chapter外圍設備實用

會計學1chapter外圍設備實用第七章外圍設備本章內(nèi)容7.1外圍設備概述7.2磁盤存儲設備7.3磁盤存儲設備的技術發(fā)展7.4磁帶存儲設備7.5光盤和磁光盤存儲設備*7.6顯示設備*7.7輸入設備和打印設備第1頁/共73頁7.1.1外圍設備的一般功能1.什么是外圍設備除了CPU和內(nèi)存外，計算機系統(tǒng)的每一部分都可作為一個外圍設備來看待主機和外設的價格比變化20世紀70年代初為1：1世紀80年代末為1：61：10這一情況說明：(1)計算機系統(tǒng)的發(fā)展過程中，外設的發(fā)展占有重要地位(2)外設的發(fā)展與主機的發(fā)展相比，還很不適應7.1外圍設備概述目錄第2頁/共73頁3.外設的發(fā)展方向低成本(價格)；小體積；高速度；大容量；低功耗4.外圍設備的功能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5.外圍設備的基本組成(1)存儲介質(zhì)：具有保存信息的物理特征(2)驅(qū)動裝置：用于移動存儲介質(zhì)(3)控制電路：向存儲介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲介質(zhì)接收數(shù)據(jù)6.外圍設備的共同特點工作速度：都比主機慢得多信息類型和結(jié)構(gòu)格式：各種外圍設備的均不相同電氣特性：信號類型、電平的極性、高低不一；等等第3頁/共73頁7.1.2外圍設備的分類可分為五大類:輸入設備輸出設備外存設備數(shù)據(jù)通信設備過程控制設備I/O接口第4頁/共73頁7.2磁盤存儲設備7.2.1磁記錄原理

磁表面存儲設備——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信息，如磁盤存儲器、磁帶存儲器磁表面存儲器的優(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：存取速度較慢，機械結(jié)構(gòu)復雜，對工作環(huán)境要求較高磁表面存儲器常作為輔助大容量存儲器使用目錄第5頁/共73頁磁性材料的磁滯回線電流I→磁場H→磁感應強度B磁感應強度B不隨電流的消失而回零，在磁滯回線上形成兩個穩(wěn)態(tài)：+Br(正剩磁狀態(tài))和-Br(負剩磁狀態(tài))——用來記錄“1”和“0”磁化元(存儲元)1.磁性材料的物理特性第6頁/共73頁從磁滯回線可以看出，磁性材料被磁化以后，工作點總是在磁滯回線上。只要外加的正向脈沖電流(即外加磁場)幅度足夠大，那么在電流消失后磁感應強度B并不等于零，而是處在+Br狀態(tài)(正剩磁狀態(tài))。反之，當外加負向脈沖電流時，磁感應強度B將處在-Br狀態(tài)(負剩磁狀態(tài))。這就是說，當磁性材料被磁化后，會形成兩個穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，就像觸發(fā)器電路有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)一樣。如果規(guī)定用+Br狀態(tài)表示代碼“1”，-Br狀態(tài)表示代碼“0”，那么要使磁性材料記憶“1”，就要加正向脈沖電流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料記憶“0”，則要加負向脈沖電流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個磁化元或存儲元，它是記錄一個二進制信息位的最小單位2.記錄方式形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式。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的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換在磁表面存儲器中，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(NRZ)，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制(FM)第7頁/共73頁數(shù)據(jù)序列10001110NRZ0PM↑↑↑↑↓↓↓↓NRZ1MFMFM第8頁/共73頁不歸零制(NRZ0)

其特點是磁頭線圈中始終有電流，不是正向電流(代表1)就是反向電流(代表0)，因此不歸零制記錄方式的抗干擾性能較好見“1”就翻不歸零制(NRZ1)與NRZ0制的相同處：磁頭線圈中始終有電流通過，不同處：記錄“0”時電流方向不變，只有遇到1時才改變方向

調(diào)相制(PM)

其特點是在一個位周期的中間位置，電流由負到正為1，由正到負為0，即利用電流相位的變化進行寫“1”和“0”，所以通過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”的讀出信號相位不同，抗干擾能力較強。另外讀出信號經(jīng)分離電路可提取自同步定時脈沖，所以具有自同步能力。磁帶存儲器中一般采用這種記錄方式調(diào)頻制(FM)

的特點：(1)無論記錄的代碼是1或0，或者連續(xù)寫“1”或?qū)憽?/p>

0”，在相鄰兩個存儲元交界處電流都要改變方向(2)記錄1時電流一定要在位周期中間改變方向，寫“1”電流的頻率是寫“0”電流頻率的2倍，故稱為倍頻法；這種記錄方式的優(yōu)點是記錄密度高，具有自同步能力；FM可用于單密度磁盤存儲器第9頁/共73頁改進調(diào)頻制(MFM)與調(diào)頻制的區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個或兩個以上“0”時，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，因而進一步提高了記錄密度。MFM可用于雙密度磁盤存儲器除了上述幾種記錄方式外，還有游程長度受限碼RLLC、成組編碼GCR等記錄方式

評價一種記錄方式優(yōu)劣的標準：編碼效率、自同步能力、檢讀分辨力、信息相關性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復雜性等編碼效率是指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn)所存儲的數(shù)據(jù)信息位的多少自同步能力是指從讀出數(shù)據(jù)(脈沖序列)中自動提取同步信號(時間基準信號)的能力；自同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值R來衡量，R越大，自同步能力越高檢讀分辨力是指磁記錄系統(tǒng)對讀出信號的分辨能力信息相關性是指漏讀或錯讀一位是否會傳播誤碼，是衡量精度的指標第10頁/共73頁2.磁表面存儲器的讀寫原理磁頭——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，把一位二進制代碼轉(zhuǎn)換成磁載體存儲元的不同剩磁狀態(tài)一個磁化元就是一個存儲元，存儲一位二進制信息；當載磁體相對于磁頭運動時，就可連續(xù)寫入一連串的二進制信息(2)讀操作

——利用磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進制代碼轉(zhuǎn)換成電信號輸出磁頭對載磁體作相對運動時，讀出線圈中的感應的電動勢為：不同的磁化狀態(tài)，產(chǎn)生的感應電勢方向不同第11頁/共73頁記錄方式的寫讀過程波形圖磁頭在磁表面存儲信息原理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波形選通脈沖第12頁/共73頁硬磁盤是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲器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)動器硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖寫入和讀出操作第13頁/共73頁寫入時，將計算機并行送來的數(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元讀出時，當記錄介質(zhì)相對磁頭運動時，位磁化存儲元形成的空間磁場在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應電勢，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)，再送至計算機第14頁/共73頁(1)可移動磁頭固定盤片的磁盤機：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：磁頭位置固定，每一個磁道對應一個磁頭，盤片不可更換；存取速度快，但結(jié)構(gòu)復雜(3)可移動磁頭可換盤片的磁盤機：盤片可更換，磁頭可沿盤面徑向移動；盤片可脫機保存，同種型號的盤片可互換(4)溫徹斯特磁盤機：簡稱溫盤，是一種采用先進技術研制的可移動磁頭固定盤片的磁盤機，是一種密封組合式的硬磁盤，工作時，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磁頭和固定磁頭兩種第15頁/共73頁1.磁盤驅(qū)動器各磁盤驅(qū)動器的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動系統(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

磁盤控制器是主機與磁盤驅(qū)動器之間的接口；由于磁盤存儲器是高速外存設備，故與主機之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式磁盤控制器有兩個方面的接口：系統(tǒng)級接口——與主機的接口，控制外存與主機總線交換數(shù)據(jù)設備級接口——與設備的接口，根據(jù)主機命令控制設備的操作主機與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯圖7.2.3磁盤驅(qū)動器和控制器第16頁/共73頁第17頁/共73頁磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進行數(shù)據(jù)與時鐘的分離，再進行串-并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)DMA(直接存儲器傳送)控制將數(shù)據(jù)傳送到主機總線——磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設備中，主機與設備之間采用標準的通用接口，如SCSI接口，從而使設備相對獨立第18頁/共73頁記錄面——磁盤片表面磁道——記錄面上一系列同心圓；每個磁道又分若干個扇區(qū)

磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號，最外一個同心圓叫0磁道，最里面的一個同心圓叫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，也可間隔編號磁盤地址——記錄面的面號、n磁道、m扇區(qū)例如對活動頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(也稱磁頭號)、磁道號和扇區(qū)號三部分組成讀/寫操作以扇區(qū)為單位一位一位串行進行；每一個扇區(qū)記錄一個定長的記錄塊數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式7.2.4磁盤上信息的分布第19頁/共73頁第20頁/共73頁每個扇區(qū)開始時由磁盤控制器產(chǎn)生一個扇標脈沖，兩個扇標脈沖之間的一段磁道區(qū)域為一個扇區(qū)(一個記錄塊)每個記錄塊由頭部空白段、序標段、數(shù)據(jù)段、校驗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21頁/共73頁1.存儲密度：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.存儲容量：一個磁盤存儲器所能存儲的字節(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磁盤存儲器的技術指標第22頁/共73頁3.平均存取時間：存取時間：從發(fā)出讀寫命令，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼魉蛿?shù)據(jù)所需的時間它與三個因素有關：①找道時間②等待時間③數(shù)據(jù)傳送時間找道時間和等待時間是隨機變化的，因此往往用平均值來表示平均等待時間與磁盤轉(zhuǎn)速有關，常取磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時間的一半平均存取時間其中，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

——單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；傳輸率與存儲設備和主機接口邏輯有關從存儲設備考慮，假設磁盤旋轉(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=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23頁/共73頁【例1】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)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上?解答(1)(2)(3)解答(4)(5)第24頁/共73頁【解】(1)柱面數(shù)=每個盤面的磁道數(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25頁/共73頁(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臺磁盤，每臺有16個記錄面，每面有256個磁道，每道有16個扇區(qū)(5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快題號柱面(磁道)號盤面(磁頭)號扇區(qū)號第26頁/共73頁例：某磁盤存儲器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個記錄盤面，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)磁盤存儲器的存儲容量(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)平均等待時間(5)給出一個磁盤地址格式方案(設每個扇區(qū)存儲512個字節(jié))【解】(1)存儲容量為：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)平均等待時間：1/50/2=0.01s=10ms(5)磁盤地址由記錄面號、磁道號和扇區(qū)號3部分構(gòu)成其中4個記錄面，故記錄面號占2位；275個磁道，磁道號占9位；每個磁道所含的扇區(qū)數(shù)為12288/512=24，故扇區(qū)號占5位由此，磁道的地址可采用下面的格式：151413540記錄面號磁道號扇區(qū)號第27頁/共73頁7.3磁盤存儲設備的技術發(fā)展7.3.1磁盤Cache

1.磁盤Cache的概念減少對磁盤存儲器的存取時間的措施：提高磁盤機主軸轉(zhuǎn)速；提高I/O總線速度；采用磁盤cache等設置磁盤cache的目的：彌補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)塊組成的一個基本單位訪問過程：命中及不命中時的讀出操作、寫入操作實現(xiàn)的原理：被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性原理，目前大多數(shù)磁盤驅(qū)動器中都使用了預讀策略與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28頁/共73頁——多臺磁盤存儲器組成的大容量外存系統(tǒng)構(gòu)造基礎：數(shù)據(jù)分塊技術和并行處理技術；可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲、交叉存儲、單獨存儲；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標準：按應用需求(存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請求速率等)不同，分為7級(RAID0～RAID6)舉例：RAID0級——用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速I/O請求RAID0低成本比可靠性更重要，未采用奇偶校驗等冗余技術用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上與單個大容量磁盤相比的優(yōu)點：若兩個I/O請求正在等待不同的數(shù)據(jù)塊，則被請求的塊可能在不同的盤上——兩個請求能并行發(fā)出，減少I/O排隊的時間7.3.2磁盤陣列RAID(廉價冗余磁盤陣列

——RedundantArrayofInexpensiveDisks)第29頁/共73頁RAID0級陣列的數(shù)據(jù)映射邏輯條帶、物理條帶、條帶集數(shù)據(jù)條帶在陣列磁盤中的分布方式及其優(yōu)點負責邏輯磁盤和物理磁盤間的映射第30頁/共73頁(1)軟磁盤驅(qū)動器——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)動器ZIP比一般軟盤速度快轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分，容量大250MBJAZ與硬盤相似，容量達1GB或2GB(3)可移動硬盤驅(qū)動器容量達80G250GB7.3.3可移動存儲設備

第31頁/共73頁7.4磁帶存儲設備(不講)磁帶機的記錄原理與磁盤機基本相同，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：當記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動時，就可在磁頭線圈上感應出電動勢磁帶存儲設備由磁帶機和磁帶組成，它通常用作為海量存儲設備的數(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32頁/共73頁7.5光盤和磁光盤存儲設備7.5.1光盤存儲設備

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

；讀出時，當激光束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生衍射，反射率低，根據(jù)反射光的光強變化并進行光電轉(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，光道分為一個個扇區(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，故標準的播放時間為60分鐘。計算模式1和模式2情況下光盤存儲容量是多少?目錄第33頁/共73頁CD-ROM盤片存儲機理第34頁/共73頁扇區(qū)的結(jié)構(gòu)同步(SYNC)區(qū)：標志扇區(qū)的開始，2個全0字節(jié)和10個全1字節(jié)組成扇區(qū)標識(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)和分數(shù)秒(FR，1/75s)時間值作為地址，由于光盤的恒定線速度是每秒鐘讀出75個扇區(qū)，故FR的值實際上就是秒內(nèi)的扇區(qū)號(074)MD：模式控制，控制數(shù)據(jù)區(qū)和校驗區(qū)的使用，有三種模式分為4個區(qū)域第35頁/共73頁MD控制的三種模式模式0：數(shù)據(jù)區(qū)和校驗區(qū)的全部2336個字節(jié)都是0，這種扇區(qū)不用于記錄數(shù)據(jù)，用作光盤的導入?yún)^(qū)和導出區(qū)模式1：288字節(jié)的校驗區(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)的糾錯碼(ECC)，這種扇區(qū)模式有2048字節(jié)的數(shù)據(jù)并有很強的檢測和糾錯能力，適合于保存計算機的程序和數(shù)據(jù)模式2：288字節(jié)的檢驗區(qū)也用于存放數(shù)據(jù)，用于保存聲音、圖像等對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存放計算機程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量為270000×2048=527MB

模式2存放聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)，其存儲容量為270000×2336=601MB第36頁/共73頁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)的大小相對更小些，使存儲信息總量更大；雙面可寫，有的甚至多層可寫第37頁/共73頁磁光(MO—MagnetOptical)盤：磁場技術和激光技術相結(jié)合——由磁道和扇區(qū)組成，可隨機寫入、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)不會改變基本工作原理：寫入數(shù)據(jù)：利用熱磁效應，當激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點加熱到居里點溫度以上時，外加磁場作用改變記錄點的磁化方向，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，當激光束照射到記錄點時，記錄點的磁化方向不同，會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磁光盤存儲設備

第38頁/共73頁磁光盤操作的四種情況：圖(a)表示未編碼的磁盤，例如所有磁化點均存“0”。圖(b)表示寫操作：高功率激光束照射加熱點（記錄點），磁頭線圈中外加電流后產(chǎn)生的磁場使其對應的記錄點產(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，外加磁場改變方向，使磁性粒子恢復到原始極性。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39頁/共73頁衡量光盤驅(qū)動器的主要性能指標：★數(shù)據(jù)傳輸率

早期的CD-ROM數(shù)據(jù)傳輸率只有150KB/s(即單倍速)，之后陸續(xù)推出雙速(2×)，4速(4×)，…，16速(16×)，甚至24速(24×)的CD-ROM驅(qū)動器。高數(shù)據(jù)傳輸率的驅(qū)動器運速度快，但要求很高的容錯性和糾錯性能。從性能價格比考慮，16速的CD-ROM驅(qū)動器較為適宜，其數(shù)據(jù)傳輸率為2400KB/s，已是軟驅(qū)的4—8倍★數(shù)據(jù)緩沖器容量

CD-ROM驅(qū)動器內(nèi)有64KB—256KB的數(shù)據(jù)緩沖器，用于暫存讀出的數(shù)據(jù)，減少讀取盤片的次數(shù)；一般選擇256KB的CD-ROM驅(qū)動器★接口類型CD-ROM驅(qū)動器中包含有控制器，其接口類型有IDE，EIDE，SCSI，SCSI-2等；目前普遍選用IDE或EIDE接口，因大多數(shù)PC機具有IDE或EIDE接口插座，只要使用40芯纜將CD-ROM驅(qū)動器背面的40芯插座與主板或多功能適配器卡上的IDE或EIDE接口的插座相連即可；此外，CD-ROM驅(qū)動器背面還有音頻輸出插座，將左、右聲道信號線和地線的音頻輸出線與聲卡的音頻輸入插座相連第40頁/共73頁EIDE——EnhancedIDE(加強型IDE)：——是WesternDigital公司針對傳統(tǒng)IDE接口的缺點加以改進之后所推出的新接口，EIDE使用擴充CHS(Cylinder-Head-Sector)或LBA(LogicalBlockAddressing)尋址的方式，突破528MB的容量限制，使容量達到數(shù)十GB等級的IDE硬盤可順利使用；目前EIDE的最高傳輸速度可高達100MB/秒(UltraATA/100)SCSI——SmallComputerSystemInterface最初的SCSI標準的最大同步傳輸速率為5MB/s(SCSI-1，又名NarrowSCSI，1986年，最大支持7個設備，時鐘頻率為5MHz)，后來的SCSIII

規(guī)定了2種提高速度的選擇，一種為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率，即FastSCSI(1994年，最大支持7個設備)，由于頻率提高一倍，達10MB/s(10MHz)；另一種是傳輸頻率提高一倍的同時增大數(shù)據(jù)通路的寬度，由8位增至16位，即WideSCSI，其最大同步傳輸速度為20MB/s(時鐘頻率為10MHz，1996年，最大支持15個設備)1995年左右出現(xiàn)了第三代SCSI，但沒有統(tǒng)一標準第41頁/共73頁7.6顯示設備7.6.1顯示設備的分類與有關概念

顯示設備——以可見光的形式傳遞和處理信息顯示設備的分類

(1)按顯示設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顯示設備的分類按掃描方式分類：光柵掃描和隨機掃描按分辨率分類：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角線長度：12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等目錄第42頁/共73頁第43頁/共73頁1.分辨率和灰度級分辨率：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：黑白顯示器中所顯示像素點的亮暗差別；彩色顯示器中表現(xiàn)為顏色的差別；灰度級越多，圖像層次越清楚逼真

影響灰度級的因素: 每個像素對應刷新存儲器單元的位數(shù)、CRT本身的性能單色顯示器；多灰度級黑白顯示器；圖像顯示器的灰度級一般在256級以上第44頁/共73頁2.刷新和刷新存儲器刷新：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掃描整個屏幕的過程刷新頻率：刷新頻率大于30次/秒才不會感到閃爍；顯示設備中通常選用電視中的標準，每秒刷新50幀圖像刷新存儲器(視頻存儲器)：為了不斷提供刷新圖像的信號，用于存儲一幀圖像信息的存儲器刷新存儲器的重要技術指標：容量：由圖像分辨率和灰度級決定，M=rC例如：一個容量為1MB的刷新存儲器，在用于分辨率為1024＊1024的顯示器時，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45頁/共73頁1.字符顯示字符的顯示方法：以m×n點陣為基礎構(gòu)造字符點陣信息的存儲：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關或開，從而在屏幕上顯示出字符(4)點陣的結(jié)構(gòu)：點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——每個字符在屏幕上所占的點數(shù)，包括字符顯示點陣和字符間隔7.6.2字符/圖形顯示器7×9點陣結(jié)構(gòu)第46頁/共73頁(5)字符顯示原理字符信息的存儲：每個字符窗口要顯示字符的ASCII代碼被存放在視頻存儲器VRAM中，以備刷新如：25行80列的顯示器，VRAM至少應有2000個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數(shù)器的輸出RA3—RA0，它指向這個字形點陣中的某個字節(jié)顯示一個字符的過程：按照VRAM中的ASCII碼和光柵地址計數(shù)器訪問ROM，依次取出字形點陣，即可顯示一個字符第47頁/共73頁第48頁/共73頁VRAM的地址由水平地址計數(shù)器(列地址)和垂直地址計數(shù)器(行地址)決定，VRAM輸出的ASCII代碼作為ROM的高位地址，ROM的低位地址來自光柵地址計數(shù)器，ROM的輸出在L信號控制下并行裝入移位寄存器，然后在點時鐘控制下移位輸出形成視頻信號，輸出到顯示器。顯示器在水平同步、垂直同步和視頻信號的控制下，連續(xù)不斷地進行屏幕刷新，從而呈現(xiàn)穩(wěn)定而不消失的字符圖像第49頁/共73頁2.圖形顯示

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

——將所顯示圖形的一組坐標點和繪圖命令組成顯示文件存放于緩沖存儲器，該顯示文件控制矢量(線段)產(chǎn)生器產(chǎn)生相應的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動特點：分辨率高(可達4096×4096個像素)，顯示的曲線平滑；但顯示復雜圖形時，會有閃爍感(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：存儲屏幕上每個像素的信息，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上特點：通用性強，灰度層次多，顯示復雜圖形無閃爍；產(chǎn)生的圖形有陰影效應、隱藏面消除、涂色等功能第50頁/共73頁【例3】IBMPC機漢字顯示原理圖如下，請分析此原理圖并進行文字說明。第51頁/共73頁【解】在IBMPC系列微型計算機系統(tǒng)中，漢字輸出是利用通用顯示器和打印機，在主機內(nèi)部由通用的圖形顯示卡形成點陣碼以后，將點陣碼送到輸出設備，輸出設備只要具有輸出點陣的能力就可以輸出漢字。以這種方式輸出的漢字是在設備可以畫點的圖形方式下實現(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)換成漢字機內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時要用輸入碼到碼表中檢索機內(nèi)碼，得到兩個字節(jié)的機內(nèi)碼，字形檢索程序用機內(nèi)碼檢索字模庫，查出表示一個字形的32個字節(jié)字形點陣送顯示輸出第52頁/共73頁主觀圖像(圖形)：用計算機表示和生成的圖，只需存儲繪圖命令和坐標點，沒有必要存儲每個像素點客觀圖像(圖像)：處理的對象是由攝像機攝取下來存入計算機的數(shù)字圖像，數(shù)字化后逐點存儲，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，僅僅顯示由計算機送來的數(shù)字圖像；圖像處理操作在計算機中完成2.圖形處理子系統(tǒng)

——是具有并行處理功能的專用計算機，內(nèi)部有大容量存儲器和高速處理器，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圖像顯示設備

第53頁/共73頁圖像輸入控制板(視頻數(shù)字化儀)組成：I/O接口、圖像存儲器(刷新存儲器)、A/D與D/A變換圖像輸入控制板功能：實現(xiàn)連續(xù)的視頻信號與離散的數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換；接收攝像機模擬視頻輸入信號，經(jīng)A/D變換為數(shù)字量存入刷新存儲器用于顯示，并可傳送到計算機進行圖像處理；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的電路及顯像管第54頁/共73頁1.顯示標準——PC機采用的顯示標準經(jīng)歷的變化：MDA→CGA→EGA→VGA→SuperVGA

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

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；還增添了一個新接口VFC，允許來自其他設備的圖形、圖像信號與適配器生成的圖形信號合成7.6.4VESA顯示標準第55頁/共73頁

SuperVGA模式——VESA(美國視頻電子標準協(xié)會)定義的VGA擴展集，將顯示方式標準化；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24位顏色深度，刷新頻率可達75MHz2.VESA(Video

ElectronicsStandardAssociation)顯示模式表7.1列出了VESA擴充的標準顯示模式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標志位，b14—b9為保留位(目前全為0)，故VESA的顯示方式號為1××h支持12801024像素，24位顏色深度，刷新頻率可達75MHz第56頁/共73頁3.顯示適配器——由刷新存儲器、顯示控制器、ROMBIOS三部分組成刷新存儲器顯示適配器結(jié)構(gòu)框圖第57頁/共73頁刷新存儲器——存放顯示圖案的點陣數(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，由設備驅(qū)動程序建立操作系統(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：(1)根據(jù)設定的顯示方式，將從顯存中讀取的圖像點陣轉(zhuǎn)換成R，G，B三色信號，并配以同步信號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間寫到刷存中，因此顯示屏幕不會出現(xiàn)凌亂說明：先進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：用于生成和移動一個矩形塊(如窗口)數(shù)據(jù)(2)畫線：由硬件在屏上任意兩點間畫一向量(3)填域：以預先指定的顏色或花樣填滿一個任意多邊形(4)顏色擴充：將圖像放到屏幕上時，指定其前景顏色和背景顏色第58頁/共73頁【例4】刷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1024×768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計算刷存總帶寬應為多少?(2)為達到這樣高的刷存帶寬，應采取何種技術措施?【解】(1)∵刷新所需帶寬=分辨率×每個像素點顏色深度×刷新速率∴1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s

刷存總帶寬應為162MB/s×100/50=324MB/s(2)為達到這樣高的刷存帶寬，可采用的技術措施：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59頁/共73頁“顯示設備”試題【2010年計算機聯(lián)考真題】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85Hz，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()。A.245Mbit/sB.979Mbit/sC.1958Mbit/sD.7834Mbit/sD第60頁/共73頁7.7*輸入設備和打印設備7.7.1輸入設備計算機輸入設備分為圖形輸入、圖像輸入、聲音輸入等幾類：1.圖形輸入設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-機對話功能：計算機將結(jié)果顯示給人，人根據(jù)看到的顯示決定下一步操作，并通過輸入設備告訴計算機。如此反復多次，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備。當需要輸入坐標數(shù)據(jù)建立顯示文件時，要利用鍵盤。另外，利用鍵盤上指定的字符與屏幕上的光標結(jié)合，可用來移動光標，拾取圖形坐標，指定繪圖命令等目錄第61頁/共73頁(2)鼠標器輸入

光筆和圖形板兩種輸入方式都是輸入某一點的絕對坐標，而鼠標器只要輸入相對坐標鼠標器是一種手持的坐標定位部件，有兩種類型。一種是機械式的，另一種是光電式的第62頁/共73頁2.圖像輸入設備最理想的圖像輸入設備是數(shù)字攝像機。它可以攝取任何地點、任何環(huán)境的自然景物和物體，直接將數(shù)字圖像存入磁盤當圖像已經(jīng)記錄到某種介質(zhì)上時，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讀出，再將視頻信號經(jīng)圖像板量化后輸入計算機。記錄在數(shù)字磁帶上的遙感圖像可以直接在磁帶機上輸入。如果想把紙上的圖像輸入計算機，一種方法是用攝像機對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。還有一種叫“光機掃描鼓”的專用設備，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空間，圖像數(shù)據(jù)的傳輸與存儲間題將是一個十分重要的研究課題，目前普遍采用的方法是壓縮-恢復技術

第63頁/共73頁3.語音輸入設備利用人的自然語音實現(xiàn)人-機對話是新一代多媒體計算機的重要標志之一；如圖為一種語音輸入/輸出設備的原理方框圖：語音識別器可以將人的語言聲音轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別的信息，并將這些信息送入計算機；計算機處理的結(jié)果又可以通過語音合成器變成聲音輸出通常語音識別器與語言合成器放在一起做成語音輸入/輸出設備

第64頁/共73頁1.打印設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械作用使印字機構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符。因此習慣上將屬于擊打式打印方式的機種稱為“打印機”。擊打式設備的成本低，缺點是噪音大，速度慢。非擊打式是采用電、磁、光、噴墨等物理、化學方法印刷字符，因此習慣上將這類非擊打式的機種稱為“印字機”，如激光印字機，噴墨印字機等。非擊打式的設備速度快，噪音低，印字質(zhì)量高，但價格較貴,有的設備還需要專用紙張.目前的發(fā)展趨勢是機械化的擊打式設備逐步轉(zhuǎn)向電子化的非擊打式設備(2)擊打式打印機又分為活字式打印和點陣針式打印兩種活字式打印機將字符“刻”在印字機構(gòu)表面上，印字機構(gòu)的形狀有圓柱形、球形等多種。點陣針式打印機是利用打印鋼針組成的點針來表示字符。與活字式打印機相比，點陣式打印機的控制機構(gòu)簡單，字形變化多樣，且能打印漢字，因而是應用最廣泛的一類打印機

7.7.2打印設備打印輸出