第七章外圍設(shè)備2015年

1、第七章 外圍設(shè)備7.1外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備的功能是在計(jì)算機(jī)和其他機(jī)器之間，以及計(jì)算機(jī)與用戶之間提供聯(lián)系。由于外圍設(shè)備的地位越來越重要。主要介紹以下內(nèi)容： 磁存儲(chǔ)設(shè)備和顯示器。外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的分類7.2 顯示設(shè)備顯示設(shè)備7.2.1 顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念 按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類，有陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器等。按所顯示的信息內(nèi)容分類，有字符顯示器、圖形顯示器、圖像顯示器三大類。 1.分辨率和灰度級(jí)分辨率和灰度級(jí)分辨率分辨率是指顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。分辨率取決于顯象管熒光粉

2、的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。 刷新存儲(chǔ)器要有與顯示像素?cái)?shù)相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間，用來存儲(chǔ)每個(gè)像素的信息。 例如：640*480；1024*768 灰度級(jí)灰度級(jí)是指黑白顯示器中所顯示的像素點(diǎn)的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同。 灰度級(jí)取決于每個(gè)像素對(duì)應(yīng)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。圖像顯示器的灰度級(jí)一般在256級(jí)以上?；叶燃?jí)越多，圖像層次越清楚逼真。2.刷新和刷新存儲(chǔ)器刷新和刷新存儲(chǔ)器 為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，必須使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕，這個(gè)過程叫做刷新刷新。 按人的視覺生理，刷新頻率大于30次/秒時(shí)才不會(huì)感到閃爍。顯示設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，

3、每秒刷新50幀圖像。 例如：分辨率為1024*1024，256級(jí)灰度，則存儲(chǔ)容量為1024*1024*8bit=1MB 存儲(chǔ)容量和存取周期是刷新存儲(chǔ)器的重要指標(biāo)。3.隨機(jī)掃描和光柵掃描隨機(jī)掃描和光柵掃描 隨機(jī)掃描隨機(jī)掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生圖形和字符。電子束只在需要做圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕，因此這種掃描方式畫圖速度快，圖像清晰。 光柵掃描光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中圖像充滿整個(gè)畫面，因此要求電子束掃過整個(gè)屏幕。光柵掃描是從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行掃描兩種方式。光柵掃描的缺點(diǎn)是冗余時(shí)間多，分辨率不如隨機(jī)掃描方式，大部分字符、圖形、圖像顯示器

4、都采用光柵掃描方式。7.2.2字符字符/圖形顯示器圖形顯示器1.字符顯示字符顯示（1）顯示字符的方法以點(diǎn)陣點(diǎn)陣為基礎(chǔ)。點(diǎn)陣是由mn個(gè)點(diǎn)組成的陣列，并以此來構(gòu)造字符。將點(diǎn)陣存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中，在CRT進(jìn)行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出某個(gè)字符的點(diǎn)陣，按照點(diǎn)陣中0和1代碼不同控制掃描電子束的開或關(guān)，從而在屏幕上顯示出字符。 （2）字符窗口）字符窗口是指每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)，它包括字符顯示點(diǎn)陣和字符間隔。 （3）視頻存儲(chǔ)器VRAM中存放所需顯示字符的ASCII代碼，以備刷新。字符發(fā)生器ROM的高位地址來自VRAM的ASCII代碼，低位地址來自光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出RA3RA

5、0，它具體指向這個(gè)字形點(diǎn)陣中的某個(gè)字節(jié)。在顯示過程中，按照VRAM中的SACII碼和光柵地址計(jì)數(shù)器訪問ROM。04H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77H04H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77H7.6顯顯 示示 設(shè)設(shè) 備備 04H-00H-10H D4H-3DH-20H 1FH-00H-7FH . . . . . . . . .7.6顯顯 示示 設(shè)設(shè) 備備n

6、水平消隱（點(diǎn)陣顯示一行結(jié)束，回到下一行）n行間消隱（點(diǎn)陣顯示某行字符結(jié)束，行間不顯示內(nèi)容）n垂直消隱（點(diǎn)陣顯示一屏結(jié)束，回到第一行、第一列）nVRAM的地址由水平地址計(jì)數(shù)器和垂直地址計(jì)數(shù)器決定nVRAM輸出的ASCII碼作為ROM的高位地址，低位地址來自于光柵地址計(jì)數(shù)器 【例3】某CRT顯示器可顯示64種ASCII碼字符,每幀可顯示64字 25排；每個(gè)字符采用78的點(diǎn)陣，即橫向7個(gè)點(diǎn)，字間間隔1點(diǎn)，縱向8點(diǎn)，排間間隔6點(diǎn)；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式，問：(1)緩存VRAM容量有多大? (2)字符發(fā)生器（ROM）容量有多大? 緩存VRAM中存放的是什么內(nèi)容？緩存地址與屏幕顯示位置如何對(duì)應(yīng)？【

7、解】(1)緩存容量為 64258=1600字節(jié)。 (2)字符發(fā)生器（ROM）容量為： 6488=512字節(jié)。 緩存VRAM中存放的是待顯示字符的ASCII代碼。顯示位置自左至右，從上到下。相應(yīng)地，緩存地址由低到高，每個(gè)地址碼對(duì)應(yīng)一個(gè)字符顯示位置。 【例4】刷新存儲(chǔ)器存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)若顯示工作方式采用分辨率為1024768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計(jì)算刷存總帶寬應(yīng)為多少? (2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施? 【解】(1) 刷新

8、所需帶寬=分辨率每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度刷新速率10247683B72/s=170MB/s刷存總帶寬應(yīng)為170MB/s100/50=340MB/s (2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)措施：使用高速的DRAM芯片組成刷存； 刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由32位提高到64位，甚至128位 ；刷存采用雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，將刷新端口與更新端口分開。2010年研究生入學(xué)考題年研究生入學(xué)考題22假定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示存儲(chǔ)器用DRAM芯片實(shí)現(xiàn)，若要求顯示分辨率為16001200，顏色深度為24位，幀頻為85 Hz，顯存總帶寬的50%用來刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至少約為 A245

9、Mbps B979 Mbps C1 958 Mbps D7 834 Mbps7.4 硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.4.1 磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式 磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)磁表面存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：(1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；(3)記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息 。磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)磁表面存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。1.磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性 當(dāng)磁性材料被磁化后，會(huì)形成兩個(gè)穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)，可以表示二進(jìn)制代碼1和0.2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁表面存儲(chǔ)器的讀

10、寫原理 在磁表面存儲(chǔ)器中，利用一種稱為磁磁頭頭的裝置來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。 (1)寫操作寫操作:通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中不同的脈沖電流，可把載磁體中的磁化元磁化成不同的極性。每個(gè)磁化元中存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。例如：規(guī)定正電流寫入的為“1”，則負(fù)電流寫入的就為“0”。 2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理(2)讀操作讀操作 不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。不同的磁化狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)方向 不同。這樣，不同方向的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是“1”還 是“0”。2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理3.記錄方式記錄方式形成不同

11、寫入電流波形的方式，稱為記錄記錄方式方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進(jìn)制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 記錄方式的讀寫波形圖記錄方式的讀寫波形圖3.記錄方式記錄方式 在磁表面存儲(chǔ)器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。常用記錄方式可分為不歸零制不歸零制(NRZ)，調(diào)相制，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制，調(diào)頻制(FM)，改進(jìn)，改進(jìn)調(diào)頻制調(diào)頻制(MFM)幾大類。評(píng)價(jià)一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：編碼效：編碼效率、自同步能力、率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道

12、帶寬、編碼譯碼電性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。路的復(fù)雜性等。2. 磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式011100010數(shù)據(jù)序列數(shù)據(jù)序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT位周期位周期7.4.2 磁盤的組成和分類（請(qǐng)自學(xué)）磁盤的組成和分類（請(qǐng)自學(xué)）硬磁盤機(jī)硬磁盤機(jī)其邏輯結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見圖。 它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動(dòng)器三大部分組成。 磁盤控制器磁盤控制器包括控制邏輯與時(shí)序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。 磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖硬磁盤機(jī)通常按以下方法分類硬磁盤

13、機(jī)通常按以下方法分類：按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種。 (1)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī) 特點(diǎn)是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換 。盤片每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭沿盤面徑向移動(dòng)。(2)固定磁頭磁盤機(jī)固定磁頭磁盤機(jī) 特點(diǎn)是磁頭位置固定，磁盤的每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片不可更換。優(yōu)點(diǎn)是存取速度快，省去磁頭找道時(shí)間，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 (3)可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī)可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤機(jī) 盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是盤片可以脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片具有互換性。(4)溫徹斯特磁盤機(jī)溫徹斯特磁盤機(jī)

14、溫徹斯特磁盤簡(jiǎn)稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫電路等組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。7.4.3 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器（請(qǐng)自學(xué)）硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器（請(qǐng)自學(xué)）1.磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。 2.磁盤控制器磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器7.4.4 磁盤上信息的分布磁盤上信息的分布 盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道磁道。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，每個(gè)磁道又分

15、為若干個(gè)扇區(qū)。 磁盤地址是由記錄面號(hào)(也稱磁頭號(hào))、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)三部分組成。扇區(qū)示意圖扇區(qū)示意圖數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式 7.4.5 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)包括磁盤存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)包括存儲(chǔ)密度、存存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間儲(chǔ)容量、存取時(shí)間及及數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率。 存儲(chǔ)密度：存儲(chǔ)密度： 存儲(chǔ)密度分道密度、位密度和面密度。道密度道密度是沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位：道/英寸。位密度位密度是磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)， 單位：位/英寸。面密度面密度是位密度和道密度的乘積，單位：位/平方英寸。7.4.5 磁盤存儲(chǔ)器的技

16、術(shù)指標(biāo)磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量：一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。7.4.5 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間 與三個(gè)因素有關(guān)： 1.定位時(shí)間定位時(shí)間或找道時(shí)間找道時(shí)間:是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間； 2.等待時(shí)間等待時(shí)間:是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間. 這兩個(gè)時(shí)間都是隨機(jī)變化的， 因此往往使用平均值來表示。 目前平均找道時(shí)間約為1020ms。平均等待時(shí)間與轉(zhuǎn)速有關(guān)，10000轉(zhuǎn)/分，則平均等待時(shí)間約為3ms。 3.數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸

17、率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。 也可以寫成Dr=Dv(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。目前磁盤存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾十兆字節(jié)/秒【例【例5】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm ，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問：(1)共有多少柱面? (2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少? (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址? (5)

18、如果某文件長(zhǎng)度超過一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上? 【解【解】(1)有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm) 因?yàn)榈烂芏?40道/cm，所以405.5=220道，即220個(gè)圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盤組總?cè)萘?759880B10=7598800B( 3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN， N為每條磁道容量， N=3454B, r為磁盤轉(zhuǎn)速， r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒 Dr=rN=1003454B=345400B/s (4)采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊(一個(gè)扇區(qū))，每個(gè)記錄塊記錄