多媒体计算机技术-2.ppt

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1、第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,多媒体计算机系统硬件环境,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,输入设备,键盘 鼠标器 手写板 磁卡设备 IC卡设备 条码设备 图像扫描仪 数字化仪 触摸屏 视频捕获卡 RFID,键盘,键盘作为计算机中最基本而且也是最重要的输入装置，在计算机的发展历史中起着很重要的作用。每一段程序、每一篇文章都是通过键盘一个字一个字的敲入电脑中的。键盘的发展过程也是经历了不断地改革、创新才一步步发展到现在的

2、。 从早期的机械式键盘到现在的电容式键盘；从83键键盘到101(102)键键盘以至于到现在的104键(或更多)的支持浏览器功能的键盘，都说明了计算机技术日新月异的发展。,鼠标器,鼠标(mouse)是随图形用户接口(GUI)普及而流行起来的一种点输入设备。 鼠标是一种串行点设备。根据制造原理和解码方式，可分为机械鼠标和光学鼠标等。鼠标的主要性能指标如下： 分辨率-衡量鼠标移动精确度的标准，分为硬件分辨率和软件分辨率。硬件分辨率反映鼠标的实际能力，而软件分辨率是通过软件来模拟出一定的效果。其单位都是DPI，现在市面上的鼠标，其分辨率一般为300DPI 400DPI。 与计算机的接口(串口、PS/2

3、口、USB口 ),手写板,使用键盘输入汉字是电脑在我国广泛普及的障碍之一，而中文手写输入设备的出现使得克服这一障碍有了希望。例如汉王笔，主要由一块手写板和一支笔组成。使用时可直接连到串口上。汉王笔可识别1300多个简繁体字、识别率达98。另外，现在还涌现了许多其它品牌的产品。,磁卡设备,磁卡是一种识别卡。通常是在一块方形材料上粘贴上一条磁条或者涂上一定面积的磁性材料，用来记录作为标识的数据信息，经过磁卡读出器可以方便地读出来，并输入到计算机进行处理。 磁卡作为一种信息记录手段，具有如下优点：所记录的内容可以修改，可靠性强、误码率低、信息识别速度快、保密性好、读出设备便宜。,IC卡设备,IC卡(

4、Integrated Circuit Card)，即集成电路卡，按功能可以分为三类：存储卡（内嵌芯片相当于普通串行E2PROM存储器，不 能 处 理 信 息 ； 只 是 简 单 的 存 储 设 备 ）、智能卡（不 仅 能 存 信 息 还 能 对 数 据 进 行 复 杂 的 运 算 ）和超级智能卡（在卡上具有MPU和存储器并装有健盘、液晶显示器和电源，有的卡上还具有指纹识别装置等 ）。 IC卡是硬件与软件技术的高度结合，它的制造技术比磁卡要复杂得多，其主要技术包含三个方面：硬件技术、软件技术和业务知识。,条码设备,指用来读取条形码信息的设备。条形码由一组宽度不同的、反射率不同的、平行相邻的条和空

5、，按照规定的编码规则组合起来，用来表示某种数据的符号，这些数据可以是数字、字母或某些符号。 从外观上看，条形码(Bar Code)是一组黑白相间的条形图案，其中黑条代表1，白条代表0。它们可以通过光来识别。当一束光扫过条形码时，只有白条会将光反射回来，反射的光用光探测器来接收，当探测器探测到反射光时就产生电脉冲，这样就把黑白条形码转换成为以二进制表示的电脉冲。,RFID,RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID是一种简单的无

6、线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。,RFID的分类,RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M960MHz、微波2.4G，5.8G RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合,RFID的基本组成部分,标签(Tag)：由耦合元件

7、及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号,RFID技术的基本工作原理,标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理,RFID技术的基本工作原理,一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签

8、(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理,RFID技术的基本工作原理,以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成 感应偶合(Inductive Coupling) 后向散射偶合(Backscatter Coupling) 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式。 阅读器根据使用的结构和技术不同

9、可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。,RFID技术的基本工作原理,图像扫描仪,扫描仪是一种图像输入设备，它可以将图像输入到计算机里。 扫描仪的主要性能指标如下： 分辨率-扫描仪对图像细节的表现能力用分辨率来衡量，分辨率通常用每英寸扫描图像上所含有的像素点的个数表示，记做dpi(dot per inch)。 灰度 色彩度- 色彩数表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围，通常用表示每个像素点上颜色的数据位数(bit)表示。 速度 幅面,数字化仪,数字化仪是专门用来读取图形信息的计算机输入设备。它可以将各种图形信息转换成相应的计算机可识别的数字信息，通过计算机加工处理变成数字图形。它是

10、计算机辅助设计(CAD)的重要设备之一。 数字化仪一般由两部分组成：感应板部分(Drawing Board)和点设备(Point Device,又称为游标或者传感器)。,触摸屏,触摸屏(Touch Screen)是一种定位设备，当用户用手指或其它设备触摸安装在计算机显示器前面的触摸屏时，所摸到的位置(以坐标形式)被触摸屏控制器检测到，并通过串行口或其它接口(如键盘)送到CPU，从而确定用户所输入的信息。 触摸屏系统一般由两部分组成：触摸屏控制卡和触摸检测装置。 触摸屏根据所用的介质以及工作原理，可分为电阻式、电容式、红外线式和声表面波式多种。,触摸屏的分类,电阻式触摸屏 触摸屏用两层高透明的导

11、电层组成触摸屏，当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后传送触摸屏控制器。 电阻式触摸屏不受尘埃、水、污物影响，性能较红外线式及表面声波式触摸屏为佳。 电容式触摸屏 触摸屏把透明的金属层涂在玻璃板上，当手指触摸在金属层上时，电容发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。,触摸屏的分类,红外线式触摸屏 在屏幕周边成对安装红外线发射器和红外线接受器，接受器接受发射器发射的红外线，形成红外线矩阵

12、。当手指按在屏幕上时，手指阻挡了红外线，这样在X、Y两个方向接受信息送给主机。由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，但分辨率较低。 表面声波式触摸屏 该屏的四角分别安装竖直或水平向超声波发射换能器及接收换能器，四边亦刻有反射条纹，发出如参照波形般的超声波信号。当手指接触屏幕，便会吸收一部分声波能量，控制器依据减弱的信号计算出触摸点的位置。 虽然表面声波的感应速度很快，仅次于电容式触摸屏，且屏上每一处能接受多次的触碰，非常耐用，但表面感应系统的感应转换器在长时间运作下，会因声能所产生的压力而受到损坏。,视频捕获卡,这种卡是将模拟视频信号转换后(捕获下来)，进行实时处理或者以文件形式存储在计

13、算机中，在Windows平台下，大多数转换卡将生成AVI文件。它有以下几个特征: 视频捕获卡是否有Overlay(叠加)功能-将计算机的VGA信号与视频信号叠加，然后把叠加后的信号在显示器上显示。用于对连续图像进行处理，产生特技效果 支持的输入视频标准、视频源和图形文件格式 与VGA卡的兼容性 视频卡是否采用了硬件压缩,四路视频采集卡,视频捕获卡,八路视频采集卡,视频捕获卡,视频输入：8 通道画质：9比特超高画质 （超过硬压缩与其他软压缩的8比特画质）总压缩方式：H.264 / MPEG-4 任选总资源：200帧/秒显示分辨率：640 X 480 、352 X 288、320 X 240录像分

14、辨率：640 X 480 、352 X 288、320 X 240压缩比：8-150M/H/C录象方式：持续录像、移动录象、报警录象回放：智能搜索，多画面回放备份：USB与网络远程备份网络协议：TCP/UDP操作系统：Windows 2000/XP,视频捕获卡,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,输出设备,CRT显示器 液晶显示器(LCD) 等离子体显示器(PDP) LCD与PDP功耗的比较 3D电视 视网膜显示屏 显示卡 绘图仪 打印机,CRT显示器,CRT(Cathode Ray Tube)是由德国人布劳

15、恩发明，因而一般也称为布劳恩管。一般称为CRT显示器的，是一种在计算机输出显示或图像信息系统中使用的电视监视器。 CRT显示器的种类是根据所使用的CRT的种类分类的, 有存储型、随机扫描型(XY型)，以及光栅扫描型(家庭用电视机就是这种方式)等,阴极射线显示器CRT的结构下图所示，荧光屏的背面涂有点状或线状的R、G、B荧光体,液晶显示器,LCD是一种低电压、低功耗器件，可直接由MOS-IC驱动，因此器件和驱动系统之间的配合较好。其优点是平面型，结构简单，其显示面也可任意加工制作。使用寿命比较长，目前已知道具有五万小时以上的寿命。 液晶显示器是在一定电压下（仅为数伏），使液晶的分子改变排列方式，

16、由于分子的再排列，使液晶及其玻璃构成的显示屏的光学性质发生变化，显示出不同颜色，也就是说液晶显示器是一种液晶利用光调制的受光型显示器件。,液晶显示器,液晶本身是不发光的，只能产生颜色的变化，需要有光源才能看到显示的内容。 传统的液晶显示器（也就是我们通常所说的LCD显示器）采用的是冷阴极荧光灯（Cold Cathode Fluorescent Tube，简称CCFT）作为背光源。它的工作原理是当高压施加于灯管的两电极后， 灯管内少数电子高速撞击电子后产生二次电子发射，开始放电，管内的水银或惰性气体在被撞击后由不稳定状态急速返回稳定状态时，会将过剩能量以紫外线 （253.7 nm） 释放出来，此

17、释放出来的紫外线由萤光粉吸收转换成可见光。,液晶显示器,虽然从技术上来说，CCFT已经相当成熟，不过CCFT背光使LCD显示器最大只能再现不到80%的NTSC信号所能传输的色彩。 同时，CCFT背光源的能量利用效率低下。在光能从背光到屏幕的传输过程中，光能量损耗情况非常严重，最终大约有6%的光能可被真正利用。 为了实现更高的亮度和对比度，厂商必须提高光源的输出功率或增加灯管数目，而这样带来的后果就是整机功耗增加。,液晶显示器,LED由数层很薄的掺杂半导体材料制成，一层带有过量的电子，另一层则缺乏电子而形成带正电的空穴，工作时电流通过，电子和空穴相互结合，多余的能量则以光辐射的形式释放出来。 通

18、过使用不同的半导体材料可以获得不同发光特性的发光二极管。目前已经投入商业使用的发放二极管可以提供红、绿、蓝、青、橙、琥珀、白等颜色。手机上使用的主要是白色LED背光，而在液晶电视上使用的LED背光光源可以是白色，也可以是红、绿、蓝三基色，在高端产品中可以用多色LED背光进一步提高色彩表现力。,液晶显示器,采用LED背光的优势在于厚度更薄，大约为5厘米，色域也非常宽广，能够达到NTSC色域的105%，黑色的光通量更是可以降低到0.05流明，进而使液晶电视对比度高达10 000:1。,液晶显示器,LED背光存在两种方式，一种是直下式，另一种是侧入式。,液晶显示器,直下式LED背光：LED发光体采用

19、点阵式布局，发光亮度均匀，画面对比度高，色彩自然，分辨率高，使用寿命较长，通过芯片能够实现独立发光单元的调节，节能效果明显。但它的缺点是机身相对稍厚，技术成本高。 侧入式LED背光：按照背光灯侧置位置来看，还分为单侧、双侧、四侧等侧入式架构。由于背光源侧置，显示器的体积特别是厚度可以大幅度缩小，因此市面上的各种超薄LED电视都属于这种类型。,液晶显示器,LCD显示器的液晶屏技术方面，日立公司于2001推出一种新型的面板技术-硬屏液晶，即IPS（In-PlaneSwitching，平面转换）技术。 传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换，MVA（富士通的一项技术）和PVA（三星公

20、司的一项技术）将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式，而IPS技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同：MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（X-Y轴）。,液晶显示器,由于IPS硬屏的分子排列方式呈水平状，当遇到外界压力时，分子结构向下稍微下陷，但是整体分子还呈水平状。,等离子体显示器,等离子体显示器又称电浆显示器，是继CRT、LCD后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。 等离子体显示技术（Plasma Display）的基本原理是这样的：显示屏上排列有上千

21、个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。,LCD与PDP功耗的比较,等离子与液晶电视各具优缺点，在功耗方面，等离子电视的动态消耗功率更低。 在高亮度的图像或全白场信号时，PDP消耗的功率比较大；但显示普通亮度的图像时，如在平均图像电平为4050%，则和LCD 消耗功率相差不大；平均图像电平为30%以下，则PDP消耗功率还低于LCD。 因PDP消耗功率随显示图像的平均图像电平(APL)的变化而变化，当APL低时，也就是画面暗时消耗功率小；而LCD不管画面明

22、暗，因背光源灯始终打开，功率消耗基本上是一样的。 例如：用同样37英寸的PDP和LCD电视机观看指环王影片时，PDP消耗电力为159W，LCD消耗电力为280W,3D显示器,3D显示器是利用人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉这个原理，把左右眼所看到的影像分离，从而令用户可体验到立体的感觉。 3D显示技术可以分为裸眼式和眼镜式两大类。,裸眼式3D,裸眼式3D是利用自动立体显示（Auto Stereoscopic）技术，即所谓的“真3D技术”，使观看者不用戴上眼镜就能观看立体影像。 这种技术利用所谓的“视差栅栏”，使两只眼睛分别接受不同的图像，来形成立体效果。 从

23、技术上来看，裸眼式3D可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）三种。,裸眼式3D,光屏障式3D技术也被称为视差屏障或视差障栅技术，它实现的方法主要是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90的垂直条纹，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。 在立体显示的模式下，显示应当由左眼看见的内容时，不透明的条纹便会遮挡右眼；同理，显示应当由右眼看见的画面时，便会遮挡左眼，通过将观看者的左眼与右眼的画面分开，来达到立体显示的效果。,光屏障式3D技术原理

24、图,裸眼式3D,柱状透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。不过像素间的间隙也会被放大，因此不能简单地叠加子像素。 柱状透镜技术相对于光屏障式显示技术来说，在亮度上，不会造成损失，从而，观看者可以通过这种技术，享受到真正的高亮度的3D内容。不过，由于在原理上与光屏障式大同小异，所以，在显示时，仍然会损失掉很大部分的分辨率，观看者仍然不能够享受到高清的3D显示效果。,柱状透镜技术原理图,裸眼式3D,指向光

25、源3D技术实现的方法是通过搭配两组LED，配合快速反应的LCD面板和驱动方法，让3D内容以排序方式进入观看者的左右眼，由于互换影像产生视差，进而让人眼感受到3D三维效果。 这种技术相对于前面两种技术来说，具有很大的优势，在3D显示的亮度和分辨率上都能够得到保障。通过这种技术，人们能够真正的享受到真正的高清3D体验。而且这一种3D技术还能够应用在移动掌上设备上，通过手机，MP4等，就能够享受到真正的3D效果。,指向光源裸眼3D技术原理,视网膜显示屏,美国苹果公司推出其iPhone4时，将其配备的显示屏，称为视网膜显示屏（Retina Display），强调像素精细到了人眼无法分辨的程度。本质上，

26、这是一个由 LED 背光驱动的像素密度为 326 PPI（Pixel Per Inch）的IPS液晶显示器（分辨率960640），在这样的显示屏中，每一个像素仅占78微米大小。人眼所能分辨率最高PPI（Pixel Per Inch）为300(PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像)。 当然，显示的密度越高，拟真度就越高；这意味着iPhone4屏幕的细腻程度已经超过了人眼的分辨范围，这也是苹果公司将其称作“Retina Display”的原因。,视网膜显示屏,显示卡,显示卡的主要作用是对图形函数进行加速。 当用户使用Windows操作系统后，CPU已经无法对众多的图形函数进行处理，

27、而最根本的解决方法就是图形加速卡。图形加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，这些都是专门用来执行图形加速任务，因此就可以大大减少CPU所必须处理的图形函数 作为显示卡的重要组成部分，显存也一直随着加速芯片的发展而逐步改变着。,The Elsa Gladiac显示卡,RAMDAC: 350 MHz 显存: 32MB 或 64MB DDR RAM - 333MHz. DDR 总线系统: AGP 2x/4x 可选视频模式: 1x Video-In & 1x Video-Out BIOS: VESA BIOS 3.0 support 支持的API: DirectX 6, DirectX 7, Open

28、GL 内核速率/显存速率: 200MHz/166MHz 配套的驱动软件完美支持Windows 95 & 98, Windows 2000, Windows NT 4.0,绘图仪,绘图仪是一种用于图形硬拷贝的输出设备。分为台式和滚筒式两种。台式绘图仪幅面受平台尺寸限制，但对图纸没有特别要求，其绘图精度高，所以使用较广泛。滚筒式绘图仪幅面可以较大，只受滚筒长度限制。,mp5300-a3 幅面绘图仪,HP DesignJet 450C 彩色绘图仪,打印机,打印机是一种最传统的标准计算机输出设备。目前市场上的打印机主要分为击打式和非击打式两大类。其中，击打式以点阵针击式打印机(Dot Matrix P

29、rinter)为主，非击打式以激光打印机(Laser Jets Printer)和喷墨式打印机(Ink Jets Printer)为主。,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,思考题,通信设备,调制解调器 网卡,调制解调器,调制解调器的英文是Modem(Module与Demodule的缩写)，其作用是利用模拟信号传输线路传输数字信号。 传统MODEM是使用电话线传输的，但它只使用了04KHZ的低频段,ADSL,电话铜线理论上可以有2M的带宽，ADSL正是利用了26KHZ以后的高频段才提供如此高的速度。 ADSL

30、在调制方式上采用离散多音复用技术（DMT），在DMT技术中，一对铜线上04Khz用来传输电话音频，用26Khz1.1Mhz频段传数据,并把它以4Khz的宽度划分为25个上行子通道和249个下行子通道，输入的数据经过TCM编码及QAM调制后，送往子信道，所以理论上上行速率可达1.5Mbps, 下行速率可达14.9Mbps,考虑到干扰等情况，实际上传输速率一般为上行640Kbps,下行8Mbps.,ADSL频率分配,50 kHz - 1 MHz 用于下行 4 kHz - 50 kHz 用于上行 0 kHz - 4 kHz 用于普通电话,网卡,网卡是局域网中最基本的部件之一，又称为网络卡或网络接口卡

31、，英文简称NIC(Network Interface Card)。它的主要工作原理为整理计算机上发往网线上的数据并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。当然它还负责网线上传过来的数据。 网卡按其传输速度来分可分为10M网卡、10/100M自适应网卡以及千兆(1000M)网卡。 按主板上的总线类型来分，又可分为ISA、VESA、EISA、PCI等接口类型。,便携机用网卡,普通计算机用网卡,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,思考题,存储设备,对多媒体终端来说，存储设备的发展趋势是更大容量和更高速 作

32、为多媒体计算机的一个重要标志的光盘已经成为目前不可缺少的存储媒质。,存储设备,硬盘生产商通过一种称为反铁磁耦合介质（AFC）的硬盘涂层，使每个硬盘盘片上能够存放更多的数据。这种硬盘涂层中使用了被IBM称之为“仙尘”的钌元素。 现在的大多数硬盘的存储密度为每平方英寸20GB，AFC硬盘的存储密度最终将能够达到这一数字的5倍。这就意味着，一块400GB的硬盘与普通80GB的硬盘体积大致相当。,存储设备,在硬盘容量不断扩大的同时，半导体存储技术也在不断地推陈出新。 半导体存储技术的典型应用之一就是固态硬盘的出现。通常固态硬盘是指以NAND作为存储介质的SSD(Solid State Disk/Dri

33、ve)，可以应用在台式机、笔记本、移动设备、游戏机等硬件上，加速启动、性能，同时降低功耗。 固态硬盘是由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。,SSD固态硬盘的优点,速度快。根据相关测试，在同样配置的笔记本电脑下，运行大型图像处理软件时能明显感觉到SSD固态硬盘无论在保存还是在打开文件时都比传统硬盘更快。 耐用防震 无噪音 重量轻,存储设备,存储器主要以速度、功耗、价格、循环寿命和非易失性等指标衡量其水平。已有的多种半导体存储技术虽然已经可以满足一系列的应用，但随着信息技术发展，对存储技术提出了更高的要求。 如果有一种存储技术能与硅基半导体工

34、艺兼容，具有DRAM的高容量低成本、SRAM的高速度、Flash的数据非易失性、可靠性高、操作电压小、功耗将低是最理想的，而相变存储器是可以实现这一理想的存储技术。,相变存储器,相变存储器是一种新型的半导体存储技术，是加工到纳米尺寸的可逆相变材料，利用材料晶态时的低阻与非晶态时的高阻特性来实现存储的一种技术。由于低阻与高阻之间可以差67个数量级，在每个单元可以保持多个电阻状态，因此可实现多级存储功能。 与普通的Flash芯片相比，相变存储器内存的数据写入时间仅为0.002s，写入时的耗电量也不足Flash芯片的1/2。相变存储器广泛应用于移动电话、数码相机、MP3播放器、工业设备、移动存储卡以

35、及其他手持设备等民用微电子领域，在航空航天、导弹系统等军用领域具有重要的应用前景。,存储技术,NAS SAN DAS IP存储 光存储 虚拟存储 云存储,NAS,数据存储市场的发展，使得以服务器为中心的数据存储模式逐渐向以数据为中心的数据存储模式转化。 NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）被定义为一种特殊的专用数据存储服务器，内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。NAS设备完全以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而有效释放带宽，大大提高了网络整体性能，也可有效降低总拥有成本，保护用户投资。,NAS,2001年11月29日 戴尔公司推出

36、两款新的PowerVault(tm) 网络附加存储（NAS）服务器，其设计旨在协助客户直接在网络上迅速、方便地添加、合并及管理存储设备，并且不必考虑操作系统的不同。,SAN,SAN（Storage Area Network，存储局域网）可以定义为以数据存储为中心，采用可伸缩的网络拓扑结构，通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式，提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。,SAN,存储局域网拓扑结构,DAS,采用DAS（Direct-Attached Storage，直接附加存储）存储方案的服务器结构如同PC架构，外部数据存储设备采用SC

37、SI技术或者FC技术、直接挂接在内部总线上的方式，数据存储是整个服务器结构的一部分。,IP存储,IP存储就是使用IP把服务器与存储设备连接起来的技术。 现在主流的IP存储技术的标准很多，使用最多的是iSCSI，是由IETF制定的标准。 这种技术继承了传统的技术，如沿用SCSI技术、TCP/IP协议，在IP栈的一个层面上传送本机SCSI。iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速以太网上进行路由选择。iSCSI使企业网络在接入WAN时能够在任何位置传输、存储SCSI命令及数据。,虚拟存储,虚拟存储就是把物理上相互独立的存储模块用软、硬件集中起来管理，形成逻辑上的存储单元，

38、从而使主机得以访问。 虚拟存储分为对称式和非对称式两种。前者指虚拟存储设备与存储管理软件系统及交换设备集成为一个整体，后者指虚拟存储设备独立于数据传输路径之外。,NAS vs. SAN,存储局域网络（SAN） SAN是一个私用的、高速网络，置于局域网络之外。SAN不影响正常的网络信道，所以非常适用于大量数据流动。但是SAN成本很高，不宜将大量的系统与存储设备相连，同时由于厂商设备标准不统一，所以管理起来非常困难。 网络附加存储（NAS） NAS服务器直接与公司骨干网联结，安装简易，成本不高，但影响网络速度。NAS服务器运行的操作系统是专为网络文件访问优化的专用系统。虽然NAS很快为企业和互联网

39、应用所接受，但NAS缺乏高端数据中心应用所需要的性能和服务质量保证。,云存储,云存储是在云计算(cloud computing)概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。 当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存

40、储设备 USB设备 数字摄像设备,USB设备,概述 USB的硬件结构 USB的软件结构 USB的数据流传输 USB的应用 USB规范和产品,概述,USB（Universal Serial Bus）即通用串行总线，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和Northern Telecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。 USB接口的主要特点是：即插即用、可热插拔并具有自动配置能力，用户只要简单地将外设连接到USB总线中，PC就能自动识别和配置USB设备，而且带宽更大，增加外设

41、时无需在PC内添加接口卡，多个USB集线器可相互传送数据，使PC可以用全新的方式控制外设。,USB连接线,PC机背板USB接口,USB鼠标,USB的硬件结构,USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Downstream）设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mbps的传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mbps的传输速率来传输数据。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。 USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host）、集线器（Hub）和功能设备。,USB的软件结构,USB总线接口 USB系统 主控制器

42、驱动程序（HCD） USB设备类驱动程序(USBD) USB设备驱动程序 USB系统促进客户和功能间的数据传输，并作为USB设备的规范接口的一个控制点。USB系统提供缓冲区管理能力并允许数据传输同步于客户和功能的需求。 USB客户软件,USB的数据流传输,主控制器负责主机和USB设备间数据流的传输。 USB支持四种基本的数据传输模式：控制传输、等时传输、中断传输及数据块传输。 控制传输：外设与主机之间各种控制、状态、配置等信息的传输 等时传输：周期性、时延和带宽有限、数传率不变的外设与主机间的数据传输 中断传输：数据量小、无周期性、对响应时间敏感的外设与主机间的数据传输 数据块传输：数据量很大

43、的外设与主机间的数据传输,USB的应用,让计算机支持USB 安装USB连接卡 让Windows系统支持USB 安装USB驱动程序 让计算机连接更多的USB设备 安装USB集线器,USB规范,按数据传输速度，USB可分为12MB/s和1.5MB/s两种规范。这两种规范除紧接外设和所用电缆不同外，其它均相同 。 结点个数：127 结点间距离：5米 连接器：4针（信号：2针 电源：2针） 12Mb/s的连接对象：电话机、交换机、扬声器、扫描仪、打印机等。 1.5Mb/s的连接对象：键盘、鼠标、调制解调器、操纵杆、指示笔等。 USB 2.0规范，其速度可达480Mbs，结点间距离可达近百米。,USB设

44、备,满足USB要求的外设有调制解调器、键盘、鼠标、光驱、游戏手柄、软驱、扫描仪、音箱等。 USB产品中应用最广泛的当属U盘。U盘即USB盘的简称，是闪存的一种，因此也叫闪存盘，是移动存储设备之一。其最大的特点就是：小巧便与携带、存储容量大、价格便宜。一般的U盘容量有64M、128M、256M、512M、1G、2G、4G等。,USB设备,闪存盘是一种移动存储产品，可用于存储任何格式数据文件并便于随身携带。和其他任何存储行业一样，增大存储密度、缩小体积占用、提高读写速度是闪存技术进化的指导方向，而数码行业的激烈竞争和高速更新要求闪存业进行同步的变革。,USB设备,闪存一般分为NOR型与NAND型两

45、种，二者的区别很大。NOR型更像内存，有独立的地址线和数据线，所以读写速度很快，数据储存安全可靠，嵌入式系统、应用软件可以在上面直接运行，但它的存储容量相对较小，主要应用于手机、掌上电脑、无线通讯、网络通讯、数字机顶盒以及其他数字家电产品中 NAND型闪存的特点是存储容量比较大，但速度较慢、容易出错，故而难以满足装载关键软件的要求，只能用于各类数据的常规存储。数码相机、MP3播放器使用的闪存卡和作为移动存储设备的U盘所使用的便都是NAND型闪存。,USB设备,提升工艺的代价高得惊人，从0.13微米到0.11微米、到90纳米、再到60纳米，每一步工艺转换都需要花费数十亿美元的巨额资金，即便是实力

46、雄厚的半导体业巨头也都难以承受，制造出的高容量显存价格也是居高不下。 基于此，有公司提出了向空间扩展的三维存储技术，而新提出的三维存储芯片则是一套低成本、高收益的方案，采用这项技术，无需升级工艺就能够轻易实现超大容量，其关键就在于三维存储的多层电路机制。,第二讲 多媒体计算机系统的组成,概述 常用的I/O设备 输入设备 输出设备 通信设备 存储设备 USB设备 数字摄像设备,数字摄像设备,CCD和CMOS 数字摄像头 数码相机 数字摄像机,CCD和CMOS,CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semi

47、conductor，金属氧化物半导体元件）都基于硅产品，制造时使用的设备也非常相似，但由于工序和设计结构不同，这两种传感器在功能和性能上存在着很大的不同。,数码单反相机,数码单反相机（Digital Single Lens Reflex，DSLR），是指单镜头反光数码相机，它的感光器件是CCD或CMOS。 在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，反射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，可以在观景窗中看到外面的景物。与此相对的，一般数码相机只能通过LCD屏或者电子取景器看到所拍摄的影像。 在单反系统中，反光镜和棱镜的独到设计使得摄影者可以从取景器中直接观察到通过镜头的影像。单镜头反光照相机的构造图中可以看到，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。其工作原理如图2.7所示。,数码单反相机,思考题,1.触摸屏分为几类？简述常见的触摸屏的工作原理。 2.什么是视频捕获卡，它的主要作用是什么？ 3.比较CRT显示器、液晶显示器和等离子显示器各自的特点，并根据你对显示器市场的了解，对显示器的发展趋势做一简单的分析。 4.简述USB设备的软硬件结构。 5.有上网条件的读者，请上网或通过其它途径查阅有关CPU方面的资料，写出一个有关CPU发展的综述。,