計(jì)算機(jī)組成原理外存與設(shè)備

計(jì)算機(jī)組成原理外存與設(shè)備第1頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章外存與I/O設(shè)備本章內(nèi)容7.1外圍設(shè)備概述7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.3磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展7.4磁帶存儲(chǔ)設(shè)備7.5光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備7.6顯示設(shè)備7.7輸入設(shè)備和打印設(shè)備第2頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.1外圍設(shè)備的一般功能什么是外圍設(shè)備——除CPU和內(nèi)存外的部件2.

外設(shè)的發(fā)展方向低成本(價(jià)格)；小體積；高速度；大容量；低功耗3.外圍設(shè)備的功能在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器之間，以及計(jì)算機(jī)與用戶之間提供聯(lián)系4.外圍設(shè)備的基本組成——存儲(chǔ)介質(zhì)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制電路5.外圍設(shè)備的共同特點(diǎn)工作速度、信息類型和格式、電氣特性等7.1外圍設(shè)備概述目錄第3頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1.2外圍設(shè)備的分類可分為五大類:輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備過程控制設(shè)備I/O接口第4頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.2.1磁記錄原理

磁表面存儲(chǔ)設(shè)備——用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲(chǔ)信息，如磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用(3)記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔(4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高磁表面存儲(chǔ)器常作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用目錄第5頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月磁性材料的磁滯回線電流I→磁場H→磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁感應(yīng)強(qiáng)度B不隨電流的消失而回零，在磁滯回線上形成兩個(gè)穩(wěn)態(tài)：+Br(正剩磁狀態(tài))和-Br(負(fù)剩磁狀態(tài))——用來記錄“1”和“0”磁化元(存儲(chǔ)元)1.磁性材料的物理特性第6頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁頭——是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵，用于形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)(1)寫操作——通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成磁載體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)一個(gè)磁化元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息；當(dāng)載磁體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息(2)讀操作

——利用磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，讀出線圈中的感應(yīng)的電動(dòng)勢為：不同的磁化狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向不同第7頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月記錄方式的寫讀過程波形圖磁頭在磁表面存儲(chǔ)信息原理10111011通過磁頭線圈的寫電流信息記錄后的磁層磁化狀態(tài)磁載體磁化單元讀出信號(hào)波形選通脈沖第8頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月硬磁盤的記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片7.2.2磁盤的組成和分類主要由三部分組成磁記錄介質(zhì)磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖寫入和讀出操作第9頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月寫入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來的數(shù)據(jù)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，然后一位一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)元讀出時(shí)，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)元形成的空間磁場在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此讀出信息經(jīng)放大檢測就可還原成原來存入的數(shù)據(jù)；由于數(shù)據(jù)是一位一位串行讀出的，故要送至串-并變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，再送至計(jì)算機(jī)第10頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)：一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換，盤片每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭沿盤面徑向移動(dòng)(2)可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī)：盤片可更換，磁頭可沿盤面徑向移動(dòng)；盤片可脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片可互換(3)固定磁頭磁盤機(jī)：磁頭位置固定，每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片不可更換；存取速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜溫徹斯特磁盤機(jī)：簡稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)，是一種密封組合式的硬磁盤，工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起；防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高常見溫盤的直徑：5.25、3.5、2.5、1.75英寸等硬磁盤機(jī)的分類硬磁盤按盤片結(jié)構(gòu)可分成可換盤片式與固定盤片式兩種磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種第11頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁盤驅(qū)動(dòng)器各磁盤驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成2.磁盤控制器

磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口；由于磁盤存儲(chǔ)器是高速外存設(shè)備，故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式磁盤控制器有兩個(gè)方面的接口：系統(tǒng)級(jí)接口——與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線交換數(shù)據(jù)設(shè)備級(jí)接口——與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯圖7.2.3磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器第12頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串-并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)DMA(直接存儲(chǔ)器傳送)控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線——磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備中，主機(jī)與設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，如SCSI接口，從而使設(shè)備相對(duì)獨(dú)立第14頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月記錄面——磁盤片表面磁道——記錄面上一系列同心圓；每個(gè)磁道又分若干個(gè)扇區(qū)

磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來記錄信息；扇區(qū)可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)磁盤地址——記錄面的面號(hào)、n磁道、m扇區(qū)例如對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(hào)(也稱磁頭號(hào))、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)三部分組成讀/寫操作以扇區(qū)為單位一位一位串行進(jìn)行；每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)定長的記錄塊數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式7.2.4磁盤上信息的分布第15頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月每個(gè)扇區(qū)開始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)扇標(biāo)脈沖，兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)扇區(qū)(一個(gè)記錄塊)每個(gè)記錄塊由頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段及尾部空白段組成——各段的作用磁盤上的數(shù)據(jù)格式第17頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.存儲(chǔ)密度：分道密度、位密度和面密度道密度——沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)；道/英寸位密度——磁道單位長度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)；位/英寸面密度——位密度和道密度的乘積；位/平方英寸2.存儲(chǔ)容量：一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)分為格式化容量和非格式化容量格式化容量——按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量非格式化容量——磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)格式化容量一般是非格式化容量的60%—70%7.2.5磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)第18頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.平均存取時(shí)間：存取時(shí)間：從發(fā)出讀寫命令，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼魉蛿?shù)據(jù)所需的時(shí)間它與三個(gè)因素有關(guān)：①找道時(shí)間②等待時(shí)間③數(shù)據(jù)傳送時(shí)間找道時(shí)間和等待時(shí)間是隨機(jī)變化的，因此往往用平均值來表示平均等待時(shí)間與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，常取磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間的一半平均存取時(shí)間其中，n是磁盤旋轉(zhuǎn)速率；b是傳送的字節(jié)數(shù)；N是每磁道字節(jié)數(shù)4.數(shù)據(jù)傳輸率

——單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)，也可以寫成Dr=D·v(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度第19頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月【例1】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問：(1)共有多少柱面?(2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少?(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?(4)采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?(5)如果某文件長度超過一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上?解答(1)(2)(3)解答(4)(5)第20頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月【解】(1)柱面數(shù)=每個(gè)盤面的磁道數(shù)=(外直徑-內(nèi)直徑)/2道密度

=(33-22)/240=40×5.5=220，即有220個(gè)柱面(2)內(nèi)層磁道周長為2πR=2×3.14×11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B

每面信息量=3454B×220=759880B

盤組總?cè)萘?759880B×10=7598800B(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN，N為每條磁道容量，N=3454B，n為磁盤轉(zhuǎn)速，n=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒

Dr=nN=100×3454B=345400B/s題目第21頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式：

此地址格式表示有4臺(tái)磁盤，每臺(tái)有16個(gè)記錄面，每面有256個(gè)磁道，每道有16個(gè)扇區(qū)(5)如果某文件長度超過一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业溃瑪?shù)據(jù)讀/寫速度快題號(hào)柱面(磁道)號(hào)盤面(磁頭)號(hào)扇區(qū)號(hào)第22頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤面，5道/mm，每道記錄信息12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道，求：(1)磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量(2)最高位密度(最小磁道的位密度)和最低位密度(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率(4)平均等待時(shí)間(5)給出一個(gè)磁盤地址格式方案(設(shè)每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié))【解】(1)存儲(chǔ)容量為：12288字節(jié)/道275道4面=13516800字節(jié)(2)最高位密度：最大直徑為：230+275/52=340mm最低位密度：122888位/(340mm)92位/mm(3)轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分=50轉(zhuǎn)/s，數(shù)據(jù)傳輸率：12288B50=614400B/s(4)平均等待時(shí)間：1/50/2=0.01s=10ms(5)磁盤地址由記錄面號(hào)、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)3部分構(gòu)成其中4個(gè)記錄面，故記錄面號(hào)占2位；275個(gè)磁道，磁道號(hào)占9位；每個(gè)磁道所含的扇區(qū)數(shù)為12288/512=24，故扇區(qū)號(hào)占5位由此，磁道的地址可采用下面的格式：151413540記錄面號(hào)磁道號(hào)扇區(qū)號(hào)第23頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展7.3.1磁盤Cache

1.磁盤Cache的概念減少對(duì)磁盤存儲(chǔ)器的存取時(shí)間的措施：提高磁盤機(jī)主軸轉(zhuǎn)速；提高I/O總線速度；采用磁盤cache等設(shè)置磁盤cache的目的：彌補(bǔ)慢速磁盤和主存之間的速度差異2.磁盤Cache的原理

cache行：由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位訪問過程：命中及不命中時(shí)的讀出操作、寫入操作實(shí)現(xiàn)的原理：被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時(shí)間局部性原理，目前大多數(shù)磁盤驅(qū)動(dòng)器中都使用了預(yù)讀策略與CPU的Cache的不同：一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求較CPU的cache低，管理工作較復(fù)雜，因此一般由硬件和軟件共同完成；其中cache采用SRAM或DRAM目錄第24頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月——多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存系統(tǒng)構(gòu)造基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)分塊技術(shù)和并行處理技術(shù)；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲(chǔ)、交叉存儲(chǔ)、單獨(dú)存儲(chǔ)；一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，還可利用冗余信息重建用戶信息RAID標(biāo)準(zhǔn)：按應(yīng)用需求(存儲(chǔ)容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請(qǐng)求速率等)不同，分為7級(jí)(RAID0～RAID6)舉例：RAID0級(jí)——用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速I/O請(qǐng)求RAID0低成本比可靠性更重要，未采用奇偶校驗(yàn)等冗余技術(shù)用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上與單個(gè)大容量磁盤相比的優(yōu)點(diǎn)：若兩個(gè)I/O請(qǐng)求正在等待不同的數(shù)據(jù)塊，則被請(qǐng)求的塊可能在不同的盤上——兩個(gè)請(qǐng)求能并行發(fā)出，減少I/O排隊(duì)的時(shí)間7.3.2磁盤陣列RAID(廉價(jià)冗余磁盤陣列

——RedundantArrayofInexpensiveDisks)第25頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID0級(jí)陣列的數(shù)據(jù)映射邏輯條帶、物理?xiàng)l帶、條帶集數(shù)據(jù)條帶在陣列磁盤中的分布方式及其優(yōu)點(diǎn)負(fù)責(zé)邏輯磁盤和物理磁盤間的映射第26頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)軟磁盤驅(qū)動(dòng)器——盤片有柔軟的聚酯材料組成；磁頭接觸式讀寫(速度慢)目前的軟盤直徑為3.5英寸，300轉(zhuǎn)/分，容量為1.44MB(2)ZIP和JAZ磁盤驅(qū)動(dòng)器ZIP是高容量軟盤，磁頭非接觸，速度快轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)/分，容量大250MBJAZ介于軟盤和硬盤之間，容量達(dá)1GB或2GB，盤片價(jià)格昂貴(3)可移動(dòng)硬盤驅(qū)動(dòng)器容量達(dá)80G250GB7.3.3可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備

第27頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4磁帶存儲(chǔ)設(shè)備(不講)磁帶機(jī)的記錄原理與磁盤機(jī)基本相同，只是它的載磁體是一種帶狀塑料寫入：通過磁頭把信息代碼記錄在磁帶上讀出：當(dāng)記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動(dòng)時(shí)，就可在磁頭線圈上感應(yīng)出電動(dòng)勢磁帶存儲(chǔ)設(shè)備由磁帶機(jī)和磁帶組成，它通常用作為海量存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)備份磁帶上的數(shù)據(jù)采用順序訪問方式——速度比磁盤慢目錄第28頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備7.5.1光盤存儲(chǔ)設(shè)備

CD-ROM光盤只讀型光盤系統(tǒng)的原理：光盤上的信息以坑點(diǎn)形式分布，有坑點(diǎn)表示“1”，無坑點(diǎn)表示“0”

；讀出時(shí)，當(dāng)激光束聚焦點(diǎn)照射在凹坑上時(shí)將發(fā)生衍射，反射率低，根據(jù)反射光的光強(qiáng)變化并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息光道：信息記錄的軌跡扇區(qū)：光盤的最小尋址單位，光道分為若干扇區(qū)【例6】CD-ROM光盤的外緣有5mm寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標(biāo)準(zhǔn)的播放時(shí)間為60分鐘。計(jì)算模式1和模式2情況下光盤存儲(chǔ)容量是多少?目錄第29頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月CD-ROM盤片存儲(chǔ)機(jī)理第30頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月扇區(qū)的結(jié)構(gòu)同步(SYNC)區(qū)：標(biāo)志扇區(qū)的開始，2個(gè)全0字節(jié)和10個(gè)全1字節(jié)組成扇區(qū)標(biāo)識(shí)(ID)區(qū)：說明此扇區(qū)的地址和工作模式，4字節(jié)光盤扇區(qū)的地址編碼：以分(MN)、秒(SC)和分?jǐn)?shù)秒(FR，1/75s)時(shí)間值作為地址，由于光盤的恒定線速度是每秒鐘讀出75個(gè)扇區(qū)，故FR的值實(shí)際上就是秒內(nèi)的扇區(qū)號(hào)(074)MD：模式控制，控制數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的使用，有三種模式分為4個(gè)區(qū)域第31頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月MD控制的三種模式模式0：數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的全部2336個(gè)字節(jié)都是0，這種扇區(qū)不用于記錄數(shù)據(jù)，用作光盤的導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū)模式1：288字節(jié)的校驗(yàn)區(qū)為4字節(jié)的檢測碼(EDC)、8字節(jié)的保留域(未定義)和276字節(jié)的糾錯(cuò)碼(ECC)，這種扇區(qū)模式有2048字節(jié)的數(shù)據(jù)并有很強(qiáng)的檢測和糾錯(cuò)能力，適合于保存計(jì)算機(jī)的程序和數(shù)據(jù)模式2：288字節(jié)的檢驗(yàn)區(qū)也用于存放數(shù)據(jù)，用于保存聲音、圖像等對(duì)誤碼率要求不高的數(shù)據(jù)【解】

扇區(qū)總數(shù)=60×60×75=270000(扇區(qū))

模式1存放計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)容量為270000×2048=527MB

模式2存放聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)容量為270000×2336=601MB第32頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月WORM、CD-R光盤WORM——一次寫多次讀CD-R：是WORM的一種；允許多次分段寫數(shù)據(jù)CD-RW光盤——可重復(fù)寫DVD-ROM光盤——全稱數(shù)字化視頻光盤，后演變成數(shù)字化通用光盤的簡稱與CD-ROM的區(qū)別：凹陷區(qū)的大小相對(duì)更小些，使存儲(chǔ)信息總量更大；雙面可寫，有的甚至多層可寫第33頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月磁光(MO—MagnetOptical)盤：磁場技術(shù)和激光技術(shù)相結(jié)合——由磁道和扇區(qū)組成，可隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息與純磁盤的基本區(qū)別：磁表面需要高溫來改變磁極，因此在常溫下是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)不會(huì)改變基本工作原理：寫入數(shù)據(jù)：利用熱磁效應(yīng)，當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點(diǎn)加熱到居里點(diǎn)溫度以上時(shí)，外加磁場作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0”和“1”讀出數(shù)據(jù)：利用磁光克爾效應(yīng)，當(dāng)激光束照射到記錄點(diǎn)時(shí)，記錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起反射光的偏振面發(fā)生不同結(jié)果，從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)“1”或“0”7.5.2磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備

第34頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月磁光盤操作的四種情況：圖(a)表示未編碼的磁盤，例如所有磁化點(diǎn)均存“0”。圖(b)表示寫操作：高功率激光束照射加熱點(diǎn)（記錄點(diǎn)），磁頭線圈中外加電流后產(chǎn)生的磁場使其對(duì)應(yīng)的記錄點(diǎn)產(chǎn)生相反的磁性微粒，從而寫入“1”。圖(c)表示讀操作：低功率的激光束反射掉相反極性的磁性粒子且使它的極性變化。如果這些粒子沒有被反射掉，則反射激光束的極性是不變化的。圖(d)表示擦除操作：高功率激光束照射記錄點(diǎn)，外加磁場改變方向，使磁性粒子恢復(fù)到原始極性。結(jié)論：MO盤介質(zhì)材料發(fā)生的物理特性改變是可逆變化，因此信息可重寫第35頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6顯示設(shè)備7.6.1顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念

顯示設(shè)備——以可見光的形式傳遞和處理信息顯示設(shè)備的分類

(1)按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類：陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器等(2)按所顯示的信息內(nèi)容分類：字符/圖形顯示器、圖像顯示器CRT顯示設(shè)備的分類按掃描方式分類：光柵掃描和隨機(jī)掃描按分辨率分類：高分辨率顯示器和低分辨率顯示器按顯示的顏色分類：單色(黑白)顯示器和彩色顯示器按熒光屏對(duì)角線長度：12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等目錄第36頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.分辨率和灰度級(jí)分辨率：顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)；像素越密，分辨率越高，圖像越清晰影響分辨率的因素：顯象管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力灰度級(jí)：黑白顯示器中所顯示像素點(diǎn)的亮暗差別；彩色顯示器中表現(xiàn)為顏色的差別；灰度級(jí)越多，圖像層次越清楚逼真

影響灰度級(jí)的因素: 每個(gè)像素對(duì)應(yīng)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)、CRT本身的性能單色顯示器；多灰度級(jí)黑白顯示器；圖像顯示器的灰度級(jí)一般在256級(jí)以上第38頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.刷新和刷新存儲(chǔ)器刷新：為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕的過程刷新頻率：刷新頻率大于30次/秒才不會(huì)感到閃爍；顯示設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新50幀圖像刷新存儲(chǔ)器(視頻存儲(chǔ)器)：為了不斷提供刷新圖像的信號(hào)，用于存儲(chǔ)一幀圖像信息的存儲(chǔ)器刷新存儲(chǔ)器的重要技術(shù)指標(biāo)：容量：由圖像分辨率和灰度級(jí)決定，M=rC例如：一個(gè)容量為1MB的刷新存儲(chǔ)器，在用于分辨率為1024＊1024的顯示器時(shí)，其顏色深度只可能有256色存取周期：必須滿足刷新頻率的要求第39頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.字符顯示字符的顯示方法：以m×n點(diǎn)陣為基礎(chǔ)構(gòu)造字符點(diǎn)陣信息的存儲(chǔ)：按行存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中(3)字符的顯示過程：在CRT進(jìn)行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出某個(gè)字符的點(diǎn)陣，按照點(diǎn)陣中0和1代碼不同控制掃描電子束的關(guān)或開，從而在屏幕上顯示出字符(4)點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符窗口的大小字符窗口——每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)，包括字符顯示點(diǎn)陣和字符間隔7.6.2字符/圖形顯示器7×9點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)第40頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)字符顯示原理字符信息的存儲(chǔ)：每個(gè)字符窗口要顯示字符的ASCII代碼被存放在視頻存儲(chǔ)器VRAM中，以備刷新如：25行80列的顯示器，VRAM至少應(yīng)有2000個(gè)單元存放被顯示的字符信息字符發(fā)生器ROM的尋址：高位地址來自VRAM的ASCII代碼；低位地址來自光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出RA3—RA0，它指向這個(gè)字形點(diǎn)陣中的某個(gè)字節(jié)顯示一個(gè)字符的過程：按照VRAM中的ASCII碼和光柵地址計(jì)數(shù)器訪問ROM，依次取出字形點(diǎn)陣，即可顯示一個(gè)字符第41頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.圖形顯示

根據(jù)產(chǎn)生圖形的方法不同，分為兩種：(1)隨機(jī)掃描圖形顯示器

——將所顯示圖形的一組坐標(biāo)點(diǎn)和繪圖命令組成顯示文件存放于緩沖存儲(chǔ)器，該顯示文件控制矢量(線段)產(chǎn)生器產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動(dòng)特點(diǎn)：分辨率高(可達(dá)4096×4096個(gè)像素)，顯示的曲線平滑；但顯示復(fù)雜圖形時(shí)，會(huì)有閃爍感(2)光柵掃描圖形顯示器

——用相鄰像素串接法產(chǎn)生圖形，即曲線由相鄰像素串接而成顯示原理：存儲(chǔ)屏幕上每個(gè)像素的信息，然后按地址順序逐個(gè)地刷新顯示在屏幕上特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，灰度層次多，顯示復(fù)雜圖形無閃爍；產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能第43頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月【例3】IBMPC機(jī)漢字顯示原理圖如下，請(qǐng)分析此原理圖并進(jìn)行文字說明。第44頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月【解】在IBMPC系列微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，漢字輸出是利用通用顯示器和打印機(jī)，在主機(jī)內(nèi)部由通用的圖形顯示卡形成點(diǎn)陣碼以后，將點(diǎn)陣碼送到輸出設(shè)備，輸出設(shè)備只要具有輸出點(diǎn)陣的能力就可以輸出漢字。以這種方式輸出的漢字是在設(shè)備可以畫點(diǎn)的圖形方式下實(shí)現(xiàn)的，因此常稱這種漢字為圖形漢字如圖7.16所示，通過鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成漢字機(jī)內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時(shí)要用輸入碼到碼表中檢索機(jī)內(nèi)碼，得到兩個(gè)字節(jié)的機(jī)內(nèi)碼，字形檢索程序用機(jī)內(nèi)碼檢索字模庫，查出表示一個(gè)字形的32個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣送顯示輸出第45頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月主觀圖像(圖形)：用計(jì)算機(jī)表示和生成的圖，只需存儲(chǔ)繪圖命令和坐標(biāo)點(diǎn)，沒有必要存儲(chǔ)每個(gè)像素點(diǎn)客觀圖像(圖像)：處理的對(duì)象是由攝像機(jī)攝取下來存入計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像，數(shù)字化后逐點(diǎn)存儲(chǔ)，占用非常龐大的主存空間圖像顯示器有兩種類型：1.簡單圖像顯示器

——不做任何處理，僅僅顯示由計(jì)算機(jī)送來的數(shù)字圖像；圖像處理操作在計(jì)算機(jī)中完成2.圖形處理子系統(tǒng)

——是具有并行處理功能的專用計(jì)算機(jī)，內(nèi)部有大容量存儲(chǔ)器和高速處理器，不僅能完成顯示，還可快速執(zhí)行許多圖像處理算法；圖形工作站屬于圖形處理子系統(tǒng)7.6.3圖像顯示設(shè)備

第46頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月圖像輸入控制板(視頻數(shù)字化儀)組成：I/O接口、圖像存儲(chǔ)器(刷新存儲(chǔ)器)、A/D與D/A變換圖像輸入控制板功能：實(shí)現(xiàn)連續(xù)的視頻信號(hào)與離散的數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換；接收攝像機(jī)模擬視頻輸入信號(hào)，經(jīng)A/D變換為數(shù)字量存入刷新存儲(chǔ)器用于顯示，并可傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理；處理后的結(jié)果送回刷存，經(jīng)D/A變換成模擬視頻輸出，由監(jiān)視器顯示輸出監(jiān)視器：只含掃描、視頻放大等與顯示有關(guān)的電路及顯像管第47頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.顯示標(biāo)準(zhǔn)——PC機(jī)采用的顯示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷的變化：MDA→CGA→EGA→VGA→SuperVGA

MDA(MonochromeDisplayAdapter)——單色字符顯示適配器，9×14點(diǎn)陣的字符窗口，滿屏顯示80列×25行字符，分辨率為720×350個(gè)像素

CGA(ColorGraphicsAdapter)——彩色圖形/字符顯示適配器，兼容字符和圖形兩種顯示方式；圖形方式下，可顯示320×200像素四種顏色的彩色圖形

EGA(EnhancedGraphicsAdapter)——兼容CGA和MDA各種顯示方式，圖形方式下分辨率640×350，16種顏色

VGA(VideoGraphicsArray)——字符窗口9×16點(diǎn)陣，圖形方式下分辨率640×480，16種顏色，或320×200，256種顏色；掃描頻率(水平同步)31.5kHz，刷新頻率(垂直同步)60Hz；還增添了一個(gè)新接口VFC，允許來自其他設(shè)備的圖形、圖像信號(hào)與適配器生成的圖形信號(hào)合成7.6.4VESA顯示標(biāo)準(zhǔn)第48頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月

SuperVGA模式——VESA(美國視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))定義的VGA擴(kuò)展集，將顯示方式標(biāo)準(zhǔn)化；該模式除兼容VGA的顯示方式外，還支持1280×1024像素光柵，每像素點(diǎn)24位顏色深度，刷新頻率可達(dá)75MHz2.VESA(Video

ElectronicsStandardAssociation)顯示模式表7.1列出了VESA擴(kuò)充的標(biāo)準(zhǔn)顯示模式MDA，CGA，EGA的顯示方式由BIOS的一組功能調(diào)用(INT10h)來設(shè)置和管理，使用7位的方式碼VESA保留了這種方式，將VGA類顯示器及適配器所能支持的新的顯示方式進(jìn)行定義，并為新的顯示方式指定了15位的方式碼，方式碼的b8位為VESA標(biāo)志位，b14—b9為保留位(目前全為0)，故VESA的顯示方式號(hào)為1××h支持12801024像素，24位顏色深度，刷新頻率可達(dá)75MHz第49頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.顯示適配器——由刷新存儲(chǔ)器、顯示控制器、ROMBIOS三部分組成刷新存儲(chǔ)器顯示適配器結(jié)構(gòu)框圖第50頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月刷新存儲(chǔ)器——存放顯示圖案的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)；容量取決于顯示方式ROMBIOS——作為基本輸入、輸出系統(tǒng)的固化軟件，用于支持顯示控制器建立所要求的顯示環(huán)境，主要用于DOS操作系統(tǒng)；在Windows環(huán)境下，由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序建立操作系統(tǒng)與適配器硬件的銜接，它的大部分功能不被使用顯示控制器——適配器的心臟，主要完成的任務(wù)：(1)根據(jù)設(shè)定的顯示方式，將從顯存中讀取的圖像點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換成R，G，B三色信號(hào)，并配以同步信號(hào)送至顯示器刷新屏幕(2)提供由系統(tǒng)總線至刷存總線的通路，支持CPU將主存中已修改好的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入到刷存，以更新屏幕；數(shù)據(jù)的修改一般利用掃描回程的消隱時(shí)間寫到刷存中，因此顯示屏幕不會(huì)出現(xiàn)凌亂說明：先進(jìn)的顯示控制器具有圖形加速能力，其功能包括：(1)位和塊傳送：用于生成和移動(dòng)一個(gè)矩形塊(如窗口)數(shù)據(jù)(2)畫線：由硬件在屏上任意兩點(diǎn)間畫一向量(3)填域：以預(yù)先指定的顏色或花樣填滿一個(gè)任意多邊形(4)顏色擴(kuò)充：將圖像放到屏幕上時(shí)，指定其前景顏色和背景顏色第51頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月【例4】刷存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)若顯示工作方式采用分辨率為1024×768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計(jì)算刷存總帶寬應(yīng)為多少?(2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施?【解】(1)∵刷新所需帶寬=分辨率×每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度×刷新速率∴1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s

刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s×100/50=324MB/s(2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，可采用的技術(shù)措施：①使用高速的DRAM芯片組成刷存；②刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；③刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由32位提高到64位，甚至128位；④刷存采用雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，將刷新端口與更新端口分開轉(zhuǎn)本章小結(jié)第52頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7輸入設(shè)備和打印設(shè)備7.7.1輸入設(shè)備計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備分為圖形輸入、圖像輸入、聲音輸入等幾類：1.圖形輸入設(shè)備圖形輸入方法較多，特別是交互式圖形系統(tǒng)要求具有人-機(jī)對(duì)話功能：計(jì)算機(jī)將結(jié)果顯示給人，人根據(jù)看到的顯示決定下一步操作，并通過輸入設(shè)備告訴計(jì)算機(jī)。如此反復(fù)多次，直到顯示結(jié)果滿意為止。為此必須具有方便靈活的輸入手段，才能體現(xiàn)“交互式”的優(yōu)越性(1)鍵盤輸入

鍵盤是字符和數(shù)字的輸入裝置，無論字符輸入還是圖形輸入，鍵盤是一種最基本的常用設(shè)備。當(dāng)需要輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立顯示文件時(shí)，要利用鍵盤。另外，利用鍵盤上指定的字符與屏幕上的光標(biāo)結(jié)合，可用來移動(dòng)光標(biāo)，拾取圖形坐標(biāo)，指定繪圖命令等目錄第53頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)鼠標(biāo)器輸入

光筆和圖形板兩種輸入方式都是輸入某一點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，而鼠標(biāo)器只要輸入相對(duì)坐標(biāo)鼠標(biāo)器是一種手持的坐標(biāo)定位部件，有兩種類型。一種是機(jī)械式的，另一種是光電式的第54頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月2.圖像輸入設(shè)備最理想的圖像輸入設(shè)備是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。它可以攝取任何地點(diǎn)、任何環(huán)境的自然景物和物體，直接將數(shù)字圖像存入磁盤當(dāng)圖像已經(jīng)記錄到某種介質(zhì)上時(shí)，要利用讀出裝置讀出圖像。例如記錄在錄像帶上的圖像要用錄像機(jī)讀出，再將視頻信號(hào)經(jīng)圖像板量化后輸入計(jì)算機(jī)。記錄在數(shù)字磁帶上的遙感圖像可以直接在磁帶機(jī)上輸入。如果想把紙上的圖像輸入計(jì)算機(jī)，一種方法是用攝像機(jī)對(duì)著紙上的圖像攝像輸入，另一種方法是利用裝有CCD(電荷耦合器件)的圖文掃描儀或圖文傳真機(jī)。還有一種叫“光機(jī)掃描鼓”的專用設(shè)備，可以直接將紙上的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像由于一幀數(shù)字圖像要占很大的存儲(chǔ)空間，圖像數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)間題將是一個(gè)十分重要的研究課題，目前普遍采用的方法是壓縮-恢復(fù)技術(shù)

第55頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月3.語音輸入設(shè)備利用人的自然語音實(shí)現(xiàn)人-機(jī)對(duì)話是新一代多媒體計(jì)算機(jī)的重要標(biāo)志之一；如圖為一種語音輸入/輸出設(shè)備的原理方框圖：語音識(shí)別器可以將人的語言聲音轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信息，并將這些信息送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果又可以通過語音合成器變成聲音輸出通常語音識(shí)別器與語言合成器放在一起做成語音輸入/輸出設(shè)備

第56頁，課件共62頁，創(chuàng)作于2023年2月1.打印設(shè)備的分類按印字原理分:分為擊打式和非擊打式兩大類擊打式是利用機(jī)械作用使印字機(jī)構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符。因此習(xí)慣上將屬于擊打式打印方式的機(jī)種稱為“打印機(jī)”。擊打式設(shè)備的成本低，缺點(diǎn)是噪音大，速度慢。非擊打式是采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符，因此習(xí)慣上將這類非擊打式的機(jī)種稱為“