计算机组成原理 第七章 外围设备PPT课件
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顺序存取方式访问（如磁带） 数据传输率：单位时间内传送数据的数量，单位 bps或者Bps。 误码率：出错信息位数与读出信息的总位数之比。 价格：总价格和存储单位信息的平均价格。
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7.2 磁盘存储设备
磁记录原理
磁表面记录设备，是在磁头和磁性材料的记录介质之间 有相对运动时，通过一次电磁转换完成一次读写操作。 磁头：通常由软磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁 性材料的磁性容易消失）做成。 磁记录介质：在刚性或柔性载体上涂有薄磁材料的物体， 记录以磁状态表示的信息。一般选用硬磁材料（外界磁 场的作用消失后，该磁性材料的磁性尽量多的保留）。
磁头 取数臂
Hale Waihona Puke Baidu磁盘组
主轴 通风机 滤尘器
定位驱动器 密封罩
小车
速度 传感器
传动皮带 主电机
14
磁盘结构与参数
磁盘结构（典型数据与磁盘容量相关）
磁道：每个盘片每面500 至 2000 磁道 扇区：扇区是磁盘访问的最小单位，每个磁道32 至 128个扇区
某些硬盘上每个磁道上的扇区数相同，位密度不同，读写信 号控制复杂一些 为增加容量，位密度恒定，外磁道比内磁道扇区数多一些， 信息管理复杂一些 柱面：位于同一半径的磁道集合
磁记录介质：单独的、可以和磁盘驱动器分开保存
的硬磁盘片、磁盘组、软磁盘片等。
磁盘接口电路：是插在主机总线插槽中的一块电路
卡，用于把磁盘驱动器与计算机主机连接为一体系统， 接收主机发给磁盘的操作命令，实现数据缓冲与格式 变换，处理主机与磁盘之间的其它交互作用与时间上 的同步等。
12
13
硬磁盘驱动器结构示意图
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7.1 外围设备概述
1. 外围设备的一般功能
外围设备的功能是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。
2. 外围设备（磁盘）基本组成
(1) 存储介质：具有保存信息的物理特征。例如磁盘就是一个存储介质的 例子，它是用记录在盘上的磁化元表示信息。 (2) 驱动装置：用于移动存储介质。例如，磁盘设备中，驱动装置用于转 动磁盘并进行定位。 (3) 控制电路：向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。例如，磁盘 读出时，控制电路把盘上用磁化元形式表示的信息转换成计算机所需要 的电信号，并把这些信号用电缆送给计算机主机。
是指一种编码方法，即如何将一串二进制信息，通过读写 电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列.
编码方法要求：
更高的编码效率：
编码效率：指记录密度与最大磁化翻转密度之比，即为记录一位 信息所用的最多磁化翻转次数的倒数； FM、PM编码效率50％，MFM、NRZ、NRZ1编码效率100％
更高的自同步能力：
自同步能力：指从读出的数据信息中提取出同步时钟信号的难易 程度，可以用最小磁化翻转间隔与最大翻转间隔的比值来衡量； NRZ、NRZ1没有自同步能力，PM、FM、MFM有自同步能力
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7.1 外围设备概述
3. 外围设备的分类
一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据 实际需要来决定的。这里给出了计算机的五大类外围 设备，只是一个典型化了的计算机环境。
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外围设备
6
7.2 磁盘存储设备
1. 磁记录原理
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。
更高的读写可靠性：
采用能检查错误，甚至自动纠正错误的措施
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磁盘设备组成与运行原理
磁盘设备的组成
磁盘驱动器：通常是一个完整独立的设备，包括作
为磁记录介质使用的磁盘和驱动磁盘匀速旋转的动力 与驱动部件，完成读写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘 径向方向运动和准确定位的部件，以及其它一些控制 逻电路等部件。
• 旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋
寻道时间 +
转半周的时间。
旋转延迟 + 传输时间 + 磁盘控制器延迟
• 旋转1 周 = 1/5400 minutes = 11.1ms => ½ 周： 5.6 ms
• 读1个扇区时间 = 12ms + 5.6ms + 0.5KB/5MBps + 2ms
第七章 外围设备
外围设备是计算机系统中不可缺 少的重要组成部分。其功能是在计算 机和其他机器之间，以及计算机与用 户之间提供联系。
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整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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第七章 外围设备
7.1 外围设备概述 7.2 磁盘存储设备 7.3 磁盘存储设备的技术发展 7.4 磁带存储设备 7.5 光盘和磁光盘存储设备 7.6 显示设备 7.7 输入设备和打印设备
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磁记录原理
铁氧体
后间隙
磁头，软磁材料 导磁率高，饱和磁感应强度大 矫顽力小，剩余磁感应强度小
线圈
电流
前间隙 磁记录介质
磁记录材料，硬磁材料 记录密度高，记录信息时间长 输出信号幅度大，噪声低 表面组织紧密、光滑、无麻点 薄厚均匀，温度、湿度影响小
磁头结构和电磁转换示意图
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磁记录方式
磁记录方式：
读写磁盘数据的三个步骤所用时间
寻道时间：将磁头移动到正确的磁道上所用时间 旋转延迟：等待磁盘上扇区旋转到磁头下所用时间 传输时间：真正的数据读写时间（1个或多个扇区）
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磁盘结构与参数
寻道时间：
一般为 8 至12 ms
旋转延迟：
旋转速度：3600至7200 RPM 旋转时间：16 ms至8 ms每转 平均寻址时间8 ms至4 ms
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。
磁表面存储器缺点
主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
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辅助存储设备概述
主要技术指标
存储密度：单位长度或单位面积上存储的二进制 信息数量。 存储容量：一台设备能存储的总信息量，一般以 字节为单位。 寻址时间：直接存取方式访问（如磁盘）
访问速度：
数据量（通常为1个扇区）： 1 KB/扇 区 旋转速度：3600 RPM至7200 RPM 存储密度：磁道上单位长度存储的位 数 磁盘直径：2.5至 5.25 in 一般为：2 至15 MB每秒
Track Sector
Head
Cylinder Platter
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磁盘访问时间举例
磁盘访问时间 =
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7.2 磁盘存储设备
磁记录原理
磁表面记录设备，是在磁头和磁性材料的记录介质之间 有相对运动时，通过一次电磁转换完成一次读写操作。 磁头：通常由软磁材料（外界磁场的作用消失后，该磁 性材料的磁性容易消失）做成。 磁记录介质：在刚性或柔性载体上涂有薄磁材料的物体， 记录以磁状态表示的信息。一般选用硬磁材料（外界磁 场的作用消失后，该磁性材料的磁性尽量多的保留）。
磁头 取数臂
Hale Waihona Puke Baidu磁盘组
主轴 通风机 滤尘器
定位驱动器 密封罩
小车
速度 传感器
传动皮带 主电机
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磁盘结构与参数
磁盘结构（典型数据与磁盘容量相关）
磁道：每个盘片每面500 至 2000 磁道 扇区：扇区是磁盘访问的最小单位，每个磁道32 至 128个扇区
某些硬盘上每个磁道上的扇区数相同，位密度不同，读写信 号控制复杂一些 为增加容量，位密度恒定，外磁道比内磁道扇区数多一些， 信息管理复杂一些 柱面：位于同一半径的磁道集合
磁记录介质：单独的、可以和磁盘驱动器分开保存
的硬磁盘片、磁盘组、软磁盘片等。
磁盘接口电路：是插在主机总线插槽中的一块电路
卡，用于把磁盘驱动器与计算机主机连接为一体系统， 接收主机发给磁盘的操作命令，实现数据缓冲与格式 变换，处理主机与磁盘之间的其它交互作用与时间上 的同步等。
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硬磁盘驱动器结构示意图
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7.1 外围设备概述
1. 外围设备的一般功能
外围设备的功能是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。
2. 外围设备（磁盘）基本组成
(1) 存储介质：具有保存信息的物理特征。例如磁盘就是一个存储介质的 例子，它是用记录在盘上的磁化元表示信息。 (2) 驱动装置：用于移动存储介质。例如，磁盘设备中，驱动装置用于转 动磁盘并进行定位。 (3) 控制电路：向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。例如，磁盘 读出时，控制电路把盘上用磁化元形式表示的信息转换成计算机所需要 的电信号，并把这些信号用电缆送给计算机主机。
是指一种编码方法，即如何将一串二进制信息，通过读写 电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列.
编码方法要求：
更高的编码效率：
编码效率：指记录密度与最大磁化翻转密度之比，即为记录一位 信息所用的最多磁化翻转次数的倒数； FM、PM编码效率50％，MFM、NRZ、NRZ1编码效率100％
更高的自同步能力：
自同步能力：指从读出的数据信息中提取出同步时钟信号的难易 程度，可以用最小磁化翻转间隔与最大翻转间隔的比值来衡量； NRZ、NRZ1没有自同步能力，PM、FM、MFM有自同步能力
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7.1 外围设备概述
3. 外围设备的分类
一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据 实际需要来决定的。这里给出了计算机的五大类外围 设备，只是一个典型化了的计算机环境。
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外围设备
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7.2 磁盘存储设备
1. 磁记录原理
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。
更高的读写可靠性：
采用能检查错误，甚至自动纠正错误的措施
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磁盘设备组成与运行原理
磁盘设备的组成
磁盘驱动器：通常是一个完整独立的设备，包括作
为磁记录介质使用的磁盘和驱动磁盘匀速旋转的动力 与驱动部件，完成读写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘 径向方向运动和准确定位的部件，以及其它一些控制 逻电路等部件。
• 旋转延迟：平均旋转延迟应为磁盘旋
寻道时间 +
转半周的时间。
旋转延迟 + 传输时间 + 磁盘控制器延迟
• 旋转1 周 = 1/5400 minutes = 11.1ms => ½ 周： 5.6 ms
• 读1个扇区时间 = 12ms + 5.6ms + 0.5KB/5MBps + 2ms
第七章 外围设备
外围设备是计算机系统中不可缺 少的重要组成部分。其功能是在计算 机和其他机器之间，以及计算机与用 户之间提供联系。
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整体概述
概述一
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第七章 外围设备
7.1 外围设备概述 7.2 磁盘存储设备 7.3 磁盘存储设备的技术发展 7.4 磁带存储设备 7.5 光盘和磁光盘存储设备 7.6 显示设备 7.7 输入设备和打印设备
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磁记录原理
铁氧体
后间隙
磁头，软磁材料 导磁率高，饱和磁感应强度大 矫顽力小，剩余磁感应强度小
线圈
电流
前间隙 磁记录介质
磁记录材料，硬磁材料 记录密度高，记录信息时间长 输出信号幅度大，噪声低 表面组织紧密、光滑、无麻点 薄厚均匀，温度、湿度影响小
磁头结构和电磁转换示意图
10
磁记录方式
磁记录方式：
读写磁盘数据的三个步骤所用时间
寻道时间：将磁头移动到正确的磁道上所用时间 旋转延迟：等待磁盘上扇区旋转到磁头下所用时间 传输时间：真正的数据读写时间（1个或多个扇区）
15
磁盘结构与参数
寻道时间：
一般为 8 至12 ms
旋转延迟：
旋转速度：3600至7200 RPM 旋转时间：16 ms至8 ms每转 平均寻址时间8 ms至4 ms
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。
磁表面存储器缺点
主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
7
辅助存储设备概述
主要技术指标
存储密度：单位长度或单位面积上存储的二进制 信息数量。 存储容量：一台设备能存储的总信息量，一般以 字节为单位。 寻址时间：直接存取方式访问（如磁盘）
访问速度：
数据量（通常为1个扇区）： 1 KB/扇 区 旋转速度：3600 RPM至7200 RPM 存储密度：磁道上单位长度存储的位 数 磁盘直径：2.5至 5.25 in 一般为：2 至15 MB每秒
Track Sector
Head
Cylinder Platter
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磁盘访问时间举例
磁盘访问时间 =