第一篇：計算機組成原理課程設計論文

摘 要

摘要

顯示器作為計算機重要的輸出部件和人機交流的窗戶，是一臺電腦必不可少的部分，其重要性是不言而喻的。我們打開電腦，從開機的字符提示到開機后的圖形化界面以及瀏覽圖片觀賞電影都是根據顯示器的輸出獲得信息。

顯示器隨著電子技術的發展有著驚天的變化，特別是最近10余年的科技進步產生了大量各式各樣的顯示設備。目前常見顯示器有陰極射線管CRT(Cathode Ray Tube)，發光二極管LED（Lighting Emitting Diode）和等離子顯示器PDP（Plasma Display Panel）液晶顯示器LCD（Liquid Crystal Display）,電化學反應顯示等。它們有各自的特點，應用在各種不同的場合。

顯示器顯示方式和顯示模式：就屏幕顯示畫面的點組織方式而言，顯示方式有兩種，即字符數字方式（Alphabet/Number，A/N）和全點尋址圖形方式（All Point Addressable，APA）。顯示模式主要是指一屏能顯示的點數和顏色數（包括一屏能顯示的字符數）。常用的顯示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA（即TVGA）等等。典型的 IBM指標是：CGA為320×200和8色，EGA為640×350和16色，VGA為640×480，SVGA為800×600、1024×768、1280×1024和1600×1200等。目前的顯示都采用VGA以上的顯示模式，它們的同屏彩色數可在16、256、16K、32K、64K、16M（所謂真彩色）直到4G中選擇。很多人對于顯示器的直觀認識一般會產生對顯示原理的疑惑。就如將在后面詳細展示一樣，其實質是在顯存中存放一幀待顯示字符的ASCII碼，顯示時通過查詢相應字符在字符庫中的點陣信息來確定屏幕上點的亮暗來得到顯示結果。這實質是A/N顯示方式的原理。為了適應技術的發展，加深對相關技術的理解本文就顯示器的一些相關知識作詳細的論述。

本文從結構上分成兩大部分：

Ⅰ

摘 要

第一部分： 顯示設備及其原理作詳細的介紹。了解各種顯示設

備以及顯示技術的相關術語，介紹了字符和圖形兩種顯示方式，并在這兩種顯示方式的對比中讓大家對顯示器有更深的理解和認識。在屏幕的組織形式的基礎上，細致的說明了屏幕顯示和顯示緩存之間的對應關系，并結合兩種顯示方式進行了較為。最后結合屏幕的顯示，展示了顯示器內部各級計數器之間的對應關系。第二部分： 為了加深直觀認識，本文特地使用FLASH實現A/N顯示方式的演示動畫，以期對讀者深刻的展示理論的實現。本章主要討論了A/N顯示方式演示動畫的FLASH實現。其中涉及到的要點有組件的動畫效果實現，字符矩陣動畫的實現思路，并梳理了A/N顯示方式的邏輯流程。為了完善動畫演示過程，我們還在FLASH中加入了對播放的控制，以及一些簡單的腳本編寫。相信對讀者理解顯示原理有一些直觀的幫助。希望本文對廣大讀者有所幫助。如有不當之處希望讀者指出以便更正。

關鍵字：顯示器 顯示方式 字符 ASCII碼 點陣

Ⅱ

Abstract

Abstract The monitor is a computer display output window and man-machine communication.Is an essential part of a computer and Its importance is self-evident.We turn on the computer,the character tips when booting,graphical interface, and viewing pictures, watching the film are based on access to the information display output.The development of electronic technology has shaking changes, particularly in the last 10 years produced a large number of scientific and technological progress in a variety of display devices.Currently there are common cathode ray tube monitors CRT(Cathode Ray Tube), light emitting diode LED(Lighting Emitting Diode)and plasma display PDP(Plasma Display Panel)liquid crystal display LCD(Liquid Crystal Display), the electrochemical reaction display.They have their own characteristics, used in a variety of occasions

Display mode Point on the screen display in terms of organization, There are two display modes :Alphabet/Number，A/N, All Point Addressable，APA.Display mode mainly refers to the nunber of points a screen can display

and number of colors（Including a screen showing the number of characters）Common display mode: CGA、EGA、VGA

and SVGA（namely TVGA）The IBM targets are CGA 320×200 ,8 colors，EGA 640×350,16 colors，VGA 640×480，SVGA 800×600、1024×768、1280×1024 and 1600×1200.The current display modes are generally beyond VGA.Their number of colors in one screen can be 16、256、16K、32K、64K、16M upto 4G if the vram is large enough(The so-called true color)Many people have an intuitive understanding of the theory on display the general principle.As will be detailed later in the same show, and its essence is stored in a memory to be displayed in the ASCII character code, displayed by querying the corresponding character in the character library of information to determine the lattice points on the screen to be bright and dark displayed.This is essentially A / N

Ⅲ

Abstract display principle.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.The characters will be introduced and the principle will be demonstrated.As will be later detailed representation ,the essence is in video memory storing an ASCII code of the characters to be displayed, is displayed by querying the corresponding characters in dot matrix characters in the information library to determine the points of the screen to be bright or dark displayed.In order to adapt to technological development, deepen the understanding of related technologies on display some of this knowledge for detail.Part I: Principles of display devices and a detailed description.Understanding of various display devices and display technologies related terms, describes the character and graphic display, and in contrast to the two displayed in so that we can display a deeper understanding and awareness.The organizational form of the screen based on the detailed description of the screen and display the correspondence between the cache and display were combined with two more.Finally, the screen display, internal display shows the correspondence between the counter at all levels.Part II: In order to enhance intuitive understanding, this article specifically to achieve using FLASH A / N display demo, to show the reader a profound realization of the theory.This chapter discusses the A / N display FLASH Animation of realization.Which involves the main points of the components to achieve animation, character animation realization matrix idea, and sort out the A / N display logic process.In order to improve the animation process, we also added a FLASH on the play control, and some simple scripting.I believe the reader understand the principles shown to help some intuitive Hope this article helps you much.Please point out irregularities in order to correct.Keywords: Monitor Display mode Character ASCII code Dot matrix

Ⅳ

目 錄

目 錄

目 錄...............................................................................................................................5 第一章 題目來源............................................................................................................6 1.1 題目背景.................................................................................................................6 1.2 實現方式及可行性...................................................................................................7 1.3 課程設計效果..........................................................................................................7 第二章 開發環境.............................................................................................................8 2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序.....................................................................8 2.2 Adobe Flash CS4 Professional與之前版本對比及其新功能..................................8 第三章 顯示器設備........................................................................................................11 3.1 概述......................................................................................................................11 3.2 顯示技術中的相關術語..........................................................................................12 3.3 顯示方式和顯示規格.............................................................................................14 3.4 光柵掃描成像原理.................................................................................................15 3.5 屏幕顯示與顯示緩存間的對應關系........................................................................20 3.6 本章小結.................................................................................................................24 第四章 開發流程...........................................................................................................25 4.1 圖形組件繪制........................................................................................................25 4.2 箭頭的繪制及動態效果實現...................................................................................26 4.3 字符矩陣的繪制及掃描動畫實現方法.....................................................................27 4.4 A/N顯示方式流程及其動態描述............................................................................28 4.5 時序控制與優化....................................................................................................28 4.6 播放控制...............................................................................................................29 4.7 美化及校驗...........................................................................................................30 4.8 本章小結...............................................................................................................31 第五章 總結與改進........................................................................................................32 5.1 總結......................................................................................................................32

Ⅴ

題目來源

第一章 題目來源

1.1 題目背景

輸入輸出設備是計算機系統與人或其他設備、系統之間進行信息交互的裝置。人們常用數字、字符、文字、圖形、聲音等形式來表示各種信息，而在計算機內部所能處理的則是以電信號形式表示的數字代碼（一系列0/1表示的二進制代碼）。在輸出設備中，顯示設備是計算機系統重要的輸出設備之一。對于軟件的設計和執行效果往往以字符或圖形的形式在屏幕上顯示出來，以便操作者觀察結果。

在CRT顯示器中，畫面產生的字符或圖形都是用若干點組成的，每個字符橫向、縱向均占有一定的點數，稱之為字符的點陣結構。而用來產生字符點陣圖形的器件稱之為字符發生器。它有專用的芯片，如APPLE-I所用的2513，采用5*8點陣，能產生64種字符的點陣信息。也可以用通用ROM作為字符發生器，如PC機，用8KB ROM空間存放256種字符的點陣代碼，有三套字體，即每個字符可以用7*9,7*7,5*7點陣。

64個字符各自編碼的6位作為字符發生器的高位地址。當需要在屏幕上顯示某字符時，按該字符的6位編址訪問ROM，選中這個字符的點陣。該字符的點陣信息是按行輸出的，并且要與電子束的掃描保持同步。因此，可以用CRT控制器提供的掃描時序作為字符發生器的低三位地址，經譯碼后依次取出字符點陣的8行代碼。

為了提供顯示內容，需要設置一個顯示緩沖存儲器，或稱為視頻隨機存取存儲器VRAM（video RAM）。其中存放一幀畫面的相關信息。顯示器一方面對屏幕進行光柵掃描，一方面同步地從VRAM中讀取顯示內容，送往顯示器件。在字符方式顯示時，在緩存RAM中存放的是一幀待顯示字符的ＡＳＣＩＩ碼或其他形式的編碼，字符的點陣信息則存放在字符發生器（字庫）中。一個字符編碼占緩存的一個字節，因此緩存的最小容量是由屏幕上字符顯示的行列規格決定的。字符顯示時，屏幕上每個字符位置對應緩存中的一個字符編碼字節，緩存各字節單元的地址隨著屏幕由左到右，自上而下的顯示順序從低到高安排。也即，緩存０號單元所放的字符數據經字符發生器轉換為字形后，顯示在屏幕第一排字符左邊第一個位置上，１號單元所放的字符數據轉換后顯示在屏幕第一行左邊第二個位置上，以此類推，緩存最后一個單元放的字符數據轉換后顯示在屏幕最后一排右邊

題目來源

最末一個位置上。

為了便于清晰、明了、直觀的再現字符在屏幕上輸出顯示的整個過程與原理，便于學生直觀透徹的了解其全過程，方便學生學習和教學演示，利用FLASH動畫制作軟件，模擬出整個字符顯示的過程，特別是字符編碼、地址組織、調用顯示等過程。

1.2 實現方式及可行性

FLASH是一款強大的基于幀動畫的動畫制作軟件，其具有簡明但不失專業的動畫制作能力，利用幀的編輯及連接，使用ActionScript語言執行相應動作，可以方便制作出各種動畫效果，能夠直觀清晰的演示各種效果及步驟。此次利用FLASH10進行動畫演示制作，能夠充分展現出各步驟效果，讓演示過程流暢明了,便于理解字符顯示的整個過程。

1.3 課程設計效果

字符顯示FLASH演示動畫：

完整再現字符的編碼顯示過程，從VRAM中的字符編碼到ROM中的儲存點陣，從點陣調用再到點頻控制下的移位寄存器的移位，最后串行輸出依次顯示在屏幕上。動態直觀展現各流程的流向和字符的產生中間過程。

通過此動畫演示，清楚展現了字符顯示的內部原理以及調用產生關系，掌握字符顯示全過程，讓人對整個流程留下清晰、直觀的印象。

開發環境

第二章 開發環境

2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序

本設計以Adobe Flash CS4 Professional程序為開發工具。Adobe Flash CS4 Professional 軟件是業界領先的創作環境, 用于創建引人入勝的交互式體驗。面向使用不同平臺和設備的用戶。Flash 中的動畫制作更簡單，借助基于對象的動畫快速創建動畫、輕松修改運動路徑并全面控制個別動畫屬性。使用一系列鏈接對象創建類似于鏈的動畫效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲單個形狀。

選擇Adobe Flash CS4 Professional作為開發工具因為其功能更為強大，應用更為廣泛。

1.Adobe Flash CS4 Professional的工具箱可伸縮成單雙列的，面板調板可以縮為精美的圖標，半透明標題欄，可隨意伸縮。

2.Adobe Flash CS4 Professional的界面會很方便在“設計布局”和“編程布局”間切換。

3.改良的鋼筆工具，類似illustrator的相應工具。

4.屬性面板可以監測出您畫的原始形狀是圓、橢圓還是方，而不像以前統一顯示出為形狀。

5.可以直接繪制出圈環。圓角矩形的四個拐角都可以單獨調整，有點像Fireworks的自動形狀屬性。

6.可直接導入分層的Photoshop PSD文件，并且可能決定哪些層需被導入。還可以保留圖層的上組、樣式、蒙版和智能濾鏡、路徑的可編輯性。導入選項包括是否保留原圖層內容的位置和尺寸、是否保持PSD的分層狀態、是否把圖層轉換為影片剪輯，是否為其起實例名，以及選擇參考點的位置、單獨對每層進行JPG優化等等。對于是否能夠保持文字圖層的可編輯狀態，現在還不能完全確定。

7.可更完美的導入illustrator AI矢量文件，應該可以保留所有特性，包括精確的顏色、形狀、路徑和樣式。

2.2 Adobe Flash CS4 Professional與之前版本對比及其新功能

開發環境

通過對比可看到Adobe Flash CS4 Professional比Adobe Flash CS3 Professional具有更多新功能： 1.基于對象的動畫

使用基于對象的動畫對個別動畫屬性實現全面控制, 它將補間直接應用于對象而不是關鍵幀，可直接將補間動畫套用至物件而非關鍵影格。使用貝賽爾手柄輕松更改運動路徑。2.3D 轉換

借助令人興奮的全新 3D平移和旋轉工具, 通過 3D 空間為 2D 對象創作動畫, 您可以沿 x、y、z 軸創作動畫。將本地或全局轉換應用于任何對象。但非真正意義上的3D，層的位置關系其顯示問題。（處于頂層的圖形不會因為3D旋轉而到達底部）3.反向運動與骨骼工具

使用一系列鏈接對象創建類似于鏈的動畫效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲單個形狀。

開發環境

圖7-1，Adobe Flash CS4 Professional與Adobe Flash CS3 Professional功能對比

4.使用 Deco 工具和噴涂刷實現程序建模

將任何元件轉變為即時設計工具。以各種方式應用元件: 使用 Deco 工具快速創建類似于萬花筒的效果并應用填充, 或使用噴涂刷在定義區域隨機噴涂元件。5.動畫編輯器

使用全新的動畫編輯器體驗對關鍵幀參數的細致控制, 這些參數包括旋轉、大小、縮放、位置和濾鏡等。使用圖形顯示以全面控制輕松實現調整。6.元數據(XMP)支持

使用全新的 XMP 面板加入中繼資料至 SWF 檔。快速指派標籤以增強協同作業并提供更佳的行動使用體驗。7.動畫預設

借助可應用于任何對象的預建動畫啟動項目。從大量預設中進行選擇, 或創建并保存自己的動畫。與他人共享預設以節省動畫創作時間。

8.針對 Adobe AIR? 進行創作

運用全新的整合功能提供桌面互動使用體驗,借助發布到 Adobe AIR 運行時的全新集成功能, 實現交互式桌面體驗。面向跨更多設備-Web、移動和桌面的更多用戶。9.H.264 支持

借助 Adobe Media Encoder 編碼為 Adobe Flash Player 運行時可以識別的任何格式, 其它 Adobe 視頻產品也提供這個工具, 現在新增了 H.264 支持。10.全新 Adobe Creative Suite? 界面

借助直觀的面板停靠和彈出式行為提高工作效率, 它們簡化了您在所有 Adobe Creative Suite 版本中與工具的交互。

顯示器設備

第三章 顯示器設備

3.1 概述

以可見光的形式傳遞和處理信息的設備，即顯示設備。如下圖所示。

圖 3-1

CRT和LCD顯示器

顯示設備是計算機系統的重要輸出設備之一。軟件設計及執行結果的效果往往以字符或者圖形的形式在屏幕上顯示出來，以供使用者觀察。如果需要對程序做些修改，操作人員就可以根據顯示情況，通過鍵盤、鼠標等輸入設備，將有關的數據和命令送入計算機，以便對程序的運行隨時進行人工干預和控制。因此，顯示設備是較為理想的人-機通信設備。

對于一般的用戶來說，要求顯示器在屏幕指定的位置顯示需要的字符、數字和圖形。對于高級用戶，涉及計算機輔助設計和輔助制造中，要求設備顯示繪制三維圖形等。總之，顯示設備和其他I/O設備相比，不僅工作速度快、無機械噪聲，且還具有更強的編輯功能和通信功能，廣泛用于CAD、CAM、計算機模擬、計算機網和通信網中。

顯示設備子系統的硬件組成一般包括顯示器件、控制器和接口。在微型系統中，控制器和接口往往合并為一個整體，稱為顯示適配卡。其軟件組成有包含在操作系統內部的驅動程序，可有操作系統調用；提供專門圖形功能的各種圖形軟件等。

顯示器的分類

按發光原理不同，可將顯示器劃分為一下兩類： 1.發光器件

外加電信號，發光器件將產生光輻射，從而發光，如：陰極射線管CRT(Cathode

顯示器設備

Ray Tube)，發光二極管LED（Lighting Emitting Diode）和等離子顯示器PDP（Plasma Display Panel）等。

2.光調節器件

這類器件本身并不發光，工作時需要另設光源。在外加電信號作用下，器件的局部區域的光特性發生變化，引起透射光和反射光。顯示屏幕上收到器件形成的調制光，即隨電信號而變化的光。如：液晶顯示器LCD（Liquid Crystal Display）,電化學反應顯示等。

按所顯示的信息內容不同，可將顯示器劃分為：字符顯示器、圖形顯示器、圖像顯示器三大類。

就一般情況而言，CRT顯示設備的清晰度和分辨率較高，大多數顯示終端仍以CRT顯示器為主，亦是本課程設計主要討論的對象。在CRT顯示設備中，以掃描方式不同，分成光柵掃描和隨機掃描兩種顯示器，以分辨率不同，分成高分辨顯示器和低分辨顯示器；以顯示的顏色分類，有單色（黑白）顯示器和彩色顯示器，以CRT熒光屏對角線的長度分類，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多種顯示器。

3.2 顯示技術中的相關術語

1.分辨率和灰度級

分辨率是指顯示器所能表示的像素個數。象素越高，分辨率越高，圖象越清晰，分辨率取決于顯像管熒光粉的粒數、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。同時刷新存儲器要有與顯示像素數相對應的存儲空間，用來儲存每個像素的信息。

灰度級是指黑白顯示器中所顯示的像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現為顏色的不用。灰度級越多，圖象層次越清楚逼真，灰度級取決于每個像素對應刷新存儲器單位的個數和CRT本身的性能。如果用4位表示一個象素，則只有16級灰度或顏色。如果用8位表示一個像素，則有256級灰度或顏色。2.刷新和刷新存儲器

顯示器設備

CRT發光是由電子束打在熒光粉上引起的，電子束掃過之后其發光亮度只能

顯示器設備

維持幾十毫秒便消失。為了使人眼能看到穩定的圖像顯示，必須使電子束不斷重復掃描整個屏幕，這個過程叫做刷新。按人的視覺生理，刷新頻率大于25次/秒是才不會感到閃爍。顯示設備中通常選用電視中的標準，每秒70幀圖象。

為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把每一幀圖像信息存儲在刷新存儲器，也叫視頻存儲器。其存儲容量由圖象分辨率和灰度級決定。3.隨機掃描和光柵掃描

電子束在熒光屏上按某種軌跡運動稱為掃描。控制電子束掃描軌跡的電路叫做掃描偏轉電路。主要的掃描方式有隨機掃描和光柵掃描兩種。

隨機掃描時控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從而產生圖像和字符。電子束只用在需要做圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕，因此這種掃描方式畫圖速度快、圖像清晰。

光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中圖象充滿整個畫面，因此要求電子束掃過整個屏幕。光柵掃描時從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行掃描兩種方式。如下圖所示。

圖 3-2

光柵掃描

3.3 顯示方式和顯示規格

1．顯示器的顯示方式

（1）字符/數字方式（A/N方式）

在這種顯示方式下，以字符為顯示內容的基本單元，又稱為文本顯示方式。實際上，字符是由點陣組成的，在顯示過程中需將字符ASCII碼轉換為相應的字符點陣代碼。

顯示器設備

（2）圖形方式（APA方式）

這種顯示方式下，以點(象素)為顯示的基本單位。

圖形不如字符那樣整齊，圖形的信息更具隨機性。不論字符還是圖形，實際上都有許多亮度不同的、或色彩不同的像點所組成。

可用分辨率這一指標衡量顯示規格。對字符方式，分辨率指一幀畫面最多可顯示的字符行數和列數，一般列數大于行數。進一步描述指標是每個字符點陣的組成，即橫向點數與縱向點數。對于圖形方式，分辨率指一幀畫面最多可顯示的像點數，即可顯示的水平線數與每線的點數。顯然，分辨率越高，畫面越清晰，顯示容量越大。

顯示器分為單色顯示器（單顯）與彩色顯示器（彩顯）兩類。對于單色顯示器，可用不同灰度提供畫面的多層次。對于彩色顯示器，則可以不同的顏色提供更好的顯示效果。相應的，可提供的灰度級別或色數也是顯示規格中的重要指標。2.顯示器的顯示規格

顯示規格取決于顯示控制器（適配卡）提供的顯示規格和顯示頭所能滿足的分辨率。

隨著技術的發展，顯示設備的不斷更新換代，各設備廠商先后推出了各種顯示器適配卡，如VGA卡，A/N方式下：規格有25×40、25×80，2色、4色等。APA方式下：規格有320×200、800×600，2色、256色等。

3.4 光柵掃描成像原理

前面我們大致了解了光柵掃描方法，使大家對光柵掃描有了一定的認識，本小節中我們將更加細致的介紹光柵的掃描成像原理。

CRT顯示其所用的顯示器件是陰極射線管，其結構原理如圖3-3所示。CRT主要由電子槍、視頻放大、掃描偏轉電路、熒光等幾部分組成。人們之所以能在CRT熒光屏行看見所顯示的圖形或字符，是因為陰極射線管的電子槍所發射的電子流經過聚焦后形成電子束，轟擊熒光屏，使屏幕上所涂熒光粉發出可見光。

顯示器設備

要在屏幕上指定的位置進行顯示，需要通過掃描偏轉電路產生兩個互相垂直的電磁場，控制電子束在X方向和Y方向偏轉，從而將電子束引向屏幕的相應位置。

CRT顯示器可以采用多種掃描方式進行工作，用得最多的是光柵掃描和隨機掃描的兩種方式。在隨機掃描方式中，電子束沒有固定的掃描路徑，旨在需要的顯示字符或者圖形的地方掃描。因此，掃描控制信號隨顯示內容的不同為有所變化，這就使掃描電路比較復雜。光柵掃描則有固定格式，不管在屏幕上需要顯示或者不需要顯示的地方，都按統一路徑全屏掃描。因此，掃描控制信號不隨顯示畫面變化，使得掃描電路比較簡單。目前，隨機掃描方式只用于圖形顯示，而光柵掃描因控制簡單，被廣泛用于字符顯示和圖形顯示器中。

圖 3-3 顯示頭的結構原理

1.光柵的形成

在光柵掃描方式中，電子束從熒光的左上角開始，沿著稍稍傾斜的水平方向均勻地向右掃描，到達屏幕右端后迅速水平會掃到左端下一行位置，有從左向右均勻的掃描。這樣一行一行的打掃描，直到屏幕最后一行的右端。然后又垂直回掃，返回屏幕左上角，重復當前的掃描過程。經過電子束如此反復的從左至右、自上而下的掃描全屏，便在熒光屏上形成一條一條的垂直分布于整個屏幕的水平掃描線，如下圖示。這些掃描線稱為光柵，代表電子束在屏幕上的運動軌跡。水平回掃和垂直回掃時，熒光屏上下出現亮線，CRT處于“消隱”狀態，如圖3-4中白線所示。

顯示器設備

圖 3-4

光柵-電子束的運動軌跡

為了實現這種有規律的光柵掃描，應該通過電磁場的變化，控制電子束既作水平方向的運動，又做垂直方向的運動。因此，需要在CRT的水平偏轉線圈和垂直偏轉線圈中，分別記接通不同頻率做線性變化的鋸齒波電流或鋸齒波電壓，如圖示。水平方向的鋸齒波掃描電流引起的電磁場變化控制電子束的運動，形成水平掃描線（行掃描）；垂直方向的鋸齒波掃描電流引起的電磁場變化則造成掃描線的垂直移動（場掃描）。這些鋸齒波電流是由CRT控制器送來的水平同步和垂直同步信號觸發器的掃描電路中的鋸齒波發生器產生的。

(a)行掃描電流

(b)場掃描電流

圖3-5

鋸齒掃描電流

2.象點存在的因素

由前面的內容可知，一幀畫面是由一定數量的的平行的水平掃描線組成的，這些掃描線在一個垂直的場掃描控制下均勻的、自上而下分布于整個畫面。

每條掃描線由若干像點組成。每個像點的位置和亮度取決于下面的基本因素。電子束X向和Y向的偏轉決定像點的位置，電子束的通、斷、強、弱決定像點的亮度。由水平同步和垂直同步信號經掃描電路產生的行。場掃描電流能夠通過電磁場的變化控制電子束的X偏轉和Y的偏轉，那么電子束的強弱有什么信號來控

顯示器設備

制呢？前面講過，電子束由CRT管電子槍中的陰極發射的電子流經過聚焦而成。在電子槍中還沒有一個控制柵，用控制柵和陰極之間的電位差來控制電子束電流的大小。因此，可將控制像點的視頻信號銅鼓視頻發達電路加在控制刪上，這樣便可以用外部信號來調整控制柵極點位的高低，以控制電子槍所發射的電子束的強弱，從而使像點的亮度發生變化。例如，當控制柵所加的信號為“1”時，電子槍發射的具有一定能量的電子束，使屏幕上相應的點發亮；當信號為“0”時，電子槍不發射電子束，使像點成為暗點。若改變所加信號的電平大小，則可控制像點具有不同的亮度（灰度）。

如果畫面是彩色的，那么每個像點還要受顏色的控制。彩色CRT根據三基色原理，在顯示頭中設有3個電子槍，分別發射能產生紅、綠、藍3中基色的電子束。它們受3套視頻放大電路的控制，將紅、綠、藍三基色視頻信號（R,G,B）分別送到相應的放大電路，用R、G、B與加亮信號I不同組和控制三束電子的強弱。相應的熒屏光屏上的像點由能發出紅、綠、藍的熒光粉小點組成，當一束（或兩束、三束）電子轟擊對應的熒光粉小點時，屏幕上的像點便出現紅、綠、藍三基色之一或者三基色混合的其他顏色。如下圖所示。

圖3-6

象點顏色形成

3.字符點陣圖形的形成

在CRT顯示器中，畫面上的字符或圖形都是由若干點組成的，每個字符橫向、縱向均占一定的點數，成為字符的點陣結構。常用的字符點陣結構有5×7點陣，5×8點陣，7×9點陣，如圖3-7所示。所謂5×7點陣，即每個字符由橫向5個點，縱向7個點，共35個點組成。其中，需要顯示的部分為亮點，不需要顯示的部分為暗點。

顯示器設備

在CRT顯示器中，用來產生字符點陣圖形的器件成為字符發生器。它有專用的芯片，如APPLE-1所用的2513，采用5×8點陣，能產生64種字符的點陣信息。

圖3-8是2513芯片的邏輯框圖，該芯片的核心部分是一個ROM，存儲64種字符的點陣碼，每個字符排成5列×8行的點陣形式，如圖6-13（A）所示。點陣圖中字符需要顯示的點用代碼1表示，不需要顯示的點則用代碼0表示。每個字符都以這種點陣圖形式的代碼形式存放在ROM中，一行代碼占1個存儲單元，因此一個字符的點陣代碼占8個存儲單元，每個單元5位。

圖 3-7

7×9字符點陣代碼

圖 3-8

2513字符發生器邏輯框圖

64個字符以各自的編碼的6位作為字符發生器的高位地址。當需要在屏幕上顯示某字符時，按該字符的6位編碼訪問ROM，選中這個字符的點陣。該字符的點陣信息是按行輸出的，并且要與電子束的掃描保持同步。因此，可用CRT控制器提供的掃描時序作為字符發生器的低3位地址，經譯碼后依次取出字符點陣的8行代碼。例如，字符H的6位ASCII碼是001000，以這6位編碼作為高位地址訪問的ROM，選中字符H的點陣代碼。當掃描線序號為000，即電子束掃描屏幕上該字符未知的第一條光柵時，字符發生器輸出該點陣圖形的第一行代碼；序號為001，掃描第二條光柵，輸出第二行代碼：......；知道序號為111，即掃描字符位置的最后一條光柵時，字符H的8行代碼全部輸出完畢。

在屏幕上，每個字符行一般要顯示多個字符，而電子束在進行全屏幕掃描時，是沿屏幕從左向右的方向掃描完第一行光柵，再掃描第二行光柵。按照這種掃描方式，在顯示字符時，并不是對一排的每個字符單獨進行點陣掃描，而是采用對一排的所有字符的點陣進行逐行依次掃描。

顯示器設備

為使屏幕上顯示的字符不擠在一起，易于辨認，一排的各個字符間要留出若干點的位置，作為字符間的橫向間隔，這些點都是消隱的。例如，PC機的顯示器一般采用7×9字符點陣，而字符所占區間為9×14點陣。換句話說，字符間的橫向間隔是2個消隱點，排間的縱向間隔是5條消隱線。

3.5 屏幕顯示與顯示緩存間的對應關系

為了提供顯示內容，需要設置一個顯示緩沖存儲器，即前述的刷新存儲器，或稱為視頻隨即存取存儲器VRAM（VIDEO RAM）。顯示緩沖存儲器的功能包括數據緩沖和屏幕刷新。其中存放每一幀畫面的有關信息。顯示器一方面對屏幕進行光柵掃描，一方面同步地從VRAM中讀取顯示內容，送往顯示器件。為了使畫面呈現某種動畫效果，就需要使VRAM中的內容作相應的變化，或者在讀取時進行某種地址轉換

從硬件角度講，顯示器控制器的基本任務就是將VRAM內容同步地送往顯示器屏幕。為此，需要決定何時發出的水平同步信號？何時發出垂直同步信號？何時訪問VRAM？地址碼如何產生？從VRAM中讀出的代碼是否要經過一定的轉換以變為控制光點的信號？等等。這些工作以一定頻率，同步地、周而復始地進行。采取不同顯示規格，上述關系將不同。

VRAM中的內容一般包括顯示內容和屬性內容兩個部分。前者提供顯示字符代碼，或者圖像的像點信息；后者則提出有關顯示的屬性。本課程設計中主要討論VRAM的顯示內容。

VRAM一般設置在顯示器控制器，如CGA卡，EGA卡，VGA卡中。在個人計算機中，VRAM占主存空間，從軟件上講視為主存的一部分。在獨立的顯示終端中，VRAM作為外圍設備存在與主存分離。

我們了解各種顯示器的工作原理時，應當理解和掌握屏幕顯示與顯示緩存VRAM之間的對應關系，即顯示緩存中存放的內容、所需容量大小、緩存地址組織、由字符編碼到字符點陣之間的轉換，以及如何通過一組同步計數器控制屏幕的水平掃描與垂直掃描、何時訪問VRAM等。

顯示器設備

1.顯示內容和容量

顯示器主要有字符和圖形兩種顯示方式。這兒以CRT為研究對象來討論在這兩種顯示方式下，顯示存儲器的內容和容量。

在字符顯示方式下，顯示存儲器中存放的是每一幀待顯示字符的ASCII碼，字符點陣信息則存放在相應的字符發生器中，如前面所舉的2513字符發生器。在這種方式下，一個字符編碼占緩存的一個字節，因而顯示存儲器的最小容量由屏幕上字符顯示的陣列規格決定。這里我們假設在這種顯示方式下字符的顯示規格為m行 ×n列，那么顯示存儲器的最小容量（vol，單位為字節）為：

vol?m?n

例如，一幀字符的顯示規格為25行×80列，那么緩存的最小容量是2KB。

在圖形顯示方式下，顯示存儲器中存放的是每一幀待顯示圖形的像點代碼，其中0和1分別表示圖形中的暗點和亮點。這些圖形可以是漢字、字符，還可以是幾何圖形、圖標等。在這種顯示方式下，顯示存儲器的容量取決于屏幕分辨率和現實的顏色種類。這里我們假設在圖形顯示方式下屏幕的分辨率為想x線×y點，每個點需要b位代碼來表示，那么顯示存儲器的最小容量（vol，單位為字節）為：

x?y?bvol?8

例如，屏幕分辨率為200線×640點，在單色顯示下，則需要一個16KB的緩存來存放一幀的像點代碼。在彩色顯示下，假設每個點需要2位代碼來表示，則此時需要一個32KB的緩存來存放一幀的像點代碼。由此我們可以得出，在分辨率（x×y）不變時，顏色增加（b↑），則顯示緩沖存儲器的容量也增加（vol↑）；在容量（vol）不變時，顏色增加（b↑），則顯示分辨率降低（x×y↓）。2．顯存的地址組織

顯示緩存中不論存放字符的代碼信息還是圖像的像點信息，每個數據位置都應該與屏幕的位置一一對應，才能在屏幕的指定位置上獲得所要顯示的字符或圖

顯示器設備

形。一般情況下，屏幕顯示從左向右，自上而下，顯存地址從低到高安排。

字符顯示時，屏幕上每個字符位置對應緩存中的一個字符編碼字節，緩存各字節單元的地址隨著屏幕由左向右，自上而下的顯示順序從低向高安排。也就是說，緩存0號單元所放的字符數據經字符發生器轉換為字形后，顯示在屏幕第一排字符左邊第一個位置上，1號單元放的字符數據轉換后顯示在屏幕第一行左邊第二個位置上??緩存最后一個單元放的字符數據轉換后顯示在屏幕最后一排右邊最末一個位置上。其緩存地址安排與屏幕位置的對應關系如圖3-9所示。

圖形顯示時，用掃描行*列（像點的位置）對應緩存的一位（黑白顯示）或幾位（彩色顯示)。緩存地址也按屏幕掃描順序由低向高遞增，各地址單元內高位存放的點先掃在屏幕上，低位存放的點后顯示。其緩存地址安排與屏幕位置的對應關系如圖3-10所示。

圖 3-9

A/N方式下的地址組織

圖 3-10

圖形方式下的地址組織

3.信息轉換

緩存中的字符編碼或圖形像點信息都是一些二進制代碼，需要經過轉換才能成為圖像顯示在屏幕上。下面討論在字符方式和圖形方式下，緩存中的信息如何轉換為屏幕上的圖像。

在字符方式下，首先從緩存取出字符編碼，將字符編碼和CRT控制器提供的掃描時序分別送入字符發生器地址端高位和低位，取出字符的一行點陣代碼。這行代碼是并行輸出的，需要送入移位寄存器轉換為串行的點脈沖信號。將這串點脈沖作為視頻信號依次送入CRT視頻接收端，控制屏幕上像點的亮度，在相應的掃描線上形成與該行點陣代碼相對應的亮點和暗點。重復上述過程，屏幕將出現一幀字符的圖像。如圖3-11所示。

顯示器設備

圖像顯示時，因為緩存中存放的就是像點信息，所以轉換比較簡單。由緩存取出一個字節的像點信息直接送入移位寄存器，在點頻的控制下進行移位，串行地輸出與掃描同步的視頻信號，用以控制在屏幕上顯示相應的圖形像點。如圖3-12。

圖 3-11 字符方式下的信息轉換

圖 3-12 圖形方式下的信息轉換

4.同步控制

不論是字符還是圖形顯示方式，都要求行、場掃描和視頻信號在時間上嚴格同步，即 電子束掃描到某點位置，相應視頻信號應同時送到，控制點亮或不亮。這里就需要解決以下幾個問題：何時訪問顯存，取字符編碼或圖形點代碼？何時發水平同步信號？何時發垂直同步信號？第一個問題是如何控制產生相應的視頻信號，后兩個問題是如何控制電子束掃描。

為解決上述提出的幾個問題，在顯示器中設有若干級計數器，對顯示器點頻進行若干級分頻，產生相應控制信號。

對于我們課程設計中重點研究的字符顯示方式，其中設置了4級計數器，分別是點計數器、字符計數器、線計數器、行計數器。

假如，PC機的顯示規格為：每幀最大顯示25行*80列，字符點陣7*9，自付區9*14。那么，各計數器之間的對應關系如下圖所示（圖中l為水平回掃軌跡折合所占的字符數，m為垂直回掃軌跡折合所占的行數）。

圖3-13

字符顯示方式下各計數器之間的對應關系

點計數一個循環，訪問VRAM一次以讀取顯示字符的編碼，VRAM的地址根據行計數值與字符計數字決定。

每讀一次VRAM，就緊跟著讀一次字符發生器ROM，由VRAM讀出的字符編碼產生ROM的高位地址，線計數值決定ROM的低位地址。

顯示器設備

每次從ROM中讀出顯示字符的一線7位，由點脈沖控制逐位顯示7點（亮或暗）。

由于每條水平掃描線只能顯示一行字符（可多達80個）的一線，所以，上述訪問VRAM與ROM的過程需要重復9遍（每遍又要多次訪問VRAM和ROM，以讀取不同的字符），才能顯示完整的一行字符。

字符計數循環一次，發一次水平同步信號。行計數循環一次，發一次垂直同步信號。

為了讓大家對字符顯示方式的同步控制有更為明晰的認識，這兒將其與圖形顯示方式的同步控制做比較。

在同步顯示方式下，設置了3級計數器，它們分別是點計數器、字節計數器、線計數。設某單色圖形顯示器的分辨率為800點*200線。那么各級計數器之間的對應關系如下圖所示（圖中l為水平回掃軌跡折合所占的字節數，m為垂直回掃軌跡折合所占的線數）。

圖3-14

圖形顯示方式下各計數器之間的對應關系

3.6 本章小結

本章中我們了解了各種顯示設備以及顯示技術的相關術語，進而結合CRT的工作方式介紹了字符和圖形兩種顯示方式，并在這兩種顯示方式的對比中讓大家對顯示器有更深的理解和認識。在屏幕的組織形式的基礎上，我們進一步了解了屏幕顯示和顯示緩存之間的對應關系，并結合兩種顯示方式進行了較為細致的說明。最后我們結合屏幕的顯示，展示了顯示器內部各級計數器之間的對應關系。在下一章中我們將結合以上原理進入本課程設計的核心---用flash演示字符顯示方式下屏幕顯示和顯示緩存之間的對應關系以及信息的轉換路徑。

開發流程

第四章 開發流程

本章概要：

使用FLASH實現A/N顯示方式的演示動畫,首先構建實現的大致思路： 1.各圖形組件的繪制

2.箭頭的繪制及動態效果實現

3.字符矩陣的繪制及掃描動畫實現方法 4.A/N顯示方式流程及其動態描述 5.時序控制與優化 6.播放控制 7.美化及校驗

4.1 圖形組件繪制

首先規劃靜態組件的大體位置。需要繪制的靜態組件如下：VRAM、ROM、地址譯碼器、移位寄存器、掃描時序、行譯碼器。

考慮到便于管理，將繪制的圖形一律聲明為元件。在元件庫里統一管理。

開發流程

圖4-1 各圖形的繪制

為便于管理各圖形都以元件的形式由元件庫統一管理

4.2 箭頭的繪制及動態效果實現

首先按需繪制好長度合適的箭頭。

接下來考慮箭頭動態效果的實現。在演示動畫里希望達到的效果是：箭頭所代表的信息傳遞路線第一次出現時，箭頭以擦除效果出現；當該信息傳遞路線再次被使用的時候，箭頭產生閃爍效果以標志此路線被激活。

圖4-2 箭頭動態效果實現

利用遮罩圖層的滑動達到箭頭的動畫效果

開發流程

箭頭動畫具體在FLASH中的實現是利用了遮罩圖層功能（見圖4-2）。為每個箭頭建立對應的遮罩圖層，遮罩圖層的運動會引起箭頭的可見性的變化。對遮罩圖層內容使用用補間動畫可以實現箭頭的擦除效果，而閃爍效果則直接對遮罩內容進行幾次遮擋和移開就可以實現。

4.3 字符矩陣的繪制及掃描動畫實現方法

為了清晰展示出光柵逐行掃描的過程及其內部實現，我采用了數字01和色塊結合的方式進行描述。矩陣中1表示改點要顯示，同時用紅色色塊進行標識。（見圖4-3）

圖4-3 字符矩陣的繪制

用數字01和色塊結合的方式進行描述

掃描動畫的實現方式和箭頭動畫類似，都是在加動畫的圖層上添加一個遮罩圖層，利用遮罩圖層的逐行運動產生逐行掃描的效果。（見圖4-4）

開發流程

圖4-4 掃描動畫的實現

4.4 A/N顯示方式流程及其動態描述

這一步中應按時序將要實現的動畫效果準備好。

在演示動畫中期望達到的預期效果中有如下部分需要動畫： VRAM——>地址譯碼器（提取字符ASCII碼）地址譯碼器——>ROM（找到對應的字符矩陣）ROM——>移位寄存器（將并行數據轉化為串行）移位寄存器——>逐行掃描

CRT控制器——>行譯碼器（發出掃描信號）行譯碼器——>ROM（確定要掃描的行號）

4.5 時序控制與優化

在這一步需要統籌考慮動畫的時間安排，將第4步中涉及的動畫過程分組管

開發流程

理，根據時序在時間軸上安排動畫。

（注：分組管理的思想對于FLASH這種多圖層編輯軟件來說尤為重要，相當于面向對象的程序語言中的“類”，將具有類似行為屬性的元素統一封裝管理。）

在這一步已經完成了基本動畫的演示，根據播放效果進行時間上的優化。

4.6 播放控制

為了達到更好的展示效果，需要對動畫提供控制信息，以便控制動畫的播放狀態。

此處添加了三個按鈕，分別實現回放、暫停、和播放。（見圖4-5）

圖4-5 播放控制

圖中按鈕自左向右依次是回放、暫停和播放

FLASH CS4中不再提供直接在按鈕上添加動作的功能，只能在幀上添加動作，因此需要為每個按鈕注冊為監聽者。以播放按鈕為例，最后一行為注冊。（見圖4-6）

開發流程

圖4-6 播放按鈕的腳本描述

將所有按鈕制作完畢之后，希望影片在按下播放鍵之后才播放（而不是初始就自動播放），需要在場景的時間軸上添加一個控制圖層，第一幀中加入stop();命令。

4.7 美化及校驗

最后，為使演示動畫更完美，為演示動畫做美化和收尾工作。最終大功告成：

開發流程

圖4-7 最后的美化工作

4.8 本章小結

本章主要討論了A/N顯示方式演示動畫的FLASH實現。其中涉及到的要點有組件的動畫效果實現，字符矩陣動畫的實現思路，并梳理了A/N顯示方式的邏輯流程。為了完善動畫演示過程，我們還在FLASH中加入了對播放的控制，以及一些簡單的腳本編寫。

總結與改進

第五章 總結與改進

5.1 總結

顯示設備是幾乎每個人在日常生活中都接到的器件，包括電視機屏幕，電腦顯示屏，手機顯示屏等等，而顯示設備本身也是千變萬化。隨著踏入21世紀的大門，科學技術駛入了快車道，而這也帶來了顯示設備的不斷升級換代，從CRT到LCD，再到LED，其中又伴隨著設備體積的減小，分辨率的逐漸提高，在帶來極好的便攜性的同時，也給我們的視覺也帶來一次次的沖擊。新一代的顯示技術正在日新月異，高清的，可折疊式的塑料顯示器，利用空氣反射等構成的顯示設備、顯示原理和顯示方式正在一步步向前推進。

本次課程設計在顯示器的不斷更新換代的背景下，向您介紹了基本的顯示設備，而后以CRT顯示設別為例，介紹了主要的兩種顯示方式以及顯示器的顯示原理，為您進一步了解各種新型的顯示設備打好基礎。其中，通過對比字符顯示方式和圖形顯示方式，讓您能夠更加深刻的理解兩種顯示方式以及它們不同的工原理，而后結合具體的flash演示系統，使您以更加直觀的方式去了解顯示器的顯示原理，屏幕組織和顯示緩存之間的對應關系，以及光柵掃描的成像原理。限于時間等因素，課題中只是通過字符顯示方式的flash演示向您展示了顯示緩存的內容、地址組織以及各種信號的同步控制，而圖形顯示方式在第三章顯示設備中有較為詳細的介紹，只要根據圖形顯示方式的相應的基本顯示原理和顯示緩存的地址組織等，便可以做出和字符顯示方式下的flash演示相似的效果。最后希望大家能結合文中的基本原理和flash演示對顯示設備的顯示原理有較為深刻的理解，為進一步的學習打下堅實的基礎。

5.2 不足之處及改進方式：

由于時間倉促以及同學們水平有限，對課程中的錯誤以及不足之處，懇請老師批評指正。

總結與改進

我們也認識到本課程中有些不足的地方，各種顯示設備以及顯示技術的相關術語，很多地方我們都只是簡要的說明了一下，某些具體的事例也缺少相應的圖文說明。

比如說顯示器到底是什么，其實到目前為止顯示器的概念還沒有統一的說法，但對其認識卻大都相同，顧名思義它應該是將一定的電子文件通過特定的傳輸設備顯示到屏幕上再反射人眼的一種顯示工具。從廣義上講，街頭隨處可見的大屏幕，電視機的熒光屏、手機、快譯通等的顯示屏都算是顯示器的范疇，但目前一般指與電腦主機相連的顯示設備。

在顯示器的分類上，可以按：1.顯示器的尺寸 2.調控方式不同 3.顯像管種類的不同等多種方式進行分類4..按發光原理不同等多種方式進行分類。而在我們課程設計之中只是簡要按發光原理不同而進行了分類。

在有關刷新和刷新存儲器的方面：動態MOS存儲器的刷新可以分為：1.集中式刷新方式 2.分散式刷新方式 3.異步式刷新方式而這些我們都并沒有 去詳細講解，而只是簡要的說明了下。

在有關屏幕顯示與顯示緩存間的對應關系的講解處，也缺少相應的圖形進行幫助分析說明,所以文中相應的地方可以適當加些圖片進行輔助說明，如圖所示:

圖 5-1

屏幕顯示與顯示緩存間的對應關系

總結與改進

由此可見如果每個知識點我們要去深入的研究的話，這幾乎是不可能的，這

總結與改進

也是超出了同學們的理解范圍的了。所以文中很多相關術語我們也是簡要的講解了下，并沒有進行深入的探討。而后對于兩種主要的顯示方式，我們只是較為詳細的介紹了字符顯示方式，對于圖形顯示方式我們只是以類比思想的方式，大概介紹了一下。而后的演示系統也只是向您較為直觀的展示了字符方式下的屏幕組織和緩存組織，以及對應的同步控制等，而對于圖形顯示方式只是在原理方面有較為詳實的介紹，具體實現只需按部就班，仿照著字符顯示方式的實現方式去做，本次課程中限于時間關系就沒有具體實現。

至于作為本課程設計的核心部分-------用flash演示字符顯示方式下屏幕顯示和顯示緩存之間的對應關系以及信息的轉換路徑，也存在這一些不足之處。其中最大的缺陷便是該程序缺少必要的用戶交互界面。如果能夠在這方面做的更為生動點的話，那么運行效果就更好了。比如用戶可以任意的在一個文本框中輸入一串字符串，然后程序會在舞臺上顯示出相應的運行效果，這樣就能使用戶感覺更為真實與互動。

在flash制作中畫面的整潔是很重要的，一個整潔的畫面可以讓人第一眼看上去感覺很很清晰自然，也顯得井然有序。

其次應該要盡可能的使用圖層，因為圖層可以讓我們在程序制作的過程中，對整個程序的結構以及流程都能夠很清楚地把握住。

還應該要多使用影片剪輯實例，很多同學在制作flash的過程中都喜歡把所有的內容都放在主時間軸上，制作混亂，修改起來連自己也找不到地方，并且顧此失彼。其實好的課件主時間軸上只有為數不多的關鍵幀，每一個關鍵幀上放置一個主題內容，這些內容都包含在一個影片剪輯之中，制作方便，修改也就不必到處亂找了。這些都是我們在本課程制作過程中還得注意的地方。

缺少與動畫播放同步的音頻講解也是本課程設計的一大缺陷，一個好的flash課件都是音頻與視屏或者動畫相結合同步播放的，所以這也是我們還需改進的地方

當然同學們都是已經盡夠自己的最大努力的了。主要還是由于很多同學都沒有學過flash制作，同學們的水平有限，所以最后效果也顯得不盡完美，還需老師能夠指正！

參考文獻

參考文獻

1、羅克露，單立平，劉輝，俸志剛等編著。計算機組成原理。電子工業出版社，2004.8

2、白中英著。計算機組成原理。高等教育出版社，2002.6

3、王愛英主編。計算機組成與結構。清華大學出版社，2000.12

4、王閔編著。計算機組成原理。電子工業出版社，2001.1

5、王誠主編。計算機組成與設計。清華大學出版社，2002,9

6、張新榮，劉鋒，楊潔，張鋼編著。計算機組成原理教程。北京希望電子出版社，2002.7

7、馬維華等編著。從8086到Pentium III微型計算機及接口技術。科學出版社，2002.2

8、周明德編著。微型計算機系統原理及應用。清華大學出版社，2002.6

9、李繼燦主編，郭麥成等編著。微型計算機技術及應用——從16位到64位。清華大學出版社，2003.2

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11、（美）斯托林斯（Stallings,W.）。Computer Organization and Architecture：Designing for Performance。Prentice Hall，21July, 2005

12、（荷）特納鮑姆（Tanenbaum,A.S.）著。Structured Computer Organization（第四版）。Prentice Hall，2002.1

13、John D.Carpinelli。Computer Systems Organization&Architecture。Pearson Education，2002.1

14、John P.Hayes。Computer Architecture and Organization。Prentice Hall，2001.10

第二篇：計算機組成原理課程設計

《計算機組成原理》課程設計

任務書

中原工學院計算機學院 2007年6月

前言

“計算機組成原理”是大學本科計算機相關專業的一門核心專業基礎課程，必修，在先導課和后繼課之間起著承上啟下的作用。主要講授單處理機系統的組成和工作原理，包括運算器、存儲器、控制器和輸入輸出系統，其中控制器的設計是課程的重點和難點。為了讓學生能融會貫通各知識點，增強對計算機系統各模塊協同工作的認識，充分理解數據通路，掌握控制器的設計技術，課程設計一般也側重于控制器的設計。考慮到學生的基礎和現有實驗環境，本次課程設計的題目是“微程序控制器的設計與實現”。通過該課程設計，希望學生在理論與實踐相結合的基礎上，加深對計算機整機概念，進一步理解計算機的內部結構和時空關系，進一步理解和掌握微程序控制器的設計思想和具體方法、步驟，從而提高自行設計、調試和分析問題的能力。課程設計題目

微程序控制器的設計與實現

目的

? 鞏固和深刻理解“計算機組成原理”課程所講解的原理，加深對計算機各模塊協同工作的認識

? 掌握微程序設計的思想和具體流程、操作方法。? 培養學生獨立工作和創新思維的能力，取得設計與調試的實踐經驗。

? 嘗試利用編程實現微程序指令的識別和解釋的工作流程

內容

按照要求設計一指令系統，該指令系統能夠實現數據傳送，進行加、減運算和無條件轉移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數尋址等五種尋址方式。

具體要求

? 仔細復習所學過的理論知識，掌握微程序設計的思想，并根據掌握的理論寫出要設計的指令系統的微程序流程。指令系統至少要包括六條指令，具有上述功能和尋址方式。? 根據微操作流程及給定的微指令格式寫出相應的微程序 ? 將所設計的微程序在虛擬環境中運行調試程序，并給出測試思路和具體程序段

? 嘗試用C或者Java語言實現所設計的指令系統的加載、識別和解釋功能。? 撰寫課程設計報告。

設計環境

? 偉福COP2000型計算機組成原理實驗儀，微機，相關虛擬軟件。

? VC開發環境或者Java開發環境。

課程設計時間

? 1.5周

課程設計報告要求 完成設計任務后,在課程設計的最后階段,需要總結全部設計工作,寫出完整,規范的設計報告,在指定的時間內提交指導教師.課程設計報告要求有完整的格式,包括封面,目錄,正文等,具體如下:

一、封面

包括:課程設計題目,姓名,學號,班級,指導教師,完成日期.二、目錄

正文前必須要有目錄.三、正文 正文包括的內容有: ⑴ 設計任務與要求;⑵ 設計方案(包括設計思路,采用的微指令格式，每條指令的指令流程及其微程序清單)(3)調試過程(包括實驗步驟,出現的問題,解決的方法(4)小結(在整個課程設計過程中的總結和體會)(5)參考資料

成績評定

課程設計的考核結果按優秀,良好,中等,及格和不及格來評價.對設計任務理解透徹,能夠全面,正確,獨立地完成設計內容所規定的任務,得出設計結果,并按時提交準確,完整,規范的設計報告,可評為優秀;按照設計任務要求能夠順利地完成任務,得出結果,按時提交較完整的,符合要求的設計報告,可評定為良好;按照設計要求完成了軟件的編程與調試,基本完成了任務要求,提交符合要求的設計報告,可評為中等;基本完成設計目標,但不夠完善,可能有若干小的缺陷,在幫助下能夠完成任務要求,提交設計報告,可評為及格;不能完成指定的要求和任務,未提交設計報告的,評為不及格.參考資料 1.“計算機組成原理課程設計任務書” 2.“計算機組成原理” 課堂教材

第三篇：計算機組成原理課程設計范文

計算機組成原理課程設計指導材料

一． 課程設計目的

課程設計教學目的：通過本課程設計，學生可熟悉典型計算機的基本結構、基本組成和基本功能，掌握計算機主要組成部件工作原理的基本分析與設計方法，加深對理論課知識內容的理解。

二． 設計題目

題目1.內存擴充與連接 1.設計目的：

2.主要任務：

3.設計要求：

4.圖表

畫圖時請按以下給出的原件圖畫 圖1-1 8086芯片引腳圖 圖1-2內存芯片邏輯圖

圖1-3 譯碼器與門電路邏輯圖 題目2.模型機組成設計

1.目的：通過對一個簡單模型機的設計與實現,對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接以及微指令執行的過程。

2.基本要求：畫出模型機的設計圖并舉例描述利用該模型機進行加法運算時，各個功能部件的工作情況。

題目3.算數邏輯運算 1.目的：

（1）.了解運算器 的組成結構。（2）.掌握運算器的工作原理。（3）.學習運算器的設計方法。

（4）.掌握簡單運算器的數據傳 送通路。

（5）.驗證運算功能發生器74LS181 的組 合功能。

2.設計原理：

設計中所用的運算器數據通路圖如下圖。圖中所示的是由兩片74LS181 芯片以并/串 形式構成的8 位字長的運算器。右方為低4 位運算芯片，左方為高4 位運算芯片。低位芯片 的進位輸出端Cn+4 與高位芯片的進位輸入端Cn 相連，使低4 位運算產生的進位送進高4 位運算中。低位芯片的進位輸入端Cn 可與外來進位相連，高位芯片的進位輸出引至外部。兩個芯片的控制端S0～S3 和M 各自相連，其控制電平按表。為進行雙操作數運算，運算器的兩個數據輸入端分別由兩個數據暫存器DR1、DR2（用鎖存器74LS273 實現）來鎖存數據。要將內總線上的數據鎖存到DR1 或DR2 中，則鎖存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 須為高電平。當T4 脈沖來到的時候，總線上的數據就被鎖存進DR1 或DR2 中了。為控制運算器向內總線上輸出運算結果，在其輸出端連接了一個三態門（用74LS245 實現）。若要將運算結果輸出到總線上，則要將三態門74LS245 的控制端ALU-B 置低電平。否則輸出高阻態。

3.根據設計原理描述進行原碼加減運算及邏輯運算的程序流程 4.填寫下表

三． 課程設計報告格式

1.報告組成及裝訂順序：封面、目錄、引言、正文、結論、參考文獻、心得體會。2.書寫格式要求：見學院課程設計報告要求

四． 其它要求

1.報告提交時間：截止12月31日

2.報告提交形式：以班級為單位提交電子版和打印版

第四篇：計算機組成原理課程設計任務書

《計算機組成原理》

課程設計任務書

一、設計任務：

1、基本模型機設計與實現；

2、在基本模型機設計的基礎上設計一臺復雜模型機。

二、功能指標和設計要求：

利用所學過的理論知識，特別是微程序設計的思想，設計基于微程序控制器的模型計算機，包括設計相應的硬件平臺、機器指令系統和微指令等。設計環境為TD－CMA計算機組成原理教學實驗箱、微機，聯機軟件等。同時設計好基于模型機的測試驗證程序，并在設計好的硬件平臺上調試通過，以驗證所設計的模型機功能的可行性與可靠性。在設計完成的前提下，撰寫出符合要求的課程設計說明書并通過設計答辯。

1.基本模型機設計與實現

設計一臺簡單模型機，在具備基本必要的硬件平臺的基礎上，進一步要求其機器指令系統至少要包括五條不同類型指令：如一條輸入指令（假設助記符為IN），一條加法指令（假設助記符為ADD），一條輸出指令（假設助記符為OUT）、一條無條件轉移指令（假設助記符為JMP）和一條停機指令（假設助記符為HLT）；在設計好的模型機基礎上，設計一個進行兩個數求和運算的測試驗證程序，用以驗證模型機功能的可行性與可靠性。

2.在任務1的基礎上，增加機器指令系統的功能，設計具有不少于10條機器指令的復雜指令系統模型機，包含算術邏輯指令、訪問內存指令、控制轉移指令、輸入輸出指令、停機指令等。數據的尋址方式要包括直接、間接、變址和相對尋址等多種尋址方式。利用設計的復雜模型機實現兩個數的減法運算并判斷差得正負，差為正數則輸出A，差為負數則輸出B，差為零則輸出C。在設計好的模型機基礎上，進一步設計一個測試驗證程序，驗證模型機功能的可行性與可靠性。

3、基本模型機和復雜模型機的CPU數據字長為8位，采用定點補碼表示。指令字長為8的整數倍。微指令字長為24位。

三、設計步驟：

1、確定設計目標 進行全面深入的模型機設計需求分析，確定所設計計算機的功能和用途。

2、總體結構、數據通路設計及硬件實現

總體結構設計包括確定模型機應具有的基本功能部件（如運算器、控制器以及基本的寄存器等等）以及它們之間的數據通路。

硬件實現基于現有的基本實驗箱平臺，根據所設計模型機選擇必要的元器件，并通過接插件（各種連線等）進行器件連接，組成所設計的模型機硬件系統（物理機）。綜合考慮計算機的速率、性能價格比、可靠性等要求，設計合理的數據通路結構，數據通路不同，執行指令所需要的邏輯操作就不同，計算機的結構也就不一樣。在此基礎上，在后面的微指令設計階段，就可以依據數據通路關系確定模型機工作過程中的所有微操作，并進一步確定微指令格式中的相應微命令。

3、確定指令系統（機器指令系統）

確定數據的表示格式、位數、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。確定相對應指令所包含的微操作。

4、機器指令轉化為微程序執行的相關設計

過程2、3完成后，就可以根據機器指令系統進行指令周期分析，確定出每條機器指令的CPU周期數。對于微程序控制的計算機，進一步確定出每個CPU周期內的微操作（明確哪些微操作可以安排在同一CPU周期中，哪些微操作則不能）。設計出每條機器指令的方框圖形式的指令周期流程圖。

5、微指令代碼化

依據指令周期流程圖以及指定的微指令格式，將設計出程序格式中的各字段（操作控制字段、P測試字段、直接微地址字段）相應的二進制代碼（即對應的微命令編碼）。

6、設計微指令的相關微地址

根據后續微地址的形成方法（直接微地址或P測試轉移后重新形成），確定每條微指令的相關后續微地址。確定好微命令在控存中的存放地址，并將所有微命令寫入到控存的相應存儲單元中。

7、組裝、調試

7.1、在總調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有各功能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。首先調試每條微指令功能，再調試每條機器指令功能。

連接所有模塊，用單步微指令方式執行機器指令的微程序流程圖，當全部微程序流程圖檢查完后，若運行結果正確，則在內存中裝入一段機器指令，進行其他的運行方式等功能調試及執行指令的正確性驗證。

7.2、當所有功能模塊都調試正常后，進入總調試。根據設計好的模型機，進一步設計一個功能測試驗證程序，運行程序并驗證所涉及的模型機功能是否可行和可靠。

四、課程設計報告要求：

課程設計報告要求打印,其中的數據通路框圖、微程序流程圖、實驗接線圖用VISIO等繪圖工具軟件繪制或用鉛筆工工整整繪制，要求圖文清晰，報告內容包括：

（1）封面

（包括：題目、所在系、班級、學號、指導教師及時間等項）（2）任務書（3）目錄

（目錄要層次清晰，要給出標題及頁次，目錄的最后一項是無序號的“參考文獻”）。（4）正文

正文應按目錄中編排的章節依次撰寫，要求論述清楚，文字簡練通順，插圖清晰，書寫整潔。“設計”不同于實驗，要充分體現出“設計”的思想，不能寫成實驗報告的形式。文中圖、表及公式應規范地繪制和書寫。正文是實踐設計報告的主體，具體由以下幾部分組成：

1）課程設計題目；

2）課程設計使用的相關軟硬件資源；

3）設計的具體方法和步驟（包括確定所設計計算機的功能和用途、總體結構與數據通路與硬件設計、指令系統、設計指令執行流程、確定微程序地址、微指令代碼化、組裝、調試、測試驗證程序與功能驗證情況。）

4）課程設計總結（包括自己的收獲與體會；遇到的問題和解決的方法等）；（5）附錄

附錄1：數據通路圖 附錄2：微程序流程圖

附錄3：實驗接線圖

附錄4：實驗程序及微程序 附錄5：參考文獻（資料）

五、設計工作量：

(1)作品：設計的最終作品包括硬件和軟件兩個部分，要求硬件實現正確，能夠演示并達到設計指標的要求。每個學生（或小組）在作品完成后，要經指導教師檢查，同意拆除后方可拆卸。(2)論文：嚴格按上述課程設計說明書的要求撰寫和裝訂。每個學生一份。

六、成績評定標準：

課程設計的成績分為：優秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。

優秀：完成復雜模型機的設計與實現，指令系統完備有更新擴充。調試成功。文檔規范齊全。

良好：完成模型機的設計與實現，指令系統指令種類豐富有一定的更新。調試成功。文檔規范齊全。

中等：完成基本模型機的設計與實現，在老師指導下對指令系統有更新。調試成功。文檔規范齊全。

及格：完成基本模型機的設計與實現。調試成功。文檔規范齊全。不及格：沒有課程設計報告，無故缺勤，不能完成調試者不及格。

七、工作計劃：

時間：18周周1~周5 講授：2課時

設計及調試：26課時 設計報告編8課時 答辯：4課時

八、參考資料：

1、《計算機組成原理》教材，陳智勇主編；

2、《CMA組成原理與系統結實驗指導書》

第五篇：計算機組成原理課程設計指導書

長 沙 學

院

課程設計指導書

系（部）

計算機科學與技術

專

業

計算機科學與技術

2010年12 月 10 日

課程名稱：計算機組成原理 課程編號：7020130610 主 筆 人：鐘旭 主 審 人：

一、課程設計的目的

通過該課程設計的學習，總結計算機組成原理課程的學習內容，利用TDN-CM+教學實驗系統提供的軟硬件操作平臺掌握層次化設計方法、運用計算機原理知識，設計并實現一臺完整的計算機，從而鞏固課堂知識、深化學習內容、完成教學大綱要求，學好計算機科學與技術專業的專業基礎課。

二、課程設計的題目 1.基本模型機設計與實現；

2.帶移位運算的模型機的設計與實現； 3.復雜模型機的設計與實現。

三、設計內容（主要技術關鍵的分析、解決思路和方案比較等）

利用所學過的理論知識，特別是微程序設計的思想，寫出要設計的指令系統的微程序。設計環境為TDN－CM＋計算機組成原理教學實驗系統，微機，虛擬軟件。將所設計的微程序在此環境中進行調試，并給出測試思路和具體程序段。最后撰寫出符合要求的課程設計說明書、完成答辯。1.基本模型機設計與實現

指令系統至少要包括六條不同類型指令：如一條輸入指令，一條減法指令，一條加法指令，一條存數指令，一條輸出指令和一條無條件轉移指令。2.帶移位運算的模型機的設計與實現

在基本模型機的基礎上增加左、右循環和左、右帶進位循環四條指令

3.設計不少于10條指令的指令系統。其中，包含算術邏輯指令，訪問內存指令，程序控制指令，輸入輸出指令，停機指令。重點是要包括直接、間接、變址和相對尋址等多種尋址方式。

以上數據字長為8位，采用定點補碼表示。指令字長為8的整數倍。微指令字長為24位。

四、設計步驟

1、確定設計目標

確定所設計計算機的功能和用途。

2、確定指令系統

確定數據的表示格式、位數、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。

3、總體結構與數據通路

總體結構設計包括確定各部件設置以及它們之間的數據通路結構。在此基礎上，就可以擬出各種信息傳輸路徑，以及實現這些傳輸所需要的微命令。綜合考慮計算機的速率、性能價格比、可靠性等要求，設計合理的數據通路結構，確定采用何種方案的內總線及外總線。數據通路不同，執行指令所需要的操作就不同，計算機的結構也就不一樣。

4、設計指令執行流程

數據通路確定后，就可以設計指令系統中每條指令所需要的機器周期數。對于微程序控制的計算機，根據總線結構，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。

5、確定微程序地址

根據后續微地址的形成方法，確定每個微程序地址及分支轉移地址。

6、微指令代碼化

根據微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉化成相應的二進制代碼寫入到控制存儲器中的相應單元中。

7、組裝、調試

在總調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有各功能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。

當所有功能模塊都調試正常后，進入總調試。連接所有模塊，用單步微指令方式執行機器指令的微程序流程圖，當全部微程序流程圖檢查完后，若運行結果正確，則在內存中裝入一段機器指令，進行其他的運行方式等功能調試及執行指令的正確性驗證。

五、設計說明書要求

課程設計說明書按學校統一格式撰寫和裝訂。課程設計報告要求打印,其中的數據通路框圖、微程序流程圖、實驗接線圖用VISIO等工具軟件繪制或用鉛筆工工整整繪制。

（1）封面（包括：題目、所在系、班級、學號、指導教師及時間等項，可到教務處網頁上下載）（2）任務書（3）目錄

目錄要層次清晰，要給出標題及頁次，目錄的最后一項是無序號的“參考文獻”。（4）正文

正文應按目錄中編排的章節依次撰寫，要求計算正確，論述清楚，文字簡練通順，插圖清晰，書寫整潔。文中圖、表及公式應規范地繪制和書寫。

正文是實踐設計報告的主體，具體由以下幾部分組成：

1）課程設計題目；

2）課程設計使用的實驗設備；

3）課程設計步驟（包括確定所設計計算機的功能和用途、指令系統、總體結構與數據通路、設計指令執行流程、確定微程序地址、微指令代碼化、組裝、調試。）

4）課程設計總結（包括自己的收獲與體會；遇到的問題和解決的方法等）；

（5）附錄

附錄1：數據通路圖 附錄2：微程序流程圖 附錄3：實驗接線圖 附錄4：實驗程序及微程序

附錄5：參考文獻（資料）(格式規范參照長沙學院畢業設計(論文)撰寫規范)

六、設計進度安排 時間：

15、16周 講授：2課時 答疑及設計：26課時 上機調試：8課時 答辯：6課時

七、考核標準

課程設計的成績分為：優秀：、良好、中等、及格、不及格五個等級。

優秀：完成復雜模型機的設計與實現，指令系統完備有更新擴充。調試成功。文檔規范齊全。良好：完成模型機的設計與實現，指令系統指令種類豐富有一定的更新。調試成功。文檔規范齊全。中等：完成基本模型機的設計與實現，在老師指導下對指令系統有更新。調試成功。文檔規范齊全。及格：完成基本模型機的設計與實現。調試成功。文檔規范齊全。不及格：沒有課程設計報告，無故缺勤，不能完成調試者不及格。