计算机组成原理之外围设备课件

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,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,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,计算机组成原理,Slide,*,/,47,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,*,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,*,*,第七章 外围设备,7.1.1,外围设备的一般功能,1.,什么是外围设备,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。,主机和外设的价格比,20,世纪,70,年代初为,1,：,1,20,世纪,80,年代末为,1,：,6 1,：,10,7.1,外围设备概述,7.1,外围设备概述,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,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,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。,灰度和色彩,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,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,点阵针式打印机,点阵针式打印机是目前应用最普及的一种打印设备，特点是结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，易实现汉字打印，还可以打印图形,/,图像，因此在微小型机中都配置这种打印机。,7.3,输入设备和打印设备,点阵针式打印机,点阵针式打印机的印字方法是由打印针选择,nm,个点阵组成的字符图形。显然点越多，印字 质量越高。西文字符点阵通常有,57,，,77,，,79,等几种，中文汉字至少要,1616,或,2424,点阵。为了减少打印头制造的难度，串行点阵打印机的打印头中只装有一列,m,根打印针，每针可以单独驱动,(,意味着最多可以并行驱动,m,根打印针,),，印完一列后打印头沿水平方向动一步微小距离，,n,步以后，可形成一个,nm,点阵的字符。以后又照此逐个字符进行打印。,7.3,输入设备和打印设备,串行针式打印机有,单向打印,和,双向打印,两种。,针式打印机的结构：,针式打印机由,打印头与字车、输纸机构、色带机构与控制器,四部分组成。文字教材图,7.8,示出了针式打印机构示意图。,7.3,输入设备和打印设备,激光印字机,激光印字机是激光技术和电子照相技术结合的产物，其基本原理与静电复印机相似。,7.3,输入设备和打印设备,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。所谓,磁表面存储,，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器。,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。,7.4,硬磁盘存储设备,7.4.1,磁记录原理与记录方式,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。,磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息。,7.4,硬磁盘存储设备,磁性材料的磁滞回线,电流,I,磁场,H,磁感应强度,B,磁感应强度,B,不随电流的消失而回零，在磁滞回线上形成两个稳态,Br,和,-Br,故可用来记录,“,1,”,和,“,0,”,两种值的代码。,1.,磁性材料的物理特性,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。,具有自同步能力（能从磁头读出信号中分离获得同步,/,选通信号）。,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,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。,磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元,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,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,调相制（,PM,）：又称相位编码（,PE,）,Phase Modulation,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,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。,磁记录方式,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),(1),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。,磁盘存储器的主要技术指标,（,1/4,）,(2),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。,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,磁盘上信息的分布,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