《計(jì)算機(jī)組成原理》第7章-外圍設(shè)備.ppt

1、第7章 外圍設(shè)備,2020年8月17日星期一,2,目錄,7.1 外圍設(shè)備概述了解 7.2 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備掌握 7.3 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展了解 7.4 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備了解 7.5 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備理解 7.6 顯示設(shè)備理解 7.7 輸入設(shè)備和打印設(shè)備理解,2020年8月17日星期一,3,考研大綱要求,七、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，鼠標(biāo) 2. 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī) 3. 外存儲(chǔ)器： 硬盤存儲(chǔ)器、硬盤陣列、光盤存儲(chǔ)器,2020年8月17日星期一,4,7.1 外圍設(shè)備概述,7.1.1 外圍設(shè)備的一般功能 7.1.2 外圍設(shè)備的分類,2020年

2、8月17日星期一,5,7.1.1 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。,以硬盤為例,盤片組,定位驅(qū)動(dòng)器,讀寫控制,2020年8月17日星期一,6,7.1.2 外圍設(shè)備的分類,分類 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；,動(dòng)畫演示： 7-1.swf,2

3、020年8月17日星期一,7,7.2 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備,7.2.1 磁記錄原理 7.2.2 硬磁盤機(jī)的基本組成和分類 7.2.3 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器 7.2.4 磁盤上信息的分布 7.4.5 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo),重點(diǎn)掌握,2020年8月17日星期一,8,7.2.1 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，對(duì)工作環(huán)境要求較高。,如：磁帶、磁盤,要求防

4、塵、防震,2020年8月17日星期一,9,磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理,在磁表面存儲(chǔ)器中，信息的讀寫是利用磁頭來(lái)進(jìn)行的； 磁頭：由軟磁材料做鐵芯，繞有讀寫線圈的電磁鐵。 寫操作 原理：電-磁變換； 利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，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；,2020年8月17日星期一,10,7.2.2 磁盤的組成和分類,硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)組成 磁記錄介質(zhì) 磁盤控制器 磁盤驅(qū)動(dòng)器,動(dòng)畫演示： 7-5.swf,硬質(zhì)圓形盤片,磁頭、小車、傳送帶,讀寫控制電路,2020年8月17日星期一,11,硬磁盤的分

5、類,按盤片結(jié)構(gòu)分 可換盤片式、固定盤片式 按磁頭分 可移動(dòng)磁頭、固定磁頭 溫徹斯特磁盤機(jī) 可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)； 密封組合式的硬磁盤； 磁頭、盤片、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)磁頭固定盤片,固定磁頭固定盤片,可移動(dòng)磁頭可換盤片,固定磁頭可換盤片,簡(jiǎn)稱溫盤,2020年8月17日星期一,12,硬磁盤外觀,2020年8月17日星期一,13,硬磁盤內(nèi)部構(gòu)成,2020年8月17日星期一,14,7.2.3 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器,磁盤驅(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

6、統(tǒng) 磁盤控制器 主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口。,2020年8月17日星期一,15,硬磁盤的驅(qū)動(dòng)器,2020年8月17日星期一,16,現(xiàn)代硬盤結(jié)構(gòu)示意圖,2020年8月17日星期一,17,7.2.4 磁盤上信息的分布,記錄面 磁盤片表面； 一個(gè)盤片有上下兩個(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。,2020年8月17日星期一,18,磁盤上的信息記錄方式,一個(gè)硬盤由多個(gè)盤片構(gòu)成的磁盤組來(lái)記錄信息； 每個(gè)盤片包括兩個(gè)記錄面（除最上面和最下面）

7、； 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/寫操作；,2020年8月17日星期一,19,7.4.5 磁盤存儲(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)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的

8、記錄位置，到開(kāi)始從盤片表面讀出或?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)；,2020年8月17日星期一,20,存儲(chǔ)密度,道密度 沿磁盤半徑方向單位長(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。,2020年8月17日星期一,21,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)

9、信息的總量，也就是用戶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%。,2020年8月17日星期一,22,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1020ms； 平均等待時(shí)間 與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，是磁盤旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間的一半。 硬盤轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，故平均等待時(shí)間約為4ms。,2020年8月17日星期一,23,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)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，

10、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，磁盤轉(zhuǎn)速為v英寸/秒， 則數(shù)據(jù)傳輸率Dr= D v （字節(jié)/秒）,2020年8月17日星期一,24,課本P217【例1】磁盤組有6片磁盤，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)= 405.5 = 220道，即220個(gè)柱面,2020年8月17日星

11、期一,25,課本P217【例1】磁盤組有6片磁盤，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 內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2R = 23.1411 = 69.08(cm) 道容量 = 400位/cm69.08cm = 27632位 = 3454B 盤組總?cè)萘? 10220 3454B = 7598800B,622,220,位密度磁道周長(zhǎng),2020年8月17日星期一,26,課本P217【例1】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不

12、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 磁盤轉(zhuǎn)速r = 6000轉(zhuǎn)/60秒 = 100轉(zhuǎn)/秒 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr = rN = 403454B = 13816B/s,2020年8月17日星期一,27,課本P217【例1】磁盤組有6片磁盤，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

13、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。,2020年8月17日星期一,28,例1：某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤面，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)（2R） 最內(nèi)層磁道半徑Rmin = 230mm 2 = 115mm 最外層磁道半徑Rmax

14、= Rmin + 275/5 = 115 + 55 = 170mm 最高位密度 = 12288字節(jié) 2 Rmin = 17字節(jié)/mm 最低位密度=12288字節(jié) 2 Rmax =11.5字節(jié)/mm,2020年8月17日星期一,29,例1：某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄盤面，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：,磁盤數(shù)據(jù)傳輸率為多少？ 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率 = 每道容量轉(zhuǎn)速 = 1228850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 = 1/21/轉(zhuǎn)速 = 1/21/50轉(zhuǎn)/秒 = 1/100秒 =10ms,2

15、020年8月17日星期一,30,例2：設(shè)某磁盤有兩個(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 = (2.36 3.14) 52400 8 = 48562字節(jié),2020年8月17日星期一,31,例2：設(shè)某磁盤有兩個(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 1250

16、TPI(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） = 5.82 106 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 = 30.6ms,2020年8月17日星期一,32,7.5 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備,光盤存儲(chǔ)器 采用聚焦

17、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”。 光盤存儲(chǔ)器是以光道來(lái)記錄信息的； 光道是一條始于盤片中心的螺旋線。 光盤的優(yōu)點(diǎn) 存儲(chǔ)容量大； 光盤的缺點(diǎn) 存取時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率低。,一張CD-ROM盤片的存儲(chǔ)容量可達(dá)600MB以上,2020年8月17日星期一,33,光盤存儲(chǔ)器的分類,只讀型 廠商以高成本制作出母盤后大批壓制出來(lái)的光盤； 這種模壓式記錄的光盤只能讀，不能修改。 寫一次型 用戶可以在這種光盤上記錄信息，但只能寫一次。 重寫型 用戶可對(duì)這類光盤進(jìn)行隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息。 DVD-ROM光盤 最初的全稱是數(shù)字化視頻光盤； CD

18、-ROM是單面使用，DVD-ROM是兩面都可以寫數(shù)據(jù)。,CD-RW,CD-ROM,WORM、CD-R,DVD-ROM,2020年8月17日星期一,34,硬盤、軟盤、磁帶、光盤的性能比較,2020年8月17日星期一,35,7.6 顯示設(shè)備,顯示設(shè)備的分類 按顯示器件分類 陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器等； 按顯示的內(nèi)容分類 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，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，有14英寸、16英寸、19英寸等多種。,2020年8月17日星期一,36,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； 這種掃描方式畫圖速度快，圖像清晰； 高質(zhì)量的圖形顯示器(如分辨率為40964096)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。,2020年8月17日星期一,37,分辨率,分辨率是指顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)；