計(jì)算機(jī)組成原理外存及IO設(shè)備

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理武漢科技大學(xué)武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第七章第七章 外存與外存與I/O設(shè)備設(shè)備n本章內(nèi)容本章內(nèi)容7.1 7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述7.2 7.2 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.3 7.3 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展7.4 7.4 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備磁帶存儲(chǔ)設(shè)備7.5 7.5 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備7.6 7.6 顯示設(shè)備顯示設(shè)備7.7 7.7 輸入設(shè)備和打印設(shè)備輸入設(shè)備和打印設(shè)備7.1.1 7.1.1 外圍設(shè)備的一般功能外圍設(shè)備的一般功能什么是外圍設(shè)備什么是外圍設(shè)備除除CPUCPU和內(nèi)存外的部件和內(nèi)存外的部

2、件2.2. 外設(shè)的發(fā)展方向外設(shè)的發(fā)展方向低成本低成本( (價(jià)格價(jià)格) )；小體積；高速度；大容量；低功耗；小體積；高速度；大容量；低功耗3. 3. 外圍設(shè)備的功能外圍設(shè)備的功能在計(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4. 4. 外圍設(shè)備的基本組成外圍設(shè)備的基本組成存儲(chǔ)介質(zhì)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制電路存儲(chǔ)介質(zhì)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制電路5. 5. 外圍設(shè)備的共同特點(diǎn)外圍設(shè)備的共同特點(diǎn)工作速度、信息類型和格式、電氣特性等工作速度、信息類型和格式、電氣特性等7.1 外圍設(shè)備概述外圍設(shè)備概述目錄目錄7.1.2 外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備的分類可分為五大類可分

3、為五大類: :輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備外存設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備過程控制設(shè)備過程控制設(shè)備I/O接口接口7.2 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.2.1 7.2.1 磁記錄原理磁記錄原理磁表面存儲(chǔ)設(shè)備磁表面存儲(chǔ)設(shè)備用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲(chǔ)信息，如磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器塑料表面作載磁體來存儲(chǔ)信息，如磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器 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)(1)存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低 (2)(2)記錄記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用介質(zhì)可以重復(fù)使用 (3)(3)記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至記錄信息可

4、以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔可以脫機(jī)存檔 (4)(4)非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息非破壞性讀出，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)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高工作環(huán)境要求較高磁表面存儲(chǔ)器常作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用磁表面存儲(chǔ)器常作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用目錄目錄磁性材料的磁滯回線磁性材料的磁滯回線電流電流I I磁場(chǎng)磁場(chǎng)H H磁感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B B磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B不隨電流的不隨電流的消失而回零，在磁滯回消失而回零，在磁滯回線上形成兩個(gè)穩(wěn)態(tài)：線上形成兩個(gè)穩(wěn)態(tài)：+Br(+Br(正剩磁狀態(tài)正剩磁狀態(tài)) )

5、和和-Br(-Br(負(fù)剩磁狀態(tài)負(fù)剩磁狀態(tài)) )用用來記錄來記錄“1 1”和和“0 0”磁化元磁化元( (存儲(chǔ)元存儲(chǔ)元) )1. 1.磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性2.2.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理磁頭磁頭是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵，用于是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵，用于形成形成和判別和判別磁層中的不同磁層中的不同磁化狀態(tài)磁化狀態(tài)(1)(1)寫操作寫操作通過通過電電- -磁變換磁變換，利用，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流磁頭寫線圈中的脈沖電流，把一位二進(jìn)，把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成磁載體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)制代碼轉(zhuǎn)換成磁載體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)一個(gè)磁化元就是

6、一個(gè)存儲(chǔ)元一個(gè)磁化元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息；當(dāng)載磁體相，存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息；當(dāng)載磁體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí) ，就可連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息，就可連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息(2)(2)讀操作讀操作 利用利用磁磁- -電變換電變換，利用，利用磁頭讀出線圈磁頭讀出線圈，可將存儲(chǔ)元的不同剩磁，可將存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出狀態(tài)表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，讀出線圈中的感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為：磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，讀出線圈中的感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為： 不同的磁化狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)方向不同不同的磁化狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)方向不同dtdke記錄

7、方式的寫讀過程波形圖記錄方式的寫讀過程波形圖磁頭在磁表面存儲(chǔ)信息原理磁頭在磁表面存儲(chǔ)信息原理1 10 01 11 11 10 01 11 1通過磁頭線圈通過磁頭線圈的寫電流的寫電流信息記錄后的信息記錄后的磁層磁化狀態(tài)磁層磁化狀態(tài)磁載體磁磁載體磁化單元化單元讀出信號(hào)讀出信號(hào)波形波形選通脈沖選通脈沖硬磁盤硬磁盤的記錄介質(zhì)為的記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片硬質(zhì)圓形盤片7.2.2 磁盤的組成和分類磁盤的組成和分類主要由三部分組成主要由三部分組成磁記錄介質(zhì)磁記錄介質(zhì)磁盤控制器磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖硬磁盤邏輯結(jié)構(gòu)圖寫入和讀出操作寫入和讀出操作寫入時(shí)寫入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來的數(shù)據(jù)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)

8、，然后一位，將計(jì)算機(jī)并行送來的數(shù)據(jù)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)，然后一位一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)一位地由寫電流驅(qū)動(dòng)器作功率放大并加到寫磁頭線圈上產(chǎn)生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)元生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲(chǔ)元讀出時(shí)讀出時(shí)，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)元形成的，當(dāng)記錄介質(zhì)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，位磁化存儲(chǔ)元形成的空間磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此讀出信息經(jīng)放空間磁場(chǎng)在讀磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此讀出信息經(jīng)放大檢測(cè)就可還原成原來存入的數(shù)據(jù)；由于數(shù)據(jù)是一位一位大檢測(cè)就可還原成原來存入的數(shù)據(jù)；由于數(shù)據(jù)是一位一位串行讀出的，故要送至串串行讀出的，故要送至串- -并

9、變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，并變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，再送至計(jì)算機(jī)再送至計(jì)算機(jī)(1)(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)：一片或一組盤片固定在主軸：一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換，盤片上，盤片不可更換，盤片每面只有一個(gè)磁頭每面只有一個(gè)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭，存取數(shù)據(jù)時(shí)磁頭沿盤面徑向移動(dòng)沿盤面徑向移動(dòng)(2)(2)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)：盤片可更換，磁頭可沿盤面：盤片可更換，磁頭可沿盤面徑向移動(dòng)；盤片可脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片可互換徑向移動(dòng)；盤片可脫機(jī)保存，同種型號(hào)的盤片可互換(3)(3)固定磁頭磁盤機(jī)固定磁頭磁盤機(jī)：磁頭位置固定，：磁頭

10、位置固定，每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭每一個(gè)磁道對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭，盤片不可更換；存取速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜盤片不可更換；存取速度快，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 p溫徹斯特磁盤機(jī)溫徹斯特磁盤機(jī)：簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱溫盤溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移可移動(dòng)磁頭固定盤片動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)，是一種的磁盤機(jī)，是一種密封組合式密封組合式的硬磁盤，工作的硬磁盤，工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起；防塵性能時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起；防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高常見溫盤的直徑：常見溫盤的直徑：5.255.25、3.53.5、2.52.5、1

11、.751.75英寸等英寸等硬磁盤機(jī)的分類硬磁盤機(jī)的分類硬磁盤硬磁盤按盤片結(jié)構(gòu)可分成按盤片結(jié)構(gòu)可分成可換盤片式與固定盤片式可換盤片式與固定盤片式兩種兩種磁頭也分為磁頭也分為可移動(dòng)磁頭和固定磁頭可移動(dòng)磁頭和固定磁頭兩種兩種1. 1.磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器 各磁盤驅(qū)動(dòng)器各磁盤驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成組成2.2.磁盤控制器磁盤控制器 磁盤控制器磁盤控制器是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口；由于磁盤存儲(chǔ)是主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口；由于磁盤存儲(chǔ)器是高速外存設(shè)備，故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式器是高速外存設(shè)備，

12、故與主機(jī)之間采用成批交換數(shù)據(jù)方式磁盤控制器有兩個(gè)方面的接口：磁盤控制器有兩個(gè)方面的接口：系統(tǒng)級(jí)接口系統(tǒng)級(jí)接口與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線交換數(shù)據(jù)與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線交換數(shù)據(jù)設(shè)備級(jí)接口設(shè)備級(jí)接口與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯圖主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯圖7.2.3 磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與磁盤上的信息經(jīng)讀磁頭讀出以后送讀出放大器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)與時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串時(shí)鐘的分離，再進(jìn)行串- -并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖

13、并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)器，經(jīng)DMA(DMA(直接存儲(chǔ)器傳送直接存儲(chǔ)器傳送) )控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備中，主機(jī)與設(shè)備之間采用磁盤控制器的功能全部轉(zhuǎn)移到設(shè)備中，主機(jī)與設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，如標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，如SCSISCSI接口，從而使設(shè)備相對(duì)獨(dú)立接口，從而使設(shè)備相對(duì)獨(dú)立記錄面記錄面磁盤片表面磁盤片表面磁道磁道記錄面上一系列同心圓；每個(gè)磁道又分若干個(gè)記錄面上一系列同心圓；每個(gè)磁道又分若干個(gè)扇區(qū)扇區(qū)磁道的編址磁道的編址是是從外向內(nèi)從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫0 0磁道磁道，最里面的一個(gè)同心

14、圓叫最里面的一個(gè)同心圓叫n n磁道，磁道，n n磁道里面的圓面積并不用來記磁道里面的圓面積并不用來記錄信息；扇區(qū)可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)錄信息；扇區(qū)可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)磁盤地址磁盤地址記錄面的面號(hào)、記錄面的面號(hào)、n n磁道、磁道、mm扇區(qū)扇區(qū)例如對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來說，磁盤地址是由例如對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(hào)記錄面號(hào)( (也稱磁頭號(hào)也稱磁頭號(hào)) )、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)三部分組成三部分組成讀讀/ /寫操作寫操作以扇區(qū)為單位以扇區(qū)為單位一位一位一位一位串行串行進(jìn)行；每一個(gè)扇進(jìn)行；每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)區(qū)記錄一個(gè)定長(zhǎng)定長(zhǎng)的記錄塊的記錄塊數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式數(shù)據(jù)在磁盤上的記

15、錄格式7.2.4 磁盤上信息的分布磁盤上信息的分布每個(gè)扇區(qū)開始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)每個(gè)扇區(qū)開始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)扇標(biāo)扇標(biāo)脈沖，兩個(gè)扇標(biāo)脈沖脈沖，兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)之間的一段磁道區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)扇區(qū)扇區(qū)( (一個(gè)記錄塊一個(gè)記錄塊) )每個(gè)記錄塊由每個(gè)記錄塊由頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段及及尾部空尾部空白段白段組成組成各段的作用各段的作用磁盤上的數(shù)據(jù)格式磁盤上的數(shù)據(jù)格式1. 1. 存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)密度：分道密度、位密度和面密度：分道密度、位密度和面密度道密度道密度沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)；道沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)；道/ /

16、英寸英寸位密度位密度磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)；位磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)；位/ /英寸英寸面密度面密度位密度和道密度的乘積；位位密度和道密度的乘積；位/ /平方英寸平方英寸2. 2. 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量：一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)：一個(gè)磁盤存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)分為格式化容量和非格式化容量分為格式化容量和非格式化容量格式化容量格式化容量按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，按照某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量也就是用戶可以真正使用的容量非格式化容量非格式化容量磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)格式

17、化容量一般是非格式化容量的格式化容量一般是非格式化容量的60%60%70%70%7.2.5 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)3. 3. 平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間：存取時(shí)間存取時(shí)間：從發(fā)出讀寫命令，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記：從發(fā)出讀寫命令，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼魉蛿?shù)據(jù)所錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⒓由蟼魉蛿?shù)據(jù)所需的時(shí)間需的時(shí)間它與三個(gè)因素有關(guān)：它與三個(gè)因素有關(guān)：找道時(shí)間找道時(shí)間等待時(shí)間等待時(shí)間數(shù)據(jù)傳送時(shí)間數(shù)據(jù)傳送時(shí)間找道時(shí)間和等待時(shí)間是隨機(jī)變化的，找道時(shí)間和等待時(shí)間是隨機(jī)變化的， 因此往往用平均值來表示因此往往用平均值來

18、表示平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，常取與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，常取磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間的一半磁盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間的一半平均存取時(shí)間平均存取時(shí)間其中，其中，n n是磁盤旋轉(zhuǎn)速率；是磁盤旋轉(zhuǎn)速率；b b是傳送的字節(jié)數(shù)；是傳送的字節(jié)數(shù)；NN是每磁道字節(jié)數(shù)是每磁道字節(jié)數(shù)4. 4. 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；傳輸單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)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)速度為每秒從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n n轉(zhuǎn)，每條磁道容量轉(zhuǎn)，每條磁道容量為為NN個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=n

19、NDr=nN( (字節(jié)字節(jié)/ /秒秒) )，也可以寫成，也可以寫成Dr=DDr=Dv v( (字節(jié)字節(jié)/ /秒秒) )，其中，其中D D為位密度，為位密度，v v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度nNbnTTsa21【例例1 1】磁盤組有磁盤組有6 6片磁盤，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)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)徑面不用。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm 22cm ，外徑，外徑33cm33cm，道密度為，道密度為4040道道/cm/cm，內(nèi)層位密度內(nèi)層位密度400400位位/cm/cm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速60006000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分。問：分。問：(1)(1)共有多少柱面共有多少柱

20、面? ? (2)(2)盤組總存儲(chǔ)容量是多少盤組總存儲(chǔ)容量是多少? ? (3)(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少數(shù)據(jù)傳輸率多少? ? (4)(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? ?尋尋址命令中如何表示磁盤地址址命令中如何表示磁盤地址? ? (5)(5)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)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)柱面上存儲(chǔ)面上，還是記錄在同一個(gè)柱面上? ? 解答解答(1)(2)(3)解答解答(4)(5)【解解】(1)(1)柱面數(shù)柱面數(shù)=每個(gè)盤面的磁道數(shù)每個(gè)盤面的磁道數(shù)=(=(

21、外直徑外直徑- -內(nèi)直徑內(nèi)直徑)/2)/2 道密度道密度=(33-22)/2=(33-22)/2 40=40=40405.5=2205.5=220，即有，即有220220個(gè)柱面?zhèn)€柱面(2)(2)內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為2R=22R=23.143.1411=69.08(cm)11=69.08(cm) 每道信息量每道信息量=400=400位位/cm/cm69.08cm=2763269.08cm=27632位位=3454B=3454B 每面信息量每面信息量=3454B=3454B220=759880B220=759880B 盤組總?cè)萘勘P組總?cè)萘?759880B759880B10=7598800B

22、10=7598800B(3)(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nNDr=nN，NN為每條磁道容量，為每條磁道容量， N=3454BN=3454B，n n為磁盤轉(zhuǎn)速，為磁盤轉(zhuǎn)速，n=6000n=6000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/60/60秒秒=100=100轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒秒 Dr=nN=100Dr=nN=1003454B=345400B/s3454B=345400B/s題目題目(4)(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( (一一個(gè)扇區(qū)個(gè)扇區(qū)) )，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的，每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)

23、據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式：數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式： 此地址格式表示有此地址格式表示有4 4臺(tái)磁盤，每臺(tái)有臺(tái)磁盤，每臺(tái)有1616個(gè)記錄面，每面有個(gè)記錄面，每面有256256個(gè)個(gè)磁道，每道有磁道，每道有1616個(gè)扇區(qū)個(gè)扇區(qū) (5)(5)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)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)柱面上，因?yàn)橹嫔希驗(yàn)椴恍枰匦抡业啦恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀，數(shù)據(jù)讀/ /寫速度快寫速度快題目題目17 1615 87 43 0臺(tái)號(hào)臺(tái)號(hào)柱面柱面(磁道磁道)號(hào)號(hào)盤面盤面(磁頭磁頭)號(hào)號(hào)扇區(qū)號(hào)扇區(qū)號(hào)n例：例：某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為

24、某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，共有分，共有4個(gè)記錄盤面，個(gè)記錄盤面，5道道/mm，每，每道記錄信息道記錄信息12 288字節(jié)，最小磁道直徑為字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有，共有275道，求：道，求：(1) 磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量 (2) 最高位密度最高位密度(最小磁道的位密度最小磁道的位密度)和最低位密和最低位密度度 (3) 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率 (4) 平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間(5) 給出一個(gè)磁盤地址格式方案給出一個(gè)磁盤地址格式方案(設(shè)每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)設(shè)每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié))【解解】(1) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量為：為：12288字節(jié)字節(jié)/道道 275道

25、道 4面面=13 516 800字節(jié)字節(jié)(2) 最高位密度最高位密度：最大直徑為：最大直徑為：230+275/5 2=340mm最低位密度最低位密度：12288 8位位/(340mm) 92位位/mm(3) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分=50轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/s，數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率：12288B 50=614400B/s(4) 平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間：1/50/2=0.01s=10ms(5) 磁盤地址由記錄面號(hào)、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)磁盤地址由記錄面號(hào)、磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)3部分構(gòu)成部分構(gòu)成其中其中4個(gè)記錄面，故記錄面號(hào)占個(gè)記錄面，故記錄面號(hào)占2位；位；275個(gè)磁道，磁道號(hào)占個(gè)磁道，磁道號(hào)占9位；每個(gè)磁道位；每個(gè)磁道

26、所含的扇區(qū)數(shù)為所含的扇區(qū)數(shù)為12288/512=24，故扇區(qū)號(hào)占，故扇區(qū)號(hào)占5位位由此，磁道的地址可采用下面的格式：由此，磁道的地址可采用下面的格式：mmmmB位1361723012288d1228815 1413 54 0記錄面號(hào)記錄面號(hào)磁道號(hào)磁道號(hào)扇區(qū)號(hào)扇區(qū)號(hào)7.3 磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展7.3.1 7.3.1 磁盤磁盤CacheCache 1. 1. 磁盤磁盤CacheCache的概念的概念 減少對(duì)磁盤存儲(chǔ)器的存取時(shí)間的減少對(duì)磁盤存儲(chǔ)器的存取時(shí)間的措施措施：提高提高磁盤機(jī)主軸轉(zhuǎn)速磁盤機(jī)主軸轉(zhuǎn)速；提高；提高I/OI/O總線速度總線速度；采用；采用磁盤磁盤cacheca

27、che等等設(shè)置設(shè)置磁盤磁盤cachecache的目的的目的：彌補(bǔ)慢速磁盤和主存之間的速度差異：彌補(bǔ)慢速磁盤和主存之間的速度差異2.2.磁盤磁盤CacheCache的原理的原理cachecache行：行：由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位由一些數(shù)據(jù)塊組成的一個(gè)基本單位訪問過程：訪問過程：命中及不命中時(shí)的讀出操作、寫入操作命中及不命中時(shí)的讀出操作、寫入操作實(shí)現(xiàn)的原理：實(shí)現(xiàn)的原理：被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時(shí)間局部性被訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時(shí)間局部性原理，目原理，目前大多數(shù)磁盤驅(qū)動(dòng)器中都使用了前大多數(shù)磁盤驅(qū)動(dòng)器中都使用了預(yù)讀策略預(yù)讀策略與與CPUCPU的的CacheCache的不同：的不同：一次存取的數(shù)量

28、大，數(shù)據(jù)集中，速度要一次存取的數(shù)量大，數(shù)據(jù)集中，速度要求較求較CPUCPU的的cachecache低，管理工作較復(fù)雜，因此一般由低，管理工作較復(fù)雜，因此一般由硬件和軟件硬件和軟件共同完成共同完成；其中；其中cachecache采用采用SRAMSRAM或或DRAMDRAM目錄目錄多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存系統(tǒng)多臺(tái)磁盤存儲(chǔ)器組成的大容量外存系統(tǒng)構(gòu)造基礎(chǔ)：構(gòu)造基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)分塊技術(shù)數(shù)據(jù)分塊技術(shù)和和并行處理技術(shù)并行處理技術(shù)；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并并行存儲(chǔ)、交叉存儲(chǔ)、單獨(dú)存儲(chǔ)行存儲(chǔ)、交叉存儲(chǔ)、單獨(dú)存儲(chǔ)；一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，還；一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，還可利用冗余信息重建用戶信息可利用冗余信息重

29、建用戶信息RAIDRAID標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)：按應(yīng)用需求：按應(yīng)用需求( (存儲(chǔ)容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、存儲(chǔ)容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/OI/O請(qǐng)求速率請(qǐng)求速率等等) )不同，分為不同，分為7 7級(jí)級(jí)(RAID 0(RAID 0RAID 6)RAID 6)舉例：舉例：RAID 0RAID 0級(jí)級(jí)用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高速I/OI/O請(qǐng)求請(qǐng)求lRAID 0RAID 0低成本比可靠性更重要，低成本比可靠性更重要，未采用奇偶校驗(yàn)等冗余技術(shù)未采用奇偶校驗(yàn)等冗余技術(shù)l用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上用戶和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上l與單個(gè)大容量磁盤相比的與單個(gè)大容量磁盤相比的優(yōu)

30、點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：若兩個(gè)：若兩個(gè)I/OI/O請(qǐng)求正在等待不同請(qǐng)求正在等待不同的數(shù)據(jù)塊，則被請(qǐng)求的塊可能在不同的盤上的數(shù)據(jù)塊，則被請(qǐng)求的塊可能在不同的盤上兩個(gè)請(qǐng)求能并兩個(gè)請(qǐng)求能并行發(fā)出，減少行發(fā)出，減少I/OI/O排隊(duì)的時(shí)間排隊(duì)的時(shí)間7.3.2 磁盤陣列磁盤陣列RAID(廉價(jià)冗余磁盤陣列廉價(jià)冗余磁盤陣列Redundant Array of Inexpensive Disks)RAID 0RAID 0級(jí)陣列的數(shù)據(jù)映射級(jí)陣列的數(shù)據(jù)映射邏輯條帶、物理?xiàng)l帶、條帶集邏輯條帶、物理?xiàng)l帶、條帶集數(shù)據(jù)條帶在陣列磁盤中的數(shù)據(jù)條帶在陣列磁盤中的分布方式及其優(yōu)點(diǎn)分布方式及其優(yōu)點(diǎn)負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)邏輯邏輯磁盤和物磁盤和物理磁盤間理磁盤間的

31、映射的映射(1) (1) 軟磁盤驅(qū)動(dòng)器軟磁盤驅(qū)動(dòng)器盤片有柔軟的聚酯材料組成；磁頭盤片有柔軟的聚酯材料組成；磁頭接觸式讀寫接觸式讀寫( (速度慢速度慢) )目前的軟盤直徑為目前的軟盤直徑為3.53.5英寸，英寸，300300轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分，容量為分，容量為1.44MB1.44MB(2) ZIP(2) ZIP和和JAZJAZ磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器ZIPZIP是高容量軟盤，磁頭是高容量軟盤，磁頭非接觸非接觸，速度快轉(zhuǎn)速達(dá)，速度快轉(zhuǎn)速達(dá)30003000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分，容分，容量大量大250MB250MBJAZJAZ介于軟盤和硬盤之間，容量達(dá)介于軟盤和硬盤之間，容量達(dá)1GB1GB或或2GB2GB，盤片價(jià)格昂貴

32、，盤片價(jià)格昂貴(3) (3) 可移動(dòng)硬盤驅(qū)動(dòng)器可移動(dòng)硬盤驅(qū)動(dòng)器容量達(dá)容量達(dá)80G80G 250GB250GB7.3.3 可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備 7.4 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備磁帶存儲(chǔ)設(shè)備(不講不講)n磁帶機(jī)的磁帶機(jī)的記錄原理與磁盤機(jī)基本相同記錄原理與磁盤機(jī)基本相同，只是它的載磁體是一種，只是它的載磁體是一種帶狀塑料帶狀塑料n寫入寫入：通過磁頭把信息代碼記錄在磁帶上：通過磁頭把信息代碼記錄在磁帶上n讀出讀出：當(dāng)記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動(dòng)時(shí)，就可在磁頭線圈：當(dāng)記錄有代碼的磁帶在磁頭下移動(dòng)時(shí)，就可在磁頭線圈上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)n磁帶存儲(chǔ)設(shè)備磁帶存儲(chǔ)設(shè)備由磁帶機(jī)和磁帶組成由磁帶機(jī)和磁帶組成，它通

33、常用作為，它通常用作為海量存儲(chǔ)設(shè)海量存儲(chǔ)設(shè)備備的數(shù)據(jù)備份的數(shù)據(jù)備份n磁帶上的數(shù)據(jù)采用磁帶上的數(shù)據(jù)采用順序訪問順序訪問方式方式速度比磁盤慢速度比磁盤慢目錄目錄7.5 光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤和磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備7.5.1 7.5.1 光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤存儲(chǔ)設(shè)備 CD-ROMCD-ROM光盤光盤只讀型光盤系統(tǒng)的只讀型光盤系統(tǒng)的原理原理：光盤上的信息以坑點(diǎn)形式分布，：光盤上的信息以坑點(diǎn)形式分布，有坑點(diǎn)表示有坑點(diǎn)表示“1 1”，無坑點(diǎn)表示，無坑點(diǎn)表示“0 0” ；讀出時(shí)，當(dāng)激光束聚；讀出時(shí)，當(dāng)激光束聚焦點(diǎn)照射在凹坑上時(shí)將發(fā)生衍射，反射率低，根據(jù)反射光焦點(diǎn)照射在凹坑上時(shí)將發(fā)生衍射，反射率低，根據(jù)反射光的光強(qiáng)變

34、化并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息的光強(qiáng)變化并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息光道：光道：信息記錄的軌跡信息記錄的軌跡扇區(qū)：扇區(qū)：光盤的光盤的最小尋址單位最小尋址單位，光道分為若干扇區(qū)，光道分為若干扇區(qū)【例例6 6】CD-ROMCD-ROM光盤的外緣有光盤的外緣有5mm5mm寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標(biāo)準(zhǔn)的播放時(shí)一般不使用，故標(biāo)準(zhǔn)的播放時(shí) 間為間為6060分鐘。計(jì)算模式分鐘。計(jì)算模式1 1和和模式模式2 2情況下光盤存儲(chǔ)容量是多少情況下光盤存儲(chǔ)容量是多少? ?目錄目錄CD-ROM盤片存儲(chǔ)機(jī)理盤片存儲(chǔ)機(jī)理扇區(qū)的結(jié)構(gòu)扇區(qū)的結(jié)構(gòu)同步同步(SYNC)區(qū)：區(qū)：標(biāo)志扇區(qū)的

35、開始，標(biāo)志扇區(qū)的開始，2個(gè)全個(gè)全0字節(jié)和字節(jié)和10個(gè)全個(gè)全1字節(jié)字節(jié)組成組成扇區(qū)標(biāo)識(shí)扇區(qū)標(biāo)識(shí)(ID)區(qū)：區(qū)：說明此扇區(qū)的地址和工作模式，說明此扇區(qū)的地址和工作模式，4字節(jié)字節(jié)l光盤扇區(qū)的光盤扇區(qū)的地址編碼地址編碼：以分：以分(MN)、秒、秒(SC)和分?jǐn)?shù)秒和分?jǐn)?shù)秒(FR，1/75s)時(shí)間值作為地址，由于光盤的時(shí)間值作為地址，由于光盤的恒定線速度恒定線速度是每秒鐘讀出是每秒鐘讀出75個(gè)扇個(gè)扇區(qū)，故區(qū)，故FR的值實(shí)際上就是秒內(nèi)的扇區(qū)號(hào)的值實(shí)際上就是秒內(nèi)的扇區(qū)號(hào)(0 74)lMD：模式控制，控制數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的使用，有三種模式：模式控制，控制數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的使用，有三種模式分為分為4個(gè)區(qū)域個(gè)區(qū)域MD

36、控制的三種模式控制的三種模式模式模式0 0：數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的全部數(shù)據(jù)區(qū)和校驗(yàn)區(qū)的全部23362336個(gè)字節(jié)都是個(gè)字節(jié)都是0 0，這種扇區(qū)不，這種扇區(qū)不用于記錄數(shù)據(jù)，用作光盤的導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū)用于記錄數(shù)據(jù)，用作光盤的導(dǎo)入?yún)^(qū)和導(dǎo)出區(qū)模式模式1 1：288288字節(jié)的校驗(yàn)區(qū)為字節(jié)的校驗(yàn)區(qū)為4 4字節(jié)的檢測(cè)碼字節(jié)的檢測(cè)碼(EDC)(EDC)、8 8字節(jié)的保字節(jié)的保留域留域( (未定義未定義) )和和276276字節(jié)的糾錯(cuò)碼字節(jié)的糾錯(cuò)碼(ECC)(ECC)，這種扇區(qū)模式有，這種扇區(qū)模式有20482048字節(jié)的數(shù)據(jù)并有很強(qiáng)的檢測(cè)和糾錯(cuò)能力，適合于保存計(jì)算機(jī)的字節(jié)的數(shù)據(jù)并有很強(qiáng)的檢測(cè)和糾錯(cuò)能力，適合于保存計(jì)算

37、機(jī)的程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)模式模式2 2：288288字節(jié)的檢驗(yàn)區(qū)也用于存放數(shù)據(jù)，用于保存聲音、圖字節(jié)的檢驗(yàn)區(qū)也用于存放數(shù)據(jù)，用于保存聲音、圖像等對(duì)誤碼率要求不高的數(shù)據(jù)像等對(duì)誤碼率要求不高的數(shù)據(jù) 【解解】 扇區(qū)總數(shù)扇區(qū)總數(shù)=60=60606075=270000(75=270000(扇區(qū)扇區(qū)) ) 模式模式1 1存放存放計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)容量為，其存儲(chǔ)容量為2700002700002048=527MB 2048=527MB 模式模式2 2存放存放聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)聲音、圖像等多媒體數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)容量為，其存儲(chǔ)容量為2700002700002336=601MB2336=601

38、MBWORM、CD-R光盤光盤WORM一次寫多次讀一次寫多次讀CD-R：是是WORM的一種；允許多次分段寫數(shù)據(jù)的一種；允許多次分段寫數(shù)據(jù)CD-RW光盤光盤可重復(fù)寫可重復(fù)寫DVD-ROM光盤光盤全稱數(shù)字化視頻光盤，后演變成全稱數(shù)字化視頻光盤，后演變成數(shù)字化通用光盤數(shù)字化通用光盤的簡(jiǎn)稱的簡(jiǎn)稱與與CD-ROM的的區(qū)別區(qū)別：凹陷區(qū)的大小相對(duì)更小些，使存儲(chǔ)信息：凹陷區(qū)的大小相對(duì)更小些，使存儲(chǔ)信息總量更大；雙面可寫，有的甚至多層可寫總量更大；雙面可寫，有的甚至多層可寫磁光磁光 (MO(MOMagnet Optical)Magnet Optical)盤：磁場(chǎng)技術(shù)和激光技術(shù)相結(jié)合盤：磁場(chǎng)技術(shù)和激光技術(shù)相結(jié)合由

39、磁道和扇區(qū)組成，可隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息由磁道和扇區(qū)組成，可隨機(jī)寫入、擦除或重寫信息與純磁盤的與純磁盤的基本區(qū)別基本區(qū)別：磁表面需要高溫來改變磁極，因此在常：磁表面需要高溫來改變磁極，因此在常溫下是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)不會(huì)改變溫下是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)不會(huì)改變基本基本工作原理工作原理：l寫入數(shù)據(jù)：寫入數(shù)據(jù)：利用利用熱磁效應(yīng)熱磁效應(yīng)，當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點(diǎn)加，當(dāng)激光束將磁光介質(zhì)上的記錄點(diǎn)加熱到熱到居里點(diǎn)溫度居里點(diǎn)溫度以上時(shí)，外加磁場(chǎng)作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，以上時(shí)，外加磁場(chǎng)作用改變記錄點(diǎn)的磁化方向，而不同的磁化方向可表示數(shù)字而不同的磁化方向可表示數(shù)字“0 0”和和“1 1”l讀出數(shù)據(jù)：讀出數(shù)據(jù)：利用利用

40、磁光克爾效應(yīng)，磁光克爾效應(yīng)，當(dāng)激光束照射到記錄點(diǎn)時(shí)，記當(dāng)激光束照射到記錄點(diǎn)時(shí)，記錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起反射光的偏振面發(fā)生不同結(jié)果，錄點(diǎn)的磁化方向不同，會(huì)引起反射光的偏振面發(fā)生不同結(jié)果，從而檢測(cè)出所記錄的數(shù)據(jù)從而檢測(cè)出所記錄的數(shù)據(jù)“1 1”或或“0 0”7.5.2 磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備磁光盤存儲(chǔ)設(shè)備 磁光盤操作的四種情況：磁光盤操作的四種情況：圖圖(a)(a)表示未編碼的磁盤，例如所有磁化點(diǎn)均存表示未編碼的磁盤，例如所有磁化點(diǎn)均存“0 0”。圖圖(b)(b)表示寫操作：高功率激光束照射加熱點(diǎn)表示寫操作：高功率激光束照射加熱點(diǎn)（記錄點(diǎn)），磁頭線圈中外加電流后產(chǎn)生的磁（記錄點(diǎn)），磁頭線圈中外加電流后產(chǎn)

41、生的磁場(chǎng)使其對(duì)應(yīng)的記錄點(diǎn)產(chǎn)生相反的磁性微粒，從場(chǎng)使其對(duì)應(yīng)的記錄點(diǎn)產(chǎn)生相反的磁性微粒，從而寫入而寫入“1 1”。圖圖(c)(c)表示讀操作：低功率的激光束反射掉相反表示讀操作：低功率的激光束反射掉相反極性的磁性粒子且使它的極性變化。如果這些極性的磁性粒子且使它的極性變化。如果這些粒子沒有被反射掉，則反射激光束的極性是不粒子沒有被反射掉，則反射激光束的極性是不變化的。變化的。圖圖(d)(d)表示擦除操作：高功率激光束照射記表示擦除操作：高功率激光束照射記錄點(diǎn)，外加磁場(chǎng)改變方向，使磁性粒子恢復(fù)錄點(diǎn)，外加磁場(chǎng)改變方向，使磁性粒子恢復(fù)到原始極性。到原始極性。結(jié)論：結(jié)論：MOMO盤盤介質(zhì)材料發(fā)介質(zhì)材料發(fā)生

42、的物理特生的物理特性改變是可性改變是可逆變化，因逆變化，因此信息可重此信息可重寫寫7.6 顯示設(shè)備顯示設(shè)備7.6.1 7.6.1 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 顯示設(shè)備顯示設(shè)備以可見光的形式傳遞和處理信息以可見光的形式傳遞和處理信息顯示設(shè)備的分類顯示設(shè)備的分類 (1) (1) 按顯示設(shè)備所用的按顯示設(shè)備所用的顯示器件顯示器件分類：陰極射線管分類：陰極射線管(CRT)(CRT)顯示器、顯示器、液晶顯示器液晶顯示器(LCD)(LCD)、等離子顯示器等、等離子顯示器等(2) (2) 按所顯示的按所顯示的信息內(nèi)容信息內(nèi)容分類：字符分類：字符/ /圖形顯示器、圖像顯示器圖形顯示器、圖

43、像顯示器CRTCRT顯示設(shè)備的分類顯示設(shè)備的分類按按掃描方式掃描方式分類：光柵掃描和隨機(jī)掃描分類：光柵掃描和隨機(jī)掃描按按分辨率分辨率分類：高分辨率顯示器和低分辨率顯示器分類：高分辨率顯示器和低分辨率顯示器按顯示的按顯示的顏色顏色分類：?jiǎn)紊诸悾簡(jiǎn)紊? (黑白黑白) )顯示器和彩色顯示器顯示器和彩色顯示器按熒光屏按熒光屏對(duì)角線長(zhǎng)度對(duì)角線長(zhǎng)度：1212英寸、英寸、1414英寸、英寸、1616英寸、英寸、1919英寸等英寸等目錄目錄1. 1.分辨率和灰度級(jí)分辨率和灰度級(jí)分辨率：分辨率：顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)；像素越密，分辨率越顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)；像素越密，分辨率越高，圖像越清晰高，圖像越清晰

44、影響分辨率影響分辨率的因素：顯象管的因素：顯象管熒光粉的粒度熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸熒光屏的尺寸和和CRTCRT電子束的電子束的聚焦能力聚焦能力灰度級(jí)：灰度級(jí)：黑白顯示器中所顯示像素點(diǎn)的黑白顯示器中所顯示像素點(diǎn)的亮暗差別亮暗差別；彩色顯示；彩色顯示器中表現(xiàn)為器中表現(xiàn)為顏色的差別顏色的差別；灰度級(jí)越多，圖像層次越清楚逼真；灰度級(jí)越多，圖像層次越清楚逼真 影響灰度級(jí)影響灰度級(jí)的因素的因素: : 每個(gè)像素對(duì)應(yīng)每個(gè)像素對(duì)應(yīng)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)、CRTCRT本身的性能本身的性能單色顯示器單色顯示器；多灰度級(jí)多灰度級(jí)黑白顯示器；圖像顯示器的灰度級(jí)一般黑白顯示器；圖像顯示器的灰度級(jí)一般

45、在在256256級(jí)以上級(jí)以上2.2.刷新和刷新存儲(chǔ)器刷新和刷新存儲(chǔ)器刷新刷新：為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，：為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，使電子束不斷使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕的過程的過程刷新頻率刷新頻率：刷新頻率：刷新頻率大于大于3030次次/ /秒秒才不會(huì)感到閃爍；顯示才不會(huì)感到閃爍；顯示設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新5050幀圖像幀圖像刷新存儲(chǔ)器刷新存儲(chǔ)器( (視頻存儲(chǔ)器視頻存儲(chǔ)器) )：為了不斷提供刷新圖像的信號(hào)，：為了不斷提供刷新圖像的信號(hào)，用于用于存儲(chǔ)一幀圖像信息存儲(chǔ)一幀圖像信息的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器刷新存儲(chǔ)器的刷新存

46、儲(chǔ)器的重要技術(shù)指標(biāo)：重要技術(shù)指標(biāo)：容量容量：由：由圖像分辨率和灰度級(jí)決定圖像分辨率和灰度級(jí)決定，M=rM=r C C例如：一個(gè)容量為例如：一個(gè)容量為1MB1MB的刷新存儲(chǔ)器，在用于分辨率為的刷新存儲(chǔ)器，在用于分辨率為1024102410241024的顯示器時(shí)，其顏色深度只可能有的顯示器時(shí)，其顏色深度只可能有256256色色(1)(1) 存取周期存取周期：必須滿足刷新頻率的要求：必須滿足刷新頻率的要求1. 1.字符顯示字符顯示字符的字符的顯示方法顯示方法：以：以mmn n點(diǎn)陣點(diǎn)陣為基礎(chǔ)構(gòu)造字符為基礎(chǔ)構(gòu)造字符點(diǎn)陣信息的點(diǎn)陣信息的存儲(chǔ)存儲(chǔ)：按行存入由：按行存入由ROMROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中構(gòu)成的字

47、符發(fā)生器中(3) (3) 字符的字符的顯示過程顯示過程：在：在CRTCRT進(jìn)行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)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)陣中生器中依次讀出某個(gè)字符的點(diǎn)陣，按照點(diǎn)陣中0 0和和1 1代碼不代碼不同控制掃描電子束的關(guān)或開，從而在屏幕上顯示出字符同控制掃描電子束的關(guān)或開，從而在屏幕上顯示出字符(4) (4) 點(diǎn)陣的點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符窗：點(diǎn)陣的多少取決于顯示字符的質(zhì)量和字符窗口的大小口的大小字符窗口字符窗口每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)，包括字符顯示點(diǎn)每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)，包括字符顯示點(diǎn)陣和字符間隔陣和字符間隔7.6

48、.2字符字符/圖形顯示器圖形顯示器7 79 9點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(5) (5) 字符字符顯示原理顯示原理 字符信息的存儲(chǔ)字符信息的存儲(chǔ)：每個(gè)字符窗口要顯示字符的：每個(gè)字符窗口要顯示字符的ASCIIASCII代碼被存代碼被存放在視頻存儲(chǔ)器放在視頻存儲(chǔ)器VRAMVRAM中，以備刷新中，以備刷新如：如：2525行行8080列的顯示器，列的顯示器，VRAMVRAM至少應(yīng)有至少應(yīng)有20002000個(gè)單元存放被顯個(gè)單元存放被顯示的字符信息示的字符信息 字符發(fā)生器字符發(fā)生器ROMROM的尋址的尋址：高位地址來自：高位地址來自VRAMVRAM的的ASCIIASCII代碼；代碼；低位地址來自光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出低

49、位地址來自光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出RARA3 3RARA0 0，它指向這個(gè)，它指向這個(gè)字形點(diǎn)陣中的某個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣中的某個(gè)字節(jié) 顯示一個(gè)字符的過程顯示一個(gè)字符的過程：按照：按照VRAMVRAM中的中的ASCIIASCII碼和光柵地址計(jì)碼和光柵地址計(jì)數(shù)器訪問數(shù)器訪問ROMROM，依次取出字形點(diǎn)陣，即可顯示一個(gè)字符，依次取出字形點(diǎn)陣，即可顯示一個(gè)字符2.2.圖形顯示圖形顯示根據(jù)產(chǎn)生圖形的方法不同，分為兩種：根據(jù)產(chǎn)生圖形的方法不同，分為兩種：(1)(1)隨機(jī)掃描圖形顯示器隨機(jī)掃描圖形顯示器 將所顯示圖形的一組將所顯示圖形的一組坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)和和繪圖命令繪圖命令組成組成顯示文件顯示文件存放存放于緩沖存儲(chǔ)器，

50、該顯示文件控制于緩沖存儲(chǔ)器，該顯示文件控制矢量矢量( (線段線段) )產(chǎn)生器產(chǎn)生器產(chǎn)生相應(yīng)的產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動(dòng)模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：分辨率高分辨率高( (可達(dá)可達(dá)4096409640964096個(gè)像素個(gè)像素) )，顯示的曲線平滑；，顯示的曲線平滑；但顯示復(fù)雜圖形時(shí)，會(huì)有閃爍感但顯示復(fù)雜圖形時(shí)，會(huì)有閃爍感 (2)(2)光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器 用用相鄰像素串接法相鄰像素串接法產(chǎn)生圖形，即曲線由相鄰像素串接而成產(chǎn)生圖形，即曲線由相鄰像素串接而成顯示原理：顯示原理：存儲(chǔ)屏幕上每個(gè)像素的信息，然后按地址順序逐個(gè)存儲(chǔ)屏幕上每個(gè)像素的信

51、息，然后按地址順序逐個(gè)地刷新顯示在屏幕上地刷新顯示在屏幕上特點(diǎn)：特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，灰度層次多，顯示復(fù)雜圖形無閃爍；產(chǎn)生的通用性強(qiáng)，灰度層次多，顯示復(fù)雜圖形無閃爍；產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能【例例3 3】IBM PCIBM PC機(jī)漢字顯示原理圖如下，請(qǐng)分析此原理圖并進(jìn)機(jī)漢字顯示原理圖如下，請(qǐng)分析此原理圖并進(jìn)行文字說明。行文字說明?！窘饨狻吭谠贗BM PCIBM PC系列微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，漢字輸出是利用通用顯系列微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，漢字輸出是利用通用顯示器和打印機(jī)示器和打印機(jī) ，在主機(jī)內(nèi)部由，在主機(jī)內(nèi)部由通用的圖形顯示卡形成點(diǎn)陣碼通用的圖形顯示卡

52、形成點(diǎn)陣碼以以后，將點(diǎn)陣碼送到輸出設(shè)備，輸出設(shè)備只要具有輸出點(diǎn)陣的能后，將點(diǎn)陣碼送到輸出設(shè)備，輸出設(shè)備只要具有輸出點(diǎn)陣的能力就可以輸出漢字。以這種方式輸出的漢字是在設(shè)備可以畫點(diǎn)力就可以輸出漢字。以這種方式輸出的漢字是在設(shè)備可以畫點(diǎn)的圖形方式下實(shí)現(xiàn)的，因此常稱這種漢字為的圖形方式下實(shí)現(xiàn)的，因此常稱這種漢字為圖形漢字圖形漢字如圖如圖7.167.16所示，通過鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼所示，通過鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成漢字機(jī)內(nèi)代碼漢字機(jī)內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時(shí)要用輸入碼到碼表中檢，轉(zhuǎn)換時(shí)要用輸入碼到碼表中檢索機(jī)內(nèi)碼，得到兩個(gè)字節(jié)的機(jī)內(nèi)碼，字形檢索程序索機(jī)內(nèi)碼，得到兩個(gè)

53、字節(jié)的機(jī)內(nèi)碼，字形檢索程序用機(jī)內(nèi)碼檢用機(jī)內(nèi)碼檢索字模庫(kù)索字模庫(kù)，查出表示一個(gè)字形的，查出表示一個(gè)字形的3232個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣送顯示輸出送顯示輸出主觀圖像主觀圖像( (圖形圖形) )：用計(jì)算機(jī)表示和生成的圖，只需存儲(chǔ)繪圖命令：用計(jì)算機(jī)表示和生成的圖，只需存儲(chǔ)繪圖命令和坐標(biāo)點(diǎn)，沒有必要存儲(chǔ)每個(gè)像素點(diǎn)和坐標(biāo)點(diǎn)，沒有必要存儲(chǔ)每個(gè)像素點(diǎn)客觀圖像客觀圖像( (圖像圖像) )：處理的對(duì)象是由攝像機(jī)攝取下來存入計(jì)算機(jī)的：處理的對(duì)象是由攝像機(jī)攝取下來存入計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像，數(shù)字化后逐點(diǎn)存儲(chǔ)，占用非常龐大的主存空間數(shù)字圖像，數(shù)字化后逐點(diǎn)存儲(chǔ)，占用非常龐大的主存空間圖像顯示器有兩種類型：圖像顯示器有兩種

54、類型：1. 1.簡(jiǎn)單圖像顯示器簡(jiǎn)單圖像顯示器 不做任何處理，僅僅顯示由計(jì)算機(jī)送來的數(shù)字圖像；圖像不做任何處理，僅僅顯示由計(jì)算機(jī)送來的數(shù)字圖像；圖像處理操作在計(jì)算機(jī)中完成處理操作在計(jì)算機(jī)中完成2.2.圖形處理子系統(tǒng)圖形處理子系統(tǒng) 是是具有并行處理功能的專用計(jì)算機(jī)具有并行處理功能的專用計(jì)算機(jī)，內(nèi)部有，內(nèi)部有大容量存儲(chǔ)器大容量存儲(chǔ)器和高速處理器和高速處理器，不僅能完成顯示，還可，不僅能完成顯示，還可快速執(zhí)行許多圖像處理快速執(zhí)行許多圖像處理算法算法；圖形工作站圖形工作站屬于圖形處理子系統(tǒng)屬于圖形處理子系統(tǒng)7.6.3 圖像顯示設(shè)備圖像顯示設(shè)備 圖像輸入控制板圖像輸入控制板( (視頻數(shù)字化儀視頻數(shù)字化儀)

55、 )組成：組成： I/O I/O接口、圖像存儲(chǔ)器接口、圖像存儲(chǔ)器( (刷新存儲(chǔ)器刷新存儲(chǔ)器) )、A/DA/D與與D/AD/A變換變換圖像輸入控制板功能：圖像輸入控制板功能：實(shí)現(xiàn)連續(xù)的視頻信號(hào)與離散的數(shù)字量之實(shí)現(xiàn)連續(xù)的視頻信號(hào)與離散的數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換；接收攝像機(jī)模擬視頻輸入信號(hào)，經(jīng)；接收攝像機(jī)模擬視頻輸入信號(hào)，經(jīng)A/DA/D變換為數(shù)字變換為數(shù)字量存入刷新存儲(chǔ)器用于顯示，并可傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理；量存入刷新存儲(chǔ)器用于顯示，并可傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理；處理后的結(jié)果送回刷存，經(jīng)處理后的結(jié)果送回刷存，經(jīng)D/AD/A變換成模擬視頻輸出，由監(jiān)視變換成模擬視頻輸出，由監(jiān)視器顯示輸出器顯示輸出監(jiān)

56、視器：監(jiān)視器：只含只含掃描、視頻放大等掃描、視頻放大等與顯示有關(guān)的電路及顯像管與顯示有關(guān)的電路及顯像管1. 1.顯示標(biāo)準(zhǔn)顯示標(biāo)準(zhǔn)PCPC機(jī)采用的顯示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷的變化：機(jī)采用的顯示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷的變化：MDA CGA EGA VGA SuperVGAMDA CGA EGA VGA SuperVGAMDA(Monochrome Display Adapter)MDA(Monochrome Display Adapter)單色字符顯示適單色字符顯示適配器，配器，9 91414點(diǎn)陣的字符窗口，點(diǎn)陣的字符窗口， 滿屏顯示滿屏顯示8080列列2525行字符，分行字符，分辨率為辨率為720720350350個(gè)像素個(gè)

57、像素CGA (Color Graphics Adapter)CGA (Color Graphics Adapter)彩色圖形彩色圖形/ /字符顯示適配字符顯示適配器，兼容字符和圖形兩種顯示方式；圖形方式下，可顯示器，兼容字符和圖形兩種顯示方式；圖形方式下，可顯示320320200200像素四種顏色的彩色圖形像素四種顏色的彩色圖形EGA(Enhanced Graphics Adapter)EGA(Enhanced Graphics Adapter)兼容兼容CGACGA和和MDAMDA各各種顯示方式，圖形方式下分辨率種顯示方式，圖形方式下分辨率640640350350，1616種顏色種顏色VGA(

58、Video Graphics Array)VGA(Video Graphics Array)字符窗口字符窗口9 91616點(diǎn)陣，圖形點(diǎn)陣，圖形方式下分辨率方式下分辨率640640480480，1616種顏色，或種顏色，或320320200200， 256256種顏種顏色；掃描頻率色；掃描頻率( (水平同步水平同步)31.5kHz)31.5kHz，刷新頻率，刷新頻率( (垂直同步垂直同步)60Hz)60Hz；還增添了一個(gè)新接口還增添了一個(gè)新接口VFCVFC，允許來自其他設(shè)備的圖形、圖像信，允許來自其他設(shè)備的圖形、圖像信號(hào)與適配器生成的圖形信號(hào)合成號(hào)與適配器生成的圖形信號(hào)合成 7.6.4 VESA

59、顯示標(biāo)準(zhǔn)顯示標(biāo)準(zhǔn)Super VGASuper VGA模式模式VESA(VESA(美國(guó)視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)美國(guó)視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)) )定義的定義的VGAVGA擴(kuò)展集，將顯示方式標(biāo)準(zhǔn)化；該模式除兼容擴(kuò)展集，將顯示方式標(biāo)準(zhǔn)化；該模式除兼容VGAVGA的顯示方的顯示方式外，式外， 還支持還支持1280128010241024像素光柵，每像素點(diǎn)像素光柵，每像素點(diǎn)2424位顏色深度，位顏色深度，刷新頻率可達(dá)刷新頻率可達(dá)75MHz75MHz2.VESA2.VESA(Video(Video Electronics Standard Association)Electronics Standard Associati

60、on)顯示模式顯示模式表表7.17.1 列出了列出了VESAVESA擴(kuò)充的標(biāo)準(zhǔn)顯示模式擴(kuò)充的標(biāo)準(zhǔn)顯示模式nMDAMDA，CGACGA，EGAEGA的顯示方式由的顯示方式由BIOSBIOS的一組功能調(diào)用的一組功能調(diào)用(INT 10h)(INT 10h)來設(shè)置和管理，使用來設(shè)置和管理，使用7 7位的方式碼位的方式碼nVESAVESA保留了這種方式，將保留了這種方式，將VGAVGA類顯示器及適配器所能支持的新類顯示器及適配器所能支持的新的顯示方式進(jìn)行定義，并為新的顯示方式指定了的顯示方式進(jìn)行定義，并為新的顯示方式指定了1515位的方式碼，位的方式碼，方式碼的方式碼的b b8 8位為位為VESAVES