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文檔簡介

第7章外圍設(shè)備24十一月20232目錄7.1外圍設(shè)備概述 ——了解7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備 ——掌握7.3磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展 ——了解7.4磁帶存儲(chǔ)設(shè)備 ——了解7.5光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備 ——理解7.6顯示設(shè)備 ——理解7.7輸入設(shè)備和打印設(shè)備 ——理解24十一月20233考研大綱要求七、輸入輸出系統(tǒng)(一)I/O系統(tǒng)基本概念(二)外部設(shè)備

1.輸入設(shè)備:鍵盤,鼠標(biāo)

2.輸出設(shè)備:顯示器、打印機(jī)

3.外存儲(chǔ)器:硬盤存儲(chǔ)器、硬盤陣列、光盤存儲(chǔ)器24十一月202347.1外圍設(shè)備概述7.1.1外圍設(shè)備的一般功能7.1.2外圍設(shè)備的分類24十一月202357.1.1外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的定義:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,除CPU和主存之外的部件都可看作外設(shè);外圍設(shè)備的功能:在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器,或與用戶之間提供聯(lián)系。外圍設(shè)備的基本組成:存儲(chǔ)介質(zhì)用于信息的保存;驅(qū)動(dòng)裝置用于移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì),使之正常工作;控制電路用于使該外設(shè)與外界(如CPU)的信息傳遞。以硬盤為例盤片組定位驅(qū)動(dòng)器讀寫控制24十一月202367.1.2外圍設(shè)備的分類分類輸入/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;……外設(shè)都是通過適配器與主機(jī)連接的;適配器控制所連外設(shè)的具體工作;動(dòng)畫演示:7-1.swf24十一月202377.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.2.1磁記錄原理7.2.2硬磁盤機(jī)的基本組成和分類7.2.3硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器7.2.4磁盤上信息的分布7.4.5磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)

重點(diǎn)掌握24十一月202387.2.1磁記錄原理磁表面存儲(chǔ)器用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。磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn):存儲(chǔ)容量大,位價(jià)格低;記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用;記錄信息可以長期保存而不丟失;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;非接觸式讀寫,對(duì)工作環(huán)境要求較高。如:磁帶、磁盤要求防塵、防震24十一月20239磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理在磁表面存儲(chǔ)器中,信息的讀寫是利用磁頭來進(jìn)行的;磁頭:由軟磁材料做鐵芯,繞有讀寫線圈的電磁鐵。寫操作原理:電-磁變換;利用磁頭寫線圈中的脈沖電流,在磁表面每個(gè)存儲(chǔ)元上形成不同的磁化狀態(tài);讀操作原理:磁-電變換;利用磁頭讀線圈,

將磁表面每個(gè)存儲(chǔ)

元上的不同剩磁狀

態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)讀出;24十一月2023107.2.2磁盤的組成和分類硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)組成磁記錄介質(zhì)磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器動(dòng)畫演示:7-5.swf硬質(zhì)圓形盤片磁頭、小車、傳送帶讀寫控制電路24十一月202311硬磁盤的分類按盤片結(jié)構(gòu)分可換盤片式、固定盤片式按磁頭分可移動(dòng)磁頭、固定磁頭溫徹斯特磁盤機(jī)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī);密封組合式的硬磁盤;磁頭、盤片、電機(jī)等部件組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。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。優(yōu)點(diǎn):防塵性能好,可靠性高,對(duì)使用環(huán)境要求不高。

組合

可移動(dòng)磁頭固定盤片固定磁頭固定盤片可移動(dòng)磁頭可換盤片固定磁頭可換盤片簡稱溫盤24十一月202312硬磁盤外觀24十一月202313硬磁盤內(nèi)部構(gòu)成24十一月2023147.2.3硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主軸系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)磁盤控制器主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)

器之間的接口。24十一月202315硬磁盤的驅(qū)動(dòng)器24十一月202316現(xiàn)代硬盤結(jié)構(gòu)示意圖24十一月2023177.2.4磁盤上信息的分布記錄面磁盤片表面;一個(gè)盤片有上下兩個(gè)記錄面。磁道記錄面上一系列同心圓;最外圈為0磁道,依次為1、2、……、N磁道;每個(gè)磁道的存儲(chǔ)容量均相同;不同盤片的相同磁道構(gòu)成一個(gè)柱面;扇區(qū)同心圓上的一段磁道區(qū)域;每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)容量也相同。24十一月202318磁盤上的信息記錄方式一個(gè)硬盤由多個(gè)盤片構(gòu)成的磁盤組來記錄信息;每個(gè)盤片包括兩個(gè)記錄面(除最上面和最下面);每個(gè)記錄面表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道來記錄信息;每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)。磁盤組的信息記錄順序是按照柱面來組織的:第0面第0道

第1面第0道

……

第N面第0道

第0面第1道

第1面第1道

……

第N面第1道

……硬盤上信息地址由記錄面號(hào)、磁道號(hào)、扇區(qū)號(hào)三個(gè)部分組成。索引:磁道的起始位置。為便于進(jìn)行讀/寫操作;24十一月2023197.4.5磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)密度有道密度、位密度、面密度三個(gè)不同的指標(biāo);相關(guān)概念道距:相鄰兩磁道中心線之間的距離;道寬:磁化軌跡的寬度。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);平均存取時(shí)間從發(fā)出讀寫命令后,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⑺枰臅r(shí)間。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù);24十一月202320存儲(chǔ)密度道密度沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù);單位: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);單位:位/英寸。注意:每個(gè)磁道的位密度均不相同,有最高、最低位密度。0磁道的位密度為最低位密度;面密度位密度和道密度的乘積;單位:位/平方英寸。24十一月202321存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量=記錄面數(shù)×每面磁道數(shù)×磁道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。格式化容量一般是非格式化容量的60%—70%。24十一月202322平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間等于平均找道時(shí)間與平均等待時(shí)間之和;定位時(shí)間(找道時(shí)間)將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間;等待時(shí)間找道完成后,盤片將所要訪問信息轉(zhuǎn)到磁頭下方的時(shí)間;平均找道時(shí)間最大與最小找道時(shí)間的平均值,約為10~20ms;平均等待時(shí)間與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān),是磁盤旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的一半。硬盤轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分,故平均等待時(shí)間約為4ms。24十一月202323數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn),磁道容量為N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率Dr=n×N(字節(jié)/秒)設(shè)某磁道位密度為D字節(jié)/英寸,磁盤轉(zhuǎn)速為v英寸/秒,則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=D×v(字節(jié)/秒)24十一月202324課本P217【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:共有多少柱面?柱面數(shù)=每面的磁道數(shù)盤面上的有效存儲(chǔ)區(qū)域=33/2–22/2=16.5-11=5.5(cm)∵道密度=40道/cm∴磁道數(shù)=40×5.5=220道,即220個(gè)柱面24十一月202325課本P217【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:盤組總存儲(chǔ)容量是多少?存儲(chǔ)容量=記錄面數(shù)×每面磁道數(shù)×磁道容量內(nèi)層磁道周長為2πR=2×3.14×11=69.08(cm)道容量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B盤組總?cè)萘?10×220×3454B =7598800B6×2-2220位密度×磁道周長24十一月202326課本P217【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:數(shù)據(jù)傳輸率多少?每磁道容量N=3454B磁盤轉(zhuǎn)速r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=r×N =40×3454B=13816B/s24十一月202327課本P217【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: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?磁盤組的記錄順序是按照柱面來組織的;因?yàn)椴恍枰匦抡业?,?shù)據(jù)讀/寫速度快;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。24十一月202328例1:某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,共有4個(gè)記錄盤面,每毫米5道,每道記錄信息12288字節(jié),最內(nèi)層磁道直徑為230mm,共275道,求:

磁盤的存儲(chǔ)容量為多大?存儲(chǔ)容量=記錄面數(shù)×每面磁道數(shù)×磁道容量

=4面×275道×12288字節(jié)

=13516800字節(jié)最高位密度和最低位密度分別是多少?位密度=道容量÷磁道周長(2πR)最內(nèi)層磁道半徑Rmin=230mm÷2=115mm最外層磁道半徑Rmax=Rmin+275/5=115+55=170mm最高位密度=12288字節(jié)÷2πRmin=17字節(jié)/mm最低位密度=12288字節(jié)÷2πRmax=11.5字節(jié)/mm24十一月202329例1:某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,共有4個(gè)記錄盤面,每毫米5道,每道記錄信息12288字節(jié),最內(nèi)層磁道直徑為230mm,共275道,求:磁盤數(shù)據(jù)傳輸率為多少?磁盤數(shù)據(jù)傳輸率=每道容量×轉(zhuǎn)速

=12288×50轉(zhuǎn)/秒

=614400字節(jié)/秒平均等待時(shí)間是多少?

平均等待時(shí)間=1/2×1/轉(zhuǎn)速

=1/2×1/50轉(zhuǎn)/秒

=1/100秒=10ms24十一月202330例2:設(shè)某磁盤有兩個(gè)記錄面,存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)徑為2.36英寸,外徑為5英寸,道密度為1250TPI(道/英寸),內(nèi)徑處的位密度為52400BPI(字節(jié)/英寸),轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分,問:每面有多少磁道?磁道數(shù)=記錄面的有效區(qū)域

道密度

=[(外徑-內(nèi)徑)/2]道密度

=[(5-2.36)/2]1250TPI =1650道每磁道能存儲(chǔ)多少字節(jié)?道容量=內(nèi)圈周長

位密度

=(2.363.14)52400

÷8=48562字節(jié)24十一月202331例2:設(shè)某磁盤有兩個(gè)記錄面,存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)徑為2.36英寸,外徑為5英寸,道密度為1250TPI(道/英寸),內(nèi)徑處的位密度為52400BPI(字節(jié)/英寸),轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分,問:

數(shù)據(jù)傳輸速率為多少?數(shù)據(jù)傳輸率=每道字節(jié)數(shù)

轉(zhuǎn)速

=48562(7200÷60)

=5.82106字節(jié)/秒設(shè)找道時(shí)間在10ms到40ms之間,在一個(gè)磁道上寫上8000字節(jié)數(shù)據(jù),平均需要多少時(shí)間?所需時(shí)間=平均找道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)讀取時(shí)間

=(10+40)/2+(60/7200)/2+8000÷(5.82106)≈25ms+4.2ms+1.4ms=30.6ms24十一月2023327.5光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤存儲(chǔ)器采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上非接觸地記錄高密度信息;以介質(zhì)材料光學(xué)性質(zhì)的變化來表示所存儲(chǔ)信息的“1”或“0”。光盤存儲(chǔ)器是以光道來記錄信息的;光道是一條始于盤片中心的螺旋線。光盤的優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)容量大;光盤的缺點(diǎn)存取時(shí)間長,數(shù)據(jù)傳輸率低。一張CD-ROM盤片的存儲(chǔ)容量可達(dá)600MB以上24十一月202333光盤存儲(chǔ)器的分類只讀型廠商以高成本制作出母盤后大批壓制出來的光盤;這種模壓式記錄的光盤只能讀,不能修改。寫一次型用戶可以在這種光盤上記錄信息,但只能寫一次。重寫型用戶可對(duì)這類光盤進(jìn)行隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息。DVD-ROM光盤最初的全稱是數(shù)字化視頻光盤;CD-ROM是單面使用,DVD-ROM是兩面都可以寫數(shù)據(jù)。CD-RWCD-ROMWORM、CD-RDVD-ROM24十一月202334硬盤、軟盤、磁帶、光盤的性能比較速度可換性讀寫方式價(jià)格容量適用場合硬盤高不可以非接觸式較高較大作為主存后援,存放軟件、數(shù)據(jù)磁帶低可以接觸式較低(磁帶機(jī)+磁帶)較小海量后備(順序存取)光盤較高可以非接觸式高(可擦寫光驅(qū)+光盤)大存軟件、圖文資料檔案等24十一月2023357.6顯示設(shè)備顯示設(shè)備的分類按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;按顯示的內(nèi)容分類字符顯示器、圖形顯示器、圖像顯示器;

CRT顯示設(shè)備以掃描方式不同,分成光柵掃描和隨機(jī)掃描兩種顯示器;以分辨率不同,分成高分辨率顯示器和低分辨率顯示器;以顯示的顏色分類,有單色(黑白)顯示器和彩色顯示器;以熒光屏對(duì)角線長度分類,有14英寸、16英寸、19英寸等多種。24十一月202336隨機(jī)掃描和光柵掃描隨機(jī)掃描電子束只在需要做圖的地方掃描,而不必掃描全屏幕;這種掃描方式畫圖速度快,圖像清晰;高質(zhì)量的圖形顯示器(如分辨率為4096×4096)采用;其偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)與電視標(biāo)準(zhǔn)不一致,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜,價(jià)格較貴。光柵掃描電子束從上至下順序掃描整個(gè)屏幕;又可分為逐行掃描和隔行掃描兩種方式;電視中采用的掃描方法;缺點(diǎn)是冗余時(shí)間多,分辨率不如隨機(jī)掃描方式。24十一月202337分辨率分辨率是指顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù);像素是指組成圖像的最小單位;像素越密,分辨率越高,圖像顯示越清晰;CRT顯示器的分辨率取決于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;液晶顯示器采用最佳分辨率顯示;顯示小于最佳分辨率的畫面時(shí),液顯采用兩種方式:一種是居中顯示,一種是放大顯示。13~15寸液晶顯示器的最佳分辨率為1024×768;17英寸、19英寸的分辨率為1280×1024。24十一月202338灰度級(jí)灰度級(jí)在黑白顯示器中所顯示的像素點(diǎn)的亮暗差別;在彩色顯示器中則表示為顏色的不同;灰度級(jí)越多,圖像層次越清楚逼真;灰度級(jí)取決于每個(gè)像素對(duì)應(yīng)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。只有兩級(jí)灰度的顯示器稱為單色顯示器。圖像顯示器的灰度級(jí)一般在256級(jí)以上。24十一月202339刷新和刷新存儲(chǔ)器刷新CRT顯示器的電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕以穩(wěn)定圖像;刷新頻率顯示器每秒能夠?qū)φ麄€(gè)屏幕的刷新次數(shù)。一般設(shè)置刷新頻率為70Hz以上;電視中的標(biāo)準(zhǔn)是每秒刷新50Hz;刷新存儲(chǔ)器存放圖像信息用于刷新的存儲(chǔ)器,也叫顯示存儲(chǔ)器;其存儲(chǔ)容量由圖像分辨率和灰度級(jí)決定;刷新存儲(chǔ)器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。刷新存儲(chǔ)器帶寬=分辨率×顏色深度×刷新頻率24十一月202340練習(xí)CRT的分辨率為1024×1024像素,像素的顏色數(shù)為256,則刷新存儲(chǔ)器的容量是()。A、256KB B、512KB C、1MB D、8MB分析:容量=

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