第7章外围设备.
计算机组成原理第七章
磁记录原理
磁性材料的物理特性 磁表面存储器的读写原理
–
–
读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯 读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时， 是良好的导磁材料， 是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而 形成闭合磁通回路。 形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方向 是不同的。 是不同的。 写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时， 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。 内就产生一定方向的磁通。
磁表面存储
– –
用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体 存储信息 优点
存储容量大， 存储容量大，位价格低 记录介质可以重复使用 记录信息可以长期保存而不丢失 非破坏性读出， 非破坏性读出，读出时不需要再生信息
– –
缺点
存取速度慢，机械结构复杂， 存取速度慢，机械结构复杂，对工作环境要求高
通常用作辅助大容量存储器使用
磁盘存储器的技术指标
采用定长数据块格式， 【例题1解】：(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单 例题 解 采用定长数据块格式 位是一个记录块(一个扇区 一个扇区)， 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， 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： 可用如下格式：
第七章
外围设备
外围设备 磁记录原理 磁盘驱动器 磁盘控制器 磁盘存储器
教学要求
重点和难点
外围设备的一般功能 磁记录原理 磁盘的组成 磁盘驱动器和控制器 磁盘上的信息分布 磁盘存储器的技术指标
主要内容
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 光盘和磁光盘存储设备
计算机组成原理(第六版 立体化教材)
教材目录
（注：目录排版从左到右列 ）
教学资源
《计算机组成原理（第六版·立体化教材）》的配套教材是《计算机组成原理试题解析（第六版）》。
《计算机组成原理（第六版·立体化教材）》配有动画演示、教学课件、习题答案、自测试题、课程设计等 资源。
教材特色
1、该教材配套开发了较多的在线动画演示视频。 2、该教材安排了在线延伸阅读材料。 3、该教材可扫描书中的二维码查阅相关内容。 4、该教材形成“理论、实验、设计”三个过程相统一的体系。
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计算机组成原理（第六版 立体化教 材）
2019年科学出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录
目录
02 内容简介 04 教学资源
05 教材特色
07 图书目录
目录
06 作者简介
《计算机组成原理（第六版·立体化教材）》是由白中英、戴志涛主编，2019年8月科学出版社出版的新形 态教材、“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。该教材可作为计算机及相关专业的教材，也可作为成人 自学考试、全国计算机等级考试NCRE（四级）用书。
作者简介
白中英，男，北京邮电大学计算机学院二级教授，博士生、硕士生导师。 戴志涛，男，北京邮电大学计算机学院教授。
图书目录
第1章计算机系统概论 第2章运算方法和运算器 第3章存储系统 第4章指令系统 第5章中央处理器 第6章总线系统 第7章外围设备 第8章输入／输出系统 第9章并行组织与结构 第10章课程教学实验设计 第11章课程综合设计
2019年8月，《计算机组成原理（第六版·立体化教材）》由科学出版社出版。
内容简介
该教材讲授计算机单处理器系统的组成和工作原理，在该基础上扩展讲授并行体系结构。该教材共11章，主 要内容包括计算机系统概论、运算方法和运算器、存储系统、指令系统、中央处理器、总线系统、外围设备、输 入/输出系统、并行组织与结构、课程教学实验设计和课程综合设计。
计算机组成原理第七章课件(白中英版)
刷新和扫描
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 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
A3 B3 C3 D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
RAID5
I/O系统
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
校验码 产生器
A0 A1 A2 A3
4校验码
B0 B1 B2
3校验码
C0 C1
2校验码
D0
1校验码
0校验码
E1 E2 E3 E4
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
系统结构
RAID0
I/O系统
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
A E I
B F J
C G K
D H L
M
系统结构
N
O
etc...
RAID1
I/O系统
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
第7章习题参考答案
第7章习题参考答案1．计算机的外围设备是指 D 。
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2．打印机根据印字方式可以分为 C 和 D 两大类，在 C 类打印机中，只有 A 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3．一光栅扫描图形显示器，每帧有1024×1024像素，可以显示256种颜色，问刷新存储器容量至少需要多大解：因为28＝256，一个像素存储256色需8位，所以一帧的存储空间至少需要1024×1024×8bit=1MB]4. 一个双面CD －ROM 光盘，每面有100道，每道9个扇区，每个扇区512B ，请求出光盘格式化容量。
解：格式化容量＝盘面数×每面道数×每道扇区数×每扇区字节数＝2×100×9×512＝900KB5. 试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时间的公式。
答：磁盘存储器读写一块信息所需总时间为T a =平均找道时间+平均等待时间+一块数据的写入(或读出)时间设磁盘转速为r 转/s ，每个磁道存储的信息量为N 个字节，则平均等待时间为磁盘旋转半圈所用的时间，即1/(2r)；设要传送的数据块大小为b 个字节，则有：磁盘旋转一周读出一个磁道的信息，即，每秒钟读出rN 个字节，所以传输b 个字节多用的时间为b/(rN)；由此，可得磁盘读写一块信息所需的时间公式为：rNb r T T s a ++=21秒，其中T s 为平均找道时间) 6. 一个双面磁盘，每面有220道，已知磁盘转速r=4000转/分，数据传输率为185000B/S,求磁盘总容量。
解：格式化容量为：因为转速r=4000转/分，所以每秒400/6转数据传输率为185000B/S ，所以磁道容量为185000/(400/6)=2775B双面，每面220道，所以总容量为2×220×2775＝1221000B７．某磁盘存储器转速为3000转／分，共有4个记录面，每道记录信息为12288B ，最小磁道直径为230mm ，共有275道,道密度为5道/mm 。
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 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
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 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，采纳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。
RAID6
I/O系统
❖ 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全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 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 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机导论-第7章 外围设备
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
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。
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
操作系统原理-第七章设备管理知识点及习题
第7章 设备管理7.1 例题解析例7.2.1 何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。
解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。
虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。
当然，系统中至少一台拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。
SPOOLing系统又称“假脱机I/O系统”，其中心思想是，让共享的、高速的、大容量外存储器（比如，磁盘）来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数几台独占设备变成多台可并行使用的虚拟设备。
SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输出缓冲区。
其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将输出井的数据送出。
它的特点是：提高了I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。
例7.2.2有关设备管理要领的下列叙述中，( )是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备都由系统统一来管理C．来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存贮器中的E．由用户给出的设备编号是设备的绝对号解本题的考核要点是设备管理的基本概念。
(1)通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。
因此A是错误的。
(2)目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统一管理。
因此B是对的。
(3)设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。
通道中断属于设备中断的一种。
因此C是对的。
(4)通道设备自身只配有一个简单的处理装置（CPU），并不配有存储器，它所运行的通道程序全部来自内存。
因此D是对的。
(5)系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。
由用户给出的设备号只能是逻辑编号，由系统将逻辑号映射为绝对号。
因此E是错误的。
例7.2.3 在关于SPOOLING的叙述中，描述是不正确的。
计算机外围设备
⑴实现数据缓冲。在外设的接口中，一般都设置 若干各数据缓冲寄存器，在主机与外设交换数据时， 先将数据暂存在该缓冲寄存器中，然后再输出到外 围设备或输入到主机中去。
⑵记录外设的工作状态 。在设备的接口中必须 有记录该设备工作状态的状态寄存器。外设的状态 一般设“空闲”、“忙”、“就绪”三种。
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计算机外围设备
⒊外存储器设备
外存储器用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和 程序,•因而允许速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换 信息。它是主存储器的后备和补充，因此叫它为“辅助存储 器”。
外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低,在脱机情况 下可以永久地保存信息，进行重复使用。
外存按存储介质可分为磁表面存储器和光存储器。现在 人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的 主要是硬磁盘存储器和软磁盘存储器。光盘存储器作为一种 新型的信息存储设备已经在微机上普及使用。目前，可移动 磁盘已开始在微机系统中使用，为用户提供了很大的方便。
外围设备（peripheral device）过去常称外部设 备（external device）。在计算机硬件系统中，外围 设备是相对于计算机主机来说的，凡在计算机主机 处理数据前后，把数据输入计算机主机、对数据进 入加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备， 而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说 来，外围设备是为计算机和它的外部环境提供通信 手段的设备。因此，除了计算机主机以外的设备原 则上都叫外围设备。外围设备一般由媒体、设备和 设备控制器组成。
输入设备包括字符输入设备（如键盘、条形码阅读器、磁 卡机）、图形输入设备（如鼠标器、图形数字化仪、操纵 杆）、图像输入设备（如扫描仪、传真机、摄像机）、模拟 量输入设备（如模-数（A/D）转换器、话筒等）。
七章外围设备
5、磁盘存储器的主要技术指标
存储容量：磁介质存储器可以存储的总字节数，分为格式化容量和非 格式化容量。格式化容量是用户能够使用的容量。非格式化容量指磁 记录表面可以利用的磁化单进制信息量，分为 道密度和位密度。道密度是指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数， 单位为TPI（道/英寸）、TMP（道/毫米）。位密度是指单位长度磁 道上可以记录的二进制位数，bpi（位/英寸）、bpm（位/毫米）。 现在道密度达38000TPI。
外设种类很多，归纳起来具有以下特点： 由信息载体、驱动装置和控制电路组成 工作速度比主机慢得多 信息类型和结构各不相同 电气特性也不相同
3
2、外设的分类
每一外设都是 在自己的设备 控制器控制下 进行工作，而 设备控制器则 通过适配器和 主机连接，并 受主机控制。
二、磁介质存储器（磁表面存储器）
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3、扫描仪
扫描仪是使一种光、机、电一体化的高科技产品，是将各种图像信息输 入计算机的重要工具，是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备。
扫描仪是利用物体反射光波的特性来完成对图像的读取的。它用强光照 射图像时，没有吸收的光线被反射到光学感应器上，光学感应器接收这 些信号，并经过模数转换器，转换成计算机能够接受的信号，显示在屏 幕上或进行存储和处理。
平均存取时间：从发出读写命令到磁盘信息读出或写入的时间，包括 寻道时间和等待时间。寻道时间是指将磁头定位到所要求的磁道上所 需要的时间；等待时间是等待磁道上所需要访问的信息到达磁头的时 间。平均存取时间等于平均寻道时间加平均等待时间。
数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送的字节数。传输率 与存储设备和主机接口逻辑有关。
相变盘利用相变材料的晶态和非晶态来记录信息。写入时， 强弱不同的激光对记录点加热、再快速冷却后，记录点分 别呈现晶态或非晶态。
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。
计算机组成原理第7章习题11
习题7一．单选选择题12．计算机系统的输入/输出接口通常是的交界面。
A. CPU与存储器之间B. 存储器与打印机之间C. 主机与外围设备之间D. CPU与系统总线之间13．在具有中断向量表的计算机中，中断向量地址是。
A. 子程序入口地址B. 中断服务程序的入口地址C. 中断服务程序入口地址的地址D. 例行程序入口地址16．如果有多个中断同时发生，系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。
若要调整中断事件的处理次序，可以利用。
A. 中断嵌套B. 中断向量C. 中断响应D. 中断屏蔽^18．中断系统中的断点是指。
A．子程序入口地址B．中断服务子程序入口地址C．中断服务程序入口地址表D．中断返回地址19．在独立编址方式下，CPU对存储单元和I/O设备的访问是靠来区分的。
A．不同的地址代码B．不同的地址总线C．不同的指令和不同的控制信号D．上述都不对23．采用DMA方式高速传输数据时，数据传送是。
A．在总线控制器发出的控制信号控制下完成的B．由CPU执行的程序完成的C．在DMA控制器本身发出的控制信号控制下完成的~D．由CPU响应硬中断处理完成的24. 下列有关DMA方式进行输入输出的描述中，正确的是。
A. 一个完整的DMA过程，部分由DMAC控制，部分由CPU控制B. 一个完整的DMA过程，完全由CPU控制C. 一个完整的DMA过程，完全由CPU采用周期窃取方式控制D. 一个完整的DMA过程，完全由DMAC控制，CPU不介入任何控制25. 在DMA传送方式中，发出DMA请求的是。
A. 主存B. DMA控制器C. CPUD. 外部设备26. DMA访问主存时让CPU进入等待状态，等DMA的一批数据访存结束后再恢复工作，这种情况称为。
A. CPU暂停方式B. 存储器分时方式C. 周期挪用方式D. 透明的DMA >27. DMA方式的接口电路中有程序中断部件，其作用是。
A. 实现数据传送B. 向CPU提出总线使用权C.发中断请求D. 向CPU提出传输结束28. 下列关于DMA方式的正确说法是。
操作系统原理-第七章设备管理知识点及习题
第7章 设备管理7.1 例题解析例7.2.1 何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。
解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。
虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。
当然，系统中至少一台拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。
SPOOLing系统又称“假脱机I/O系统”，其中心思想是，让共享的、高速的、大容量外存储器（比如，磁盘）来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数几台独占设备变成多台可并行使用的虚拟设备。
SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输出缓冲区。
其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将输出井的数据送出。
它的特点是：提高了I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。
例7.2.2有关设备管理要领的下列叙述中，( )是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备都由系统统一来管理C．来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存贮器中的E．由用户给出的设备编号是设备的绝对号解本题的考核要点是设备管理的基本概念。
(1)通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。
因此A是错误的。
(2)目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统一管理。
因此B是对的。
(3)设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。
通道中断属于设备中断的一种。
因此C是对的。
(4)通道设备自身只配有一个简单的处理装置（CPU），并不配有存储器，它所运行的通道程序全部来自内存。
因此D是对的。
(5)系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。
由用户给出的设备号只能是逻辑编号，由系统将逻辑号映射为绝对号。
因此E是错误的。
例7.2.3 在关于SPOOLING的叙述中，描述是不正确的。
第7章 外部设备(输入输出设备)
13
2.写入过程 写入时，在写磁头线圈中通以一定 方向的写电流，所产生的磁通将从磁头的 头隙进入记录介质，然后流回磁头，形成 一个回路，于是在磁头下方的一个局部区 域被磁化，形成一个磁化单元（或称记录 单元）。 3.读出过程 读出时，读磁头线圈不外加电流。 当某一磁化单元运动到读磁头下方时，使 得磁头中流过的磁通有很大的变化，于是 在读磁头线圈两端产生感应电动势e。
按位编码记录方式
T0 1 PE FM MFM M2 FM 0 1 1 1 0 0 0 1
图7-2(b) 按位编码记录方式的写电流波形
24
第7章 外部设备
2.按位编码记录方式 ⑴调相制（PE） 调相制又称相位编码方式。它采用 0 °和 180 °相位的不同分别表示“ 1 ”或 “0”。它的编码规则是：记录“1”时， 写电流在位周期中间由负变正；记录“ 0 ” 时，写电流在位周期中间由正变负。当连 续出现两个或两个以上“1”或“0”时， 为了维持上述原则，在位周期的边界上也 要翻转一次。这种记录方式常用于磁带机 中。
第7章 外部设备
25
2.按位编码记录方式（续） ⑵调频制（FM） 调频制是根据写电流的频率来区分 记录“ 1 ”或“ 0 ”的。记录“ 1 ”时，写 电流在位周期中间和边界各改变一次方向； 记录“ 0 ”时，写电流仅在位周期边界改 变一次方向。因此，记录“ 1 ”的磁通翻 转频率为记录“ 0 ”时的两倍，故又称倍 频制。若以T0表示位周期，则调频制的磁 通翻转间距为 0.5T0 和 T0。这种记录方式 主要应用于早期的硬磁盘机和单密度软磁 26 第7章 外部设备 盘机中。
3
本章学习内容 • 7.1 外部设备概述 • 7.2 磁介质存储器的性能和原理 • 7.3 磁介质存储设备 • 7.4 磁盘阵列（RAID） • 7.5 光盘存储器 • 7.6 新型辅助存储器 • 7.7 键盘输入设备 • 7.8 其他输入设备 • 7.9 打印输出设备 • 7.10 显示设备
白中英 第五版 计算机组成原理第7章
每个记录面上有几十至几百个环形磁道；
柱面：多个盘片上具有相同编号的磁道 各磁道划分为等个数的扇区； n磁道
PC机中每个扇区的标准容量是512B
0磁道
7.2.5
磁盘存储器的技术指标
存储密度
道密度
沿半径方向，单位长度里磁道数目。 磁道上单位长度里记录的二进制信息位数。
位密度
面密度
7.2.3
硬磁盘驱动器
由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成
7.2.3
硬磁盘控制器
主机和磁盘驱动器之间的接口； 向主机一侧（又称系统级接口）— 接系统总线 向驱动器一侧（设备级接口）— 根据主机命令控制设备的操作
7.2.4
磁盘上信息的分布
盘片的上下面都可记录信息；
温盘最上(下)盘片只使用一个记录面。 从外向内对磁道编号，0、1、2、…、n。 n磁道的内侧面积不用。
运动方向
载磁体 如何实现写操作和读操作？ 写：通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二 进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态； ◆ 读：通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，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。
◆
7.2.2
硬磁盘机的基本组成
控制逻辑/时钟
去总线的并行数据
DVD-RW (DVD Rerecordable)
本章小结
外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通 信设备、过程控制设备五大类。
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。 硬磁盘按盘片结构分为可换盘片式、固定盘片式两种，磁头 也分为可移动磁头和固定磁头两种。 温彻斯特磁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，是目前应用广泛的硬磁盘存储器。 磁盘存储器的主要技术指标有：存储密度、存储容量、平均 存取时间、数据传输速率。
第7章 计算机网络的组成
（三）调制解调器
调制解调器(modem)包括：
– 调制器(MOdulator)：把要发送的数字信号转
换为频率范围在 300~3400 Hz 之间的模拟信 号，以便在电话用户线上传送。
– 解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送
来的模拟信号转换为数字信号。
（三）调制解调器
分类：
外置式
线外有一层起绝缘作用的塑性材料，再包上一层金属 屏蔽网，用于屏蔽外界的干扰，最外面是起绝缘保护 作用的塑性外壳。 既可用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号。 同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不 同而不同，一般可达几公里甚至几十公里。 绝缘保护套层 外导体屏蔽层 绝缘层
内导体
（二）光纤和光缆
内置式 插卡式（笔记本) 机架式（网络中心） 重要的性能指标：传输速率 常见：56Kbps
调制解调器可分为多种类型
外置式(放置于机箱外，通过串行通讯口与主机 连接)
内置式(安装在机器主板或PCI总线上)
（四）中继器（
Repeater ）
用于延伸拓扑结构相同的局域网，在物理层连接 两个网。
•作用：
2.连接方式：每个工作站是用双绞线连接到集线 器上，由集线器对工作站进行集中管理。
HUB
......
HUB HUB
......
Workstation Workstation Workstation
......
Workstation
Server
3.分类：
共享式集线器 :连结在总线上的所有设备 共享该总线的带宽（物理上看是星型结构 但实际上是总线型）。
核心设备。 网络服务器根据其提供的服务可以分为：
文件服务器、打印服务器、域名服务器、通讯服务器、 消息服务器、应用服务器和数据库服务器等
外围设备培训教材(PPT 45页)
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：
磁盘数据传输率为多少？ 磁盘数据传输率 = 每道容量×转速 = 12288×50转/秒 = 614400字节/秒
平均等待时间是多少？ 平均等待时间 = 1/2×1/转速 = 1/2×1/50转/秒 = 1/100秒 =10ms
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 成不同的磁化状态；
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；
9
记录方式的写读波形图
10
7.2.2 硬磁盘存储器的组成和分类
硬盘的逻辑结构组成 磁记录介质 磁盘控制器 磁盘驱动器
= 1650道
每磁道能存储多少字节？
道容量 = 内圈周长位密度
= (2.36 3.14) 52400 ÷ 8
= 48562字节
31
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：
读写控制电路
动画演示： 硬磁盘存储器的逻 辑结构图.swf
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 可移动磁头、固定磁头
温彻斯特磁盘机 简称温盘
组合
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
可移动磁头固定盘片的磁盘机；
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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8月5日星期一
——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8月5日星期一
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8月5日星期一
要求防尘、防震
硬盘： 非接触式读写 7
= 7598800B
2019年8月5日星期一
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课本P217【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：
③ 数据传输率多少?
每磁道容量N=3454B
磁盘转速r = 6000转/60秒 = 100转/秒
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
位密度和道密度的乘积；
单位：位/平方英寸。
2019年8月5日星期一
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存储容量
存储容量=记录面数×每面磁道数×磁道容量 非格式化容量
磁记录表面可以利用的磁化单元总数。 格式化容量
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
= 16.5-11 = 5.5(cm) ∵ 道密度=40道/cm
∴ 磁道数= 40×5.5 = 220道，即220个柱面
2019年8月5日星期一
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课本P217【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：
2019年8月5日星期一
10
硬磁盘外观
2019年8月5日星期一
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硬磁盘内部构成
2019年8月5日星期一
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7.2.3 硬磁盘驱动器和控制器
磁盘驱动器 定位驱动系统 主轴系统 数据转换系统
磁盘控制器 主机与磁盘驱动 器之间的接口。
2019年8月5日星期一
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硬磁盘的驱动器
2019年8月5日星期一
2019年8月5日星期一
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7.2.2 硬磁盘存储器的组成和分类
硬盘的逻辑结构组成 磁记录介质 磁盘控制器 磁盘驱动器
读写控制电路
动画演示： 硬磁盘存储器的逻 辑结构图.swf
2019年8月5日星期一
硬质圆形盘片
磁头、 小车、 传送带
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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 可移动磁头、固定磁头
2019年8月5日星期一
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课本P217【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? 柱面数 = 每面的磁道数 盘面上的有效存储区域 = 33/2 – 22/2
光盘的优点
存储容量大；
光盘的缺点
2019年8月存5日星取期一时间长，数据传输率低。
① 每面有多少磁道？
磁道数 = 记录面的有效区域 道密度
= [(外径-内径)/2 ] 道密度
= [(5 －2.36)/2 ] 1250TPI
= 1650道
② 每磁道能存储多少字节？
道容量 = 内圈周长位密度
= (2.36 3.14) 52400 ÷ 8
= 48562字节
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同心圆上的一段磁道区域；
每个扇区的存储容量也相同。
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磁盘上的信息记录方式
一个硬盘由多个盘片构成的磁盘组来记录信息； 每个盘片包括两个记录面（除最上面和最下面）； 每个记录面表面通常有几十到几百个磁道来记录信息； 每个磁道又分为若干个扇区。
磁盘组的信息记录顺序是按照柱面来组织的： 第0面第0道第1面第0道……第N面第0道 第0面第1道第1面第1道……第N面第1道 ……
① 磁盘的存储容量为多大？
存储容量 = 记录面数×每面磁道数×磁道容量
= 4面 ×275道 × 12288字节
= 13516800字节
② 最高位密度和最低位密度分别是多少？
位密度 = 道容量 ÷ 磁道周长（2πR）
最内层磁道半径Rmin = 230mm ÷2 = 115mm
最外层磁道半径Rmax = Rmin + 275/5 = 115 + 55 = 170mm
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；
磁盘数据传输率Dr = r×N
= 40×3454B = 13816B/s
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课本P217【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：
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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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
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；
2019年8月5日星期一
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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
最高位密度 = 12288字节÷ 2π Rmin = 17字节/mm
最低位密度=12288字节÷ 2π Rmax =11.5字节/mm
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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：
用于使该外设与外界（如CPU）的信息传递。
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7.1.2 外围设备的分类 动画演示： 外设系统结构.swf
分类 输入/出设备； 外存设备； 数据通信设备； 过程控制设备； ……
外设都是通过适配器与 主机连接的； 适配器控制所连外设 的具体工作；
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按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用 户可以真正使用的容量。
格式化容量一般是非格式化容量的60%—70%。 ?
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平均寻址时间
平均寻址时间等于平均寻道时间与平均等待时间之和；
定位时间（寻道时间）
将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间；
等待时间
寻道完成后，盘片将所要访问信息转到磁头下方的时间；
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7.2 磁盘存储设备
7.2.1 磁记录原理
7.2.2 硬磁盘机的基本组成和分类
7.2.3 硬磁盘驱动器和控制器
7.2.4 磁盘上信息的分布 7.2.5 磁盘存储器的技术指标
重点掌握
2019年8月5日星期一
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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。
③ 磁盘数据传输率为多少？ 磁盘数据传输率 = 每道容量×转速 = 12288×50转/秒 = 614400字节/秒
④ 平均等待时间是多少？ 平均等待时间 = 1/2×1/转速 = 1/2×1/50转/秒 = 1/100秒 =10ms
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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：
平均寻道时间
最大与最小寻道时间的平均值，约为10~20ms；