图形系统的图形硬件设备
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发布时间：2022-04-25 01:31
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时间：2023-10-19 16:43
一、显示设备
显示设备是最终产生图形显示效果的部件，已有多种类型和技术的显示设备出现，但占统治地位的仍是阴极射线管（CRT）。
1、CRT
（1）单色CRT
原理：利用电场产生高速的聚焦电子束，偏转到屏幕表面的不同部位，以产生可见图形。
组成：电子*、偏转系统和荧光屏。
电子*：电流通过灯丝产生热量，即对阴极加热而发出电子束，在聚焦极上加一定的正电压，使之聚焦成电子束，再由加速极（可能是多个）加上正电压对电子束加速，使之有足够的能量射向荧光屏；靠近阴极有一控制极，加上负电压后可控制电子束的强弱，也可截止电子束。
偏转系统：可用静电场或磁场控制偏转（多数使用磁偏转系统）。
使用静电场时，垂直和水平两套平板放在阴极射线管的管颈内部。
磁偏转系统是外部偏转系统，它有两个线圈绕在管颈上，当电子束通过线圈时，一个线圈的磁场使电子束产生水平偏转，另一使之产生垂直偏转。
偏转系统最重要的特性是灵敏度，它反映了偏转信号所能产生的偏转角度的大小。
荧光屏：荧光屏上涂有荧光粉，电子束轰击荧光层某点产生荧光亮点，当电子束离开该点后，其亮度值随时间按指数规律衰减。余辉时间就是指光亮值衰减到初始值的1/10所需的时间。用于图形设备的荧光物质的余辉时间一般是几十到几百毫秒。为得到稳定、不闪烁的画面，需不断进行刷新。
单色CRT显示图像的质量取决于：设备固有的单个光点直径的大小以及“可寻址能力”。可寻址能力可以理解为单位长度内能够利用的单个光点的数目。通常希望点的直径大于点间距。一个CRT在水平或垂直方向上能够识别出的最大光点数称为分辩率。
(2)彩色CRT
产生彩色显示的基本方法有两种：射线穿透法、影孔板法。
射线穿透法：用于随机扫描显示器中，它是在屏幕上涂有两层荧光粉（红和绿），显示的颜色取决于射线穿透荧光层的深浅：低速电子只能激励外层红粉、中速电子可以激励绿粉和红粉产生两种附加颜色：橙和黄、高速的电子可以穿透红色层而激励绿色粉。这是一种廉价的方法，但图形质量较低。
影孔板法：广泛用于光栅扫描系统，这种CRT屏幕内部涂有很多组呈三角形的荧光粉，每一组有三个荧光点，当某组荧光粉被激励时，分别发出三原色。与之对应的三个电子*。屏幕后面有影孔板栅网，上面有很多小孔，与屏幕上的三元组对应，三束电子聚焦成一组射线，穿过小孔，激活屏幕上的一个三元组，出现色点，通过控制电子束的强弱，就可使激发出来的三原色混合成很宽的色彩等级。影孔板的径距对CRT的分辨率影响较大，径距小，图形质量好，但成本高难度大。
（3）直视型存储管DVST
这种存储管的写电子*与普通的CRT没有区别，但电子束不是直接写在荧光屏上，而是写在荧光屏前的存储栅上，这是一个很细的金属网，上面有介质，由写电子*射出的高能电子束将栅网上的介质的电子轰击出来，栅网上被轰击的地方呈正电荷，即形成正电荷轨迹。第二电子*（读出电子*）发出的低能电子向收集极流去，收集极使这些电子均匀散开，流向存储栅，存储栅上呈正电荷的地方吸引电子，使之通过轰击荧光屏而发光，其它位置不通过电子，即存储栅起存储图形和控制电子通过的作用。优点：价格低、不需高刷新；缺点：不能做选择性修改。
2、其它类型显示器件
A、等离子板显示器
优点：重量轻、不需要刷新缓存；缺点：分辨率低、价格高。
B、液晶显示器件LCD
优点：低价、重量轻、尺寸小且耗低；缺点：被动显示。
C、电子发光显示器
优点：亮度高、通断迅速；缺点：价格高、功耗大。
3、随机扫描显示器
显示的图形由计算机加工成显示器的显示指令，即显示档案或显示文件，显示指令经接口电路送到显示器的缓冲存储器，固定存储器中存放常用字符、数字等显示指令。图形控制器取出缓存或固定存储器中的显示指令，依次执行。显示指令中的亮度、位移量等数字信息经线产生器化为控制电子束偏转和明暗的物理量，即电压和电流。再由管头控制电路使电子束以所需亮度偏转到所需的位置。并不断进行刷新，使之稳定显示。由于电子束的定位及偏转具有随机性，故称随机扫描。
优点：分辨率高、对比明显、软件丰富；缺点：价格贵。
4、光栅扫描显示器
光栅扫描CRT的屏幕可分为m行扫描线，每行分为n个小点，每个小点称为象素，每个象素都对应帧缓冲存储器中的若干位，黑白图象只需一位；若每个象素用i位表示其灰度，则可产生2i级灰度或颜色。即光栅扫描显示器的帧缓存中，存放的不是显示指令，而是对应象素的亮度或色彩信息，这种信息称为位图。
计算机将要显示的图形、图象转化为位图，经接口电路送入帧缓存，图形控制器控制电子束按照固定的扫描线和扫描顺序，按从帧缓存中读出象素值对整个屏幕进行扫描。扫描完成后，显示控制器向计算机申请中断，使计算机能利用帧回扫的时间修改帧缓存中的内容，以实现画面的修改。
要得到稳定的画面，需进行刷新；需高速大容量存储器；扫描分为隔行、逐行。
光栅扫描显示器的优点：线、面图形，图感真实；价格低；缺点：转换费时、软件复杂。
5、显示处理机(DPU)
图形系统中，为减轻主机负担，一般除CPU外，还有一个专用的显示处理机(DPU)，用来与CPU交互和控制显示设备的操作。
（1）随机扫描系统的DPU
随机扫描系统的DPU差别很大，复杂度各有不同。
这种DPU可以设有缓存，也可不设（借助主存），不设缓存时，由主机CPU运行程序，形成DPU的显示文件，并由主机CPU把显示文件的起始地址送入DPU的指令计数器。DPU按这个起始地址从内存中依次读出显示指令，并送入指令寄存器，然后对操作码译码，在控制逻辑的参与下执行指令，这种DPU较简单。而具有缓存的则较复杂，功能也较强。
（2）光栅扫描系统的DPU
简单的光栅扫描系统是由CPU先计算出每个象素点坐标所对应的帧缓存地址，并赋以亮度或颜色值，但功能弱、效率低。具有DPU的光栅扫描系统可以克服上述缺陷。
这种DPU专门用来将输出图素扫描转换成象素位图，同时执行一些如象素或象素块的移位、拷贝、修改等光栅操作。具有DPU的光栅扫描系统有三个存储器：系统存储器、显示处理机存储器、帧缓冲存储器。
简单的DPU只执行某些有可能实现的与图形有关的操作；而较强的则可以实现裁剪、窗口视图变换，还有与拾取有关的逻辑及反馈等交互操作。有的DPU还具有显示表存储器按段存放显示指令，通过这些段可进行变换重画等操作。
（3）DPU的发展阶段
第一代单片图形处理器：1984年日立公司的HD-63484;1986年德克萨斯公司的TMS34010；Intel公司的82786。
第二代单片图形处理器：日本电气公司的72120;1988年德克萨斯公司的TMS34020；日立公司的GDP。
多片图形处理器：AMD公司的9560四象点数据流管理器;美国国家半导体公司的高级图形芯片组（ADCS）。
通用微处理器用作图形处理器：福兰第公司VARS。
流水线多处理器结构的图形机：每个高级图示命令都需要经过逐步进行几何变换的过程，最后才形成位图形式的输出。典型的流水线结构包括三个的处理器：显示表或命令处理器、几何处理器以及显示控制器或显示处理器，实际比三个要细得多。其性能要比单片图形处理器高得多，德克萨斯仪器公司的88XX。
阵列结构的图示系统：因莫斯公司的T800。
二、硬拷贝设备
1、点阵式打印机
2、笔式绘图仪
3、静电绘图仪
4、激光打印机
5、喷墨绘图仪
6、热转换打印机
7、摄象机
三、输入设备
图形输入设备可将用户的图形数据及各种命令等转换为电信号，并传递给计算机。从逻辑上看，可分为六种功能，即定位、笔划、送值、选择、拾取及字符串，也称六种逻辑设备。所谓逻辑设备，是指按逻辑功能定义的设备，并非具体的物理设备，实际的物理设备往往是某些逻辑设备的组合。
1、定位器：用于指示一个位置，其输入量是x,y。常见的定位器有：坐标数字化仪、图形输入板、鼠标器、跟踪球、操纵杆、接触控制板、声学输入板等。
2、拾取器：用于拾取显示屏上的一个形体、图组或图素。典型的拾取器有光笔、图形输入板。
3、定值器：是提供标量值的物理设备。
4、键盘：用来输入字符或字符串等。
5、按键：用于从一组动作或功能中作出选择，如已编程的功能键盘。
6、其它设备：如语音识别器等。
