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 33 80年代中期中國在漢語孤立音節(jié)識(shí)別 系統(tǒng)方面獲得迅速發(fā)展。西方語言單音節(jié) 詞很少，孤立音節(jié)識(shí)別沒用處。而漢語， 一個(gè)音節(jié)就是一個(gè)單位，至少對(duì)應(yīng)一個(gè)漢 字（因有同音字），但到目前為止，識(shí)別 率都沒超過 90，孤立詞語言識(shí)別率取決 于同匯量的大小，可達(dá) 95以上。 語言識(shí)別系統(tǒng)至今還沒有達(dá)到真正實(shí)用 水平。還有許多問題要研究。例如前面提 到過的切分問題、訓(xùn)練問題等。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 34 9.2.9 條形碼及其技術(shù) 條形碼又叫條碼。條碼的定義是由一組寬度和 反射率不同的平行相鄰的 “ 條 和 “ 空 ” ，按照預(yù) 先規(guī)定的編碼規(guī)則組合起來，用以表示一組數(shù)據(jù)的 符號(hào)。這組數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、字母或某些符號(hào)。 條碼元素用以組成條碼符號(hào)的條和空，統(tǒng)稱條 碼元素。 條與空可規(guī)定幾種不同的寬度，由若干條和空 組成一個(gè)字符。 條碼是表示數(shù)據(jù)的符號(hào)，在市場上即表示某種 商品的代號(hào)，這個(gè)符號(hào)可由機(jī)器自動(dòng)識(shí)別并送入計(jì) 算機(jī)中。在超級(jí)市場中的商品，都用條碼識(shí)別。條 碼也可應(yīng)用于倉庫管理、圖書管理等領(lǐng)域。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 35 條碼技術(shù)主要包括條碼編碼規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)、條碼譯碼技術(shù)、印刷技術(shù)、光電掃描 技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。 要閱讀條碼符號(hào)所包含的信息需要一 個(gè)掃描裝置，根據(jù)目前的印刷技術(shù)。條碼 符號(hào)最窄元素的寬度可達(dá)到 0. 15mm左 右，掃描器的分辨率應(yīng)與之對(duì)應(yīng)。在正常 工作時(shí)，掃描器與條碼符號(hào)之間要保持的 距離稱為工作距離，而允許的最大工作距 離和最小工作距離之差稱為掃描景深。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 36 掃描器將掃描得到的脈沖數(shù)字信號(hào)送到譯碼器譯 碼，按照一定的編碼規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)， 并通過數(shù)據(jù)通信接口送入計(jì)算機(jī)。通常條碼譯碼器采 用微處理器及相應(yīng)硬件來完成譯碼工作。 80年代后 期已有專用譯碼芯片上市。 掃描器和譯碼器合起 來稱為閱讀器。 一個(gè)完整的條碼符號(hào)由兩側(cè)靜區(qū)、起始字符、數(shù) 據(jù)字符、校驗(yàn)字符（可選）和終止字符組成。在印制 條碼符號(hào)時(shí)要留出靜區(qū)。在掃描條碼時(shí)要從靜區(qū)開始， 以保證閱讀效果。條碼符號(hào)的第一個(gè)字符是起始字符， 是特殊規(guī)定的條空結(jié)構(gòu)。在它后面才是真正的數(shù)據(jù)字 符。條碼符號(hào)最后一個(gè)字符是終止字符。如選用的條 碼還要求有校驗(yàn)字符，則校驗(yàn)字符位于數(shù)據(jù)字符與終 止字符之間。有的條碼符號(hào)在字符之間留有 “ 位 空 ” ，有的則不留，分別稱為離散型條碼和連續(xù)型 條碼。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 37 9.2.10 光筆、圖形板和畫筆（或游動(dòng)標(biāo)）等輸入 1 .光筆（ Light Pen）的外形與鋼筆相似，頭 部裝有一個(gè)透鏡系統(tǒng)，能把進(jìn)入的光會(huì)聚為一個(gè)光 點(diǎn)。在光筆頭部附有開關(guān)，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)進(jìn)行光的 檢測(cè)，光筆就可始取顯示器屏幕上的坐標(biāo)。光筆與 屏幕上的光標(biāo)配合，可使光標(biāo)跟蹤光筆移動(dòng)，在屏 幕上畫出圖形或修改圖形，這個(gè)過程與人用鋼筆畫 圖的過程類似，經(jīng)操作員確認(rèn)后即可存入計(jì)算機(jī)。 2.畫筆（ Stylus）為筆狀，它不是用于顯示器 屏幕，而是用于圖形板（ Tablet）。當(dāng)畫筆接觸 到圖形板上的某一位置時(shí)，畫筆在圖形板上的位置 坐標(biāo)就會(huì)自動(dòng)傳送到計(jì)算機(jī)中去，隨著筆在板上的 運(yùn)動(dòng)可以畫出圖形。圖形板和畫筆結(jié)合構(gòu)成二維坐 標(biāo)的輸入系統(tǒng)主要用于輸入工程圖等。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 38 將圖紙貼在圖形板上，畫筆沿著圖紙上的圖形移動(dòng)，讀取圖形坐標(biāo)，即可輸入工程圖。 為了提高讀圖精度，常用游動(dòng)標(biāo)（ Cursor）代 替畫筆與圖形板配合使用。游動(dòng)標(biāo)是一個(gè)手持的方 形坐標(biāo)讀出器，游動(dòng)標(biāo)上有一塊透明玻璃，玻璃上 刻有十字標(biāo)記。十字標(biāo)記的中心就是游動(dòng)標(biāo)的中心。 使用時(shí)將十字中心對(duì)準(zhǔn)圖形的坐標(biāo)點(diǎn)上，它比畫筆 讀取的坐標(biāo)更精確。 3.圖形板是一種二維的 A D變換器，因此圖形 板也稱作數(shù)字化板。坐標(biāo)量測(cè)的方法有電阻式、電 容式、電磁感應(yīng)式和超聲波式幾種。以電磁式為例， 圖形板是一塊電磁感應(yīng)板，手持的游動(dòng)標(biāo)中有一個(gè) 感應(yīng)線圈，當(dāng)線圈的中心（十字標(biāo)的中心）置于板 上某點(diǎn)時(shí)，便在該點(diǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，得到坐標(biāo)值。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 39 圖形板與畫筆（或游動(dòng)標(biāo)）配合的輸入方式，比光筆與屏幕相結(jié)合的輸入方式有許 多優(yōu)點(diǎn)。光筆不能輸入紙上的圖形信息，而 圖形板方式很容易做到。光筆和持筆的手能 擋住圖形，而且由于屏幕玻璃的厚度，光的 折射作用和人眼與光筆的視角等影響常使畫 出的圖形偏離預(yù)想的位置。而圖形板無此問 題，而且長時(shí)間使用光筆，懸空的手臂會(huì)感 到疲勞。 由于上述種種優(yōu)點(diǎn)，目前圖形板輸入方式 得到廣泛應(yīng)用，尤其是在集成電路圖、機(jī)械、 建筑圖等用圖紙輸入的系統(tǒng)中。更是如此。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 40 4.跟蹤球 其原理與機(jī)械式鼠標(biāo)器完全一樣，只是將滾球做得 大一些并放置在固定的球座里。使用時(shí)用手指轉(zhuǎn)動(dòng)球， 就可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)器一樣的功能。由于它的座子是固定不 動(dòng)的。不需要供鼠標(biāo)器滑動(dòng)的額外桌面空間，甚至可 安裝在鍵盤上，這對(duì)要求尺寸緊湊和使用空間窄小的 場合很有利，如便攜機(jī)可用這種跟蹤球。 5.操作桿 便攜機(jī)中經(jīng)常采用操作桿（ Stick）。其結(jié)構(gòu)是在 一種薄片狀底盤的上面設(shè)置一個(gè)操作桿（直徑約 5mm的小圓桿）其露在便攜機(jī)鍵盤面板上的部分只 是這個(gè)操作桿，底盤結(jié)構(gòu)也很小巧，占用很小空間。 這是鼠標(biāo)器和跟蹤球不能相比的，它通常被設(shè)置在空 格鍵下面的空余地方。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 41 使用時(shí)用手指輕壓小圓桿，顯示器上的光標(biāo)將按照?qǐng)A桿受力的方向在屏幕上移動(dòng)。一 般在底盤上設(shè)置 4個(gè)應(yīng)變規(guī)片或壓敏電阻來 感受圓桿所受的壓力。 當(dāng)按桿時(shí)應(yīng)變規(guī)片產(chǎn)生細(xì)微形變被檢測(cè)， 將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。然后將電壓信號(hào)經(jīng)模 數(shù)（ A D）變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng) 專用 IC轉(zhuǎn)換成移動(dòng)光標(biāo)信號(hào)。經(jīng)上述一系列 變換，就把按桿的壓力信號(hào)變成移動(dòng)光標(biāo)的 信號(hào)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 42 9.2.11 觸摸屏 觸摸屏就是為改善人機(jī)對(duì)話而興起的一種輸入 方式，觸摸屏已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的控制 和查詢等方面。 觸摸屏是透明的，可安裝在任何一種顯示器屏 幕的外面（表面）。使用時(shí)，展示器屏幕上根據(jù)實(shí) 際應(yīng)用的需要顯示出用戶所需控制的項(xiàng)目或查詢的 內(nèi)容（標(biāo)題），供用戶選擇。用戶只要用手指（或 其他東西）點(diǎn)一下所選擇的項(xiàng)目（或標(biāo)題），即可 由觸摸屏將此信息送到計(jì)算機(jī)中。所以顯示屏上顯 示的項(xiàng)目或標(biāo)題相當(dāng)于 偽按鍵 ” 。 實(shí)際上觸摸屏是一種定位設(shè)備，用戶通過與觸 摸屏的直接接觸，向計(jì)算機(jī)輸入的是接觸點(diǎn)的坐標(biāo) 位置，以后的工作就由程序去執(zhí)行了。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 43 觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩部分，觸摸屏控制器（卡）和觸摸檢測(cè)裝置。 觸摸屏控制卡上有微處 理器和固化的監(jiān)控程序，其主要作用是將觸摸檢 測(cè)裝置送來的觸摸信息轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給 計(jì)算機(jī)。同時(shí)它能接收計(jì)算機(jī)送來的命令，并予 以執(zhí)行。觸摸屏的控制卡及其電源可以安裝在顯 示器內(nèi)，稱為內(nèi)置式；也可放在顯示器外面，稱 為外掛式。 觸摸屏根據(jù)其所采用的技術(shù)可分成 5類：電阻 式、電容式、紅外線式、表面聲波技術(shù)和底坐式 矢量壓力測(cè)力技術(shù)。 紅外線觸摸屏的傳輸介質(zhì)是紅外線。安裝外 掛式紅外觸摸屏的方法非常簡單，只要用雙面膠 將一個(gè)框架裝在顯示器上面即可。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 44 紅外觸摸屏的電路就藏在這個(gè)框架的邊框里，觸摸屏內(nèi)的微處理器通過鍵盤接口直 接與計(jì)算機(jī)通信，不需要任何控制卡和電源。 自帶鍵盤接口的紅外觸摸屏安裝更加簡單， 不必打開機(jī)箱甚至不必關(guān)斷計(jì)算機(jī)電源，用 雙面膠固定好觸摸屏后，將插頭插入主機(jī)鍵 盤口就安裝完畢。鍵盤接口的紅外觸摸屏一 般還提供一個(gè)自動(dòng)信號(hào)切換盒以便與鍵盤共 享計(jì)算機(jī)的鍵盤接口，自動(dòng)信號(hào)切換盒內(nèi)部 是一個(gè)敏感的翹翹板式電路控制的四路雙向 模擬開關(guān)，信路切換時(shí)間只有 50us，因此 和鍵盤幾乎可以同時(shí)使用。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 45 紅外觸摸屏在屏幕四邊放置紅外發(fā)射管和紅外接收管，微處理器控制驅(qū)動(dòng)電路依次 接通紅外發(fā)射管并檢查相應(yīng)的紅外接收管， 形成橫豎交叉的紅外線陣列。例如 32X32的 紅外觸摸屏即在上下左右各有 32對(duì)紅外傳感 器，檢查完這 64對(duì)紅外傳感器大約需要 30ms時(shí)間。用戶在觸摸屏幕時(shí)手指擋住經(jīng) 過這一點(diǎn)的橫豎兩條紅外線，微處理器能在 15ms的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到這個(gè)點(diǎn)的位置并發(fā)給 計(jì)算機(jī)相應(yīng)的 X坐標(biāo)和 Y坐標(biāo)。能被感知的觸 針可以是手指或其他任何不透明或者對(duì)光散 射的透明物體。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 46 9.3 常用的輸出設(shè)備 -顯示器 輸出設(shè)備 輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果或操 作提示。可以是數(shù)據(jù)、文字、表格、圖 形、圖像或語言。 監(jiān)視器 打印機(jī) 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 47 9.3.1 顯示器概述 1. 分類： CRT、液晶、等離子 性能： 屏幕尺寸、點(diǎn)間距、對(duì)比度、 幀頻、行頻、 掃描方式、灰度等級(jí)或彩色數(shù)量。 顯示方式： 字符 /數(shù)字（ A/N)方式、 全點(diǎn)可尋址 (APA)方式 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 48 視頻放大電路 同步信號(hào) 幀掃描電路 行掃描電路 高壓 CRT 主機(jī)信號(hào) 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 49 顯示器結(jié)構(gòu)演示 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 50 9.3.2 顯示器的性能指標(biāo) 屏幕尺寸：顯示器屏幕的對(duì)角線長度， 長寬比例為 4： 3 點(diǎn)間距：顯示器屏幕上象素間的距離 顏色數(shù)：每個(gè)像素點(diǎn)可顯示的顏色數(shù)（灰度級(jí)） 對(duì)比度：圖像（字符）與背景的濃度差 幀頻：字符或圖像每秒在屏幕上出現(xiàn)的次數(shù) 行頻：單位時(shí)間內(nèi)電子束從屏幕左到右的掃描次數(shù) 掃描方式：電子束掃過熒光屏上所有像素的方式， 分隔行和逐行掃描方式 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 51 9.3.3 字符顯示器 字符顯示設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的外部設(shè) 備。 光柵掃描顯示器顯示字符的方法是以點(diǎn)陣為基 礎(chǔ)的。這種方法將字符分解成 m*n個(gè)點(diǎn)組成陣列， 將點(diǎn)陣存入由 ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中。在 CRT進(jìn) 行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出點(diǎn) 陣，按照點(diǎn)陣的 0和 1控制掃描電子束的開關(guān)，就可 以在屏幕上組成字符。 點(diǎn)陣的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符塊的 大小。字符塊指的是每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)， 也稱作字符窗口，它包括字符顯示點(diǎn)陣和字符間隔。 圖 9.5（ a） 是字符 A用點(diǎn)陣（ 7X9）表示的例子 以及它位于字符窗口中的情況， 圖 9.5（ b） 為字符 發(fā)生器的邏輯結(jié)構(gòu)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 52 7*9點(diǎn)陣 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 53 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 54 對(duì)應(yīng)于每個(gè)字符窗口，所需顯示字符的 ASCll代碼被存放在視頻存儲(chǔ)器 （ VRAM）中，對(duì)于在屏幕上能顯示 25 行 80列的顯示器，應(yīng)有 2000個(gè)單元存放 字符信息。字符發(fā)生器 ROM的高位地址 來自 VRAM的 ASCll代碼，低位地址來 自稱為光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出 RA3 RA0,它具體指向這個(gè)字形點(diǎn)陣中的某個(gè) 字節(jié)。在顯示過程中，按照 VRAM中的 ASCll碼和光柵地址計(jì)數(shù)器訪問 ROM依 次取出字形點(diǎn)陣，就可以完成一行字符的 輸出。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 55 視頻 信號(hào) 移位 寄存 器 SL 字符發(fā) 生器 (ROM) 加載 控制 水平 消隱 行間 消隱 加載 控制 CPU 控制 VRAM ASCII 代碼 1 7+2 1 80+18 1 9+5 1 25+1 RA 3 RA 0 水平同 步電路 OSC 點(diǎn)計(jì)數(shù)器 水平地址 計(jì)數(shù)器 點(diǎn)振蕩器 (16.257MHz) 光柵地址 計(jì)數(shù)器 垂直地址 計(jì)數(shù)器 水平同步信號(hào) 垂直同 步電路 垂直同步信號(hào) 定時(shí)控制電路 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 56 圖 9.6是字符顯示器的原理框圖，其中定 時(shí)控制電路的核心是點(diǎn)計(jì)數(shù)器、水平（字符） 地址計(jì)數(shù)器、光柵（線）地址計(jì)數(shù)器和垂直 （幀）地址計(jì)數(shù)器。由它們控制顯示器的逐 點(diǎn)、逐字、逐（線）行、逐屏（幀）的刷新 顯示。字符采用 7列 *9行點(diǎn)陣形式。 點(diǎn)振蕩器輸出 16.257MHZ的點(diǎn)時(shí)鐘， 用來控制字符發(fā)生器中每（線）行 9個(gè)點(diǎn) （ 7+2）依次移位輸出，其中 2點(diǎn)為空格。點(diǎn) 計(jì)數(shù)器對(duì)點(diǎn)時(shí)鐘（ 7+2）分頻；輸出的字符 時(shí)鐘是顯示控制器的定時(shí)信號(hào)，同時(shí)它也控 制移位寄存器的加載（ S端為移位控制端， L 為并行輸入控制端）。當(dāng)一個(gè)字符的 9個(gè)點(diǎn)輸 出結(jié)束以后，輸出下一個(gè)字符中同一行的 9個(gè) 點(diǎn)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 57 水平地址計(jì)數(shù)器對(duì)一行的顯示進(jìn)行控制。送出當(dāng)前要顯示的這一行字符的 VRAM地址。 每行有效顯示 80個(gè)字符。另外，當(dāng)光柵從一 行（線）的結(jié)束回到另一行開始時(shí)，在屏幕 上不應(yīng)該顯示，這一段稱為水平回掃消隱期， 它控制移位寄存器不要加載。水平消隱期占 用 18個(gè)字符時(shí)鐘的時(shí)間。這樣水平計(jì)數(shù)器分 頻為（ 80+18）。 光柵地址計(jì)數(shù)器（線計(jì)數(shù)器）對(duì)字符窗 口的高度進(jìn)行控制。因?yàn)樽址翱诘母叨?（即分頻）為 14（ 9+5），其中字符點(diǎn)陣高 度為 9，行間隔為 5個(gè)點(diǎn)陣。它控制一行字符 的行點(diǎn)陣逐行輸出，并在最后 5行進(jìn)行行間 消隱。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 58 垂直（幀）地址計(jì)數(shù)器控制一屏幕 25行字符的顯示，與水平回掃類似，當(dāng)光柵到達(dá)屏幕底部時(shí)，需 要回到屏幕頂部這一過程稱為垂直回掃，垂直回掃需 要一行的顯示時(shí)間。回掃期間同樣需要消隱，垂直消 隱命令控制移位寄存器不要加載。這樣垂直地址計(jì)數(shù) 器分頻數(shù)為（ 25+1）。 視頻存儲(chǔ)器（ VRAM）的地址由水平地址（字符） 計(jì)數(shù)器和垂直（幀）地址計(jì)數(shù)器決定， VRAM輸出的 ASCll代碼作為字符發(fā)生器 ROM的高位地址， ROM 的低位地址來自光柵（線）地址計(jì)數(shù)器。 ROM的輸 出在 L信號(hào)的控制下并行加載到移位寄存器，然后在 點(diǎn)時(shí)鐘控制下移位輸出形成視頻信號(hào)，輸出到顯示器。 顯示器在水平同步、垂直同步和視頻信號(hào)的控制下， 連續(xù)不斷地進(jìn)行屏幕刷新，就能保持穩(wěn)定而不消失的 字符圖像。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 59 字符顯示原理 地址 VRAM 字符發(fā)生器 顯示器屏幕 行 列（ ASCII碼 ） ROM 00 00 00 01 . . 00 79 . . 24 79 ASCII碼作為 ROM的高地址，光柵計(jì)數(shù)器為低地址 掃描屏幕 R E S . . . . . . . . . . . . T R編碼 E編碼 S編碼 T編碼 . . . . . . . . T點(diǎn)陣 E點(diǎn)陣 R點(diǎn)陣 . 0 0 79 24 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 60 VRAM的地址是由行計(jì)數(shù)值（高位）和字 計(jì)數(shù)值形成（低位），這兩個(gè)值也表示了其 字符在屏幕上的具體位置。 VRAM中的內(nèi)容是該位置應(yīng)該顯示字符 的 ASCII代碼。 用該代碼作為高位地址和線（光柵）計(jì)數(shù) 值作為低地址組成了字符發(fā)生器中字符成型 存儲(chǔ)器 ROM的地址。從 ROM中就可獲得該 字符的點(diǎn)陣代碼。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 61 例題： 某顯示器工作在 A/N方式下屏幕可以顯示 25行 80列字符，其字符點(diǎn)陣為 7列 9行，字符列間隔為 2，字符行間隔為 5。點(diǎn)脈沖頻率為 16.257MHZ，其 中行回掃時(shí)間相當(dāng) L 18個(gè)字符，幀回掃時(shí)間為 M 1。 求 : 1. 掃描一行象素點(diǎn)的頻率（光柵（線）計(jì)數(shù)器）？ 2. 掃描一行字符所用的頻率（水平計(jì)數(shù)器）？ 3. 掃描一幀信息所用的頻率（垂直計(jì)數(shù)器）？ 解：已知點(diǎn)時(shí)鐘頻率為 16.257MHZ. 點(diǎn)計(jì)數(shù)器的頻率 6.257MHZ/(7+2)=1.806MHZ 掃描象素行（線）的頻率 1.806MHZ/(80+18)=18.43KHZ 字符行顯示頻率 18.43KHZ/(9+5)=1.32KHZ 幀掃描頻率 1.32KHZ/(25+1)50HZ 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 62 圖形及漢字的顯示原理 (APA) 圖形的像素組合不規(guī)則，無法做圖形發(fā)生器。 而是在顯示存儲(chǔ)器中為每個(gè)像素點(diǎn)存儲(chǔ)一個(gè)影像。 根據(jù)灰度級(jí)的不同決定使用幾個(gè) bit來表示。 0 0 0 0 1 1 1 1 顯示緩沖存儲(chǔ)器 顯示器屏幕 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 63 顯示器緩存（視頻存儲(chǔ)器）容量 M與像 素總數(shù)（ 行 Nc 列 Nr）和顯示色彩數(shù) C的關(guān)系 M（字節(jié)） =（ Nc Nr LOG2 C） /8位 漢字 的顯示 通過漢字的機(jī)內(nèi)碼找到漢字點(diǎn)陣碼送 到顯示緩存的指定位置。 漢字的點(diǎn)陣碼存放在硬件 ROM中或 軟件字庫中。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 64 顯示控制適配器 是監(jiān)視器的控制電路和接口部件，可將 顯示緩沖區(qū)送出的信息轉(zhuǎn)換成視頻控制信號(hào)， 控制 CRT的顯示 組成： 顯示緩沖存儲(chǔ)器、字符發(fā)送器 ROM、 CRT控制 電路、屏幕掃描控制邏輯電路等 指標(biāo)： 分辨率（垂直點(diǎn)數(shù) *水平點(diǎn)數(shù)） 、顏色數(shù) C 、 VRAM容量與分辨率和顏色數(shù) C的關(guān)系 C=V容量（位） /（垂直點(diǎn)數(shù) *水平點(diǎn)數(shù)） 顏色屬性 N（位） =LOG2 C 顯示適配器結(jié)構(gòu)圖 BIOS ROM 系統(tǒng) 總線 接口 及 FIFO 控制寄存器 時(shí)序控制器 位 塊傳送 畫線 填域 顏色擴(kuò)充等 調(diào)色板 CLUT 256 24 R,G, B DAC VRAM接口 點(diǎn)時(shí)鐘和存儲(chǔ)器時(shí)鐘 VRAM (1,2或 4MB) 系統(tǒng)總線 至顯 示器 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 66 以上適配器是由刷新存儲(chǔ)器 VRAM、顯示控制器、 ROM BIOS三部分組成，插在 PCI總線槽（或?qū)⑵渥鲈谥靼迳希?。它一?面與系統(tǒng)總線相接，另一方面通過 15針 D型 插口與顯示器電纜連接，將水平、垂直同步 信號(hào)和 R、 G、 B三色模擬信號(hào)送至顯示器。 顯示器上邊有以 24針插頭與視頻卡連接。 VRAM 存放顯示圖案的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，其 存儲(chǔ)容量取決于設(shè)定的顯示工作方式。如設(shè) 定 VESA顯示模式中的方式碼為 118H時(shí)， 其分辨率位 1024*768，顏色深度為 24位， 則顯示一屏畫面需要如下的存儲(chǔ)器容量。 1024*768*24/8=2304KB 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 67 ROM BIOS 含有少量的固化軟件，用于支 持顯示器所需的顯示環(huán)境。 顯示控制器 它依據(jù)設(shè)定的顯示方式，反復(fù)的 讀取顯存中的圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，將它們轉(zhuǎn)換成 R、 G、 B三基色信號(hào)，并配以同步信號(hào)送至顯示器刷新屏 幕。另外還有圖形加速功能，有位、塊傳送，畫線 等如圖所示，采用的是 AVGA芯片。 在電子槍中設(shè)有一個(gè)控制柵極，用控制柵和陰 極之間的電位差來控制電子束電流的大小。當(dāng)控制 柵所加的信號(hào)為 1時(shí)，電子槍發(fā)射具有一定能量的 電子束，是屏幕上相應(yīng)位置的象素點(diǎn)發(fā)亮；當(dāng)信號(hào) 為 0時(shí)，電子槍不發(fā)射電子束，使其象點(diǎn)稱為暗點(diǎn)。 若改變所加信號(hào)的電平大小，則可控制象點(diǎn)具有不 同的灰度。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 68 彩色 CRT在其顯示頭中設(shè)有三個(gè)電子槍，分別 發(fā)射能產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三種基色的電子束。它們受 三套視頻放大電路的控制，用 R,G,B信號(hào)與亮度 信號(hào) I的不同組合可控制三束電子的強(qiáng)弱。相應(yīng)地 熒光屏上的象點(diǎn)由能發(fā)出紅、綠、藍(lán)光的小點(diǎn)組成， 當(dāng)一束（或二束、三束）電子流轟擊對(duì)應(yīng)的熒光粉 小點(diǎn)時(shí)，屏幕上的象點(diǎn)便出現(xiàn)紅、綠、蘭三基色之 一或由三基色合成的其他顏色。例如 IRGB為 0100，對(duì)應(yīng)象點(diǎn)為紅色；為 1100淡紅色； 0010 時(shí)為綠色； 0111時(shí)為白色。 IRGB能組合成 16種 顏色，加下表所示。若 IRGB分別有多位代碼信號(hào) 控制，則可合成更多的顏色。見下面介紹的調(diào)色板 技術(shù)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 69 強(qiáng)白 1 1 1 1 黃 1 1 1 0 淡紫紅 1 1 0 1 淡紅 1 1 0 0 淡青 1 0 1 1 淡綠 1 0 1 0 淡蘭 1 0 0 1 灰 1 0 0 0 白 0 1 1 1 棕 0 1 1 0 紫紅 0 1 0 1 紅 0 1 0 0 青 0 0 1 1 綠 0 0 1 0 蘭 0 0 0 1 黑 0 0 0 0 組合成的顏色 I（亮度） R（紅） G 綠） B（蘭） 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 70 調(diào)色板技術(shù) 為了節(jié)約硬件開銷在顯示卡的存儲(chǔ)器中設(shè) 置了一個(gè) 256 24位的顏色查找表 CLUT (Color Look-Up Table),如下圖所示。 圖中每一行有 24位用來選擇保存其顏色 值，由于共有 256行，故可在表中選擇保存 256種真彩色顏色值。在顯示存儲(chǔ)器中，每 個(gè)象素用 8位表示。將這 8位值作為 CLUT的 地址碼，從中讀出 24位數(shù)據(jù)送到 DAC,便可 從 16.8M種顏色中選擇合適的 256種顏色參 加顯示。只要改變 24位中得值表可改變一種 顏色。 當(dāng)象素顏色位寬在 8位以上時(shí)，一般 就不使用調(diào)色板了，顯示存儲(chǔ)器中像素的顏 色位數(shù)直接送到 DAC進(jìn)行數(shù)字量到紅 R、綠 G、蘭 B三種模擬量信號(hào)的轉(zhuǎn)換 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 71 CLUT工作原理 顯示存儲(chǔ)器 8位 /pixel 7 0 0 7 0 7 0 7 輸出級(jí) 輸出級(jí) 輸出級(jí) DAC DAC DAC CLUT 0 1 G B R 255 2 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 72 在微機(jī)中的 VGA接口中，設(shè)置了字長 為 18位的彩色調(diào)色板，從 VRAM取出的像 素信息通過調(diào)色板來選擇顯示的顏色，因 此最多可選擇 218=256K種顏色。但是每 個(gè)像素實(shí)際可供選擇的顏色數(shù)取決于每個(gè) 像素在 VRAM中所存儲(chǔ)的位數(shù)、如果每個(gè) 像素對(duì)應(yīng) 4位信息，可從 256K種顏色中選 擇 16種輸出，如果每個(gè)像素對(duì)應(yīng) 8位信息， 可以從 256K種顏色中選擇 256種輸出。彩 色調(diào)色板的輸出（ 18 位）送到彩色編碼器， 它由 3個(gè) D A轉(zhuǎn)換器組成（ 6位個(gè)），產(chǎn) 生顯示所需的三基色（紅、綠、藍(lán)）信號(hào)。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 73 顯示卡的主要技術(shù)參數(shù) 分辨率：顯示卡能夠支持的在屏幕上顯 示的最多像素?cái)?shù)。 顏色數(shù)：由顯示緩沖區(qū)中采用幾位二進(jìn) 制數(shù) )來表示決定 ,2i 常用 PC機(jī)顯示模式分辨率 CGA EGA VGA SVGA XGA SXGA 640*200 640*350 640*480 800*600 1024*768 1280*1024 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 74 9.3.4 圖形和圖像顯示 光柵掃描圖形顯示器是當(dāng)今應(yīng)用最多的顯示器。 其特點(diǎn)是把對(duì)應(yīng)于屏幕上每個(gè)像素的信息都用存儲(chǔ) 器存起來，然后按地址順序逐個(gè)地刷新顯示在屏幕 上。 這里有兩個(gè)存儲(chǔ)器，一個(gè)稱作程序段緩沖存儲(chǔ)器， 另個(gè)是幀存儲(chǔ)器。程序段緩存中存儲(chǔ)由計(jì)算機(jī)送來 的顯示文件和交互式圖形圖像操作命令，如圖形的 局部放大、平移旋轉(zhuǎn)、比例變換、圖形的檢索以及 圖像處理等，這些操作在顯示處理器中完成比在主 機(jī)中用軟件實(shí)現(xiàn)效率要高得多。在微機(jī)系統(tǒng)中主機(jī) 和 CRT設(shè)備之間的電路都放在顯示適配器的接口中。 幀存儲(chǔ)器中存放了一幀圖形的形狀信息，與屏幕 上的像素一一對(duì)應(yīng)，如果屏幕的分辨率為 1024X1024個(gè)像素，幀存就要有 1024X1024個(gè) 單元。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 75 圖 9.7 光柵掃描器的硬件結(jié)構(gòu) 主機(jī) 如果屏幕上像素的灰度為 256級(jí)，幀存每個(gè)單元 的字長就要是 8位。因此，幀存的容量直接取決于 顯示器的分辨率和灰度級(jí)。 對(duì)本例，要有 1024X1024X8bit=1 MB的幀存容 量。 顯示 處理器 程序段 緩存 幀 處理器 CR T 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 76 早期的 VGA顯示圖形適配器只起到 CPU與顯示器 之間的接口作用；如今還起到處理圖形圖像數(shù)據(jù) ， 加速顯示等作用 。 其核心部分圖形圖像加速芯片 ， 是一個(gè)固化了一定數(shù)量 、 常用基本圖形程序模塊和三 維圖形圖像處理部件的芯片 。 三維處理大體上可分 為幾何變換和色彩渲染兩種處理 ， 這兩種處理如果都 由 CPU來完成 ， 則 CPU的負(fù)擔(dān)過重 ， 而且大量位圖數(shù) 據(jù)的傳輸量很大 ， 對(duì)傳輸率要求太高；如果都由適配 器來完成 ， 則要采用三維圖形芯片和大容量顯存來完 成色彩渲染處理 ， 但顯存成本較高 。 要降低適配器成 本需要減少卡上顯存容量 ， 而將結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主存 儲(chǔ)器中 。 原有的總線難以勝任圖形數(shù)據(jù)傳送 ， Intel公 司提出了新型視頻標(biāo)準(zhǔn) AGP， 并推出了三維圖形圖 像加速芯片 。 附合 AGP標(biāo)準(zhǔn)的適配器也隨之出現(xiàn)在市 場上 。 在微機(jī)中是否具有 AGP接口卡對(duì)圖形圖像的 處理效果影響很大 。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 77 9.3.5 漢字處理技術(shù) 1、漢字編碼標(biāo)準(zhǔn) 1981年，我國的國家技術(shù)監(jiān)督局公布了國家標(biāo) 準(zhǔn) GB2312 信息交換用漢字編碼字符集 基本 集 ，收集了常用漢字 6763個(gè)，其中一級(jí)漢字 3755 個(gè)，二級(jí)漢字 3008個(gè)。在大多數(shù)情況下，這些漢字 已夠用，但遇到戶籍管理或古籍整理等這一字符集 就不夠用了。經(jīng)過世界各國標(biāo)準(zhǔn)化組織的積極參與。 1993年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）和國際電工委員 會(huì)（ IEC）公布了國際標(biāo)準(zhǔn) ISO IEC 106461，即 信息技術(shù) 通用多八位編碼字符集（ UCS）。 漢字被分配在該區(qū)的 4E00H到 9FFFH，共 20902個(gè) 位置，即 20902個(gè)漢字。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 78 （ 1） GB2312-80國標(biāo)碼 國標(biāo)碼： 我國在 1981年頒布了 通訊用漢 字字符集（基本集）及其交換碼標(biāo)準(zhǔn) GB2312-80方案，簡稱國標(biāo)碼，共 7445字， 各用兩字節(jié)表示。 各種字母、數(shù)字、符號(hào) 682個(gè) 一級(jí) 3755個(gè)漢字，按拼音排序 二級(jí) 3008個(gè)漢字，按部首排列 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 79 （ 2）區(qū)位碼：將國標(biāo)碼中的字符按其位置劃分成 94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)中 94個(gè)字符 1 .94 19區(qū) 1015區(qū)空 1655區(qū) 5687區(qū) 8894區(qū)空 區(qū)位碼是國標(biāo)碼的變形：國標(biāo)碼 =區(qū)位碼 +2020H 國標(biāo)碼、區(qū)位碼均用 4位數(shù)字進(jìn)行一個(gè)漢字編碼。 字母、數(shù)字、各種符號(hào)等 682個(gè) 一級(jí)漢字 3755個(gè) 二級(jí)漢字 3008個(gè) 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 80 2、漢字的輸入方法 漢字編碼和漢字輸入方法可歸納成音碼、 形碼和音形碼三大類。 評(píng)價(jià)漢字編碼方案的優(yōu) 劣應(yīng)該符合易學(xué)易用、操作方便、重碼少、規(guī) 則簡明、記憶量少等原則。上述的漢字編碼用 于鍵盤輸入，除此以外還有語音輸入方式、手 寫輸入方式和印刷體掃描識(shí)別輸入方式。 1) 鍵盤輸入方式 (1) 音碼輸入 音碼是以國家文字改革委員會(huì)公布的漢語拼 音方案為基礎(chǔ)進(jìn)行編碼的。但因漢字同音字多 而造成重碼很多，因此還要進(jìn)行選字，影響輸 入效率。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 81 （ 2）形碼輸入 漢字是一種音形義俱全的圖形文字，一個(gè) 字一個(gè)樣，由 38種筆畫組成 500多個(gè)部件，再 由 500多個(gè)部件組成 6萬多個(gè)漢字。但是由于漢 字結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)成漢字的部件大多數(shù)還沒有規(guī) 范化，有的漢字很難正確拆成部件，還要牢記 拆字的規(guī)則也不是一種理想的輸入方式。 （ 3）音形碼（或形音碼）輸入 先建好電腦漢字庫借助與電腦連接的筆輸 入設(shè)備（圖形板和畫筆）和軟件，可將手寫漢 字輸入電腦， 2）印刷體掃描識(shí)別輸入 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 82 3、漢字的存儲(chǔ) 漢字的存儲(chǔ)有兩個(gè)方面的含義，一種是漢字內(nèi)碼的存儲(chǔ)， 另一種是字形碼的存儲(chǔ)。字形碼也稱字模碼，目前計(jì)算機(jī)顯 示器和打印機(jī)都用點(diǎn)陣表示漢字字形代碼，它是漢字的輸出 形式。根據(jù)輸出漢字的要求不同，點(diǎn)陣的多少也不同。簡易 型漢字為 16X16點(diǎn)陣，提高型漢字為 24X24點(diǎn)陣，甚至更高。 字模點(diǎn)陣的信息量是很大的。所占存儲(chǔ)空間也很大以 16 16點(diǎn)陣為例，每個(gè)漢字就要占用 32個(gè)字節(jié)，兩級(jí)漢字大 約占用 256KB字節(jié)、因此字模點(diǎn)陣只能用來構(gòu)成字庫，而不 能用于機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。字庫中存儲(chǔ)了每個(gè)漢字的點(diǎn)陣代碼，當(dāng)顯 示輸出時(shí)才檢索字庫，輸出字模點(diǎn)陣，得到字形。為了提高 字形質(zhì)量以后開始采用矢量表示繼而采用輪廓曲線，或同時(shí) 采用矢量和曲線來表示數(shù)字和拼音字母。漢字內(nèi)碼是用于漢 字信息的存儲(chǔ)、交換、檢索等的機(jī)內(nèi)代碼，內(nèi)碼比字形點(diǎn)陣 碼占用空間少，一般用兩個(gè)字節(jié)就可以表示漢字。 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 83 15 15 8 7 0 2021/1/24 計(jì)算機(jī)組成原理 84 漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示 機(jī)內(nèi)碼是指機(jī)器內(nèi)部處理和存儲(chǔ)漢字的 一種代碼 常用的機(jī)內(nèi)碼在國標(biāo)碼基礎(chǔ)上每個(gè)字節(jié) 最高位置 1 機(jī)內(nèi)碼 =國標(biāo)碼 +8