计算机组成原理(白中英)第7章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,系统结构,I/O,系统,计算机组成原理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,36,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页,计算机组成原理,第七章外围设备,计算机组成原理,第一章,计算机系统概论,第二章,运算方法和运算器,第三章 存储系统,第四章 指令系统,第五章 中央处理器,第六章 总线系统,第七章 外围设备,第八章 输入输出系统,第九章 并行组织,目录,教材,白中英，计算机组成原理,网络版，科学出版社，,2002,参考书,石磊，计算机组成原理,第,2,版,清华大学出版社，,2006,钱晓捷，微型计算机原理及应用,清华大学出版社，,2006,王爱英,计算机组成与结构,第,3,版,清华大学出版社，,2001,白中英 邝坚，计算机组织与结构,网络版，科学出版社，,2003,第七章 外围设备,除了,CPU,和主存外，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。,功能：在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系。,外围设备的基本组成部分：存储介质、驱动装置、控制电路。,第,7,章 外围设备,接口,7.2,显示设备,液晶显示器,LCD,Liquid Crystal Display,阴极射线管显示器,CRT,Cathode Ray Tube,显示设备分类,显示器件,CRT,LED,等离子,显示信息 字符显示,图形显示,图像显示,扫描方式 光栅扫描,随机扫描,如按分辨率、颜色、显示器对角线长度分类呢？,像素,：,组成图像的最小单位，显示器上的发光点,点距,：,相邻像素的距离（相同色彩点的距离）,0.31mm,、,0.28mm,、,0.25mm ,分辨率,：,显示器所能表示的像素个数,分辨率水平点数,垂直点数,640480,800600,1024768,12801024 ,像素和分辨率,点距越小，显示的图像越细腻,分辨率越高，所能表达的图像信息越多，图像越清晰,灰度级,：,黑白显示器所显示的,像素点的亮暗差别,彩色显示器所能表现的,颜色数量,(,彩色深度,),单色显示器：,只有两级灰度的显示器,黑白显示器：,具有多种灰度级的黑白显示器,彩色显示器：,红,、,绿,、,蓝,三色发光点组成,灰度,和彩色深度与显示存储器有关。如果使用,8,个二进制位表达一个像素的灰度，则可以有,256,种不同的亮度。如果,红,、,绿,、,蓝,三色都用,8,个二进制位表达，则彩色图像就具有,2,24,（,16M,）种颜色，被成为真彩色,灰度级越多，图像层次感越强；色彩数越多，图像越清楚逼真,灰度和色彩,刷新,：,使电子束不断地重复扫描整个屏幕的过程,不感到闪烁的刷新频率：,30,次,/,秒,模拟电视标准：每秒刷新,50,帧图像,刷新和扫描,光栅,扫描,：光栅扫描是从上至下顺序扫描整个屏幕,逐行扫描,隔行扫描,扫描频率：完成一帧所花时间的倒数，也叫刷新频率,(,每个像素在一秒内被刷新次数,),刷新频率越高、图像越稳定，感觉越舒服,7.3,输入设备和打印设备,输入设备,图形输入：键盘、鼠标器、手写笔,图像输入：扫描仪、摄像头,声音输入：麦克风,打印设备,针式打印机,喷墨打印机,激光打印机,7.4,硬磁盘存储设备,磁记录方式,磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元,归零制（,RZ,）,：,Return to Zero,正脉冲电流表示“,1”,，负脉冲电流表示“,0”,；,不论记录“,0”,或“,1”,，在记录下一信息前，记录电流恢复到零电流,简单易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，一般是先去磁后写入。,不归零制（,NRZ,）,：,NonReturn,to Zero Change,磁头线圈始终有电流,对连续记录的“,1”,和“,0”,，写电流的方向是不改变的。,无自同步能力。,磁记录方式,见“,1”,就翻的不归零制,（,NRZ1,）,NonReturn,to Zero Change On One,磁头线圈始终有电流通过。,在记录“,1”,时，电流改变方向，写“,0”,电流保持不变。,不具备自同步能力，需要引用外同步信号,调相制（,PM,）,：,又称相位编码（,PE,）,Phase,Mudulation,记录数据“,0”,时，规定磁化翻转的方向由负变为正，记录数据“,1”,时从正变为负,“,0”,，“,1”,的读出信号相位不同，抗干扰能力强（磁带多用此）。,具有自同步能力,磁记录方式,调频制（,FM,）,Frequency Modulation,记录“,1”,时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间的边界处要翻转一次。记录“,0”,时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。,具有自同步能力。,改进调频制（,MFM,）,Modified Frequency Modulation,记录数据“,1”,时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据“,0”,时不翻转。,连续两个或两个以上“,0”,时，在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。,具有自同步能力,记录方式：,代码,0,或,1,的写入电流波形,数据序列,1 0 0 0 1 1 1 0,NRZ0,NRZ1,PM,FM,MFM,磁盘存储器的主要技术指标,（,1/4,）,存储密度,：,单位长度或单位面积所存储的二进制信息量。,磁盘的存储密度,：,(a),道密度：指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,(b),位密度：指沿磁道的单位长度上记录的二进制信息位数,(c),面密度：以上两个乘积。,存储容量,以字节为单位,指存储器所能存储的二进制信息总量。,磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两个指标：,格式化容量：指按照特定的记录格式存储信息的总量,非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁化单元总数,磁盘存储器的主要技术指标,（,2/4,）,寻址时间,：对磁盘存储器，寻址时间,=,寻道时间,+,等待时间,等待时间与磁盘转速有关，可用磁盘旋转一周所需要时间的一半来表示平均等待时间。,例：磁盘的转速为,3600r/min,，,则,平均等待时间,=0.560/3600=8.3ms,。,读写周期,：读出,/,写入一个字的时间称为读写时间，两次读出,/,写入操作之间的时间间隔称为读写周期或存取周期,磁盘存储器的主要技术指标,（,3/4,）,数据传输率,：单位时间内向主机传送数据的位数或字节数。,对磁盘存储器，单磁头串行读,/,写半径,R,0,已知，数据传输率计算如下：,每道信息量,=,位密度,2,R,0,，（,R,0,为内半径）,数据传输率,(bps)=,每道信息量,转速,r,，（,r,是每秒转速）,=,位密度,2,R,0,转速,例,某盘组共,9,块盘片，有,16,个盘面来记录数据，每面分,256,个磁道，每道有,16,个扇区，每个扇区存储,512,个字节，,假设磁盘旋转速度为每分钟,3600,转，求数据传输率。,解：每秒钟的的转速,=3600/60=60,转；,数据传输率,=,每一磁道容量,每秒钟转速,=1651260,=480KB/S,磁盘存储器的主要技术指标,（,4/4,）,误码率,：是衡量出错概率的参数，等于出错位数与读写总信息位数之比。,位价格,：通常用位价格来比较各种外存储器。位价格是用设备价格除以存储器二进制位总容量。,一个常识：,每面信息量,=,每道信息量,柱面数,=,每道信息量,道密度,（外半径,-,内半径）,总容量,=,每面信息量,面数,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（磁面）,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,柱面,指的就是多个盘片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的,每个磁道又分为若干个,扇区,，它是磁盘上的最小记录单位,PC,机中每个扇区的标准容量是,512,个字节,0,磁道,n,磁道,柱面,扇区,磁道,7.5,软磁盘存储设备,软盘片规格,面数,磁道,/,面,扇区,/,道,字节,/,扇,容量,5.25,英寸双面双密,2,40,9,512,360KB,5.25,英寸双面高密,2,80,15,512,1.2MB,3.5,英寸双面低密,2,80,9,512,720KB,3.5,英寸双面高密,2,80,18,512,1.44MB,3.5,英寸双面超高密,2,80,36,512,2.88MB,7.6,磁带存储设备,7.7,光盘存储设备,CD-ROM,，,DVD-ROM,；,CD-R,，,CD-RW,廉价磁盘冗余阵列,RAID,1988,年，,Patterson,教授首先提出,廉价磁盘冗余阵列,RAID,Redundant Array of Inexpensive Disks,独立磁盘冗余阵列,RAID,Redundant Array of Independent Disks,简称磁盘阵列技术,磁盘阵列将数据分布存放在多个磁盘驱动器、代替一个大容量磁盘，提高性能；添加冗余磁盘存放校验信息，提高可靠性,优点：容量大、速度快、可靠性高、造价低廉,RAID,的主要类型,主要有,7,个,RAID,级别,RAID0,RAID6,，有些研究人员也定义了其他级别,RAID,各级别具有不同结构，但有如下共性：,RAID,由一组物理磁盘驱动器组成，操作系统视之为一个逻辑驱动器,数据分布在一组物理磁盘上,冗余信息被存储在冗余磁盘空间中，保证磁盘在万一损坏时可以恢复数据,其中第,2,、,3,个特性在不同的,RAID,级别中的表现不同，,RAID0,不支持第,3,个特性,RAID0,数据分块，即把数据分布在多个盘上,非冗余阵列、无冗余信息,严格地说，它不属于,RAID,系列,M,N,O,etc.,I,J,K,L,E,F,G,H,A,B,C,D,RAID1,亦称镜像盘，使用双备份磁盘,每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，形成信息的两份复制品,G,G,H,H,E,E,F,F,C,C,D,D,A,A,B,B,=,=,RAID2,位交叉式海明编码阵列,各个数据盘上的相应位计算海明校验码，编码位被存放在多个校验（,Ecc,）,磁盘的对应位上,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,Ecc/Ax,Ecc/Bx,Ecc/Cx,Ecc/Dx,Ecc/Ay,Ecc/By,Ecc/Cy,Ecc/Dy,Ecc/Az,Ecc/Bz,Ecc/Cz,Ecc/Dz,RAID3,位交叉奇偶校验盘阵列,单盘容错并行传输：数据以位或字节交叉存储，奇偶校验信息存储在一台专用盘上,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,A,校验码,B,校验码,C,校验码,D,校验码,校验码,产生器,位或字节,RAID4,专用奇偶校验独立存取盘阵列,数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，奇偶校验信息存在一台专用盘上,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,A,校验码,B,校验码,C,校验码,D,校验码,校验码,产生器,数据块,RAID5,块交叉分布式奇偶校验盘阵列,数据以块交叉的方式存于各盘，无专用冗余盘，奇偶校验信息均匀分布在所有磁盘上,C4,D4,4,校验码,E4,A3,C3,D3,A2,B2,D2,A1,B1,C1,A0,B0,C0,D0,0,校验码,1,校验码,2,校验码,3,校验码,校验码,产生器,E1,E2,E3,B4,RAID6,双维奇偶校验独立存取盘阵列,数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘，检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上,C2,D3,D,校验码,C1,D2,A2,D1,A1,B1,A0,B0,C0,0,校验码,1,校验码,B,校验码,3,校验码,校验码,产生器,B2,2,校验码,C,校验码,A,校验码,7.7,光盘存储设备,光盘（,Optical Disk,）,是利用光学原理读写信息的存储器。,特点,容量大,速度快,密度高,介质寿命长,不易受干扰,能够进行非接触读写和高速随机存取,7.7,光盘存储设备,只读式光盘,只读式光盘（,Read Only,）：,盘片由厂家预先写入数据或程序，出厂后用户只能读取，不能写入和修改。,只写一次光盘,只写一次光盘（,Write Once Only,）：,可以由用户写入信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读出，相当于,PROM,。,在盘片上留有空白区，可以把要修改和重写的的数据追记在空白区内。,可檫写式光盘,可檫写式光盘（,Rewriteable,）：,利用磁光效应存取信息，采用特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重复读写。,7.7,光盘存储设备,光盘存储器的性能的改进：,（,1,）增大存储容量，研制短波长激光器，研制高密度磁光记录新材料，改进信息记录方式和数据处理技术。,（,2,）缩短存取时间，提高传输效率。,（,3,）研制快速存取光学头。,（,4,）提高盘片转速。,第,7,章教学要求,掌握像素、点距、分辨率、灰度级（彩色深度）、刷新、扫描的概念，以及对显示效果的影响,理解,NRZ,、,PM,、,FM,、,MFM,各记录方式的特点,了解磁面、磁道、磁柱、扇区的概念，以及磁盘信息的分布特点,第七章 小结,本章小结,外围设备可以分为输入设备、输出设备、外存设备、网络通信设备等。每一种设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器（接口）和主机相连，并受主机控制。,常用的计算机输入设备有图形输入设备、图像输入设备、语音输入设备。本章介绍的是键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等，除此之外，还有光笔、图形板和游动标等。常用的打印设备有点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机等，它们都属于硬拷贝输出设备。,显示设备是目前应用最广泛的人,-,机通讯设备。,磁盘、磁带属于磁表面存储器，特点是存储容量大，位价格低，记录信息永久保存，但存取速度较慢，因此在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用。,光盘（,Optical Disk,）,是利用光学原理读写信息的存储器。由于光盘的容量大、速度快、不易受干扰等特点，光盘的应用越来越广泛。,计算机必然要实现网络化，网络就是计算机，网络和通讯设备是计算机实现网络化所必须的外部设备。,