计算机组成原理第七章外围设备

第 七 章 外 围 设 备 7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。 1.分辨率和灰度级分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显象管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。 刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。 例如：640*480；1024*768 灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。 灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。图像显示器的灰度级一般在256级以上。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。 2.刷新和刷新存储器 为了使人眼能看到稳定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕，这个过程叫做刷新。 按人的视觉生理，刷新频率大于30次/秒时才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒刷新50帧图像。 例如：分辨率为1024*1024，256级灰度，则存储容量为1024*1024*8bit=1MB 存储容量和存取周期是刷新存储器的重要指标。 3.随机扫描和光栅扫描 随机扫描是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要做图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快，图像清晰。 光栅扫描是电视中采用的扫描方法。在电视中图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。 7.2.2字符/图形显示器1.字符显示（1）显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由mn个点组成的阵列，并以此来构造字符。将点阵存入由ROM构成的字符发生器中，在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个字符的点阵，按照点阵中0和1代码不同控制扫描电子束的开或关，从而在屏幕上显示出字符。 （2）字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，它包括字符显示点阵和字符间隔。 （3）视频存储器VRAM中存放所需显示字符的ASCII代码，以备刷新。字符发生器ROM的高位地址来自VRAM的ASCII代码，低位地址来自光栅地址计数器的输出RA3RA0，它具体指向这个字形点阵中的某个字节。在显示过程中，按照VRAM中的SACII码和光栅地址计数器访问ROM。字符的点阵表示，字符发生器的结构以及字符显示器的原理框图见文字教材图7.2。 例：某CRT显示器可显示64种ASCII字符，每帧可显示64字25排；每个字符字形采用78点阵，即横向7点，字间间隔1点，纵向8点，排间间隔6点；帧频50Hz，采取逐行扫描方式 。问： (1)缓存容量有多大? (2)字符发生器(ROM)容量有多大? (3)缓存中存放的是ASCII代码还是点阵信息? (4)缓存地址与屏幕显示位置如何对应? (5)设置哪些计数器以控制缓存访问与屏幕扫描之间的同步?它们的分频关系如何? (1)缓存容量为64258bit=1600字节(2)ROM容量为6488=512字节。 (3)缓存中存放的是待显示字符的ASCII代码。(4)显示位置自左至右，从上到下，相应地缓存地址由低到高，每个地址码对应一个字符显示位置。(5)点计数器8 1分频；字计数器(64+12) 1分频；行计数器(8+6) 1分频；排计数器(25+10) 1分频。 7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式计算机的外存储器又称磁表面存储设备。磁表面存储器的优点：(1)存储容量大，位价格低；(2)记录介质可以重复使用；(3)记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；(4)非破坏性读出，读出时不需要再生信息 。磁表面存储器的缺点：存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。 1.磁性材料的物理特性磁性材料的磁滞回线请参见CAI演示2.记录方式形成不同写入电流波形的方式，称为记录方式。记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写控制电路实现这种转换。 在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。常用记录方式可分为不归零制(NRZ)，调相制(PM)，调频制(FM)，改进调频制(MFM)几大类。这些记录方式中代码0或1的写入电流波形见教材的P252图7.11。 评价一种记录方式优劣的标准：编码效率、自同步能力、 检读分辨力、信息相关性、抗干扰能力、信道带宽、编码译码电路的复杂性等。 磁表面存储器的读写原理在磁表面存储器中，利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态。 (1)写操作:通过电-磁变换，利用磁头写线圈中不同的脉冲电流，可把载磁体中的磁化元磁化成不同的极性。每个磁化元中存储一位二进制信息。例如：规定正电流写入的为“1”，则负电流写入的就为“0”。 (2)读操作 不同极性的磁化元在铁芯里的方向是不同的。不同的磁化状态，所产生的感应电势方向 不同。这样，不同方向的感应电势经读出放大器放大鉴别，就可判知读出的信息是“1”还 是“0”。 7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机其逻辑结构请参见CAI演示。 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成。 磁盘控制器包括控制逻辑与时序、数据并-串变换电路和串-并变换电路。 磁盘驱动器包括写入电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统等。 硬磁盘机通常按以下方法分类：按盘片结构分成可换盘片式与固定盘片式两种；磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种。 (1)可移动磁头固定盘片的磁盘机 特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换 。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。(2)固定磁头磁盘机 特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。 (3)可移动磁头可换盘片的磁盘机 盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。 (4)温彻斯特磁盘机 温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。 7.4.3 硬磁盘驱动器和控制器1.磁盘驱动器磁盘驱动器主要由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成。 2.磁盘控制器 磁盘控制器接口 7.4.4 磁盘上信息的分布 盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，每个磁道又分为若干个扇区。 磁盘地址是由记录面号(也称磁头号)、磁道号和扇区号三部分组成。 数据在磁盘上的记录格式如下： 7.4.5 磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。 存储密度 存储密度分道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数， 单位为位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。 平均存取时间 这段时间由两个数值所决定： 1.定位时间或找道时间:是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间； 2.等待时间:是找道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间. 这两个时间都是随机变化的， 因此往往使用平均值来表示。 目前平均找道时间约为1020ms。平均等待时间约为5ms。 数据传输率 磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收 /发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为每秒n转，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率Dr=nN(字节/秒)。 也可以写成Dr=Dv(字节/秒)，其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度。目前磁盘存储器的数据传输率可达几十兆字节/秒。 【例4】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm ，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速2400转/分。问： (1)共有多少柱面? (2)盘组总存储容量是多少? (3)数据传输率多少? (4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘地址? (5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上? 【解】(1)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220个圆柱面(2)内层磁道周长为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 盘组总容量=759880B10=7598800B( 3)磁盘数据传输率Dr=rN, N为每条磁道容量， N=3454B, r为磁盘转速， r=2400转/60秒=40转/秒 Dr=rN=403454B=13816B/s (4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块(一个扇区)，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 此地址格式表示有4台磁盘，每台有16个记录面，每面有256个磁道，每道有16个扇区。 (5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。 选择题1.的颜色数为色，则刷新存储器每个单元的字长是 。 A. 256位 B. 16位 C. 8位 D. 7位2.的分辨率为1024*1024像素，像素的颜色数为色，则刷新存储器的容量是 。 A. 512KB B. 1MB C. 256KB D. 2MB 3.具有自同步能力的磁记录方式是 。 A. NRZ0 B. NRZ1 C. PM D. MFM4.磁盘驱动器向盘片磁层记录数据时采用 方式写入. A.并行 B. 串行 C. 并串行 D. 串并行5.磁盘的记录方式一般采用 。 A. 调频制 B.调相制 C. 不归零制 6.下列说法中正确的是 。A.硬盘系统和软盘系统均可分为固定磁头和可移动磁头两种。B.高数据传输率的CD_ROM驱动器运行速度快，但要求很高的容错性和纠错能力。C.随着半导体集成电路的发展，外部设备在硬件系统中的价格中所占的比重越来越低。D.在字符显示器中，点阵存储在VRAM中。 7.活动磁头的磁盘存储器的平均寻址时间是指 。 A.平均寻道时间 B.平均寻道时间加上平均等待时间 C.平均等待时间8.若磁盘的转速提高一倍，则 。 A.平均等待时间和数据传送时间减半 B.平均定位时间不变 C.平均寻道时间减半 谢 谢！