《計(jì)算機(jī)原理》課件第8章

第8章外圍設(shè)備8.1外圍設(shè)備概述8.2輸入設(shè)備8.3輸出設(shè)備8.4外存儲(chǔ)設(shè)備關(guān)聯(lián)習(xí)題8.1外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用戶在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，接觸最多的就是外圍設(shè)備。外圍設(shè)備是計(jì)算機(jī)和外部世界聯(lián)系的橋梁。8.1.1外圍設(shè)備的概念外圍設(shè)備(PeripheralDevice)又叫做外部設(shè)備(ExternalDevice)，在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，外圍設(shè)備是計(jì)算機(jī)與外界交換信息的全部附屬設(shè)備，如圖8-1所示。圖8-1外圍設(shè)備外圍設(shè)備的主要作用是：將外界的信息輸入計(jì)算機(jī)；取出計(jì)算機(jī)要輸出的信息；存儲(chǔ)需要保存的信息和編輯整理外界信息以便輸入計(jì)算機(jī)。外圍設(shè)備一般由媒體、設(shè)備和設(shè)備控制器組成。設(shè)備控制器是控制該設(shè)備進(jìn)行操作的控制部件，它接受中央處理機(jī)通過(guò)接口傳送來(lái)的各種信息，并按設(shè)備的不同要求把這些信息傳送到設(shè)備或從設(shè)備讀出信息傳送到接口。因?yàn)椴煌O(shè)備有不同的要求，所以要求各種專門的設(shè)備控制器與之配合。8.1.2外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備大體分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過(guò)程控制設(shè)備五大類。每一種設(shè)備都在它自己的設(shè)備控制器控制下進(jìn)行工作，而設(shè)備控制器則通過(guò)適配器(接口)和主機(jī)相連，并受主機(jī)控制。

1．輸入設(shè)備輸入設(shè)備是人和計(jì)算機(jī)之間最重要的接口，它的功能是把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序、命令通過(guò)輸入接口輸入到計(jì)算機(jī)中。因此，凡是能把程序、數(shù)據(jù)和命令送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的設(shè)備都是輸入設(shè)備。由于需要輸入到計(jì)算機(jī)的信息多種多樣，如字符、圖形、圖像、語(yǔ)音、光線、電流、電壓等，因此需要不同的輸入設(shè)備。輸入設(shè)備包括字符輸入設(shè)備(如鍵盤、條形碼閱讀器、磁卡機(jī))、圖形輸入設(shè)備(如鼠標(biāo)器、圖形數(shù)字化儀、操縱桿)、圖像輸入設(shè)備(如掃描儀、傳真機(jī)、攝像機(jī))。

2．輸出設(shè)備輸出設(shè)備同樣是十分重要的人機(jī)接口，它的功能是用來(lái)輸出人們所需要的計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。輸出的形式可以是數(shù)字、字母、表格、圖形、圖像等。最常用的輸出設(shè)備是各種類型的顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等。

3．外存設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了計(jì)算機(jī)主機(jī)中的內(nèi)存儲(chǔ)器(包括主存和高速緩沖存儲(chǔ)器)外，還應(yīng)有外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱“外存”。外存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)大量暫時(shí)不參加運(yùn)算或處理的數(shù)據(jù)和程序，因而速度較慢。一旦需要，可成批地與內(nèi)存交換信息。它是主存儲(chǔ)器的后備和補(bǔ)充，因此叫它為“輔助存儲(chǔ)器”。外存的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、可靠性高、價(jià)格低，在脫機(jī)情況下可以永久地保存信息，進(jìn)行重復(fù)使用。外存按存儲(chǔ)介質(zhì)可分為磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器?，F(xiàn)在人們使用的磁表面存儲(chǔ)器主要是磁盤和磁帶。微機(jī)上使用的主要是硬磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。目前，可移動(dòng)磁盤如移動(dòng)硬盤和U盤已廣泛在微機(jī)系統(tǒng)中使用，為用戶提供了很大的方便。8.1.3外圍設(shè)備的功能外圍設(shè)備的功能是在計(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。人操作計(jì)算機(jī)必須要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，程序要輸入，程序運(yùn)行中所需要的數(shù)據(jù)也要輸入，操作者要了解程序運(yùn)行的情況，以便隨時(shí)對(duì)出現(xiàn)的不正常情況進(jìn)行干預(yù)和處理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要把處理結(jié)果以操作者需要的方式輸出，這些都要通過(guò)外圍設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。不少輸入/輸出設(shè)備，如鍵盤、顯示器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)等就是提供這種手段的設(shè)備。外圍設(shè)備就像人的五官和四肢一樣，通過(guò)其接受外界的信息，并對(duì)處理的結(jié)果做出反應(yīng)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)外圍設(shè)備的要求也越來(lái)越高，外圍設(shè)備正向電子化和智能化的方向發(fā)展。如盡量減少外圍設(shè)備中機(jī)械部件的比重，采用伺服電機(jī)和大規(guī)模超大規(guī)模集成電路器件代替，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。外圍設(shè)備的控制采用微處理器、單片機(jī)和專用大規(guī)模集成電路器件，使外圍設(shè)備具有處理機(jī)的功能。這樣不僅使外圍設(shè)備的體積縮小，增強(qiáng)了功能，提高了可靠性，而且降低了成本。這些在打印機(jī)、顯示器、磁盤存儲(chǔ)器、掃描儀中體現(xiàn)得十分明顯。8.2輸入設(shè)備輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁，用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)的程序輸入到計(jì)算機(jī)中?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)能夠接收各種各樣的數(shù)據(jù)，既可以是數(shù)值型的數(shù)據(jù)，也可以是各種非數(shù)值型的數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、聲音等都可以通過(guò)不同類型的輸入設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和輸出。8.2.1鍵盤鍵盤(Keyboard)是常用的輸入設(shè)備，它由一組排列成陣列形式的按鍵組成，目前常用的鍵盤有104個(gè)按鍵，包括數(shù)字鍵、字母鍵、符號(hào)鍵、功能鍵及控制鍵等。每一個(gè)按鍵在計(jì)算機(jī)中都有它的唯一代碼。當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，鍵盤接口將該鍵的二進(jìn)制代碼送入計(jì)算機(jī)主機(jī)，并將按鍵字符顯示在顯示器上。當(dāng)快速輸入大量字符而主機(jī)來(lái)不及處理時(shí)，先將這些字符的代碼送往內(nèi)存的鍵盤緩沖區(qū)，然后再?gòu)脑摼彌_區(qū)中取出進(jìn)行分析處理。鍵盤接口電路多采用單片微處理器，由它控制整個(gè)鍵盤的工作，如上電時(shí)對(duì)鍵盤的自檢、鍵盤掃描、按鍵代碼的產(chǎn)生、發(fā)送及與主機(jī)的通信等。

1．鍵盤的分類

1)觸點(diǎn)式按鍵早期的鍵盤幾乎全部是機(jī)械式鍵盤，每個(gè)按鍵的下部有兩個(gè)觸點(diǎn)，平時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)沒(méi)有接觸，相當(dāng)于斷路，該鍵被按下后兩觸點(diǎn)導(dǎo)通。這種鍵盤手感差、易磨損，故障率較高。

2)電容式按鍵這種按鍵通過(guò)改變電容器電極之間的距離，產(chǎn)生電容的變化。每個(gè)按鍵內(nèi)活動(dòng)極、驅(qū)動(dòng)極與檢測(cè)極組成兩個(gè)串聯(lián)的電容器。鍵按下時(shí)，上下兩極片靠近，極板間距離縮短，來(lái)自振蕩器的脈沖信號(hào)被電容耦合后輸出；反之，則無(wú)信號(hào)輸出。這種鍵使用中不存在磨損、接觸不良等問(wèn)題，其耐久性、靈敏度和穩(wěn)定性比較好。為了避免電極間進(jìn)入灰塵，電容式按鍵開關(guān)采用密封組裝。電容式鍵盤手感好、壽命長(zhǎng)，目前使用的計(jì)算機(jī)鍵盤多為電容式無(wú)觸點(diǎn)鍵盤。

2．鍵盤接插件標(biāo)準(zhǔn)目前PC上常用的鍵盤插口是直徑為8?mm的6芯PS/2鍵盤插口，如圖8-2所示。圖8-2鍵盤插口圖8.2.2鼠標(biāo)鼠標(biāo)(Mouse)是一種手持式屏幕坐標(biāo)定位設(shè)備，它是適應(yīng)菜單操作的軟件和圖形處理環(huán)境而出現(xiàn)的一種輸入設(shè)備，特別是在現(xiàn)今流行的Windows圖形操作系統(tǒng)環(huán)境下應(yīng)用鼠標(biāo)方便快捷。目前常用的鼠標(biāo)是光電式的。光電式鼠標(biāo)的底部裝有兩個(gè)平行放置的小光源，需要與一塊畫滿小方格的反射板配合使用鼠標(biāo)在反射板上移動(dòng)，光源發(fā)出的光經(jīng)反射板反射后，由鼠標(biāo)接收，并轉(zhuǎn)換為電移動(dòng)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，使屏幕的光標(biāo)隨之移動(dòng)。其他方面與機(jī)械式鼠標(biāo)一樣。鼠標(biāo)一般有三個(gè)鍵，也有更多按鍵的。由于鼠標(biāo)所配的軟件系統(tǒng)不同，對(duì)三個(gè)鍵的定義有所不同。一般情況下，鼠標(biāo)左鍵可在屏幕上確定某一位置，該位置在字符輸入狀態(tài)下是當(dāng)前輸入字符的顯示點(diǎn)；在圖形狀態(tài)下是繪圖的參考點(diǎn)。在菜單選擇中，左鍵可選擇菜單項(xiàng)，也可以選擇繪圖工具和命令。當(dāng)作出選擇后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行所選擇的命令。鼠標(biāo)能夠移動(dòng)光標(biāo)，選擇各種操作和命令，并可方便地對(duì)圖形進(jìn)行編輯和修改，但卻不能輸入字符和數(shù)字。常用的鼠標(biāo)接口有PS/2和USB兩種。

1．PS/2接口鼠標(biāo)

PS/2接口鼠標(biāo)因最早用在IBMPS/2系列微機(jī)上而得名。它使用專用的鼠標(biāo)接插座(6芯DIN型頭)，安裝靈活方便，不占用串口資源?，F(xiàn)在的PC機(jī)主板都有支持PS/2鼠標(biāo)接口的插座。其插口如圖8-3所示。圖8-3鼠標(biāo)插口圖

2．USB接口鼠標(biāo)由于USB接口的普及，USB接口的鼠標(biāo)使用越來(lái)越廣泛。PS/2接口不支持熱拔插，因?yàn)樗⒉幌馯SB接口那樣具有保護(hù)電路，熱拔插很容易使PS/2接口電路中的電容被擊穿，從而導(dǎo)致PS/2接口損壞，而USB鼠標(biāo)支持熱插拔。另外USB還有支持即插即用的優(yōu)點(diǎn)，所以USB接口已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的最主要的接口方式。8.2.3其他輸入設(shè)備

1．光學(xué)標(biāo)記閱讀機(jī)光學(xué)標(biāo)記閱讀機(jī)是一種利用光電原理，對(duì)已經(jīng)印刷好或書寫好的文字稿樣進(jìn)行掃描，獲得文字圖像信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件決策出識(shí)別的結(jié)果的輸入設(shè)備。首先，對(duì)輸入原稿上的文字進(jìn)行光學(xué)掃描。然后，對(duì)取樣點(diǎn)的文字進(jìn)行二值化。其次，對(duì)二值化圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括消除污染、雜音和傾斜校正等。預(yù)處理后的信息經(jīng)過(guò)特征抽取，得到圖像的特征。它是識(shí)別的依據(jù)，如筆畫長(zhǎng)度、角度、端點(diǎn)、筆畫分布、四周特征等。這些特征以多維數(shù)據(jù)的形式表示，作為識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)圖形，也以多維矢量形式存于分類辭書和判定辭書中。最后，將輸入漢字圖像的特征與辭書中的標(biāo)準(zhǔn)圖像特征比較，最接近的被認(rèn)為是相匹配的，并作為判定的結(jié)果輸出。2．掃描儀掃描儀是一種光、機(jī)、電一體化的產(chǎn)品，用于捕獲影像(照片、文字頁(yè)、圖形和插畫等)，并將之轉(zhuǎn)換為電腦可以顯示、編輯、儲(chǔ)存和輸入的數(shù)據(jù)格式，是繼鍵盤和鼠標(biāo)之后的第三代主要的電腦輸入設(shè)備。掃描儀剛投放市場(chǎng)時(shí)曾因其過(guò)高的價(jià)格而使人望而卻步，然而隨著掃描技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，以及掃描儀價(jià)格的日趨大眾化，掃描儀正逐步成為計(jì)算機(jī)不可缺少的外設(shè)產(chǎn)品之一。感光器件的工作是將感應(yīng)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。大功率日光燈管用于對(duì)文字或者圖像進(jìn)行強(qiáng)烈的照射以達(dá)到完全感應(yīng)的作用。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的作用是帶動(dòng)日光燈管，將光一步步掃過(guò)需要的物品。驅(qū)動(dòng)皮帶是與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一起帶動(dòng)日光燈管的裝置。模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以供電腦識(shí)別，其工作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，電源發(fā)出的光被圖樣反射后，反射光(或透射光)被圖樣調(diào)制并被光電傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)接口送到主機(jī)中可進(jìn)行下一步處理。光源和傳感器在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下可掃過(guò)整個(gè)圖樣。掃描儀的技術(shù)指標(biāo)主要有分辨率、色彩位數(shù)、幅面和接口方式。

1)分辨率分辨率是掃描儀所能夠捕捉到的真實(shí)的分辨率，平板式掃描儀的光學(xué)分辨率為CCD的點(diǎn)數(shù)除以掃描儀的最大掃描寬度。分辨率是掃描儀最重要的技術(shù)指標(biāo)，分辨率高，掃描精度自然會(huì)提高，但掃描速度會(huì)相應(yīng)降低。一般來(lái)說(shuō)，家用或者普通辦公室文檔使用300d/in×600d/in的掃描儀即可滿足基本需求。

2)色彩位數(shù)色彩位數(shù)(bit)表示掃描儀在采樣時(shí)，它捕捉的每個(gè)像素上檢測(cè)出的最大顏色或灰度級(jí)。從理論上說(shuō)，色彩位數(shù)增加，可以捕捉到的細(xì)節(jié)數(shù)量增加，密度范圍增加。但是由于采用的CCD(ChargeCoupleDevice，電荷耦合器件)品質(zhì)不同，信噪比不同，所以不能一概而論。對(duì)于專業(yè)掃描儀來(lái)說(shuō)，應(yīng)該有對(duì)應(yīng)關(guān)系，36位的掃描儀應(yīng)該有3.4D的密度范圍，而42位的掃描儀則應(yīng)該有3.7D的密度范圍，否則就不是真正的色彩位數(shù)。色彩位數(shù)越高，所表現(xiàn)的色彩種類就越豐富自然。常見的掃描儀色彩位數(shù)為24位、30位、36位等。普通用戶可選擇24位或30位的掃描儀。

3)幅面幅面表示掃描儀掃描普通文檔或照片的大小。幅面大的掃描儀，對(duì)大面積圖像的掃描比較方便，但價(jià)格也就高得多。家用掃描儀多用來(lái)掃描普通文檔或者相片，所以幅面一般不超過(guò)A4，因此A4或者A4加長(zhǎng)的掃描儀即可滿足家庭用戶的使用。幅面達(dá)到A1或A0的掃描儀，一般稱為大幅面掃描儀。

4)接口方式接口方式是指掃描儀與計(jì)算機(jī)之間采用的接口類型。常用的有并行打印機(jī)接口、USB接口和IEEE1394SCSI接口。

3．語(yǔ)音設(shè)備語(yǔ)音不但是人類交流信息最自然、最有效的手段，而且是人機(jī)通信最有效的一種方法，它擺脫了各種傳統(tǒng)輸入方法的弱點(diǎn)。語(yǔ)音識(shí)別和文字識(shí)別都屬于模式識(shí)別的范疇，有共同的基本原理，但輸入技術(shù)和工具則大不相同。語(yǔ)音輸入方式是利用聲音的物理模型，通過(guò)語(yǔ)音分析手段，預(yù)先將一些語(yǔ)音的特征參數(shù)提取，并存于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。當(dāng)講話者語(yǔ)音輸入時(shí)，處理系統(tǒng)就對(duì)該信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)抽取，然后和已儲(chǔ)存的特征參數(shù)進(jìn)行比較，通過(guò)邏輯判別或距離測(cè)量，對(duì)輸入的語(yǔ)音進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)話筒或錄音輸入設(shè)備輸入的語(yǔ)音信號(hào)是模擬量，經(jīng)放大、濾波和進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，得到這個(gè)語(yǔ)音信息的數(shù)字編碼，才能送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。精確地測(cè)定一個(gè)語(yǔ)音的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，是語(yǔ)音參量與樣音參量比較的基礎(chǔ)。為了便于測(cè)量，常按每10?ms為一幀的時(shí)間順序來(lái)進(jìn)行，并由粗判和細(xì)判兩個(gè)步驟來(lái)具體確定。首先進(jìn)行粗判：由某幀開始，若連續(xù)NF幀的參數(shù)滿足粗判有聲條件，則判為頭部有聲；此后，若連續(xù)NR幀滿足粗判無(wú)聲條件，則判為尾部無(wú)聲。然后再進(jìn)行細(xì)判：從粗判起始點(diǎn)前25幀開始向后搜索，當(dāng)從某幀開始連續(xù)SNF幀滿足細(xì)判有聲條件，該幀確定為起始點(diǎn)；尾部判定從粗判無(wú)聲后的15幀開始向前搜索，連續(xù)SNR幀為無(wú)聲，該幀被判定為結(jié)束點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別時(shí)，時(shí)間的扭曲處理是極為重要的一步。準(zhǔn)確地測(cè)定語(yǔ)音的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，并從中提取了該區(qū)間有關(guān)語(yǔ)音參量之后，還不能立即和樣音進(jìn)行比較。這是因?yàn)椋词故峭粋€(gè)人重復(fù)發(fā)同一個(gè)音，每次發(fā)音也不可能完全一致，即各幀參量不可能完全相同，為了消除各幀由離散性帶來(lái)的影響，使被測(cè)語(yǔ)音盡可能地與樣音對(duì)齊，就必須將它們中的一個(gè)進(jìn)行時(shí)間扭曲處理。經(jīng)過(guò)扭曲處理后，被測(cè)語(yǔ)音強(qiáng)度曲線和樣音強(qiáng)度曲線的吻合程度得到改進(jìn)。這時(shí)，就可以轉(zhuǎn)入識(shí)別處理，即選出各參量最為接近的樣音的語(yǔ)言信號(hào)作為最后輸出。此外，還有一種識(shí)別方法是按照一定規(guī)則把測(cè)得的語(yǔ)音特征進(jìn)行計(jì)算，譯成單詞、短語(yǔ)和句子。這種方法較為復(fù)雜，但前途極廣。8.3輸出設(shè)備輸出設(shè)備是人與計(jì)算機(jī)交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出。它把各種計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來(lái)。常見的有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語(yǔ)音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。本節(jié)只簡(jiǎn)要介紹顯示器和打印機(jī)兩種常用的輸出設(shè)備。8.3.1顯示器以可見光的形式傳遞和處理信息的設(shè)備叫顯示設(shè)備，它是目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的人機(jī)界面設(shè)備。按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類，有陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器等。陰極射線管顯示器有黑白和彩色兩種。目前，大多數(shù)顯示設(shè)備使用彩色CRT顯示器。陰極射線管顯示器結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。液晶和等離子顯示器都是平板式顯示器，它們的特點(diǎn)是體積小、功耗低，是很有發(fā)展前途的新型顯示器。圖8-4陰極射線管結(jié)構(gòu)圖

1．顯示器的分類在陰極射線管顯示器中，以掃描方式不同，可分成光柵掃描和隨機(jī)掃描兩種顯示器；以分辨率不同，可分成高分辨率顯示器和低分辨率顯示器；以CRT熒光屏對(duì)角線的長(zhǎng)度分類，可分成12英寸、14英寸、17英寸、19英寸等多種。另外，陰極射線管顯示器還可分為字符顯示器和圖形顯示器。字符顯示器只能顯示字符，不能顯示圖形，一般只有兩種顏色。圖形顯示器不僅可以顯示字符，而且可以顯示圖形和圖像。圖形是指工程圖，即由點(diǎn)、線、面、體組成的圖形；圖像是指景物圖。不論圖形還是圖像在顯示器上都是由像素(光點(diǎn))所組成。顯示器屏幕上的光點(diǎn)是由陰極電子槍發(fā)射的電子束打擊熒光粉薄膜而產(chǎn)生的。彩色顯示器的顯像管的屏幕內(nèi)側(cè)是由紅、綠、藍(lán)三色磷光點(diǎn)構(gòu)成的小三角形(像素)發(fā)光薄膜。由于接收的電子束強(qiáng)弱不同，像素的三原色發(fā)光強(qiáng)弱就不同，可以產(chǎn)生一個(gè)不同亮度和顏色的像素。當(dāng)電子束從左向右、從上而下地逐行掃描熒光屏?xí)r，每掃描一遍，就顯示一屏，稱為刷新一次，只要兩次刷新的時(shí)間間隔少于0.01?s，人眼在屏幕上看到的就是一個(gè)穩(wěn)定的畫面。

2．顯示器的技術(shù)指標(biāo)

1)逐行/隔行掃描受掃描頻率的限制，隔行掃描顯示器在低分辨率下逐行掃描，在高分辨率下改為隔行掃描。此時(shí)，對(duì)同一屏幕的圖像先掃描奇數(shù)行，再掃描偶數(shù)行。掃描奇數(shù)行時(shí)，電子束可能因偏移掃描到偶數(shù)行；反之，掃描偶數(shù)行時(shí)的電子束可能掃描到奇數(shù)行，造成水平線上的抖動(dòng)。采用逐行掃描后，有效地避免了上述不足。

2)分辨率與灰度級(jí)分辨率是指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。分辨率取決于顯像管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。刷新存儲(chǔ)器要有與顯示像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間，用來(lái)存儲(chǔ)每個(gè)像素的信息。灰度級(jí)是指黑白顯示器中所顯示的像素點(diǎn)的亮暗差別程度，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同?；叶燃?jí)越多，圖像層次越清晰逼真。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。如果用4位表示一個(gè)像素，則只有16級(jí)灰度或顏色；如果用8位表示一個(gè)像素，則有256種灰度或顏色。字符顯示器只用“0”、“1”兩級(jí)灰度就可表示字符的有無(wú)，這種只有兩級(jí)灰度的顯示器稱為單色顯示器。具有多種灰度級(jí)的黑白顯示器稱為多灰度級(jí)黑白顯示器。

3)刷新頻率只有當(dāng)CRT的電子束打到顯示屏上的熒光粉時(shí)，熒光屏相應(yīng)的點(diǎn)才會(huì)發(fā)亮。這段發(fā)亮的時(shí)間很短，一般只能維持幾十毫秒。在這么短的時(shí)間內(nèi)，眼睛是感覺不到的。為了使眼睛能感覺到穩(wěn)定的圖像顯示，必須使電子束不停地重復(fù)掃描，這個(gè)重復(fù)掃描的過(guò)程叫做刷新。而刷新頻率就是每秒屏幕刷新的次數(shù)。刷新頻率越低，圖像閃爍得就越明顯。一般顯示器要求在1024×768的分辨率下要能達(dá)到75?Hz的刷新率。與這個(gè)指標(biāo)有關(guān)的還有行頻和帶寬。行頻是每秒掃描的行數(shù)，如65?K/s、85?K/s等。帶寬是每秒掃描像素的點(diǎn)數(shù)，常見的是幾十兆赫茲，高性能顯示器的帶寬在100?MHz以上。

4)隨機(jī)掃描和光柵掃描控制電子束在CRT屏幕上隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生圖形和字符的方式稱為隨機(jī)掃描。電子束只需在需要顯示的地方掃描，而不必掃描全屏幕，因此這種掃描方式的速度快，圖像清晰。高質(zhì)量的圖形顯示設(shè)備一般采用隨機(jī)掃描的方式。由于這種掃描的控制電路與電視標(biāo)準(zhǔn)不同，因此驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，價(jià)格較貴。光柵掃描同電視系統(tǒng)的掃描方式。在電視中圖像充滿整個(gè)畫面，因此要求電子束掃過(guò)整個(gè)屏幕。光柵掃描從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行掃描兩種方式。光柵掃描的缺點(diǎn)是冗余時(shí)間多，分辨率不如隨機(jī)掃描方式，但由于電視技術(shù)業(yè)已成熟，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除高質(zhì)量圖形顯示器外，大部分字符、圖形、圖像顯示器都采用光柵掃描方式。光柵掃描的缺點(diǎn)是冗余時(shí)間多，分辨率不如隨機(jī)掃描方式，但其掃描方式與電視系統(tǒng)相同，控制電路比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟，因此成本較低。目前大部分字符、圖像、圖形顯示器采用光柵掃描方式。顯示器是通過(guò)“顯示接口”及總線與主機(jī)連接，待顯示的信息(字符或圖形圖像)是從顯示緩沖存儲(chǔ)器(一般為內(nèi)存的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，占16?KB)送入顯示器接口的，經(jīng)顯示器接口的轉(zhuǎn)換，形成控制電子束位置和強(qiáng)弱的信號(hào)。受控的電子束就會(huì)在熒光屏上描繪出能夠區(qū)分出顏色不同、明暗層次的畫面。顯示器的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是：屏幕上光點(diǎn)的多少，即像素的多少，稱為分辨率；光點(diǎn)亮度的深淺變化層次，即灰度，可以用顏色來(lái)表示。分辨率和灰度的級(jí)別是衡量圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。8.3.2打印機(jī)打印機(jī)是計(jì)算機(jī)最基本的輸出設(shè)備之一，是一種復(fù)雜而精密的機(jī)械電子裝置。它主要用于打印結(jié)果及程序，還可用于打印統(tǒng)計(jì)圖表和描繪圖形。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)打印機(jī)提出了更高的要求，如高速度、低噪聲、高分辨率、輸出圖形圖像化和彩色化等。打印機(jī)按印字方式可分為擊打式和非擊打式兩類。擊打式打印機(jī)是利用機(jī)械動(dòng)作將字體通過(guò)色帶打印在紙上，根據(jù)印出字體的方式又可分為活字式打印機(jī)和點(diǎn)陣式打印機(jī)?；钭质酱蛴C(jī)是把每一個(gè)字刻在打字機(jī)構(gòu)上，可以是球形、菊花瓣形、鼓輪形等各種形狀。點(diǎn)陣式打印機(jī)是利用打印鋼針按字符的點(diǎn)陣打印出字符。每一個(gè)字符可由m行×n列的點(diǎn)陣組成。一般字符由7×8點(diǎn)陣組成，漢字由16×16、24×24或32×32點(diǎn)陣等組成。點(diǎn)陣式打印機(jī)常用打印頭的針數(shù)來(lái)命名，如9針打印機(jī)、24針打印機(jī)等。非擊打式打印機(jī)是用各種物理或化學(xué)的方法印刷字符的，如靜電感應(yīng)、電灼、熱敏效應(yīng)，激光掃描和噴墨等。其中激光打印機(jī)和噴墨式打印機(jī)是目前最流行的兩種打印機(jī)，它們都是以點(diǎn)陣的形式組成字符和各種圖形的。激光打印機(jī)接收來(lái)自CPU的信息，然后進(jìn)行激光掃描，將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛像，并轉(zhuǎn)換成磁信號(hào)，使碳粉吸附到紙上，加熱定影后輸出。噴墨式打印機(jī)是將墨水通過(guò)精制的噴頭噴到紙面上形成字符和圖形的。下面分別介紹針式打印機(jī)、激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。

1．針式打印機(jī)針式打印機(jī)是通過(guò)打印針擊打色帶來(lái)進(jìn)行工作的。對(duì)針式打印機(jī)來(lái)說(shuō)，最大的好處是對(duì)紙張來(lái)者不拒，如普通紙、舊掛歷紙的背面、舊塑膜掛歷的襯紙、平整的商品包裝紙、街上散發(fā)的廣告單背面等，尤其對(duì)打印多層介質(zhì)，如多聯(lián)發(fā)票等，它有著激光打印機(jī)與噴墨打印機(jī)無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)，還有其耗材省和維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使得針式打印機(jī)有著比較大的市場(chǎng)。

1)針式打印機(jī)的組成針式打印機(jī)主要由打印頭單元、小車單元、送紙單元及控制單元組成。其中，打印頭單元是針式打印機(jī)機(jī)械部分的核心，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊密、精度高的優(yōu)點(diǎn)。打印頭的種類很多，常用的有拍合式打印頭和永磁式打印頭。當(dāng)打印單元接到打印命令時(shí)，打印針向外撞擊，色帶的墨跡打印到紙上，從而在打印紙上形成字符或圖像。小車單元的任務(wù)是打印頭送到指定位置，以使打印頭的打印針打到正確位置。送紙單元主要是在打印過(guò)程中提供紙張輸送或退出的裝置。控制單元是打印機(jī)的控制中心。

2)針式打印機(jī)的印字原理

針式打印機(jī)的印字原理是將要輸出的ASCII碼字符、漢字或圖形轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣碼，再根據(jù)點(diǎn)陣碼由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)鋼針擊打色帶，從而印出字符或圖形。點(diǎn)陣碼用二進(jìn)制數(shù)表示，“1”表示要打的點(diǎn)，“0”表示不打點(diǎn)。一個(gè)ASCII碼字符的點(diǎn)陣格式有5×7、7×7和9×9幾種。圖8-5是字符A對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣碼。圖8-5A對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣碼漢字點(diǎn)陣格式有16×16、24×24、32×32和40×40幾種。當(dāng)打印漢字鋼針數(shù)不夠時(shí)，可以采用多次掃描實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)陣式打印機(jī)有兩種打印方式：一是字符打印方式，主機(jī)將字符的編碼(ASCII碼或漢字內(nèi)碼)通過(guò)接口傳送給打印機(jī)，然后在打印機(jī)的字符庫(kù)中找出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣碼，再根據(jù)點(diǎn)陣碼驅(qū)動(dòng)打印頭沖擊色帶印出字符；二是圖形打印方式，主機(jī)將圖形的點(diǎn)陣碼送給打印機(jī)，由驅(qū)動(dòng)電路沖擊色帶印出圖形的點(diǎn)陣。

2．噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)具有體積小、重量輕、工作噪聲低的特征。目前，在與PC相配合的應(yīng)用領(lǐng)域里，噴墨打印機(jī)已取代了針式打印機(jī)，其原理如圖8-6所示。圖8-6噴墨打印機(jī)原理圖噴墨打印機(jī)主要由噴頭、墨盒、清潔單元、小車單元、送紙單元和控制單元組成。其中小車、送紙、控制三個(gè)單元與針式打印機(jī)大同小異；噴頭與針式打印機(jī)打印頭的作用相同。噴頭和墨盒的結(jié)構(gòu)可分為兩類：一類是噴頭和墨盒是一體化結(jié)構(gòu)；另一類是噴頭和墨盒分離結(jié)構(gòu)。前者整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，但打印機(jī)消耗費(fèi)用大，墨盒中的墨水用完后要連同噴頭一起更換；而后者則只需更換墨盒，這樣就可大大節(jié)省費(fèi)用。工作時(shí)，導(dǎo)電的墨水在墨水泵的高壓作用下進(jìn)入噴嘴，通過(guò)噴嘴形成一束極細(xì)的高速射流，射流通過(guò)高頻振蕩發(fā)生器斷裂成連續(xù)均勻的墨水滴流。在充電極上，施加一個(gè)靜電場(chǎng)給墨水充電，所充電荷的多少隨墨水噴在紙上的高低位置而變化。在充電電極上所加的電壓越高，充電電荷就越多。電荷一直保持到墨點(diǎn)落到記錄紙上為止。帶不同電荷的墨點(diǎn)通過(guò)加有恒定高壓偏轉(zhuǎn)電極形成的電場(chǎng)后垂直偏轉(zhuǎn)到所需的位置。若在垂直線上某處不需噴點(diǎn)，則相應(yīng)的墨點(diǎn)不充電，這些墨點(diǎn)在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)而按原方向射入回收器。當(dāng)一列字符印完后，噴墨頭以一定的速度沿水平方向由左向右移動(dòng)一列距離。依次下去，即可印刷出一個(gè)字符，并由若干個(gè)字符構(gòu)成一個(gè)字符行。噴墨打印機(jī)有以下三個(gè)方面的指標(biāo)。

1)打印精度打印精度的度量單位為每英寸可打印的點(diǎn)數(shù)dpi(dotperinch)，是指打印機(jī)在，是衡量打印質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)最為基本的判斷打印機(jī)分辨率的指標(biāo)。至少應(yīng)有300dpi的分辨率，才能使打印效果得到基本保證。一般應(yīng)用時(shí)，dpi值也不一定是越大越好，720dpi左右就比較合適了。

2)打印速度打印速度的度量單位為ppm(pageperminute)。ppm是指打印機(jī)每分鐘可打印多少頁(yè)，是衡量打印機(jī)打印速度的一個(gè)重要指標(biāo)。但要注意，打印機(jī)說(shuō)明書上所標(biāo)明的ppm值是指該機(jī)所能達(dá)到的最高打印速度，實(shí)際使用時(shí)，這個(gè)值會(huì)受到多種因素的影響，肯定會(huì)低于標(biāo)稱值。

3)打印幅面噴墨打印機(jī)的打印幅面一般以A4為主。普通家庭用戶和中小型辦公用戶使用A4幅面的噴墨打印機(jī)，可以滿足絕大部分應(yīng)用要求。A3、A2幅面的噴墨打印機(jī)一般用于CAD、廣告制作、藝術(shù)設(shè)計(jì)、印刷出版等行業(yè)。

3．激光打印機(jī)激光打印機(jī)是發(fā)展較快的一種非擊打式打印機(jī)。它使用成熟的技術(shù)，具有很高的穩(wěn)定性，打印速度快，噪聲小，使用成本低廉，并且輸出接近印刷的質(zhì)量，其原理框圖如圖8-7所示。圖8-7激光打印機(jī)原理框圖當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)向打印機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，打印機(jī)首先將接收到的數(shù)據(jù)暫存在緩存中，當(dāng)接收到一段完整的數(shù)據(jù)后，再發(fā)送給打印機(jī)的處理器，處理器將這些數(shù)據(jù)組織成可以驅(qū)動(dòng)打印引擎動(dòng)作的信號(hào)流，對(duì)于激光打印機(jī)而言，這個(gè)信號(hào)流就是驅(qū)動(dòng)激光頭工作的一組脈沖信號(hào)。激光打印機(jī)的核心技術(shù)就是所謂的電子成像技術(shù)，這種技術(shù)結(jié)合了影像學(xué)與電子學(xué)的原理和技術(shù)以生成圖像，核心部件是一個(gè)可以感光的硒鼓。激光發(fā)射器所發(fā)射的激光照射在一個(gè)棱柱形反射鏡上，隨著反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，光線從硒鼓的一端到另一端依次掃過(guò)(中途有各種聚焦透鏡，使掃描到硒鼓表面的光點(diǎn)非常小)，硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描又在接下來(lái)的一行進(jìn)行。硒鼓是一只表面涂覆了有機(jī)材料的圓筒，預(yù)先帶有電荷，當(dāng)有光線照射時(shí)，受到照射的部位會(huì)發(fā)生電阻的變化。計(jì)算機(jī)所發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)控制著激光的發(fā)射，掃描在硒鼓表面的光線不斷變化，有的地方受到照射，電阻變小，電荷消失，也有的地方?jīng)]有光線射到，仍保留有電荷，最終，硒鼓表面就形成了由電荷組成的潛影。墨粉是一種帶電荷的細(xì)微塑料顆粒，其電荷與硒鼓表面的電荷極性相反，當(dāng)帶有電荷的硒鼓表面經(jīng)過(guò)顯影輥時(shí)，有電荷的部位就吸附了墨粉顆粒，潛影就變成了真正的影像。硒鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，另一組傳動(dòng)系統(tǒng)將打印紙送進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)一組電極，打印紙帶上了與硒鼓表面極性相同但強(qiáng)得多的電荷，隨后紙張經(jīng)過(guò)帶有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印紙上，圖像就在紙張表面形成了。此時(shí)，墨粉和打印機(jī)僅僅靠電荷的引力結(jié)合在一起，在打印紙被送出打印機(jī)之前，經(jīng)過(guò)高溫加熱，塑料質(zhì)的墨粉被熔化，在冷卻過(guò)程中固著在紙張表面。將墨粉傳給打印紙之后，硒鼓表面繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)清潔器，將剩余的墨粉去掉，以便進(jìn)入下一個(gè)打印循環(huán)。激光掃描控制系統(tǒng)包括激光器、光調(diào)制器、掃描器、光偏轉(zhuǎn)器等部件。激光器是激光打印機(jī)的光源，具有相干性高、方向性好、單色性強(qiáng)、能量集中等優(yōu)點(diǎn)，并能進(jìn)行高速調(diào)制和偏轉(zhuǎn)控制。光調(diào)制器對(duì)光的傳播方向和強(qiáng)度進(jìn)行控制，控制的方法有機(jī)械、電光和聲光等幾種。由于聲光調(diào)制器完全滿足打印機(jī)調(diào)制頻率帶寬的要求，因而被普遍采用。要把調(diào)制過(guò)的激光束射到感光體上形成圖形，必須使激光束沿光導(dǎo)鼓軸線方向產(chǎn)生橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)，縱向移動(dòng)利用光導(dǎo)鼓的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，橫向移動(dòng)則靠掃描器來(lái)實(shí)現(xiàn)。光偏轉(zhuǎn)器配合掃描器，使激光束聚焦，并使聚焦軌跡在光導(dǎo)鼓表面上勻速直線運(yùn)動(dòng)。電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)應(yīng)用電子照相技術(shù)記錄激光掃描信息，經(jīng)過(guò)顯影轉(zhuǎn)印到普通紙上。電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)包括感光鼓、轉(zhuǎn)印電極、充電極、顯影器、清潔器及輸紙機(jī)構(gòu)。電子照相轉(zhuǎn)印系統(tǒng)的工作過(guò)程歸納為充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影和清潔等步驟。充電過(guò)程使感光鼓的光導(dǎo)層表面帶電。根據(jù)所需印出的字符或圖形，激光束的感光鼓表面上產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，稱為曝光過(guò)程。由于光導(dǎo)層的光電效應(yīng)，受激光照射的鼓面部分正電荷流向地，電荷消失后成為良導(dǎo)體。鼓面未被照射的部分，即字符或圖像以外的地方，仍保留電荷，這樣就生成不可見的靜電現(xiàn)象?？梢钥闯觯す獯蛴C(jī)與針式、噴墨打印機(jī)的一個(gè)本質(zhì)的區(qū)別在于：激光打印機(jī)打印一次成像一整頁(yè)，是逐頁(yè)打印；而針式和噴墨打印機(jī)都是打印頭一次來(lái)回打印一行，是逐行打印。因此，相同打印要求下，激光打印機(jī)的打印速度要比針式打印機(jī)和噴墨打印機(jī)要快，這也是激光打印機(jī)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)所在。針式打印機(jī)由于采用的是機(jī)械擊打式的打印頭，因此穿透力很強(qiáng)，能打印多層復(fù)寫紙，具備拷貝功能，另外還能打印不限長(zhǎng)度的連續(xù)紙。使用的耗材是色帶，在三種打印機(jī)中是最廉價(jià)的一種。其缺點(diǎn)就是體積、重量都較大，打印噪音大，精度低，速度慢，一般無(wú)打印彩色圖像功能。適合有專門要求的專業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，例如財(cái)務(wù)、稅務(wù)、金融機(jī)構(gòu)等等。常見的機(jī)型有EPSON的LQ系列，如LQ-680K；STAR的AR、CR系列，如AR-6400等。噴墨打印機(jī)打印精度高，通常都能打印彩色圖像，而且體積及重量都可以做得非常小巧，甚至能隨身攜帶打印，打印時(shí)的噪音也很小。但所使用的消耗材料(墨水)是三種打印機(jī)中相對(duì)來(lái)說(shuō)最為昂貴的。而且，想要打印精美的圖像，還要使用同樣昂貴的專用打印紙才能有很好的打印效果。因此噴墨打印機(jī)的使用成本較高。同時(shí)，噴墨打印機(jī)也不具備拷貝和打印連續(xù)紙功能。適合對(duì)打印質(zhì)量要求高但數(shù)量較小的場(chǎng)合，如家庭，小型辦公室等等。常見的機(jī)型有EPSON的StylusPhoto系列，如StylusPhoto900；CANNON的iPixma系列，如i6500、i355等。激光打印機(jī)的打印精度也很高，基本上與噴墨打印機(jī)無(wú)太大區(qū)別。它使用的耗材——硒鼓，其成本介于針式打印機(jī)和噴墨打印機(jī)之間。同樣也能打印彩色圖像，且對(duì)打印介質(zhì)的要求沒(méi)有噴墨打印機(jī)那么高。打印的速度是三種打印機(jī)中最快的，而且噪音也很小，但體積和重量相對(duì)噴墨打印機(jī)要大。也只能逐頁(yè)打印，無(wú)拷貝和打印連續(xù)紙功能。適合打印數(shù)量大、任務(wù)重的場(chǎng)合，如大型商務(wù)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)、印刷領(lǐng)域等等。常見的機(jī)型有惠普(HP)的LaserJet系列，如LaserJet1010、ColorLaserJet8550等。8.4外?存?儲(chǔ)?設(shè)?備外存儲(chǔ)設(shè)備的特點(diǎn)是容量大、成本低，可以永久保存數(shù)據(jù)，是主存的重要補(bǔ)充。外存目前主要有磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器兩類，如磁盤、光盤等。8.4.1磁表面存儲(chǔ)器的原理磁表面存儲(chǔ)器是利用磁性材料在不同的磁場(chǎng)作用下具有的兩個(gè)穩(wěn)定剩磁狀態(tài)來(lái)記錄信息的。其利用一層僅有幾微米甚至不到1微米的表面磁介質(zhì)作為邏輯信息的媒體，以磁介質(zhì)的兩種不同的剩磁方向變化的規(guī)律來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)字信息，如圖8-8所示。圖8-8磁性材料的物理特性磁記錄的過(guò)程是一種電磁信息的轉(zhuǎn)換過(guò)程。寫入時(shí)，首先將數(shù)字代碼信息以電流的形式輸入到磁頭線圈中，然后轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)去磁化磁介質(zhì)，最終將數(shù)字代碼信息以磁化狀態(tài)的形式記錄在磁介質(zhì)上。讀出時(shí)，首先通過(guò)磁頭將磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最后還原成數(shù)字形式輸出。所謂記錄方式，是指以寫入電流波形的不同方式記錄數(shù)字信息“0”和“1”，即按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，如圖8-9所示。圖8-9磁表面存儲(chǔ)器的讀/寫操作圖8.4.2磁記錄方式在磁記錄設(shè)備中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式，主要有歸零制(RZ)、不歸零制(NRZ)、調(diào)相制(PM)、調(diào)頻制(FM)和改進(jìn)的調(diào)頻制(MFM)等幾大類。下面以數(shù)字序列10001110為例來(lái)說(shuō)明各種方式的記錄原理。

1．歸零制歸零制的電流波形如圖8-10所示。圖8-10歸零制波形圖歸零制記錄方式的特點(diǎn)是：正向電流代表“1”，負(fù)向電流代表“0”，不論某存儲(chǔ)元記錄的代碼是“0”還是“1”，記錄電流都要恢復(fù)到零電流(即沒(méi)有電流)。這種記錄方式簡(jiǎn)單易行，但記錄密度低、抗干擾能力差，往往把各種干擾的電流信號(hào)同時(shí)寫入。

2．不歸零制不歸零制有兩種方式，一種是一般的不歸零制，另一種是見“1”就翻不歸零制。一般的不歸零制電流波形如圖8-11所示。圖8-11一般的不歸零制波形圖這種方式在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭線圈中不是有正向電流流過(guò)，就是有反向電流流過(guò)，即磁頭線圈總是有電流流過(guò)。它的特點(diǎn)是：對(duì)連續(xù)記錄的“1”或“0”，寫電流不改變方向。因此，這種記錄方式比歸零制減少了磁化翻轉(zhuǎn)的次數(shù)。見“1”就翻的不歸零制的電流波形如圖8-12所示。同樣，這種方式在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭線圈中始終有電流流過(guò)。和一般的不歸零制的顯著不同之處是：流過(guò)磁頭的電流在記錄“1”時(shí)改變方向，在記錄“0”時(shí)，電流方向不變。圖8-12見“1”就翻的不歸零制波形圖

3．調(diào)相制調(diào)相制記錄方式是利用電流兩個(gè)相位相差180°?來(lái)表示數(shù)字信息“0”和“1”。在一個(gè)位周期的中間位置，電流由負(fù)到正變化為“1”，由正到負(fù)為“0”，即利用電流相位的變化進(jìn)行寫入“1”或?qū)懭搿?”的操作，所以通過(guò)磁頭中的電流方向一定要改變一次。這種記錄方式中“1”和“0”的讀出信號(hào)相位不同，抗干擾能力較強(qiáng)。另外，讀出信號(hào)經(jīng)分離電路可提取自同步脈沖，因此具有自同步能力。調(diào)相制的電流波形如圖8-13所示。圖8-13調(diào)相制波形圖

4．調(diào)頻制調(diào)頻制的電流波形如圖8-14所示。這種方式在記錄數(shù)字“1”時(shí)，電流不僅在位周期的中心位置翻轉(zhuǎn)一次，而且在位與位之間也發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在記錄數(shù)字“0”時(shí)，在位位置的中心不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但在位與位之間的邊界要翻轉(zhuǎn)一次。調(diào)頻制在記錄數(shù)據(jù)“1”時(shí)，其翻轉(zhuǎn)頻率是記錄“0”的兩倍，所以又稱為倍頻制。圖8-14調(diào)頻制波形圖

5．改進(jìn)的調(diào)頻制這種記錄方式基本上與調(diào)頻制相同，即在記錄“1”時(shí)，電流在位周期的中心位置翻轉(zhuǎn)一次，在記錄“0”時(shí)，電流方向不翻轉(zhuǎn)。與調(diào)頻制不同之處在于：只有連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上“0”時(shí)，才在位周期的起始處翻轉(zhuǎn)一次，而并非在每個(gè)位周期的起始位置都要翻轉(zhuǎn)，因此進(jìn)一步提高了記錄密度。改進(jìn)的調(diào)頻制電流波形如圖8-15所示。圖8-15改進(jìn)的調(diào)頻制波形圖8.4.3硬磁盤存儲(chǔ)器硬磁盤存儲(chǔ)器HDD(HardDiskDriver)是磁表面存儲(chǔ)設(shè)備，即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(lái)存儲(chǔ)信息。硬磁盤驅(qū)動(dòng)器是記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲(chǔ)器。硬磁盤存儲(chǔ)器具有速度快、容量大、可以直接存取等優(yōu)點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大容量輔助存儲(chǔ)器，在輔存家族中擔(dān)當(dāng)著重要的角色。其結(jié)構(gòu)如圖8-16所示。圖8-16磁盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)

1．硬磁盤存儲(chǔ)器的分類硬磁盤存儲(chǔ)器根據(jù)磁頭和盤片結(jié)構(gòu)的不同可以分為固定磁頭硬盤、活動(dòng)磁頭固定盤片硬盤、活動(dòng)可換盤片硬盤以及溫徹斯特硬磁盤等幾種類型。

1)固定磁頭磁盤存儲(chǔ)器每一磁道均對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，又稱為每道一頭磁盤。當(dāng)要讀寫某一磁道時(shí)，通過(guò)譯碼器構(gòu)成的磁頭選擇開關(guān)選取對(duì)應(yīng)磁頭工作。其特點(diǎn)是無(wú)需尋道操作，存取速度最快，但每道一頭，磁頭數(shù)量的增加使造價(jià)提高，且因機(jī)械裝配限制了道密度的提高，僅用于少數(shù)要求快速存取而容量不大的場(chǎng)合。

2)移動(dòng)磁頭固定盤片磁盤存儲(chǔ)器一片或一組磁盤片固定安裝在主軸上，不可更換，每個(gè)盤面一個(gè)或兩個(gè)磁頭，所有盤面的磁頭成梳狀安裝在磁頭架上，通過(guò)磁頭定位機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磁頭沿盤面徑向位置移動(dòng)，以定位所需磁道。其特點(diǎn)是大大減少了磁頭數(shù)量，造價(jià)降低，可通過(guò)提高道密度來(lái)擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。

3)移動(dòng)磁頭可換盤片磁盤存儲(chǔ)器活動(dòng)磁頭可換盤片磁盤存儲(chǔ)器不但磁頭是移動(dòng)式的，盤片也制成盤盒或者盤組的形式，可由用戶裝卸，并可在相同的磁盤機(jī)之間互換，讀寫時(shí)，需要有一套定位機(jī)構(gòu)先將磁頭沿徑向移動(dòng)到指定的磁道上方。

4)溫徹斯特磁盤存儲(chǔ)器微型計(jì)算機(jī)中使用的是溫徹斯特硬磁盤，它把磁頭、盤片、小車、導(dǎo)軌以及主軸等制作成一個(gè)整體，密封安裝，簡(jiǎn)稱為“溫盤”。硬盤工作時(shí)，盤片高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)浮在盤面上的磁頭記錄或讀取信息。

2．硬盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)與讀寫過(guò)程硬盤存儲(chǔ)器主要由磁頭、盤片、硬盤驅(qū)動(dòng)器和讀/寫控制電路組成。

1)盤片硬磁盤以鋁合金材料作基片，它的表面涂敷一層磁介質(zhì)作為記錄媒體。盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)，其示意圖如圖8-17所示。圖8-17硬盤盤片示意圖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-1磁道，n磁道里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。扇區(qū)的編號(hào)有多種方法，可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用n磁道m(xù)扇區(qū)的磁盤地址找到實(shí)際磁盤上與之相對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。除了磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)之外，還有記錄面的面號(hào)，以說(shuō)明本次處理是在哪一個(gè)記錄面上。例如，對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來(lái)說(shuō)，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。在磁道上，信息是按區(qū)存放的，每個(gè)區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，各個(gè)區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的。為進(jìn)行讀/寫操作，要求定出磁道的起始位置，這個(gè)起始位置稱為索引。索引標(biāo)志在傳感器檢索下可產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再通過(guò)磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置。磁盤存儲(chǔ)器的每個(gè)扇區(qū)記錄定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，因此讀/寫操作是以扇區(qū)為單位一位一位串行進(jìn)行的。每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)記錄塊。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：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。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個(gè)扇區(qū)的開始。兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域即為一個(gè)扇區(qū)(一記錄塊)。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。其中空白段用來(lái)留出一定的時(shí)間作為磁盤控制器的讀寫準(zhǔn)備時(shí)間，序標(biāo)被用來(lái)作為磁盤控制器的同步定時(shí)信號(hào)。序標(biāo)之后即為本扇區(qū)所記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之后是校驗(yàn)字，它用來(lái)校驗(yàn)磁盤讀出的數(shù)據(jù)是否正確。盤片分為單面盤和雙面盤兩種，單面盤僅有一面能記錄信息，雙面盤兩面都能記錄信息。單片磁盤記錄信息的容量畢竟有限，為了增大存儲(chǔ)容量，硬盤一般由多個(gè)盤片組成盤片組。

2)硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭定位系統(tǒng)用來(lái)將磁頭定位在準(zhǔn)備進(jìn)行讀寫的指定磁道上。它包括磁頭架、磁頭小車、小車導(dǎo)軌、音圈電機(jī)及定位控制邏輯等幾個(gè)部分。磁頭安裝在磁頭臂上，每?jī)蓚€(gè)磁盤之間都配置一個(gè)讀寫臂，讀寫臂安有上下兩個(gè)磁頭，分別與上下兩個(gè)盤面貼近。所有的讀寫臂連在一起，外形像梳子，故又稱梳狀讀寫臂。在音圈電機(jī)帶動(dòng)下，小滑架可前后平行地移動(dòng)位置，以便磁頭沿徑向移動(dòng)而找到目的磁道。當(dāng)盤面作高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠盤面的高速氣流所產(chǎn)生的氣動(dòng)浮力使得磁頭略微離開盤面，形成微小氣隙，類似浮動(dòng)式磁頭。

3)讀/寫控制電路讀/寫電路分寫入與讀出兩個(gè)部分。寫入電路包括編碼電路和寫入驅(qū)動(dòng)電路。編碼電路應(yīng)根據(jù)記錄方式的規(guī)定，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流波形，驅(qū)動(dòng)電路使寫電流滿足一定的幅度要求。讀出電路主要包括前置放大器、主放大電路、鑒別電路和整形電路等。前置放大電路放大來(lái)自磁頭線圈的感應(yīng)信號(hào)，所以頻帶要寬，用差動(dòng)放大器來(lái)排除外界的共模干擾。主放大電路把信號(hào)的幅度放大到鑒別電路能可靠鑒別的程度，鑒別電路應(yīng)不受波形畸變及噪聲影響，從信號(hào)中鑒別出有用的信號(hào)。不同的記錄方式及不同的鑒別方式配合不同的鑒別電路。常用的鑒別方式有幅度鑒別、峰值鑒別和過(guò)零交叉點(diǎn)鑒別等。硬盤的讀/寫過(guò)程從查找磁道開始，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)把磁頭定位在目標(biāo)磁道上方，目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方時(shí)，讀/寫操作開始。寫入時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)編碼電路變換成相應(yīng)的寫電流，送到磁頭寫線圈，磁化盤面上的表面磁層，形成一個(gè)微小的磁化單元。讀出時(shí)，磁化單元高速經(jīng)過(guò)磁頭，在磁頭讀線圈中感應(yīng)出電壓信號(hào)，經(jīng)放大、整形和選通后輸出。8.4.4光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤是近年發(fā)展起來(lái)的一種外存設(shè)備，是多媒體計(jì)算機(jī)不可缺少的設(shè)備。光盤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)材料的光學(xué)性質(zhì)(如反射率)的變化來(lái)表示所存儲(chǔ)信息的“1”或“0”，如圖8-18所示，通過(guò)將激光聚焦成極細(xì)光束對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)讀寫信息。光存儲(chǔ)的本質(zhì)不在于其記錄過(guò)程，也不在于介質(zhì)上信息的存儲(chǔ)形式，而在于其讀出過(guò)程。因此，無(wú)論采用哪一種方式存儲(chǔ)信息，只要是用光學(xué)方式讀出，即可認(rèn)為是光存儲(chǔ)器。圖8-18光盤數(shù)據(jù)記錄格式光盤的記錄介質(zhì)采用磁光材料，驅(qū)動(dòng)器讀/寫頭是用半導(dǎo)體激光器和光路系統(tǒng)組成的光頭。與其他存儲(chǔ)器相比，光盤存儲(chǔ)器具有記錄密度高、存儲(chǔ)容量大、信息保存壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠、環(huán)境要求低等特點(diǎn)。因此，它得到廣泛的應(yīng)用。

1．光盤存儲(chǔ)器的組成光盤存儲(chǔ)器由光盤盤片、光盤驅(qū)動(dòng)器ODD(OpticalDiskDriver)和光盤控制器ODC(OpticalDiskController)組成。驅(qū)動(dòng)器同樣有讀/寫頭、尋道定位機(jī)構(gòu)、主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。與磁盤存儲(chǔ)器不同的是，光盤存儲(chǔ)器還有光學(xué)機(jī)構(gòu)。光盤盤片是記錄信息的基體，由盤基、記錄薄層和保護(hù)層組成。其中，盤基的材料為丙烯樹酯、聚碳酸酯或硼硅酸玻璃，其熱傳導(dǎo)率低且非常耐熱，用于記錄信息的激光功率小。記錄薄層分為形變型記錄薄層、相變型記錄薄層和磁光型記錄薄層。形變型記錄薄層用有機(jī)染料蘇丹黑B(硼)，對(duì)激光有良好的吸收能力，熔點(diǎn)低且有較好的靈敏性和穩(wěn)定性。相變型記錄薄層分不可逆相變：銻硒化合物(Sb-Se)、碲的低氧化物TeOx，在激光照射下可實(shí)現(xiàn)從晶態(tài)至非晶態(tài)的轉(zhuǎn)換；可逆相變：碲的低氧化物加錫(Sn)、鍺(Ge)，只要激光加熱過(guò)程的溫度與時(shí)間適宜可實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。磁光型記錄薄層：磁化方向垂直于盤面，使用錳鉍系晶體(MnCuBi、MnBi等)、石榴石系單晶體(TbFeO3等)或稀土類鐵系非晶體(TbFe、GdFe和GdCo)。保護(hù)層可以使記錄層免受水蒸氣等的腐蝕，減少灰塵、劃痕等對(duì)讀出的影響，在記錄薄層的表面直接覆蓋一層厚度為50～200?μm的金屬薄膜或透明聚合物。光盤驅(qū)動(dòng)器的功能是驅(qū)動(dòng)光盤轉(zhuǎn)穩(wěn)、轉(zhuǎn)準(zhǔn)，尋找光道并借助光頭和激光器完成讀/寫操作。光盤控制器由數(shù)據(jù)輸入/輸出緩沖器、編碼器、譯碼器和并/串轉(zhuǎn)換電路等組成，通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)與ODD信息交換，控制ODD驅(qū)動(dòng)盤片旋轉(zhuǎn)、尋道和進(jìn)行讀寫操作的功能。

2．光盤存儲(chǔ)器的分類按讀寫性質(zhì)分，光盤有只讀型光盤、一次寫多次讀光盤和可重寫光盤。

1)只讀光盤只讀光盤CD-ROM(CompactDisc-ReadOnlyMemory)是最常用的光盤，直徑約12?cm，存儲(chǔ)容量約650?MB。它所存儲(chǔ)的記錄的信息只能讀出，不能被修改。CD-ROM的工作特點(diǎn)是：采用激光調(diào)制方式記錄信息，將信息以凹坑和凸區(qū)的形式記錄在光道上。光盤是由母盤壓模制成，一旦復(fù)制成型，永久不變，用戶只能讀出信息。

2)一次寫多次讀光盤一次寫多次讀光盤WORM(WriteOnceReadMany)在使用前首先要進(jìn)行格式化，格式化后形成信息區(qū)和邏輯目錄區(qū)。用戶可在一次型光盤上記錄信息，但只能寫一次，寫后的信息不能再改變，只能讀。WORM光盤引入DOS文件分配表的概念，在光盤的根目錄下面是用戶定義的邏輯目錄，邏輯目錄對(duì)應(yīng)文件管理區(qū)，文件管理區(qū)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的文件信息。

3)可重寫光盤可重寫(Rewriteable)光盤是最理想的光盤類型，也是最有應(yīng)用前途的光盤類型。它分為磁變盤和相變盤兩種，利用浮動(dòng)磁光頭在磁盤上進(jìn)行磁場(chǎng)調(diào)制，可進(jìn)行信息的高速重寫。目前，由于價(jià)格較貴，普及受到限制。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，成本將會(huì)不斷降低，相信其前景會(huì)更好。

3．光盤存儲(chǔ)器的工作原理

1)只讀光盤讀原理只讀光盤上的信息是沿著盤面螺旋形狀的信息軌道以坑點(diǎn)的形式記錄的，它既可以記錄模擬信息，也可以記錄數(shù)字信息。有坑點(diǎn)表示為“1”，無(wú)坑點(diǎn)表示為“0”，一系列的坑點(diǎn)(存儲(chǔ)元)形成信息記錄道。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用的光盤來(lái)講，這種坑點(diǎn)分布作為數(shù)字“1”、“0”代碼的寫入或讀出標(biāo)志。由于只讀型光盤是生產(chǎn)廠家制造，為了大量復(fù)制，需要制作母盤，為此將存儲(chǔ)信息以表面坑點(diǎn)形式記錄在母盤上。光盤的記錄信息以凹坑方式永久性存儲(chǔ)。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；而聚焦點(diǎn)照射在凸面上時(shí)大部分光將返回。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。

2)可重寫光盤的擦寫原理要實(shí)現(xiàn)光盤信息的重寫，必須將光盤介質(zhì)的狀態(tài)恢復(fù)到原來(lái)的性質(zhì)，即擦去已有的信息，然后重新記錄新的信息。磁光式光盤采用玻璃盤基上加4層膜結(jié)構(gòu)組成，它是以稀土—過(guò)渡金屬非晶體垂直磁化作為記錄介質(zhì)光學(xué)膜和保護(hù)膜的多層夾心結(jié)構(gòu)。磁光寫入信息的過(guò)程是用激光照射光盤垂直膜面磁化方向上的磁化物質(zhì)，并對(duì)其垂直磁化。根據(jù)居里點(diǎn)熱磁效應(yīng)，用激光向需要存儲(chǔ)信息“1”的單元區(qū)域加熱，使其溫度超過(guò)居里點(diǎn)，失去磁性。在盤的另一面的電磁線圈上施加一個(gè)外磁場(chǎng)，使被照單元反向磁化。這樣，該單元區(qū)域磁化方向與其他未照射單元反向，從而產(chǎn)生一個(gè)信息狀態(tài)“1”，而其他未照射單元相當(dāng)于存儲(chǔ)信息“0”。信息擦去過(guò)程與寫過(guò)程剛好相反，即恢復(fù)原來(lái)的磁化方向。讀出原理是利用物理學(xué)中電磁感應(yīng)效應(yīng)，檢測(cè)出磁盤單元磁化方向的不同，讀出相應(yīng)的信息“0”或“1”。

4．光盤存儲(chǔ)器的發(fā)展光存儲(chǔ)器目前產(chǎn)品有CD-ROM、DVD-ROM、DVD機(jī)、DVD-RW(DVR)等，正產(chǎn)品化的技術(shù)有藍(lán)光DVD、HD-DVD、多波長(zhǎng)存儲(chǔ)、全息光存儲(chǔ)等。其中藍(lán)光的光波比紅光短，存儲(chǔ)密度可達(dá)到更高。2004年，HP推出了藍(lán)光技術(shù)StorageWorks超密度光盤庫(kù)，存儲(chǔ)容量為7.1?TB，與磁光技術(shù)相比，容量是其3倍，成本下降了75%，開創(chuàng)了一個(gè)歸檔存儲(chǔ)的新時(shí)代。Sony在ISOM04大會(huì)上，發(fā)表了最新的藍(lán)光光盤技術(shù)，允許單面記錄層擴(kuò)充到8層，記錄容量有望提高到200?GB。目前，體全息存儲(chǔ)和藍(lán)色光盤是目前最有希望的兩種新型存儲(chǔ)技術(shù)。8.4.5閃存

1．閃存簡(jiǎn)介閃存(FlashMemory)是一種長(zhǎng)壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息)的存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為256?KB～20?MB。閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的變種，EEPROM與閃存不同的是，它能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫而不是整個(gè)芯片擦寫，這樣閃存就比EEPROM的更新速度快。由于其斷電時(shí)仍能保存數(shù)據(jù)，閃存通常被用來(lái)保存設(shè)置信息，如在電腦的BIOS(基本輸入/輸出程序)、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、數(shù)碼相機(jī)中保存資料等。另一方面，閃存不像RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)一樣以字節(jié)為單位改寫數(shù)據(jù)，因此不能取代RAM。在1984年，東芝公司的發(fā)明人FujioMasuoka首先提出了快速閃存存儲(chǔ)器的概念。與傳統(tǒng)電腦內(nèi)存不同，Intel是世界上第一個(gè)生產(chǎn)閃存并將其投放市場(chǎng)的公司。1988年，公司推出了一款256?KB閃存芯片。它如同鞋盒一樣大小，并被內(nèi)嵌于一個(gè)錄音機(jī)里。后來(lái)，Intel發(fā)明的這類閃存被統(tǒng)稱為NOR閃存。它結(jié)合EPROM(可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)和EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)兩項(xiàng)技術(shù)，并擁有一個(gè)SRAM接口。第二種閃存稱為NAND閃存。它由日立公司于1989年研制，并被認(rèn)為是NOR閃存的理想替代者。NAND閃存的寫周期比NOR閃存短90%，它的保存與刪除處理的速度也相對(duì)較快。NAND的存儲(chǔ)單元只有NOR的一半，在更小的存儲(chǔ)空間中NAND獲得了更好的性能。內(nèi)存和NOR型閃存的基本存儲(chǔ)單元是bit，用戶可以隨機(jī)訪問(wèn)任何一個(gè)bit的信息。而NAND型閃存的基本存儲(chǔ)單元是頁(yè)(Page)(可以看到，NAND型閃存的頁(yè)就類似硬盤的扇區(qū)，硬盤的一個(gè)扇區(qū)也為512?B)。每一頁(yè)的有效容量是512?B的倍數(shù)。所謂有效容量，是指用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的部分，實(shí)際上還要加上16?B的校驗(yàn)信息，因此我們可以在閃存廠商的技術(shù)資料中看到“(512+16)B”的表示方式。目前2?GB以下容量的NAND型閃存絕大多數(shù)是(512+16)B的頁(yè)面容量，2?GB以上容量的NAND型閃存則將頁(yè)容量擴(kuò)大到(2048+64)B。

NAND型閃存以塊為單位進(jìn)行擦除操作。閃存的寫入操作必須在空白區(qū)域進(jìn)行，如果目標(biāo)區(qū)域已經(jīng)有數(shù)據(jù)，必須先擦除后寫入，因此擦除操作是閃存的基本操作。一般每個(gè)塊包含32個(gè)512?B的頁(yè)，容量16?KB；而大容量閃存采用2?KB頁(yè)時(shí)，則每個(gè)塊包含64個(gè)頁(yè)，容量為128?KB。每顆NAND型閃存的I/O接口一般是8條，每條數(shù)據(jù)線每次傳輸(512+16)?bit信息，8條就是(512+16)×8?bit，也就是前面說(shuō)的512?B。但較大容量的NAND型閃存也越來(lái)越多地采用16條I/O線的設(shè)計(jì)，如三星編號(hào)K9K1G16U0A的芯片就是64?M×16?bit的NAND型閃存，容量1?GB，基本數(shù)據(jù)單位是(256+8)×16?bit，還是512?B尋址時(shí)，NAND型閃存通過(guò)8條I/O接口數(shù)據(jù)線傳輸?shù)刂沸畔?，每包傳?位地址信息。由于閃存芯片容量比較大，一組8位地址只夠?qū)ぶ?56個(gè)頁(yè)，顯然是不夠的，因此通常一次地址傳送需要分若干組，占用若干個(gè)時(shí)鐘周期。NAND的地址信息包括列地址(頁(yè)面中的起始操作地址)、塊地址和相應(yīng)的頁(yè)面地址，傳送時(shí)分別分組，至少需要三次，占用三個(gè)周期。隨著容量的增大，地址信息會(huì)更多，需要占用更多的時(shí)鐘周期傳輸，因此NAND型閃存的一個(gè)重要特點(diǎn)就是容量越大，尋址時(shí)間越長(zhǎng)。而且，由于傳送地址周期比其他存儲(chǔ)介質(zhì)長(zhǎng)，因此NAND型閃存比其他存儲(chǔ)介質(zhì)更不適合大量的小容量讀寫請(qǐng)求。

2．閃存的應(yīng)用及前景“優(yōu)盤”(U盤)是閃存走進(jìn)日常生活的最明顯寫照，其實(shí)早在U盤之前，閃存已經(jīng)出現(xiàn)在許多電子產(chǎn)品之中。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式是采用RAM的易失存儲(chǔ)，電池沒(méi)電了數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。采用閃存的產(chǎn)品，克服了這一毛病，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更為可靠。除了閃存盤，閃存還被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)中的BIOS、PDA、數(shù)碼相機(jī)、錄音筆、手機(jī)、數(shù)字電視、游戲機(jī)等電子產(chǎn)品中。

1998年，U盤進(jìn)入市場(chǎng)。之后，其接口由USB1.0發(fā)展到USB2.0，速度逐漸提高。U盤的盛行還間接促進(jìn)了USB接口的推廣。為什么U盤這么受到人們歡迎呢？閃存盤可用來(lái)在電腦之間交換數(shù)據(jù)。從容量上講，閃存盤的容量從16?MB