計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)計算機組成原理武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第七章外圍設(shè)備本章內(nèi)容7.1外圍設(shè)備概述7.2顯示設(shè)備7.3輸入設(shè)備和打印設(shè)備7.4硬磁盤存儲設(shè)備7.5軟磁盤存儲設(shè)備7.6磁帶存儲設(shè)備7.7光盤存儲設(shè)備7.1.1外圍設(shè)備的一般功能1.什么是外圍設(shè)備除了CPU和主存外，計算機系統(tǒng)的每一局部都可作為一個外圍設(shè)備來看待。主機和外設(shè)的價格比20世紀(jì)70年代初為1：120世紀(jì)80年代末為1：6~1：10這一情況說明：(1)在計算機系統(tǒng)的開展過程中，外設(shè)的開展占有重要的地位；(2)外設(shè)的開展與主機的開展相比，還有很不適應(yīng)。7.1外圍設(shè)備概述外設(shè)的開展方向(1)低本錢(價格)(2)小體積(3)高速度(4)大容量(5)低功耗4.外圍設(shè)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(shè)備的根本組成(1)存儲介質(zhì)，它具有保存信息的物理特征。(2)驅(qū)動裝置，它用于移動存儲介質(zhì)。(3)控制電路，它向存儲介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。一個計算機系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實際需要來決定的。

中央局部是CPU和主存，通過總線與第二層的適配器(接口)部件相連，第三層是各種外圍設(shè)備控制器，最外層那么是外圍設(shè)備。外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過程控制設(shè)備幾大類。每一種外圍設(shè)備，都是在它自己的設(shè)備控制器控制下進行工作，而設(shè)備控制器那么通過適配器和主機連接，并受主機控制。計算機的五大類外圍設(shè)備請參看CAI演示。7.1.2外圍設(shè)備的分類如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器如Modem7.2顯示設(shè)備7.2.1顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念

什么是顯示設(shè)備以可見光的形式傳遞和處理信息的設(shè)備叫顯示設(shè)備，是目前計算機系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的人機界面設(shè)備。

顯示設(shè)備的分類(1)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。(2)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。(3)在CRT顯示設(shè)備中以掃描方式不同，分成光柵掃描和隨機掃描兩種顯示器；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CRT熒光屏對角線的長度分類，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多種。1.分辨率和灰度級分辨率: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。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。同時要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的存儲空間，用來存儲每個像素的信息刷新存儲器?；叶燃壔叶燃壍暮x：是指黑白顯示器中所顯示的像素點的亮暗差異，在彩色顯示器中那么表現(xiàn)為顏色的不同?；叶燃壍淖饔茫夯叶燃壴蕉?，圖像層次越清楚逼真?；叶燃壢Q于哪些因素:(1)每個像素對應(yīng)刷新存儲器單元的位數(shù)(2)CRT本身的性能。字符顯示器只用“0〞“1〞兩級灰度表示字符的有無，這種只有兩級灰度的顯示器稱為單色顯示器。具有多種灰度級的黑白顯示器為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。2.刷新和刷新存儲器刷新的含義：CRT發(fā)光是由電子束打在熒光粉上引起的。電子束掃過之后其發(fā)光亮度只能維持幾十毫秒便消失。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(fù)掃描整個屏幕，這個過程叫做刷新。刷新頻率：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(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新50幀圖像。刷新存儲器：為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把一幀圖像信息存儲在刷新存儲器，也叫視頻存儲器。其存儲容量由圖像分辨率和灰度級決定。分辨率越高，灰度級越多，刷新存儲器容量越大。刷新存儲器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。容量和存取周期是刷新存儲器的重要技術(shù)指標(biāo)。3.隨機掃描和光柵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。高質(zhì)量的圖形顯示器(如分辨率為4096×4096)采用隨機掃描方式。由于這種掃描方式的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)與電視標(biāo)準(zhǔn)不一致，驅(qū)動系統(tǒng)較復(fù)雜，價格較貴。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，但由于電視技術(shù)業(yè)已成熟，計算機系統(tǒng)中除高質(zhì)量圖形顯示器外，大局部字符、圖形、圖像顯示器都采用光柵掃描方式。1.字符顯示字符的顯示方法：顯示字符的方法以點陣為根底。點陣是由m×n個點組成的陣列，并以此來構(gòu)造字符。點陣信息的存放：將點陣按行組織，存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中。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(guān)或開，從而在屏幕上顯示出字符。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。字符顯示原理對應(yīng)于每個字符窗口，所需顯示字符的ASCII代碼被存放在視頻存儲器VRAM中，以備刷新，故對于25行80列的顯示器7.2.2字符/圖形顯示器

而言，VRAM至小應(yīng)有2000個單元存放被顯示的字符信息。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RA3—RA0，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ASCII碼和光柵地址計數(shù)器訪問ROM，依次取出字形點陣，就可以完成一個字符的輸出。字符“I〞的點陣表示，字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)以及字符顯示器的原理框圖見文字教材圖7.2。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存放器，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?！纠?】某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示64字×25排；每個字符字形采用7×8點陣，即橫向7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)緩存容量有多大?(2)字符發(fā)生器(ROM)容量有多大?(3)緩存中存放的是ASCII代碼還是點陣信息?(4)緩存地址與屏幕顯示位置如何對應(yīng)?(5)設(shè)置哪些計數(shù)器以控制緩存訪問與屏幕掃描之間的同步?它們的分頻關(guān)系如何?【解】(1)緩存容量為64×25=1600字節(jié)。(2)ROM容量為64×8=512字節(jié)。(3)緩存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。字符在VRAM中地址＝VRAM首地址＋(行號*字符/行+列號)*字節(jié)/字符(5)點計數(shù)器8∶1分頻；字計數(shù)器(64+12)∶1分頻；行計數(shù)器(8+6)∶1分頻；排計數(shù)器(25+10)∶1分頻。例1b某CRT顯示器可顯示95種ASCII字符，每幀可顯示80字×25排；字符采用7×9點陣，即橫向7點，字間間隔2點，縱向9點，排間間隔5條掃描線；垂直回掃和水平回掃分別為幀掃描周期和行掃描周期的1/5；幀頻為50Hz，采取逐行掃描方式。問：(1)刷新存儲器VRAM中存放的是什么內(nèi)容，其容量至少需多少字節(jié)?(2)字符發(fā)生器ROM中存放的是什么內(nèi)容，其容量是多少字節(jié)?(3)設(shè)置哪些計數(shù)器以控制刷新存儲器訪問與屏幕掃描之間的同步？它們的分頻關(guān)系如何？(4)設(shè)時鐘直接用于點計數(shù)脈沖，那么其頻率是多少？【解】(1)刷新存儲器VRAM中存放的是待顯示字符的編碼，因為每屏字符數(shù)為80*25=2000，VRAM容量至少要存放一幀字符的ASCII碼，所以至少為2000字節(jié)，假設(shè)既要存放字符的ASCII碼，又要存放每個字符的屬性碼，那么至少需要4000個字節(jié)。(2)字符發(fā)生器ROM存放的是全部可顯示字符的點陣代碼，由于可顯示95種字符，而每個字符的點陣碼為9個字節(jié)，所以ROM的容量至少為存放所有可顯示字符點陣所需要的空間，即95*9＝855字節(jié)。(3)按顯示過程的需要，應(yīng)設(shè)置4級計數(shù)器：①點計器，7×9字符點陣一行有7個光點，加上字符間隔兩個點，那么點計數(shù)器應(yīng)按9循環(huán)。時序脈沖送并/串轉(zhuǎn)換電路，控制并/串轉(zhuǎn)換，歸零輸出脈沖送字計數(shù)器，作為計數(shù)脈沖。②字計數(shù)器，字計數(shù)器用來控制一排中第i個字符的刷新，其輸出送到刷新存儲器，作為其X向地址，因為一排可顯示80個字符，行回掃占行掃描周期的1/5,即相當(dāng)于20個字符，所以字計數(shù)器應(yīng)按100循環(huán)計數(shù)。歸零輸出作為行計數(shù)脈沖。③行字?jǐn)?shù)，該計數(shù)器用來控制第j行掃描線，其輸出送到字符發(fā)生器，作為讀取字符發(fā)生器的低位地址。因為一排字符有9條掃描線，加上排間隔5條掃描線，所以行計數(shù)器應(yīng)按14循環(huán)計數(shù)。歸零輸出作為排計器的計數(shù)脈沖。④排字?jǐn)?shù)，該計數(shù)器用來控制第n排字符，其輸出送到刷新存儲器，作為刷新存儲器的Y地址。因為一幀可顯示25排，而幀回掃占幀掃描周期的1/5，約相當(dāng)于6排字符，所以排計數(shù)器應(yīng)按31循環(huán)計數(shù)。由上述分析可見各級計數(shù)器的分頻關(guān)系為：點計數(shù)器(7＋2):1分頻，字計數(shù)器(80＋8):1分頻，行計數(shù)器(9＋5):1分頻，排計數(shù)器(25＋6):1分頻。(4)當(dāng)時鐘頻率直接用于點計數(shù)脈沖時，其頻率為f=50×9×100×14×31=19.53MHz2.圖形顯示圖形顯示是指用計算機手段表示現(xiàn)實世界的各種事物，并形象逼真地加以顯示。根據(jù)產(chǎn)生圖形的方法，分隨機掃描圖形顯示器和光柵掃描圖形顯示器。(1)隨機掃描圖形顯示器工作原理是將所顯示圖形的一組坐標(biāo)點和繪圖命令組成顯示文件存放在緩沖存儲器，緩存中的顯示文件送矢量(線段)產(chǎn)生器，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動。為了在屏幕上保存持久穩(wěn)定的圖像，需要按一定的頻率對屏幕反復(fù)刷新。這種顯示器的優(yōu)點是分辨率高(可達(dá)4096×4096個像素)，顯示的曲線平滑。目前高質(zhì)量圖形顯示器采用這種隨機掃描方式。缺點是當(dāng)顯示復(fù)雜圖形時，會有閃爍感。(2)光柵掃描圖形顯示器產(chǎn)生圖形的方法稱為相鄰像素串接法，即曲線是由相鄰像素串接而成。因此光柵掃描圖形顯示器的原理是：把對應(yīng)于屏幕上每個像素的信息都用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上。其組成結(jié)構(gòu)如圖：程序段緩沖存儲器存放由計算機送來的顯示文件和交互式的圖形操作命令。

刷新存儲器中存放一幀圖形的形狀信息，它的地址和屏幕上的地址一一對應(yīng)。程序段緩存和刷存之間有一個DDA部件(數(shù)字微分分析器:DigitDifferenceAnalyses)，它是一種進行數(shù)據(jù)插補的硬件，其作用是把顯示文件變換為像素信息，即根據(jù)顯示文件給出的曲線類型和坐標(biāo)值，生成直線、圓、拋物線乃至更復(fù)雜的曲線。插補后的數(shù)據(jù)(像素信息)存入刷存用于刷新顯示。

光柵掃描圖形顯示器的優(yōu)點是通用性強，灰度層次多，色調(diào)豐富，顯示復(fù)雜圖形時無閃爍現(xiàn)象；所產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能。它的出現(xiàn)使圖形學(xué)的研究從簡單的線條圖擴展到豐富多彩、形象逼真的各種立體及平面圖形，從而擴大了計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，成為目前流行的顯示器?！纠?】以下圖為IBMPC機漢字顯示原理圖，請分析此原理圖并進行文字說明?！窘狻吭贗BMPC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(shè)備，輸出設(shè)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(shè)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7.4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。圖形是用計算機表示和生成的圖，稱作主觀圖像。在計算機中表示圖形，只需存儲繪圖命令和坐標(biāo)點，沒有必要存儲每個像素點。而圖像所處理的對象多半來自客觀世界，即由攝像機攝取下來存入計算機的數(shù)字圖像，這種圖像稱為客觀圖像。由于數(shù)字化以后逐點存儲，因此圖像處理需要占用非常龐大的主存空間。圖像顯示器采用光柵掃描方式，其分辨率在256×256或512×512個像素，與圖形顯示兼容的圖像顯示器已達(dá)1024×1024，灰度級在64—256級。圖像顯示器有兩種類型：1.簡單圖像顯示器它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，顯示器不做任何處理。I/O接口、圖象存儲器(刷新存儲器)、A/D與D/A變換等組成單獨的一個局部，稱為圖像輸入控制板或視頻數(shù)字化儀。如下圖：7.2.3圖象顯示設(shè)備

圖像輸入控制板的功能是實現(xiàn)連續(xù)的視頻信號與離散的數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。圖像輸入控制板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操作。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)視器進行顯示輸出。監(jiān)視器只包括掃描、視頻放大等與顯示有關(guān)的電路及顯像管。也可以接入電視機的視頻輸入端來代替監(jiān)視器。數(shù)字相機的出現(xiàn)，更容易組成一個圖像處理系統(tǒng)。2.圖形處理子系統(tǒng)

其硬件結(jié)構(gòu)較前一種復(fù)雜得多。它本身就是一個具有并行處理功能的專用計算機，不僅能完成顯示操作，同時由于子系統(tǒng)內(nèi)部有容量很大的存儲器和高速處理器，可以快速執(zhí)行許多圖像處理算法，減輕主計算機系統(tǒng)的運算量。這種子系統(tǒng)可以單獨使用，也可以聯(lián)到通用計算機系統(tǒng)。目前流行的圖形工作站就屬于圖形處理子系統(tǒng)。1.顯示標(biāo)準(zhǔn)隨著IBMPC系列機的升級開展，PC機采用的顯示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了如下變化：MDA→CGA→EGA→VGA→SuperVGAMDA(MonochromeDisplayAdapter)是PC機最早使用的顯示標(biāo)準(zhǔn)。MDA是單色字符顯示適配器，采用9×14點陣的字符窗口，滿屏顯示80列×25行字符，對應(yīng)分辨率為720×350個像素。CGA(ColorGraphicsAdapter)是彩色圖形/字符顯示適配器，可以兼容字符和圖形兩種顯示方式。在圖形方式下，可以顯示320×200像素四種顏色的彩色圖形。EGA(EnhancedGraphicsAdapter)顯示標(biāo)準(zhǔn)兼容CGA和MDA各種顯示方式，在圖形方式下分辨率為640×350，16種顏色。VGA(VideoGraphicsArray))顯示標(biāo)準(zhǔn)下，字符窗口為9×16點陣，圖形方式下分辨率為640×480，16種顏色，或320×200，2567.2.4IBMPC系列機的顯示系統(tǒng)種顏色。掃描頻率(水平同步)是31.5kHz，刷新頻率(垂直同步)是60Hz。VGA顯示適配器還增添了一個新接口VFC，允許來自其他設(shè)備的圖形，圖像信號與適配器生成的圖形信號合成。自IBM公司推出VGA后，VESA(美國視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)定義了一個VGA擴展集，將顯示方式標(biāo)準(zhǔn)化，從而成為著名的SuperVGA模式。該模式除兼容MDA，CGA，EGA，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(dá)75MHz。2.VESA(VideoElectronicsStandardAssociation)顯示模式VESA擴充的標(biāo)準(zhǔn)顯示模式見文字教材的表7.1。早期的MDA，CGA，EGA的顯示方式是由BIOS的一組功能調(diào)用(INT10h)來設(shè)置和管理的，使用7位的方式碼。VESA保存了這種方式，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(biāo)志位，b14—b9為保存位(目前全為0)，故VESA的顯示方式號為1××h。3.顯示適配器顯示適配器由刷新存儲器、顯示控制器、ROMBIOS三局部組成，請參看CAI演示。刷新存儲器：功能－－存放顯示圖案的點陣數(shù)據(jù)。存儲容量－－取決于設(shè)定的顯示工作方式。ROMBIOS：功能－－作為根本輸入、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，它的大局部功能不被使用，而由后者的設(shè)備驅(qū)動程序建立操作系統(tǒng)與適配器硬件的銜接。顯示控制器：功能－－作為適配器的心臟。具體完成以下任務(wù)：(1)根據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取顯存中的圖像點陣(包括圖形、字符文本)數(shù)據(jù)，將它們轉(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。這些修改數(shù)據(jù)一般利用掃描回程的消隱時間寫入到刷存中，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。典型的圖形加速功能有：(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(yù)先指定的顏色或把戲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?！纠?】刷存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實際工作時顯示適配器的幾個功能局部要爭用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保存50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)假設(shè)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(yīng)為多少?(2)為到達(dá)這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)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(yīng)為162MB/s×100/50=324MB/s(2)為到達(dá)這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)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。7.3輸入設(shè)備和打印設(shè)備常用的計算機輸入設(shè)備分為圖形輸入、圖像輸入、聲音輸入等幾類：1.圖形輸入設(shè)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(shè)備告訴計算機。如此反復(fù)屢次，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，才能表達(dá)“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，鍵盤是一種最根本的常用設(shè)備。當(dāng)需要輸入坐標(biāo)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(biāo)結(jié)合，可用來移動光標(biāo)，拾取圖形坐標(biāo)，指定繪圖命令等。(2)光筆輸入

光筆的外形與鋼筆相似，頭部裝有一個透鏡系統(tǒng)，能把進入的光聚為一個光點。在光筆頭部附有一開關(guān)，當(dāng)按下開關(guān)時，進行光的檢測，光筆就可拾取CRT屏幕上的坐標(biāo)。光筆與屏幕上的光標(biāo)配合，可使光標(biāo)跟蹤光筆移動，在屏幕上畫出圖形或修改圖形，其過程與人用鋼筆畫圖的過程類似。(3)圖形板和游動標(biāo)輸入

圖形板和游動標(biāo)結(jié)合構(gòu)成二維坐標(biāo)的輸入系統(tǒng)，主要用于輸入工程圖等。將圖紙貼到圖形板上，游動標(biāo)沿著圖紙上的圖形移動，讀取圖形坐標(biāo)，即可輸入工程圖。這種二維的輸入方式比光筆與屏幕相結(jié)合的方式有許多優(yōu)點，因此得到了廣泛應(yīng)用。游動標(biāo)是一個手持的方形坐標(biāo)讀出器，上面有一塊透明玻璃，玻璃上刻有十字標(biāo)記。十字標(biāo)記的中心就是游動標(biāo)的中心。使用時將十字標(biāo)中心對準(zhǔn)在圖形的坐標(biāo)點上即可。圖形板是一種二維的A/D變換器，因此它又稱作數(shù)字化板。坐標(biāo)測量的方法有電阻式、電容式、電磁感應(yīng)式、超聲波式幾種。(4)鼠標(biāo)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(biāo)，而鼠標(biāo)器只要輸入相對坐標(biāo)。鼠標(biāo)器是一種手持的坐標(biāo)定位部件，有兩種類型。一種是機械式的，另一種是光電式的。2.圖像輸入設(shè)備最理想的圖像輸入設(shè)備是數(shù)字?jǐn)z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(dāng)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機。還有一種叫“光機掃描鼓〞的專用設(shè)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(fù)技術(shù)。3.語音輸入設(shè)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(biāo)志之一。以下圖為一種語音輸入/輸出設(shè)備的原理方框圖：語音識別器作為輸入設(shè)備，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。而計算機處理的結(jié)果又可以通過語音合成器變成聲音輸出，以實現(xiàn)真正的“人機對話〞。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(shè)備。打印輸出是計算機最根本的輸出形式。與顯示器輸出相比，打印輸出可產(chǎn)生永久性記錄，因此打印設(shè)備又稱為硬拷貝設(shè)備1.打印設(shè)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(xí)慣上將屬于擊打式打印方式的機種稱為“打印機〞。擊打式設(shè)備的本錢低，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(xué)方法印刷字符，因此習(xí)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(shè)備速度快，噪音低，印字質(zhì)量高，但價格較貴,有的設(shè)備還需要專用紙張.目前的開展趨勢是機械化的擊打式設(shè)備逐步轉(zhuǎn)向電子化的非擊打式設(shè)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)外表上，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(yīng)用最廣泛的一類打印機。7.3.2打印設(shè)備(3)按工作方式分，可分為串行打印機與行式打印機兩種。串行打印機是逐字打印的，行式打印機是一次可以輸出一行，因而行式打印機的速度比串行打印機快。例如點陣式打印機有串行點陣打印機和行式點陣打印機。(4)按色彩和打印效果可分，可分為單色打印機和彩色打印機等，普通打印機和圖形/圖像打印機。

2.點陣針式打印機點陣針式打印機是目前應(yīng)用最普及的一種打印設(shè)備，特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格低、字符種類不受限制，易實現(xiàn)漢字打印，還可以打印圖形/圖像，因此在微小型機中都配置這種打印機。點陣針式打印機的印字方法是由打印針選擇n×m個點陣組成的字符圖形。顯然點越多，印字質(zhì)量越高。西文字符點陣通常有5×7，7×7，7×9等幾種，中文漢字至少要16×16或24×24點陣。為了減少打印頭制造的難度，串行點陣打印機的打印頭中只裝有一列m根打印針，每針可以單獨驅(qū)動(意味著最多可以并行驅(qū)動m根打印針)，印完一列后打印頭沿水平方向動一步微小距離，n步以后，可形成一個n×m點陣的字符。以后又照此逐個字符進行打印。串行針式打印機有單向打印和雙向打印兩種。當(dāng)打印完一行字符后，打印紙在輸紙機構(gòu)控制下前進一行，同時打印頭回到一行起始位置，重新自左向右打印，這種過程叫單向打印。雙向打印是自左至右打印完一行后，打印頭無須回車，在輸紙的同時，打印頭走到反向起始位置，自右向左打印一行。反向打印結(jié)束后，打印頭又回到正向打印起始位置。由于省去了空回車時間，使打印速度大大提高。針式打印機的結(jié)構(gòu)：針式打印機由打印頭與字車、輸紙機構(gòu)、色帶機構(gòu)與控制器四局部組成。文字教材圖7.8示出了針式打印機構(gòu)示意圖。打印頭由打印針、磁鐵、銜鐵等組成。輸紙機構(gòu)由步進電機驅(qū)動，每打印完一行字符，按給定要求走紙，走紙的步距由字符行間距離決定。色帶的作用是供給色源，在打印過程中色帶不斷移動，改變其受擊打的位置，以免破損。驅(qū)動色帶不斷移動的裝置稱色帶機構(gòu)。打印控制器與顯示控制器類似，主要包括字符緩沖存儲器、字符發(fā)生器、時序控制電路和接口四局部。主機將欲打印的字符通過接口送到緩存，在打印時序控制下，從緩存順序取出字符代碼，對字符代碼進行譯碼，得到字符發(fā)生器ROM的地址，逐列取出字符點陣并驅(qū)動打印頭,形成字符點陣。打印速度約每秒100個字符。行式點陣打印機是將多根打印針沿橫向(而不是縱向)排成一行，安裝在一塊梳形板上，每根針均有一個電磁鐵驅(qū)動。在打印針往復(fù)運動中，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的打印位置時，鼓勵電磁鐵驅(qū)動打印針執(zhí)行擊打動作。梳形板向右或向左移動一次那么打印出一行印點，當(dāng)梳形板改變運動方向時，走紙機構(gòu)移動一個印點間距，再打印下一行印點。如此重復(fù)屢次，才打印出完整的一行字符。3.激光印字機激光印字機是激光技術(shù)和電子照相技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其根本原理與靜電復(fù)印機相似。激光器輸出的激光束經(jīng)光學(xué)透鏡系統(tǒng)被聚焦成一個很細(xì)小的光點，沿著圓周運動的滾筒進行橫向重復(fù)掃描。滾筒是記錄裝置，外表鍍有一層具有光敏特性的感光材料，通常是硒，因此又將滾筒稱為硒鼓。硒鼓在未被激光束掃描之前，首先在黑暗中充電，使鼓外表均勻地沉積一層電荷。此后根據(jù)控制電路輸出的字符或圖形，變換成數(shù)字信號來驅(qū)動激光器的翻開與關(guān)閉。掃描時激光器將對鼓外表有選擇地曝光，曝光局部產(chǎn)生放電現(xiàn)象，未曝光局部仍保存充電時的電荷，從而形成靜電潛像。隨著鼓的轉(zhuǎn)動，潛像局部將通過裝有碳粉盒的顯影器，使得具有字符信息的區(qū)域吸附上碳粉，到達(dá)顯影的目的。當(dāng)鼓上的字符信息區(qū)和普通紙接觸時，由于在紙的反面施以反向的靜電電荷，鼓外表上的碳粉就會被吸附到紙上來，這個過程稱為轉(zhuǎn)印。最后，當(dāng)記錄有信息的紙經(jīng)過定影輥高溫加熱，碳粉被溶化，永久性地粘附在紙上，到達(dá)定影的效果。另一方面，轉(zhuǎn)印后的鼓面還留有剩余的碳粉。因此先要除去鼓外表的電荷，然后經(jīng)清掃刷，將剩余的碳粉全部去除。去除以后的鼓外表又繼續(xù)重復(fù)上述的充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影等一系列過程。激光印字機是非擊打式硬拷貝輸出設(shè)備，輸出速度快，印字質(zhì)量高，可使用普通紙張。其印字分辨率到達(dá)每英寸300個點以上，緩沖存儲器容量一般在1MB以上，對漢字或圖形/圖像輸出，是理想的輸出設(shè)備，因而在辦公自動化及輕印刷系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。清掃刷消電燈充電電暈消電電暈定影輥進紙輥消電電暈供紙盒7.4硬磁盤存儲設(shè)備7.4.1磁記錄原理與記錄方式計算機的外存儲器又稱磁外表存儲設(shè)備。所謂磁外表存儲，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料外表作載磁體來存儲信息。磁盤存儲器、磁帶存儲器均屬于磁外表存儲器。磁外表存儲器的優(yōu)點：(1)存儲容量大，位價格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；(3)記錄信息可以長期保存而不喪失，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。磁外表存儲器的缺點：存取速度較慢，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。磁外表存儲器由于存儲容量大，位本錢低，在計算機系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫等大量程序與數(shù)據(jù)信息。1.磁性材料的物理特性磁性材料的磁滯回線電流I－＞磁場H－＞磁感應(yīng)強度B磁感應(yīng)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和-Br,故可用來記錄“1〞和“0〞兩種值的代碼。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(yīng)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(dāng)外加負(fù)向脈沖電流時，磁感應(yīng)強度B將處在-Br狀態(tài)(負(fù)剩磁狀態(tài))。這就是說，當(dāng)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〞，那么要加負(fù)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(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。在磁外表存儲器中，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)幾大類。這些記錄方式中代碼0數(shù)據(jù)序列10001110NRZ0NRZ1PMMFM↑↑↑↑↓↓↓↓FM或1的寫入電流波形見文字教材的圖7.11。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(fù)到正為1，由正到負(fù)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)別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)其特點如下：(1)無論記錄的代碼是1或0，或者連續(xù)寫“1〞或?qū)憽?〞，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。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(biāo)準(zhǔn)：編碼效率、自同步能力、檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)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(zhǔn)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(guān)性是指漏讀或錯讀一位是否會傳播誤碼，所以是衡量精度的指標(biāo)。3.磁外表存儲器的讀寫原理在磁外表存儲器中，利用一種稱為磁頭的裝置來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。磁頭實際上是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵。(1)寫操作當(dāng)寫線圈中通過一定方向的脈沖電流時，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。由于鐵芯是高導(dǎo)磁率材料，而鐵芯空隙處為非磁性材料，故在鐵芯空隙處集中很強的磁場。在這個磁場作用下，載磁體就被磁化成相應(yīng)極性的磁化位或磁化元。假設(shè)在寫線圈里通入相反方向的脈沖電流，就可得到相反極性的磁化元。如果我們規(guī)定按圖中所示電流方向為寫“1〞，那么寫線圈里通以相反方向的電流時即為寫“0〞。上述過程稱為寫入。顯然，一個磁化元就是一個存儲元，一個磁化元中存儲一位二進制信息。當(dāng)載磁體相對于磁頭運動時，就可以連續(xù)寫入一連串的二進制信息。(2)讀操作當(dāng)磁頭經(jīng)過載磁體的磁化元時，由于磁頭鐵芯是良好的導(dǎo)磁材料，磁化元的磁力線很容易通過磁頭而形成閉合磁通回路。不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。當(dāng)磁頭對載磁體作相對運動時，由于磁頭鐵芯中磁通的變化，使讀出線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的電動勢e，其值為：

負(fù)號表示感應(yīng)電勢的方向與磁通的變化方向相反。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〞。右圖示出了記錄方式的寫讀過程波形圖。10111011SNNS磁外表存儲器存取信息的原理：通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由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。硬磁盤機是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁外表存儲器。其邏輯結(jié)構(gòu)請參見CAI演示。7.4.2硬磁盤機的根本組成和分類它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大局部組成。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。寫入時，將計算機并行送來的數(shù)據(jù)取至并-串變換存放器，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(dāng)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(yīng)電勢，此讀出信息經(jīng)放大檢測就可復(fù)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-并變換存放器變換為并行數(shù)據(jù)，再并行送至計算機。硬磁盤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(fù)雜。(3)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。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。優(yōu)點是防塵性能好，可靠性高，對使用環(huán)境要求不高。1.磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器是一種精密的電子和機械裝置，因此各部件的加工安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對溫盤驅(qū)動器，還要求在超凈環(huán)境下組裝。各類磁盤驅(qū)動器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差異，但根本結(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(shè)備，故與主機之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式。作為主機與驅(qū)動器之間的控制器，它需要有兩個方面的接口：一個是與主機的接口，控制外存與主機總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個是與設(shè)備的接口，根據(jù)主機命令控制設(shè)備的操作。前者稱為系統(tǒng)級接口，后者稱為設(shè)備級接口。主機與磁盤驅(qū)動器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯如下圖：7.4.3硬磁盤驅(qū)動器和控制器磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進行數(shù)據(jù)與時鐘的別離，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。盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片外表稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個盤片外表通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為假設(shè)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)的編號有多種方法，可以連續(xù)編號，也可間隔編號。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用n磁道m(xù)扇區(qū)的磁盤地址找到實際磁盤上與之相對應(yīng)的記錄區(qū)。除了磁道號和扇區(qū)號之外，還有記錄面的面號，以說明本次處理是在哪一個記錄面上。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)號三局部組成。在磁道上，信息是按區(qū)存放的，每個區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，各個區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的。為進行讀/寫操作，要求定出磁道的起始位置，這個起始位置稱為索引。索引標(biāo)志在傳感器檢索下可產(chǎn)生脈沖信號，再通過磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置。7.4.4磁盤上信息的分布

磁盤存儲器的每個扇區(qū)記錄定長的數(shù)據(jù)，因此讀/寫操作是以扇區(qū)為單位一位一位串行進行的。每一個扇區(qū)記錄一個記錄塊。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：每個扇區(qū)開始時由磁盤控制器產(chǎn)生一個扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個扇區(qū)的開始。兩個扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域即為一個扇區(qū)(一記錄塊)。每個記錄塊由頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗字段及尾部空白段組成。其中空白段用來留出一定的時間作為磁盤控制器的讀寫準(zhǔn)備時間，序標(biāo)被用來作為磁盤控制器的同步定時信號。序標(biāo)之后即為本扇區(qū)所記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之后是校驗字，它用來校驗磁盤讀出的數(shù)據(jù)是否正確。磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。存儲密度存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度是磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。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。存儲容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指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。非格式化容量是磁記錄外表可以利用的磁化單元總數(shù)。將磁盤存儲器用于某計算機系統(tǒng)中，必須首先進行格式化操作，然后才能供用戶記錄信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%—70%。目前，3.5英寸的硬盤機容量可達(dá)4.29GB。7.4.5磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)

平均存取時間存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片外表讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r間。這段時間由兩個數(shù)值所決定：一個是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間，稱為定位時間或找道時間；另一個是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時間，稱為等待時間，這兩個時間都是隨機變化的，因此往往使用平均值來表示。平均存取時間等于平均找道時間與平均等待時間之和。平均找道時間是最大找道時間與最小找道時間的平均值，目前平均找道時間為10—20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時間為5ms。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，傳輸率與存儲設(shè)備和主機接口邏輯有關(guān)。從主機接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。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)，那么數(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。目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾十兆字節(jié)/秒。【例4】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2400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(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】(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)因為道密度=40道/cm，所以40×5.5=220道，即220個圓柱面(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=rN,N為每條磁道容量，N=3454B,r為磁盤轉(zhuǎn)速，r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒Dr=rN=40×3454B=13816B/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(yīng)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。1615177.5軟磁盤存儲設(shè)備7.5.1軟磁盤存儲器與硬磁盤存儲器的異同軟磁盤存儲器簡稱軟盤，其原因在于盤片是用類似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成。軟磁盤存儲器由軟盤驅(qū)動器、軟盤控制器、軟磁盤片三大局部組成。軟磁盤存儲器和硬磁盤存儲器的存儲原理和記錄方式根本相同。但在結(jié)構(gòu)和性能上存在一些差異：(1)硬盤轉(zhuǎn)速高，每分鐘可達(dá)6000轉(zhuǎn)，存取速度快；軟盤轉(zhuǎn)速低，每分鐘只有300轉(zhuǎn)，存取速度慢。(2)硬盤有固定頭、固定盤、盤組等結(jié)構(gòu)；軟盤都是活動頭，是可換盤片結(jié)構(gòu)。(3)硬盤是浮動磁頭讀寫，磁頭不接觸盤片；軟盤磁頭是接觸式讀寫。(4)硬盤系統(tǒng)及硬盤片價格都比較貴，大局部盤片不能互換；軟盤造價低，盤片保管方便，使用靈活，且具有互換性。(5)硬盤對環(huán)境要求苛刻，要有超凈措施；軟盤那么對環(huán)境要求不太嚴(yán)格。

按所用盤片尺寸不同，軟磁盤機有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等多種。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看，又可按使用的記錄密度不同，分為雙面雙密度、雙面高密度等多種。下表列出了軟盤片規(guī)格參數(shù)。軟磁盤片的形狀類似于普通薄膜唱片。盤片的盤基由聚脂薄膜制成，厚度約76μm，上面涂有極薄的一層鐵氧體磁性材料，封裝在相應(yīng)尺寸見方的黑色塑料保護套內(nèi)。套內(nèi)有一層無紡布，用來防塵，消除靜電，保護盤面不受碰撞。使用時軟磁盤連同保護套一起插入軟磁盤機中，由驅(qū)動機構(gòu)帶動軟磁盤片勻速轉(zhuǎn)動(保護套不動)，磁頭通過槽孔和盤片上的記錄區(qū)接觸，讀出或?qū)懭胄畔?。為了正確存儲信息，必須將盤片劃分成磁道和扇區(qū)(區(qū)段)，它們稱做磁盤地址。這些信息必須寫到盤片上，還要加上同步標(biāo)志、校驗信息、間隔等。這些信息一起構(gòu)成磁盤的軟分段信息。所謂軟分段，就是以索引孔做為定位基準(zhǔn)，將扇區(qū)的劃分通過軟件寫入的標(biāo)志來實現(xiàn)。索引孔用來檢測盤片的轉(zhuǎn)速和劃分盤片的扇區(qū)區(qū)段。當(dāng)盤片上的小孔轉(zhuǎn)到與塑料封套上小孔的位置相對時，軟盤機上的傳感元件可測得一個脈沖信號，作為盤片旋轉(zhuǎn)一周的開始標(biāo)志，以此作為扇區(qū)劃分的起點。盤片在出廠前都要進行預(yù)格式化，即完成軟分段工作。用戶再根據(jù)不同的機型和操作系統(tǒng)，用格式化程序重新格式化(或叫初始化)。7.5.2軟磁盤片

注意，每條磁道上扇區(qū)數(shù)是相同的。但由于靠里面磁道的圓周長比外面磁道的圓周長小，但它們又要記錄同樣多的信息，所以里面磁道的位密度要比外面磁道的位密度高。每條磁道分成多少個扇區(qū)，取決于記錄格式。其次，磁道的地址是從外向里編號，最外面是0道，最里面是n道。5.25英寸盤有40條磁道和80條磁道兩種，3.5英寸盤只有80條磁道1種。一張雙密度盤片相當(dāng)于兩張單密度盤片，單密度采用FM記錄方式，雙密度采用MFM記錄方式。按記錄面和密度的不同，8英寸軟盤有四種形式：單面單密度(SS，SD)、雙面單密度(DS，SD)、單面雙密度(SS，DD)、雙面雙密度(DS，DD)，雙密度軟盤上都標(biāo)有“2D〞或“DD〞標(biāo)記。5.25英寸和3.5英寸軟盤均是雙面雙密度和高密度(4倍密度，QD)?！睸D－SingleSideDoubleDensity)軟盤的磁頭和盤面是接觸式讀寫，尋址時不但有徑向，而且有圓周方向的摩擦。一個盤片旋轉(zhuǎn)10的6次方以上時應(yīng)考慮報廢，以免超過規(guī)定的誤碼率記錄格式指的是磁盤外表上信息的存儲格式。為了盤片的互換性和簡化系統(tǒng)設(shè)計，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)記錄格式是必要的。ISO已確定將IBM記錄格式作為國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)驅(qū)動器傳感器測得“索引〞信號的前沿(表示磁道起點)，經(jīng)過46個字節(jié)的間隙區(qū)(全0或全1)，1個字節(jié)的軟索引標(biāo)志(16進制FC)，再隔26字節(jié)的間隙，接下去就是26個扇區(qū)，最后還有247個字節(jié)的間隙，表示一條磁道的結(jié)束。每個扇區(qū)有188個字節(jié)，其中真正的數(shù)據(jù)只有128個字節(jié)。前13個字節(jié)是地址區(qū)：6個字節(jié)的同步信息(全0)、1個字節(jié)的地址標(biāo)志(FE)、6個字節(jié)的扇區(qū)地址，〔其中地址信息占4個字節(jié)，分別表示磁道號、磁頭號、扇區(qū)號和記錄長度；CRC檢驗碼占2個字節(jié)，對整個地址區(qū)數(shù)據(jù)進行校驗)。在扇區(qū)與扇區(qū)之間，扇區(qū)內(nèi)部以及磁道的頭尾都有間隙或同步區(qū)域，目的是補償盤片轉(zhuǎn)速誤差、盤片和驅(qū)動器工藝誤差以及寫入信息的頻率誤差。7.5.3軟盤的記錄格式

IBM3740軟分段格式IBM3740格式適用于8英寸單面單密度軟盤，軟盤每道26個區(qū)段。對雙面雙密度軟盤，均有相應(yīng)的格式規(guī)定。5.25英寸和3.5英寸軟盤的IBM格式與8英寸軟盤根本相同，不同的是每條磁道的扇區(qū)數(shù)分成15，9，18，36四種，每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)為512個字節(jié)。記錄格式的標(biāo)準(zhǔn)化帶來了信息資源的公有化，但是卻與知識產(chǎn)權(quán)的私有化發(fā)生了矛盾。軟件生產(chǎn)廠家為了保護自己軟件的產(chǎn)權(quán)，采取各種保密措施，其中改變盤片上信息的數(shù)據(jù)格式就是一種常用的保密手段。因為通過對磁盤控制器編程，可以隨意指定每條磁道上的扇區(qū)數(shù)目和所采用的記錄格式，還可以調(diào)整間隙長度，改變磁盤地址的安排順序。經(jīng)過上述處理，假設(shè)使用通用軟件就不能正確拷貝磁盤文件，從而到達(dá)保護的目的。軟盤驅(qū)動器主要由驅(qū)動機構(gòu)、磁頭及定位機構(gòu)、讀寫電路組成。軟盤控制器解釋來自主機的命令并向軟盤驅(qū)動器發(fā)出各種控制信號，同時還要檢測驅(qū)動器的狀態(tài)，按規(guī)定的數(shù)據(jù)格式向驅(qū)動器讀寫數(shù)據(jù)。具體執(zhí)行如下控制：(1)找道操作將磁頭定位在目標(biāo)磁道上。找道前，主機將目標(biāo)道號送往軟盤控制器中暫存，然后目標(biāo)道號和磁頭所在道號進行比較，決定磁頭運動的道數(shù)和方向。(2)地址檢測主機將目標(biāo)地址送往軟盤控制器，控制器從驅(qū)動器上按記錄格式讀取地址信息并與目標(biāo)地址比較，找到讀寫信息的磁盤地址。(3)讀數(shù)據(jù)分三步進行：先檢測數(shù)據(jù)標(biāo)志是否正確，然后將數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容送入主存，最后進行CRC校驗。(4)寫數(shù)據(jù)不僅將原始信息經(jīng)編碼后寫入磁盤，同時要寫上數(shù)據(jù)區(qū)7.5.4軟磁盤驅(qū)動器和控制器

標(biāo)志，CRC校驗碼及間隙。如果原始信息寫不滿一個扇區(qū)，自動補全“0〞。(5)初始化在盤片上寫格式化信息，對每個磁道劃分扇區(qū)。上述控制過程是相當(dāng)復(fù)雜的。為此專門設(shè)計了軟盤控制器芯片，將許多功能集成在一塊LSI芯片上，并用此芯片構(gòu)成軟磁盤控制器，教材圖7.20是采用uPD765芯片的軟盤控制器框圖?？刂菩酒强删幊痰?。將磁盤最根本的操作進行編程，就可以實現(xiàn)對驅(qū)動器的控制?？刂破靼l(fā)給驅(qū)動器的信號有：驅(qū)動器選擇(表示某臺驅(qū)動器與控制器接通)、馬達(dá)允許(表示驅(qū)動器的主軸電機起或停)、步進(所選驅(qū)動器的磁頭按指定方向移動，一次一道)、步進方向、選頭(選擇兩個磁頭之一)、寫數(shù)據(jù)及寫允許等。驅(qū)動器提供給控制器的信號有：讀出數(shù)據(jù)，寫保護(表示盤片是否貼有寫保護標(biāo)志)、索引、0號磁道(表示磁頭正停在0號磁道)。7.6磁帶存儲設(shè)備7.6.1磁帶機的分類和結(jié)構(gòu)

1.磁帶的分類：按帶寬分有1/4英寸和1/2英寸；按帶長分有2400英尺、1200英尺和600英尺；按外形分有開盤式磁帶和盒式磁帶；按記錄密度分有800位/英寸、1600位/英寸、6250位/英寸；按帶面并行記錄的磁道數(shù)分有9道、16道等。計算機系統(tǒng)中多采用1/2英寸開盤磁帶和1/4英寸盒式磁帶，它們是標(biāo)準(zhǔn)磁帶。2.磁帶機的分類：按磁帶機規(guī)模分，有標(biāo)準(zhǔn)半英1/2磁帶機、盒式磁帶機、海量寬磁帶存儲器。按磁帶機走帶速度分，有高速磁帶機(4—5m/s)、中速磁帶機(2—3m/s〕、低速磁帶機(2m/s以下)。磁帶機的數(shù)據(jù)傳輸率為C=D·v，其中D為記錄密度，v為走帶速度。帶速快那么傳輸率高。按磁帶的記錄格式分類，有啟停式和數(shù)據(jù)流式。磁帶機為了尋找記錄區(qū)，必須驅(qū)動磁帶正走或反走，讀寫完畢后又要使磁頭停在兩個記錄區(qū)之間。因此要求磁帶機在結(jié)構(gòu)和電路上采取相應(yīng)措施，以保證磁帶以一定的速度平衡地運動和快速啟停。數(shù)據(jù)流磁帶機：數(shù)據(jù)流磁帶機是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個數(shù)據(jù)塊間插入記錄間隙，使磁帶機在數(shù)據(jù)塊間不啟停。它用電子控制代替機械控制從而簡化了磁帶機的結(jié)構(gòu)，降低了本錢，提高了可靠性。數(shù)據(jù)流磁帶機有1/2英寸開盤式和1/4英寸盒式兩種。盒式磁帶的結(jié)構(gòu)類似于錄音帶和錄像帶，盒帶內(nèi)部裝有供帶盤和收帶盤，磁帶的長度主要有450英尺、600英尺兩種，容量分別為45MB，60MB。數(shù)據(jù)流磁帶機的讀寫機構(gòu)和啟停式磁帶機不同，后者是多位并行讀寫，而前者是類似于磁盤的串行讀寫方式，因而決定了兩者的記錄格式不同。7.6.2磁帶的記錄格式

1/2英寸9道啟停式磁帶是一種國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其記錄格式如下：每盤帶均設(shè)有始端標(biāo)記BOT和末端標(biāo)記EOT。標(biāo)記用一塊矩形金屬反光薄膜制成，光電檢測元件可得到這兩個標(biāo)記，表示記錄的開始和結(jié)束，磁帶上留有間隙G(3.75英寸)或g(0.6英寸)，后者為數(shù)據(jù)塊間的間隙，它們?nèi)Q于磁帶機的快啟停性能。信息可用兩種形式存儲。一種是文件形式，一盤帶可記錄假設(shè)干個文件，一個文件又分假設(shè)干數(shù)據(jù)塊Bi。每個文件始末有文件頭標(biāo)和文件尾標(biāo)。卷頭標(biāo)、索引、文件頭標(biāo)、文件尾標(biāo)均為80B，其內(nèi)容視操作系統(tǒng)而定。第二種是數(shù)據(jù)塊形式，磁帶可在數(shù)據(jù)塊之間啟停，進行數(shù)據(jù)傳輸。在9道帶中，8位是數(shù)據(jù)磁道，存儲一個字節(jié)，另一位是這一字節(jié)的奇偶校驗位，叫做橫向奇偶校驗碼。在每一數(shù)據(jù)塊Bi內(nèi)部，沿走帶方向每條磁道還有CRC校驗碼。1/4英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶也是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)磁帶。其中9道磁帶記錄格式括前同步、數(shù)據(jù)塊標(biāo)志(1B)、用戶數(shù)據(jù)(512B)、地址號(4B)、CRC校驗碼(2B)和后同步。如以下圖所示：注意數(shù)據(jù)流磁帶機是串行逐道記錄，其讀寫順序類似于磁盤。記錄信息時，從0號磁道開始，偶數(shù)磁道從磁帶首端BOT到磁帶末端EOT，而奇數(shù)磁道那么從EOT到BOT，且要依次首尾相接。這種方式稱做蛇形串行記錄。【例5】現(xiàn)有半英寸(1英寸=25.4mm)9道磁帶機，記錄密度為每英寸6250B，帶速3m/s，啟停時間5ms，帶長900m，按塊記錄文件；每條記錄長128B，塊化系數(shù)為16，塊間間隔為10mm。求：(1)磁帶記錄密度每毫米多少字節(jié)；(2)數(shù)據(jù)傳輸率；(3)每個塊占磁帶長度；(4)整盤帶可容納的記錄條數(shù)；(5)讀出160000條記錄所需的時間?！窘狻?1)因為記錄密度d=6250B/英寸，所以磁帶記錄密度d=6250B/25.4mm=246B/mm(1英寸＝25.4mm)(2)根據(jù)公式c=d·v，v=3m/s,d=246B/mm，那么數(shù)據(jù)傳輸率c=246B/mm×3×1000mm/s=738千字節(jié)/s(3)每塊所占磁帶長度包括兩局部：一是記錄一塊數(shù)據(jù)的長度，二是塊間間隔。一塊數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)=(字節(jié)數(shù)/每個記錄)×塊化系數(shù)(記錄數(shù)/塊〕=128×16=2048字節(jié)2048字節(jié)占有的帶長=2048/記錄密度=2048/246=8mm每塊占磁帶長度=8mm+10mm=18mm(4)一盤帶能存儲的記錄塊數(shù)=總帶長/一個塊長=900×1000mm/18mm=50×103塊所以，整盤帶可容納的記錄條數(shù)=塊化系數(shù)×塊數(shù)=16×50×103=800000條記錄(5)160000條記錄需要的記錄塊數(shù) =160000/塊化系數(shù) =160000/16=10×103塊讀出160000條記錄所需時間t=啟停時間(t1)+有效時間(t2)+間隔時間(t3)啟停時間t1：讀出160000條記錄需啟停一次磁帶機的時間，t1=5ms;有效時間t2：不包括塊間間隔，160000條記錄的讀出時間，已求出傳輸率為738千字節(jié)/s，故t2=(160000×128)/738=27s；間隔時間t3：計算出總的塊間隔長度，然后除以帶速。因160000條記錄共分10000塊，塊間隔共長100m，故t3=100/3=33s因此總時間t=5ms+27s+33s=60.005s7.7光盤存儲設(shè)備7.7.1光盤的分類光存儲器簡稱光盤，是近年來頗受重視的一種外存設(shè)備，更是多媒體計算機不可缺少的設(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、偏振方向)的變化來表示所存儲信息的“1〞或“0〞。光盤的優(yōu)點：激光可聚焦到1μm以下，從而記錄的面密度可到達(dá)645Mb/平方英寸，高于一般的磁記錄水平。一張CD-ROM盤片的存儲容重可達(dá)600MB，相當(dāng)于400多張1.44MB的3.5英寸軟盤片。光盤的缺點：存取時間長，數(shù)據(jù)傳輸率低。按讀寫性質(zhì)來分，光盤分為只讀型、一次型、重寫型三類?！镏蛔x型光盤只讀型光盤是廠商以高本錢制作出母盤后大批重壓制出來的光盤。這種模壓式記錄使光盤發(fā)生永久性物理變化，記錄的信息只能讀出，不能被修改。典型的產(chǎn)品有：LD俗稱影碟，記錄模擬視頻和音頻信息，可放演60分鐘全帶寬的PAL制電視。CD-DA

數(shù)字唱盤，記錄數(shù)字化音頻信息，可存儲74分鐘數(shù)字立體聲信息。VCD俗稱小影碟，記錄數(shù)字化視頻和音頻信息?？纱鎯?4分鐘按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的動態(tài)圖像信息。DVD數(shù)字視盤。單記錄層容量為4.7GB，可存儲135分鐘按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼的相當(dāng)于高清晰度電視的視頻圖像信息和音頻信息。CD-ROM主要用作計算機外存儲器，記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可同時記錄數(shù)字化視頻和音頻信息。★一次型光盤

用戶可以在這種光盤上記錄信息，但記錄信息會使介質(zhì)的物理特性發(fā)生永久性變化，因此只能寫一次。寫后的信息不能再改變，只能讀。典型產(chǎn)品是CD-R光盤。用戶可在專用的CD-R刻錄機上向空白的CD-R盤寫入數(shù)據(jù)，制作好的CD-R光盤可放在CD-ROM驅(qū)動器中讀出?！镏貙懶凸獗P用戶可對這類光盤進行隨機寫入、擦除或重寫信息。典型的產(chǎn)品有兩種：MO磁光盤。利用熱磁效應(yīng)寫入數(shù)據(jù)：當(dāng)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〞。利用磁光克爾效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)：當(dāng)激光照射到記錄點時，記錄點的磁化方向不同，會引起反射光的偏振面發(fā)生左旋或右旋，從而檢測出所記錄的數(shù)據(jù)“1〞或“0〞。PC相變盤。利用相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)來記錄信息。寫入時，強弱不同的激光束對記錄點加熱再快速冷卻后，記錄點分別呈現(xiàn)為非晶態(tài)和晶態(tài)。讀出時，用弱激光來掃描相變盤，晶態(tài)反射率高，非晶態(tài)反射率低，根據(jù)反射光強弱的變化即可檢測出“1〞或“0〞。無論是磁光盤還是相變盤，介質(zhì)材料發(fā)生的物理特性改變都是可逆變化，因此是可重寫的。1.CD-ROM光盤存儲機理光盤是直徑為120mm厚度為1.2mm的單面記錄盤片。只讀型光盤系統(tǒng)的原理：即光盤上的信息以坑點形式分布，有坑點表示為“1〞，無坑點表示為“0〞，一系列的坑點(存儲元)形成信息記錄道。對數(shù)據(jù)存儲用的CD-ROM光盤來講，這種坑點分布作為數(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，為此將存儲信息以外表坑點形式記錄在母盤上。光盤的記錄信息以凹坑方式永久性存儲。讀出時，當(dāng)激光束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生衍射，反射率低；而聚焦點照射在凸面上時大局部光將返回。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。7.7.2CD-ROM光盤

2.光盤的扇區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息記錄的軌跡稱為光道。光道上劃分出一個個扇區(qū)，它是光盤的最小可尋址單位。扇區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖：光盤扇區(qū)分為4個區(qū)域。2個全0字節(jié)和10個全1字節(jié)組成同步(SYNC)區(qū)，標(biāo)志著扇區(qū)的開始。4字節(jié)的扇區(qū)標(biāo)識(ID)區(qū)用于說明此扇區(qū)的地址和工作模式。光盤的扇區(qū)地址編碼不同于磁盤，它是以分(MN)，秒(SC)和分?jǐn)?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(0—74)。ID區(qū)的MD為模式控制，用于控制數(shù)據(jù)區(qū)和校驗區(qū)的使用。共有三種模式：模式0規(guī)定數(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)，而是用于光盤的導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū)；模式1規(guī)定288字節(jié)的校驗區(qū)為4字節(jié)的檢測碼(EDC)、8字節(jié)的保存域(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規(guī)定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)?！纠?】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(biāo)準(zhǔn)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?【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270000×2048/1024/1024=527MB模式2存放聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)，其存儲容量為270000×2336/1024/1024=601MBCD-ROM驅(qū)動器有內(nèi)置式和外置式兩種。內(nèi)置式可安裝在PC機箱內(nèi)5.25英寸軟驅(qū)位置上，工作電源由機箱內(nèi)電源提供。外置式CD-ROM驅(qū)動器需用數(shù)據(jù)線與主機相連，電源也是獨立的。由于CD-ROM光盤的存儲容量都是一致的，因此衡量驅(qū)動器的性能指標(biāo)主要有如下三項：★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?！飻?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。7.7.3CD-ROM驅(qū)動器及其接口

★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。其原因在于大多數(shù)PC機具有IDE或EIDE接口插座。只要使用40芯纜將CD-ROM驅(qū)動器反面的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)動器反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。EIDE詞語解釋：EnhancedIDE(加強型IDE，簡稱為EIDE)就是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。EnhancedIDE使用擴充CHS(Cylinder-Head-Sector)或LBA(LogicalBlockAddressing)尋址的方式，突破528MB的容量限制，現(xiàn)在我們就可以順利使用容量到達(dá)數(shù)十GB等級的IDE硬盤。在傳輸速度方面，因為技術(shù)不斷改進，EnhancedIDE目前的最高傳輸速度可高達(dá)100MB/秒(UltraATA/100)。外圍設(shè)備的種類及各種類的典型設(shè)備顯示設(shè)備的有關(guān)概念常用輸入設(shè)備及其根本原理字符顯示原理及四種計數(shù)器的作用常用輸出設(shè)備及其根本原理軟磁盤與硬磁盤的存儲原理與記錄方式磁外表存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)計算常用光盤存儲設(shè)備及性能本章要點3．有一漢字CRT顯示器，它可顯示3000個漢字，每字以11*16點陣組成，字間間隔一點，兩排字間隔4條掃描線，32字／排，12排／屏，一個漢字編碼占2個字節(jié)，幀頻50Hz，幀回掃和行回掃時間均占掃描時間的20%〔掃描時間包括正掃和回掃〕，行頻可在60~70us間選擇。由時鐘源輸出經(jīng)點計數(shù)器->字計數(shù)器->行計數(shù)器->排計數(shù)器分頻產(chǎn)生。RAM用來存儲字符的編碼，ROM用來存儲漢字的點陣信息。試求：(1)RAM的存儲容量＝()*()(2)ROM的存儲容量＝()*()(3)各計數(shù)器的位數(shù)分別是多少?(4)時鐘源頻率是多少?習(xí)題WcC%jJ0qQ7xXeE&lL1sS8zZfG(mM3tTaA#hH)oO4vVbC$iJ+pQ6wXdD%kK0rR7yYeF*lM2sT9z#gG)nN3uUaB!hI-oP5vWcC%jJ0qQ7xXeE&kL1rS8yZfF(mM3tTaA#hH)oO4uVblM2sT9z#gG(nN3uUaB!hI-oP5vWcC%jJ0qQ7xXdE&kL1rS8yZfF(mM3tTaA#hH)nO4uVbB$iI+pP6wWdD%kK0rR7yYeE*lL2sS9zZgG(nN3uUaB!hI-oO5vVcC$