第七章外圍設(shè)備2015年

1、第七章 外圍設(shè)備7.1外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備的功能是在計算機和其他機器之間，以及計算機與用戶之間提供聯(lián)系。由于外圍設(shè)備的地位越來越重要。主要介紹以下內(nèi)容： 磁存儲設(shè)備和顯示器。外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的分類7.2 顯示設(shè)備顯示設(shè)備7.2.1 顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念 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。按所顯示的信息內(nèi)容分類，有字符顯示器、圖形顯示器、圖像顯示器三大類。 1.分辨率和灰度級分辨率和灰度級分辨率分辨率是指顯示器所能表示的像素個數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。分辨率取決于顯象管熒光粉

2、的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。 刷新存儲器要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的存儲空間，用來存儲每個像素的信息。 例如：640*480；1024*768 灰度級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(xiàn)為顏色的不同。 灰度級取決于每個像素對應(yīng)刷新存儲器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。圖像顯示器的灰度級一般在256級以上?；叶燃壴蕉啵瑘D像層次越清楚逼真。2.刷新和刷新存儲器刷新和刷新存儲器 為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，必須使電子束不斷地重復掃描整個屏幕，這個過程叫做刷新刷新。 按人的視覺生理，刷新頻率大于30次/秒時才不會感到閃爍。顯示設(shè)備中通常選用電視中的標準，

3、每秒刷新50幀圖像。 例如：分辨率為1024*1024，256級灰度，則存儲容量為1024*1024*8bit=1MB 存儲容量和存取周期是刷新存儲器的重要指標。3.隨機掃描和光柵掃描隨機掃描和光柵掃描 隨機掃描隨機掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從而產(chǎn)生圖形和字符。電子束只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。 光柵掃描光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中圖像充滿整個畫面，因此要求電子束掃過整個屏幕。光柵掃描是從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行掃描兩種方式。光柵掃描的缺點是冗余時間多，分辨率不如隨機掃描方式，大部分字符、圖形、圖像顯示器

4、都采用光柵掃描方式。7.2.2字符字符/圖形顯示器圖形顯示器1.字符顯示字符顯示（1）顯示字符的方法以點陣點陣為基礎(chǔ)。點陣是由mn個點組成的陣列，并以此來構(gòu)造字符。將點陣存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中，在CRT進行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出某個字符的點陣，按照點陣中0和1代碼不同控制掃描電子束的開或關(guān)，從而在屏幕上顯示出字符。 （2）字符窗口）字符窗口是指每個字符在屏幕上所占的點數(shù)，它包括字符顯示點陣和字符間隔。 （3）視頻存儲器VRAM中存放所需顯示字符的ASCII代碼，以備刷新。字符發(fā)生器ROM的高位地址來自VRAM的ASCII代碼，低位地址來自光柵地址計數(shù)器的輸出RA3RA

5、0，它具體指向這個字形點陣中的某個字節(jié)。在顯示過程中，按照VRAM中的SACII碼和光柵地址計數(shù)器訪問ROM。04H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77H04H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77H7.6顯顯 示示 設(shè)設(shè) 備備 04H-00H-10H D4H-3DH-20H 1FH-00H-7FH . . . . . . . . .7.6顯顯 示示 設(shè)設(shè) 備備n

6、水平消隱（點陣顯示一行結(jié)束，回到下一行）n行間消隱（點陣顯示某行字符結(jié)束，行間不顯示內(nèi)容）n垂直消隱（點陣顯示一屏結(jié)束，回到第一行、第一列）nVRAM的地址由水平地址計數(shù)器和垂直地址計數(shù)器決定nVRAM輸出的ASCII碼作為ROM的高位地址，低位地址來自于光柵地址計數(shù)器 【例3】某CRT顯示器可顯示64種ASCII碼字符,每幀可顯示64字 25排；每個字符采用78的點陣，即橫向7個點，字間間隔1點，縱向8點，排間間隔6點；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式，問：(1)緩存VRAM容量有多大? (2)字符發(fā)生器（ROM）容量有多大? 緩存VRAM中存放的是什么內(nèi)容？緩存地址與屏幕顯示位置如何對應(yīng)？【

7、解】(1)緩存容量為 64258=1600字節(jié)。 (2)字符發(fā)生器（ROM）容量為： 6488=512字節(jié)。 緩存VRAM中存放的是待顯示字符的ASCII代碼。顯示位置自左至右，從上到下。相應(yīng)地，緩存地址由低到高，每個地址碼對應(yīng)一個字符顯示位置。 【例4】刷新存儲器存的重要性能指標是它的帶寬。實際工作時顯示適配器的幾個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1024768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計算刷存總帶寬應(yīng)為多少? (2)為達到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施? 【解】(1) 刷新

8、所需帶寬=分辨率每個像素點顏色深度刷新速率10247683B72/s=170MB/s刷存總帶寬應(yīng)為170MB/s100/50=340MB/s (2)為達到這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)措施：使用高速的DRAM芯片組成刷存； 刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；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 ；刷存采用雙端口存儲器結(jié)構(gòu)，將刷新端口與更新端口分開。2010年研究生入學考題年研究生入學考題22假定一臺計算機的顯示存儲器用DRAM芯片實現(xiàn)，若要求顯示分辨率為16001200，顏色深度為24位，幀頻為85 Hz，顯存總帶寬的50%用來刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至少約為 A245

9、Mbps B979 Mbps C1 958 Mbps D7 834 Mbps7.4 硬磁盤存儲設(shè)備硬磁盤存儲設(shè)備7.4.1 磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式 磁表面存儲器的優(yōu)點磁表面存儲器的優(yōu)點：(1)存儲容量大，位價格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復使用；(3)記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時不需要再生信息 。磁表面存儲器的缺點磁表面存儲器的缺點：存取速度較慢，機械結(jié)構(gòu)復雜，對工作環(huán)境要求較高。1.磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性 當磁性材料被磁化后，會形成兩個穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，可以表示二進制代碼1和0.2.磁表面存儲器的讀寫原理磁表面存儲器的讀

10、寫原理 在磁表面存儲器中，利用一種稱為磁磁頭頭的裝置來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。 (1)寫操作寫操作:通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中不同的脈沖電流，可把載磁體中的磁化元磁化成不同的極性。每個磁化元中存儲一位二進制信息。例如：規(guī)定正電流寫入的為“1”，則負電流寫入的就為“0”。 2.磁表面存儲器的讀寫原理磁表面存儲器的讀寫原理(2)讀操作讀操作 不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。不同的磁化狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向 不同。這樣，不同方向的感應(yīng)電勢經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是“1”還 是“0”。2.磁表面存儲器的讀寫原理磁表面存儲器的讀寫原理3.記錄方式記錄方式形成不同

11、寫入電流波形的方式，稱為記錄記錄方式方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 記錄方式的讀寫波形圖記錄方式的讀寫波形圖3.記錄方式記錄方式 在磁表面存儲器中，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。常用記錄方式可分為不歸零制不歸零制(NRZ)，調(diào)相制，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制，調(diào)頻制(FM)，改進，改進調(diào)頻制調(diào)頻制(MFM)幾大類。評價一種記錄方式優(yōu)劣的標準評價一種記錄方式優(yōu)劣的標準：編碼效：編碼效率、自同步能力、率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道

12、帶寬、編碼譯碼電性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復雜性等。路的復雜性等。2. 磁表面存儲器的記錄方式磁表面存儲器的記錄方式011100010數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT位周期位周期7.4.2 磁盤的組成和分類（請自學）磁盤的組成和分類（請自學）硬磁盤機硬磁盤機其邏輯結(jié)構(gòu)請參見圖。 它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大部分組成。 磁盤控制器磁盤控制器包括控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。 磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖硬磁盤機通常按以下方法分類硬磁盤

13、機通常按以下方法分類：按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動磁頭和固定磁頭兩種。 (1)可移動磁頭固定盤片的磁盤機可移動磁頭固定盤片的磁盤機 特點是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換 。盤片每面只有一個磁頭，存取數(shù)據(jù)時磁頭沿盤面徑向移動。(2)固定磁頭磁盤機固定磁頭磁盤機 特點是磁頭位置固定，磁盤的每一個磁道對應(yīng)一個磁頭，盤片不可更換。優(yōu)點是存取速度快，省去磁頭找道時間，缺點是結(jié)構(gòu)復雜。 (3)可移動磁頭可換盤片的磁盤機可移動磁頭可換盤片的磁盤機 盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動。優(yōu)點是盤片可以脫機保存，同種型號的盤片具有互換性。(4)溫徹斯特磁盤機溫徹斯特磁盤機

14、溫徹斯特磁盤簡稱溫盤，是一種采用先進技術(shù)研制的可移動磁頭固定盤片的磁盤機。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不可隨意拆卸的整體。7.4.3 硬磁盤驅(qū)動器和控制器（請自學）硬磁盤驅(qū)動器和控制器（請自學）1.磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主定位驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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磁盤驅(qū)動器7.4.4 磁盤上信息的分布磁盤上信息的分布 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。記錄面上一系列同心圓稱為磁道磁道。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分

15、為若干個扇區(qū)。 磁盤地址是由記錄面號(也稱磁頭號)、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。扇區(qū)示意圖扇區(qū)示意圖數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式 7.4.5 磁盤存儲器的技術(shù)指標磁盤存儲器的技術(shù)指標磁盤存儲器的主要指標包括磁盤存儲器的主要指標包括存儲密度、存存儲密度、存儲容量、存取時間儲容量、存取時間及及數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率。 存儲密度：存儲密度： 存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位：道/英寸。位密度位密度是磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)， 單位：位/英寸。面密度面密度是位密度和道密度的乘積，單位：位/平方英寸。7.4.5 磁盤存儲器的技

16、術(shù)指標磁盤存儲器的技術(shù)指標存儲容量：一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。7.4.5 磁盤存儲器的技術(shù)指標磁盤存儲器的技術(shù)指標平均存取時間平均存取時間 與三個因素有關(guān)： 1.定位時間定位時間或找道時間找道時間:是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間； 2.等待時間等待時間:是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間. 這兩個時間都是隨機變化的， 因此往往使用平均值來表示。 目前平均找道時間約為1020ms。平均等待時間與轉(zhuǎn)速有關(guān)，10000轉(zhuǎn)/分，則平均等待時間約為3ms。 3.數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸

17、率與存儲設(shè)備和主機接口邏輯有關(guān)。從存儲設(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個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。 也可以寫成Dr=Dv(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達幾十兆字節(jié)/秒【例【例5】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(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)

18、如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上? 【解【解】(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm) 因為道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220個圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長為2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盤組總?cè)萘?759880B10=7598800B( 3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN， N為每條磁道容量， N=3454B, r為磁盤轉(zhuǎn)速， r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒 Dr=rN=1003454B=345400B/s (4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄