计算机导论-第7章 外围设备
第7章外围设备_2
7.2.1 磁记录原理
磁表面存储器 如：磁带、磁盘
用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；
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。
读写控制电路
动画演示： 硬磁盘存储器的逻 辑结构图.swf
2020年12月10日星期四
硬质圆形盘片
磁头、 小车、 传送带
11
硬磁盘的分类
按盘片结构分
可换盘片式、固定盘片式
按磁头分
组合
可移动磁头、固定磁头
温彻斯特磁盘机 简称温盘
固定磁头固定盘片 固定磁头可换盘片 可移动磁头固定盘片 可移动磁头可换盘片
磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数；
2020年12月10日星期四
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存储密度
道密度
沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；
单位：道/英寸。
位密度
磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；
单位：位/英寸。
注意：每个磁道的位密度均不相同，有最高、最低位密度。
0磁道的位密度为最低位密度；
面密度 此概念没有意义
② 盘组总存储容量是多少? 存储容量=记录面数×每面磁道数×磁道容量 6×2－2 220 位密度×磁道周长
内层磁道周长为2πR = 2×3.14×11 = 69.08(cm) 道容量 = 400位/cm×69.08cm = 27632位 = 3454B 盘组总容量= 10×220× 3454B
位密度和道密度的乘积；
单位：位/平方英寸。
第7章外围设备.
因为不需要重新寻道，数据读/写速度快；
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。
2019年8月5日星期一
26
例1：某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录 盘面，每毫米5道，每道记录信息12288字节， 最内层磁道直径为230mm，共275道，求：
29
例2：设某磁盘有两个记录面，存储区内径为2.36英寸， 外径为5英寸，道密度为 1250TPI(道/英寸)，内径 处的位密度为52400BPI (字节/英寸) ，转速为 7200转/分，问：
③ 数据传输速率为多少？
数据传输率 = 每道字节数转速
= 48562 （7200 ÷ 60）
= 5.82 106 字节/秒
磁表面存储器的读写原理
在磁表面存储器中，信息的读写是利用磁头来进行的； 磁头：由软磁材料做铁芯，绕有读写线圈的电磁铁。
写操作 原理：电-磁变换； 利用磁头写线圈中的脉冲电流，在磁表面每个存储元上形
读操作
原理：磁-电变换；
利用磁头读线圈， 将磁表面每个存储
元上的不同剩磁状
态转换成电信号读出；
平均存取时间 从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位 置，到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。
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；
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存储密度
道密度
沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；
单位：道/英寸。
位密度
磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；
即微机系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率；
也叫突发数据传输率、接口传输率；
该指标与硬盘接口类型、硬盘缓冲区大小有关。
第七章 外围设备
•(2)光栅扫描图形显示器 •产生图形的方法称为相邻像素串接法，即曲线是由 相邻像素串接而成。 •因此光栅扫描图形显示器的原理是：把对应于屏幕 上每个像素的信息都用存储器存起来，然后按地址顺 序逐个地刷新显示在屏幕上。 •其组成结构如图：
•程序段缓冲存储器存放由计算机送来的显示文件 和交互式的图形操作命令。 •刷新存储器中存放一帧图形的形状信息，它的地 址和屏幕上的地址一一对应。 •程序段缓存和刷存之间有一个DDA部件，它是一 种进行数据插补的硬件，其作用是把显示文件变 换为像素信息。 •根据显示文件给出的曲线类型和坐标值，生成直 线、圆、抛物线乃至更复杂的曲线。插补后的数 据(像素信息)存入刷存用于刷新显示。 •光栅扫描图形显示器的优点是通用性强，灰度层 次多，色调丰富，显示复杂图形时无闪烁现象； •所产生的图形有阴影效应、隐藏面消除、涂色等 功能
3.显示适配器
• 显示适配器由刷新存储器、显示控制器、 ROM BIOS三部分组成
•刷新存储器 存放显示图案的点阵数据。其存储容量 取决于设定的显示工作方式。 •ROM BIOS 含有少量的固化软件，用于支持显示控制 器建立所要求的显示环境。此BIOS软件主要用于DOS 操作系统。 •显示控制器 是适配器的心脏。 •将显存中的图像点阵数据转换成R，G，B三色信号， 并配以同步信号送至显示器刷新屏幕。 •显示控制器还要提供一个由系统总线至刷存总线的 通路，以支持CPU将主存中已修改好的点阵数据写入 到刷存，以更新屏幕。 •这些修改数据一般利用扫描回程的消隐时间写入到 刷存中，因此显示屏幕不会出现凌乱。
•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 RA3—RA0。 •在显示过程中，依次取出字形点阵，就可以 完成一个字符的输出。 •VRAM的地址由水平地址计数器(列地址)和垂 直地址计数器(行地址)决定。 •ROM的输出在L信号控制下并行装入移位寄存 器，然后在点时钟S控制下移位输出形成视频 信号。 •显示器在水平同步、垂直同步和视频信号的 控制下，连续不断地进行屏幕刷新。
计算机原理 第七章第一节—四节“计算机外围设备”的相关知识。
计算机原理第七章第一节—四节“计算机外围设备”的相关知识。
主题：第七章第一节—四节“计算机外围设备”的相关知识。
学习时间：2016年12月5日--12月11日内容：我们这周主要学习第七章一节—四节“外围设备概述”、“磁盘存储设备”、“磁带存储设备”的相关知识。
希望通过这四节内容的学习能使同学们掌握计算机外围设备的相关知识。
一、学习要求1．了解外围设备概述知识；2．掌握磁盘存储设备的相关知识；3．了解磁带存储设备相关内容。
二、主要内容（一）外围设备概述1．概念：计算机系统中除主机外的其他设备，包括输入和输出设备、外存储器、模数转换器、数模转换器、外围处理机等，是计算机与外界进行通信的工具，例如打印机、磁盘驱动器或键盘。
其主要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，将外界的信息输入计算机，取出计算机要输出的信息，存储需要保存的信息和编辑整理外界信息以便输入计算机。
2．基本组成：---存储介质，它具有保存信息的物理特征；---驱动装置，它用于移动存储介质；---控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据；---外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类。
3．常见外围设备简介1）输入设备输入设备主要完成输入程序、数据和操作命令等功能，也是进行人机对话的主要部件。
（1）键盘键盘是目前应用最普遍的一种输入设备，与CRT显示器组成终端设备。
键盘是由一组排列成阵列形式的按键开关组成的，每按下一个键，产生一个相应的字符代码(每个按键的位置码)，然后将它转换成ASCII码或其他码，送主机。
ASCII：(American Standard Code for Information Interchange) 用于信息交换的美国标准代码。
ASCII是128个字符组成的字符集。
（2）光笔、图形板和画笔（或游动标）输入光笔(light pen)的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光会聚为一个光点。
计算机原理 第七章第五—七节“计算机外围设备”的后半部分内容。
计算机原理第七章第五—七节“计算机外围设备”的后半部分内容。
主题：第七章第五—七节“计算机外围设备”的后半部分内容。
学习时间：2016年12月12日--12月18日内容：我们这周主要学习第七章第五—七节“光盘和光盘存储设备”、“显示器设备”、“打印设备”的相关知识。
希望通过这三节内容的学习能使同学们进一步掌握计算机外围设备的相关知识。
一、学习要求1．了解光盘和光盘存储设备知识；2．了解显示器设备相关知识；3．了解打印设备相关内容。
二、主要内容（一）光盘和光盘存储设备---CD-ROM驱动器的工作原理：在无光盘状态下，光驱加电后，激光头组件启动。
此时，光驱面板指示灯闪亮，同时，激光头组件移动到主轴马达附近，并由内向外顺着导轨步进移动，最后又回到主轴马达附近，激光头的聚焦透镜将向上移动三次搜索光盘。
同时，主轴马达也顺时针启动三次，然后，激光头组件复位，主轴马达停止运行，面板指示灯熄灭。
光驱中若放入光盘，激光头聚焦透镜重复搜索动作，找到光盘后，主轴马达将加速旋转。
此时，若读取光盘，面板指示灯将不停地闪动，步进电机带动激光头组件移动到光盘数据处，聚焦透镜将数据反射到接收光电管，再由数据带传送到系统，微机便可读取光盘数据。
若停止读取光盘，激光头组件和马达仍将处于加载状态中，面板指示灯熄灭。
---CD-R/RW驱动器的工作原理：1．CD-R驱动器的工作原理：CD-R刻录机工作时，由刻录软件控制激光头以一定的规则向CD-R光盘的数据面（有机染料制成的光盘介质）发射很细的激光束，在CD-R光盘的数据面蚀刻出一个个“小坑”，如图7.7所示。
就是这些肉眼难以分辨的小坑记录着指定的数据资料，可以被光驱识别。
被刻录到CD-R光盘上的数据信息是永久性的，无法被擦写、删改。
2．CD-RW驱动器的工作原理：CD-RW刻录机是由理光（Rich）公司在1996年首先推出的，它是允许用户反复进行数据擦写操作的刻录机。
CD-RW采用相变技术来存储信息，光盘介质采用硫属化合物或金属合金，利用激光的热效应或光效应使介质发生相变，即介质在晶态和非晶态之间相互转变，这两种状态下，介质对光的反射率相差很大（晶态对光线的反射率大，非晶态对光线的反射率小），因而可以用来记录数据。
计算机组成原理：第七章 外围设备(1)
．刷新和刷新存储器 为了使人眼能看到稳定的图像显示， 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。 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。 按人的视觉生理，刷新频率大于30次／秒时才不会感到闪烁。
为了不断提供刷新图像的信号， 为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存 储器，也叫视频存储器。 储器，也叫视频存储器。
．2 显示设备
．2．1 显示设备的分类与有关概念 ． 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备。 以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备。 显示设备种类繁多。 显示设备种类繁多。
按显示设备所用的显示器件分类： 按显示设备所用的显示器件分类： 阴极射线管(CRT)显示器 显示器 阴极射线管 液晶显示器(LCD) 液晶显示器 等离子显示器等。 等离子显示器等。 按所显示的信息内容分三大类： 按所显示的信息内容分三大类： 字符显示器 图形显示器 图像显示器。 图像显示器。
外围设备(1) 第七章 外围设备
——在计算机与其他机器之间、 在计算机与其他机器之间、 在计算机与其他机器之间 计算机与用户之间提供联系
．1 外围设备概述
．1．1 外围设备的一般功能 ． 来看待。 来看待。 外围设备的功能是： 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。 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。
字符发生器ROM的高位地址来自 的高位地址来自VRAM的ASCII代码，低位地址来自光 的高位地址来自 代码， 字符发生器 的 代码 栅地址计数器的输出RA3—RA0，它具体指向这个字形点阵中的某个字节 栅地址计数器的输出 ， 在显示过程中，按照VRAM中的SACII码和光栅地址计数器访问 中的SACII码和光栅地址计数器访问 码和光栅地址计数器访问ROM， 在显示过程中，按照 中的 ， 依次取出字形点阵，就可以完成一个字符的输出， 依次取出字形点阵，就可以完成一个字符的输出，见图 (b)。 。
第七章外围设备习题参考答案1计算机的外围设备是指（）A．输入
第七章外围设备习题参考答案1. 计算机的外围设备是指（）A．输入/输出设备 B. 外存储器C. 输入/输出设备及外存储器D. 除了CPU和内存以外的其他设备解： D2．打印机根据印字方式可以分为（）和（）两大类，在（）类打印机中，只有（）型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。
A．针型打印机 B. 活字型打印机C. 击打式D. 非击打式解：C D C A7．试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。
解：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找道时间为Ts，平均等待时间为T L，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋T L＋Tm。
假设磁盘以每秒r转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。
又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。
T L是磁盘旋转半周的时间，T L=（1/2r）秒，由此可得：Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒8．某磁盘存贮器转速为3000转 / 分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。
问：（1）磁盘存贮器的容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（3）磁盘数据传输率是多少？（4）平均等待时间是多少？（5）给出一个磁盘地址格式方案。
解：（1）每道记录信息容量 = 12288字节每个记录面信息容量= 275×12288字节共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为：4 ×275×12288字节 = 13516800字节（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）：D1 = 12288字节 / 2πR1 = 17字节 / mm最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：R2 = R1 + （275 ÷ 5） = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288字节 / 2πR2 = 11.5 字节 / mm（3）磁盘传输率 C = r · Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字节（信道信息容量）C = r · N = 50 × 12288 = 614400字节 / 秒（4）平均等待时间= 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒（5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。
第7章 外围设备
10
4、PC机显示适配器 、 机显示适配器
刷新存储器：存放显示图案的点阵数据。 刷新存储器：存放显示图案的点阵数据。其存储容量取决 于设定的显示工作方式。 于设定的显示工作方式。 ROM BIOS ：固化软件，用于支持显示控制器建立所要求 固化软件， 的显示环境。 的显示环境。 显示控制器：将图像数据显示在显示器上。 显示控制器：将图像数据显示在显示器上。
低位地址 ASCII (0,0)(0,1)…… (0,79)(1,0)…… …… (VRAM) (24,0)…(24,79) 高位 行号 低位
1000 1111
█
字符 发生器 （ROM）
0000 0001 ……
█
█ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █ █
█
█
█
FEH 10H ……
█
█
█
10H FEH 6 00H
逐行扫描 隔行扫描
5
（二）字符/图形显示器 字符 图形显示器 1、字符显示器原理 、 字符以点阵方式显示。（ 。（m列 行 字符以点阵方式显示。（ 列*n行) 设字符点阵7*9。 设字符点阵 。 点阵数据存放在ROM(字符发生器中 ，数据的地址由其 字符发生器中)， 点阵数据存放在 字符发生器中 ASCII码和点阵的行号组成。 码和点阵的行号组成。 码和点阵的行号组成 一帧内容的字符及属性按行、 字符及属性按行 一帧内容的字符及属性按行、列的顺序存储在视频存储器 （VRAM）中 ） 设显示器分辨率80列 行 则显示器中第 则显示器中第m行 设显示器分辨率 列*25行,则显示器中第 行，n列的 列的 字符存储的地址为mx80+n（不计属性值）。 字符存储的地址为 （不计属性值）。 Vram 容量：80x25=2000B 容量：
第7章外围设备
2019年10月31日星期四
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7.2.5 磁盘存储器的技术指标
存储密度 有道密度、位密度、面密度三个不同的指标； 相关概念
道距：相邻两磁道中心线之间的距离； 道宽：磁化轨迹的宽度。
存储容量 一个磁盘存储器所能存储的字节总数；
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；
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。
软盘、磁带：接触式读写
2019年10月31日星期四 要求防尘、防震
硬盘： 非接触式读写 7
2019年10月31日星期四
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7.5 光盘和磁光盘存储设备
光盘存储器
采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息；
以介质材料光学性质的变化来表示所存储信息的“1”或 “0”。
光盘存储器是以光道来记录信息的；
光道是一条始于盘片中心的螺旋线。 一张CD-ROM盘片的存储容量可达600MB以上
第7章 外围设备
目录
7.1 外围设备概述 7.2 磁盘存储设备 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
2019年10月31日星期四
——了解 ——掌握 ——了解 ——理解 ——理解
2
7.1 外围设备概述
7.1.1 外围设备的一般功能 7.1.2 外围设备的分类
2019年10月31日星期四
即微机系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率；
也叫突发数据传输率、接口传输率；
计算机组成原理第七章外围设备PPT课件
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
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
3
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68
间的同步?它们的分频关系如何?
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(1)缓存容量为64×25×8bit=1600字节 (2)ROM容量为64×8×8=512 (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。
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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。
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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。
组成原理第七章外围设备
每个记录面上有220个磁道，问，这个磁盘组共有多少圆柱面？ (圆柱面数等于磁道数)
扇区：每个磁道又分为若干段，每个段称为一个扇区。外面扇区比里
面扇区面积要大。 0号圆柱面、8号记录面、120号扇区
磁盘上的这种磁道和扇区的排列称为定长记录格式。 在定长记录格式
中，磁盘寻址的最小单位是一个扇区。
磁盘地址由磁道号（圆柱面号）、记录面号（磁头号）、扇区号三n 部
解：(1)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度=40道/cm， 所以40×5.5=220道，即220个圆柱面。
(2) C=n.k.s(n：面数，k：道数/面，s：位数or字节数/道)
内层磁道周长为2πR=2×3.14×11=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B×220=759880B 盘组总容量=759880B×10=7598800B
7.2 磁盘存储设备
主存：速度快、容量小、价高 辅存、外存：容量大、速度低、价低 3.7.1 磁表面存储器 一.磁表面存储器 外存基本都是将薄层的磁性材料（磁层）涂在载体上，并以相对于磁头 运动的方式来存储信息的，故统称为磁表面存储器。 目前广泛用于计算机系统的外存有硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘等。前 三种都属于磁表面存储器。 1、载体：载体是由非磁性材料制成的（金属合金、特制塑料）。
盘片：（存储信息的载体）——小型化、大容量
磁盘驱动器向盘片记录数据时采用（B）方式 写入。 A 并行 B 串行 C并-串行 D 串-并行
二、硬磁盘的分类
硬磁盘按盘片是否具有可换性，分成可换盘片式与固定盘片式两种；按 磁头的工作方式，可分为固定磁头和可移动磁头两种。
固定磁头的磁盘存储器的特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道 （磁盘上信息的轨迹）对应一个磁头，盘片不可更换。优点是省去磁头 沿盘片径向运动找寻找磁道的时间，存取速度快，只要磁头进入工作状 态就可以进行读写操作，缺点是结构复杂。
第七章 外部设备
第七章外部设备外围设备(简称外设)，是输入输出设备的总称。
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。
第一节输入输出设备输入设备功能：将人们要求计算机处理的各种形式的信息转换成计算机可接受的编码形式存入存储器。
输出设备功能：将计算机处理后的信息以人们希望的形式表现出来。
一般说来，外围设备由三个基本部分组成：① 存储介质，它具有保存信息的物理特征② 驱动装置，它用于移动存储介质③ 控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据外围设备可分为：输入设备：键盘、光笔、鼠标器、语音输入器、扫描仪、触摸屏、等；输出设备：显示设备、打印机、音箱、绘图仪等；外存设备；磁盘、磁带、光盘、优盘等常用的计算机输入设备分为：1．字符图形输入设备：① 键盘输入器② 鼠标输入器③ 光笔输入器④ 游戏杆输入器⑤ 触摸屏2．图像输入设备：摄像机、数码相机等3．声音输入设备：语音识别器等105键盘是一种最常用的输入设备。
这是一个由若干按键组成的开关矩阵，人们通过按下不同的按键，输入字符和数据，通过键盘可实现简单的人机通讯。
键盘接口则将按键这一的机械动作转化为可被计算机识别的电信号，供CPU读取。
鼠标是一种手持的定位部件，也是计算机最常用的输入设备。
鼠标输入的是一个相对坐标，所以应和CRT显示器配合使用。
与键盘输入器相比，鼠标移动位置更快，更方便。
语音输入设备具有语音的识别功能，可将人的语言声音转换成计算机能够识别的信息，存入计算机。
利用人的自然语音实现人-机对话是新一代多媒体计算机的重要标志。
1．分类：阴极射线管（CRT）显示器· 液晶（LCD）显示器· 等离子体显示器2．字符／图形显示器· 待显示的字符以ASCII编码形式存放在VRAM中· 字符点阵码存放在字符发生器ROM中从VRAM读出待显示字符的ASCII 码寻址字符发生器ROM逐行读出相应的字符点阵码送移寄存器逐位移出点阵信号，显示。
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中的脉冲电流，可把一位二进制代 码转换成载磁体存储元的不同剩磁 用磁头读出线圈，可将由存储元的 不同剩磁状态表示的二进制代码转 换成电信号输出。这就是磁表面存 ❖ 磁层上的存储元被磁化后，它可以 供多次读出而不被破坏。当不需要 这批信息时，可通过磁头把磁层上 所记录的信息全部抹去，称之为写 “0”。通常，写入和读出是合用一 个磁头，故称之为读写磁头。每个 读写磁头对应着一个信息记录磁道。
▪ 一个是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间，称为找道时间； ▪ 第二个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，
称为等待时间，这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均 值来表示，平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均 值。平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间 的一半来表示。 ▪
面存储器也有缺点，主要是存取速度较慢，机械结构 复杂，对工作环境要求较高。 ❖ 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。
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7.2磁盘存储设备
❖ 磁表面存储器的读写原理 见图
➢ 写操作：当写线圈中通过一定 方向的脉冲电流时，铁芯内就 产生一定方向的磁通。
❖ 主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见下图(b)。磁盘上 的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与
据缓冲器，经DMA(直接存储器传送)控制将数据传送到主
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7.2磁盘存储设备
四、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百到几千个磁道， 每个磁道又分为若干个扇区，如下一页图所示。 从图中看出，外面扇区比里面扇区面积要大。磁 盘上的这种磁道和扇区的排列称为格式。
❖ 2．实时性
❖ 一个计算机系统中可能接有多个外部设备，有高速设备又 有低速设备，各个设备与CPU之间要交换信息是随机的， CPU必须能及时接收来自外设的信息，否则，外设备就有 可能丢失信息。
❖ 3．多样性
❖ 外设的种类多，它们的物理特性差异很大，信息的格式多 种多样，这就造成了主机和外设之间连接的复杂性。为了 简化控制，计算机系统中往往采用标准接口，以便外设与 计算机的连接。
台号
柱号（磁道）号
盘面号/磁头号 扇区号
此地址格式表示有4台磁盘（2位），每台有16个 记录面/盘面（4位），每面有256个磁道（8位）， 每道有16个扇区（4 (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。
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7.3磁盘存储设备的技术发展
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7.2磁盘存储设备
三、磁盘驱动器和控制器
❖ 磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，因此各部件的 加工安装有严格的技术要求。对温盘驱动器，还要求在超 净环境下组装。各类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别， 但基本结构相同，主要由定位驱动系统、主轴系统和数据 转换系统组成。如下图是磁盘驱动器外形和结构示意图。
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第七章 外围设备
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第七章 外围设备
❖ 外围设备概述 ❖ 磁盘存储设备 ❖ 磁盘存储设备的技术发展 ❖ 磁带存储设备 ❖ 显示设备 ❖ 输入设备和打印设备
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7.1外围设备概述
输入输出设备又称外部设备（简称外设），是指连接 到主机上的任何设备，它是计算机系统与人或其他机器之 间进行信息交换的装置。
➢ 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。
❖ 温彻斯特磁盘机简称温盘，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。工作 时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能 好，可靠性高，对使用环境要求不高，成为最有代表性的硬磁盘存储 器。而普通的硬磁盘要求具有超净环境，只能用于大型计算机中。
一、磁盘cache 随着微电子技术的飞速发展，CPU的速度每年增长1
倍左右，主存芯片容量和磁盘驱动器的容量每1.5年增长1 倍左右。但磁盘驱动器的存取时间没有出现相应的下降， 仍停留在毫秒(ms)级。而主存的存取时间为纳秒(ns)级， 两者速度差别十分突出，因此磁盘I/O系统成为整个系统 的瓶颈。为了减少存取时间，可采取的措施有：提高磁盘 机主轴转速，提高I/O总线速度，采用磁盘cache等。主存 和CPU之间设置高速缓存cache是为了弥补主存和CPU之 间速度上的差异。同样，磁盘cache是为了弥补慢速磁盘 和主存之间速度上的差异。
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【例1】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6000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?
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7.2磁盘存储设备
❖ 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，电路板实物 见下图(a)所示。由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主 机之间采用成批交换数据方式。作为主机与驱动器之间的 控制器，它需要有两个方面的接口：一个是与主机的接口， 控制外存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接 口，根据主机命令控制设备的操作。前者称为系统级接口，
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7.2磁盘存储设备
❖ 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n转/秒，每 条磁道容量为N个字节，则数据传输率： Dr=nN(字节/秒) 或Dr=D·v(字节/秒)
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?
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解：(1)有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度=40道/cm，所以40×5.5=220道，即220圆
(2)内层磁道周长为2πR=2×3.14×11=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B×220=759880B 盘组总容量=759880B×10=7598800B
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接口
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❖7.1.2 外设特点
❖ 外部设备具有以下特点：
❖ 1．异步性
❖ 输入输出设备相对于CPU来说是异步工作的，两 者之间无统一的时钟。各类外设之间的工作速度 差异很大，它们的操作很大程度上独立于CPU之 外，但又要在某个时刻接受CPU的控制，这就势 必造成输入输出相对于CPU时间的任意性与异步 性。
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7.2磁盘存储设备
二、磁盘的组成和分类 1、磁盘的组成：见图 ❖ 写入时，将计算机并行送来
的数据取至并串变换寄存器， 变为串行数据，然后一位一 位地由写电流驱动器作功率 放大并加到写磁头线圈上产 生电流，从而在盘片磁层上 形成按位的磁化存储元。读 出时，当记录介质相对磁头 运动时，位磁化存储元形成 的空间磁场在读磁头线圈中 产生感应电势，此读出信息 经放大检测就可还原成原来 存入的数据。由于数据是一 位一位串行读出的，故要送
输出设备的功能是把计算机处理的结果，变成人最 终可以识别的数字、文字、图形、图像或声音等信息， 打印或显示出来，供人们分析使用。
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7.1外围设备概述
一、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。 二、外围设备（磁盘）基本组成 (1) 存储介质，它具有保存信息的物理特征。例如磁盘就是一个存储介质
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。由于外围设备的地位越来越重 要，主要介绍以下内容： ❖ 硬磁盘、可移动磁盘、磁带和光盘。
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输入设备的功能是把数据、命令、字符、图形、图像、 声音、电流或电压等信息，变换成计算机可以接收和识别的 二进制数字代码，供计算机进行运算处理。
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柱面
磁道 扇区
0磁道 n磁道
数据在磁盘上的记录格式
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7.2磁盘存储设备
五、磁盘存储器的技术指标 ❖ 磁盘存储器的主要技术指标
▪ 存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度。
• 道密度：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：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单 位为位/英寸。
LOGO 7.2 硬磁盘存储设备
7.2磁盘存储设备
一、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。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。当然，磁表
• 面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。
▪ 存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称 为磁盘存储器的存储容量。
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7.2磁盘存储设备
❖ 存取时间：存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一 起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表面读出或 写入信息加上传送数据所需要的时间。取决于以下三个因 素决定：
(2) 驱动装置，它用于移动存储介质。例如，磁盘设备中，驱动装置用于