第8章 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備

第8章外圍設(shè)備目錄8.1外圍設(shè)備概述 ——了解8.2磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 ——掌握8.3光盤(pán)和磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備 ——理解8.4顯示設(shè)備 ——理解8.5輸入設(shè)備和打印設(shè)備 ——理解2/1/20232考研大綱要求輸入輸出系統(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(pán)，鼠標(biāo)

2.輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)

3.外存儲(chǔ)器：硬盤(pán)存儲(chǔ)器、硬盤(pán)陣列、光盤(pán)存儲(chǔ)器2/1/202338.1外圍設(shè)備概述8.1.1外圍設(shè)備的一般功能8.1.2外圍設(shè)備的分類(lèi)2/1/202348.1.1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(hù)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(pán)為例盤(pán)片組定位驅(qū)動(dòng)器讀寫(xiě)控制2/1/202358.1.2外圍設(shè)備的分類(lèi)分類(lèi)輸入/出設(shè)備；外存設(shè)備；數(shù)據(jù)通信設(shè)備；過(guò)程控制設(shè)備；……外設(shè)都是通過(guò)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；2/1/202368.2磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備8.2.1磁記錄原理8.2.2硬磁盤(pán)機(jī)的基本組成和分類(lèi)8.2.3硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和控制器8.2.4磁盤(pán)上信息的分布8.4.5磁盤(pán)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)重點(diǎn)掌握2/1/202378.2.1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(lái)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(zhǎng)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(xiě)，對(duì)工作環(huán)境要求較高。如：磁帶、磁盤(pán)要求防塵、防震2/1/20238磁表面存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)原理在磁表面存儲(chǔ)器中，信息的讀寫(xiě)是利用磁頭來(lái)進(jìn)行的；磁頭：由軟磁材料做鐵芯，繞有讀寫(xiě)線圈的電磁鐵。寫(xiě)操作原理：電-磁變換；利用磁頭寫(xiě)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；2/1/202398.2.2磁盤(pán)的組成和分類(lèi)硬盤(pán)的邏輯結(jié)構(gòu)組成磁記錄介質(zhì)磁盤(pán)控制器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器硬質(zhì)圓形盤(pán)片磁頭、小車(chē)、傳送帶讀寫(xiě)控制電路2/1/202310硬磁盤(pán)的分類(lèi)按盤(pán)片結(jié)構(gòu)分可換盤(pán)片式、固定盤(pán)片式按磁頭分可移動(dòng)磁頭、固定磁頭溫徹斯特磁盤(pán)機(jī)可移動(dòng)磁頭固定盤(pán)片的磁盤(pán)機(jī)；密封組合式的硬磁盤(pán)；磁頭、盤(pán)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(pán)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(pán)片固定磁頭固定盤(pán)片可移動(dòng)磁頭可換盤(pán)片固定磁頭可換盤(pán)片簡(jiǎn)稱(chēng)溫盤(pán)2/1/202311硬磁盤(pán)外觀2/1/202312硬磁盤(pán)內(nèi)部構(gòu)成2/1/2023138.2.3硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和控制器磁盤(pán)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(pán)控制器主機(jī)與磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)

器之間的接口。2/1/202314硬磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)器2/1/2023158.2.4磁盤(pán)上信息的分布記錄面磁盤(pán)片表面；一個(gè)盤(pán)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(pán)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。2/1/202316磁盤(pán)上的信息記錄方式一個(gè)硬盤(pán)由多個(gè)盤(pán)片構(gòu)成的磁盤(pán)組來(lái)記錄信息；每個(gè)盤(pán)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(lái)記錄信息；每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)。磁盤(pán)組的信息記錄順序是按照柱面來(lái)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(pán)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(xiě)操作；2/1/2023178.2.5磁盤(pán)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(pán)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(xiě)命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開(kāi)始從盤(pán)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(pán)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)；2/1/202318存儲(chǔ)密度道密度沿磁盤(pán)半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)；單位：道/英寸。位密度磁道單位長(zhǎng)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。2/1/202319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(hù)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%。2/1/202320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(pán)片將所要訪問(wèn)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(pán)轉(zhuǎn)速有關(guān)，是磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的一半。硬盤(pán)轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，故平均等待時(shí)間約為4ms。2/1/202321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(pán)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(pán)轉(zhuǎn)速為v英寸/秒，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=D×v（字節(jié)/秒）2/1/202322課本P215【例7.1】

磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，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(wèn)：共有多少柱面?柱面數(shù)=每面的磁道數(shù)盤(pán)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2/1/202323課本P215【例1】

磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，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(wèn)：盤(pán)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?jī)?nèi)層磁道周長(zhǎng)為2πR=2×3.14×11=69.08(cm)道容量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B盤(pán)組總?cè)萘?10×220×3454B =7598800B6×2－2220位密度×磁道周長(zhǎng)2/1/202324課本P215【例1】

磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，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(wèn)：數(shù)據(jù)傳輸率多少?每磁道容量N=3454B磁盤(pán)轉(zhuǎn)速r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率Dr=r×N =40×3454B=13816B/s2/1/202325課本P215【例1】

磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，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(wèn)：如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)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(pán)組的記錄順序是按照柱面來(lái)組織的；因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀/寫(xiě)速度快；如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上。2/1/202326例1：某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)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(pán)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(zhǎng)（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)/mm2/1/202327例1：某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤(pán)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(pán)數(shù)據(jù)傳輸率為多少？磁盤(pán)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=10ms2/1/202328例2：設(shè)某磁盤(pán)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(wèn)：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(zhǎng)位密度

=(2.363.14)52400

÷8=48562字節(jié)2/1/202329例2：設(shè)某磁盤(pán)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(wèn)：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(xiě)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=30.6ms2/1/2023308.3光盤(pán)和磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備光盤(pán)存儲(chǔ)器采用聚焦激光束在盤(pán)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(lái)表示所存儲(chǔ)信息的“1”或“0”。光盤(pán)存儲(chǔ)器是以光道來(lái)記錄信息的；光道是一條始于盤(pán)片中心的螺旋線。光盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)容量大；光盤(pán)的缺點(diǎn)存取時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率低。一張CD-ROM盤(pán)片的存儲(chǔ)容量可達(dá)600MB以上2/1/202331光盤(pán)存儲(chǔ)器的分類(lèi)只讀型廠商以高成本制作出母盤(pán)后大批壓制出來(lái)的光盤(pán)；這種模壓式記錄的光盤(pán)只能讀，不能修改。寫(xiě)一次型用戶(hù)可以在這種光盤(pán)上記錄信息，但只能寫(xiě)一次。重寫(xiě)型用戶(hù)可對(duì)這類(lèi)光盤(pán)進(jìn)行隨機(jī)寫(xiě)入、擦除或重寫(xiě)信息。DVD-ROM光盤(pán)最初的全稱(chēng)是數(shù)字化視頻光盤(pán)；CD-ROM是單面使用，DVD-ROM是兩面都可以寫(xiě)數(shù)據(jù)。CD-RWCD-ROMWORM、CD-RDVD-ROM2/1/2023328.4顯示設(shè)備顯示設(shè)備的分類(lèi)按顯示器件分類(lèi)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(lèi)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(lèi)，有單色(黑白)顯示器和彩色顯示器；以熒光屏對(duì)角線長(zhǎng)度分類(lèi)，有14英寸、16英寸、19英寸等多種。2/1/202333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(huà)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。2/1/202334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(huà)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102