第七章外圍設(shè)備課件

1、計(jì)算機(jī)組成原理第七章 外圍設(shè)備課程教學(xué)要求本章內(nèi)容： 7.1 外圍設(shè)備概述 7.2 顯示設(shè)備 7.3 輸入設(shè)備和打印設(shè)備 7.4 硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備 7.5 軟磁盤存儲(chǔ)設(shè)備 7.6 磁帶存儲(chǔ)設(shè)備 7.7 光盤存儲(chǔ)設(shè)備 本章小結(jié)7.1 外圍設(shè)備概述7.1.1 外圍設(shè)備的一般功能7.1.2 外圍設(shè)備的分類外圍設(shè)備7.1.1 外圍設(shè)備的一般功能 外圍設(shè)備的定義： 外圍設(shè)備涉及到相當(dāng)廣泛的計(jì)算機(jī)部件。除了CPU和主存外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的每一部分都可作為一個(gè)外圍設(shè)備來(lái)看待。 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)與用戶之間提供或建立起聯(lián)系。 外圍設(shè)備的基本組成： (1)存儲(chǔ)介質(zhì)，它具有保存信息的物

2、理特征。 (2)驅(qū)動(dòng)裝置，它用于移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。 (3)控制電路，它向存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)介質(zhì)接受數(shù)據(jù)。外圍設(shè)備7.1.2 外圍設(shè)備的分類 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配備什么樣的外圍設(shè)備，是根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定的。中央部分是CPU和主存，通過(guò)總線與第二層的適配器(接口)部件相連，第三層是各種外圍設(shè)備控制器，最外層則是外圍設(shè)備。 外圍設(shè)備可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備和過(guò)程控制設(shè)備幾大類，各類外設(shè)的工作模式、信息類型、處理速度和控制方式等都各自不同。所以，每一種外圍設(shè)備，都是在它自己的設(shè)備控制器控制下進(jìn)行工作，而設(shè)備控制器則通過(guò)適配器和主機(jī)連接，并受主機(jī)控制。 計(jì)算機(jī)的五大類外圍設(shè)備請(qǐng)參看

3、CAI演示。外圍設(shè)備7.2 顯示設(shè)備7.2.1 顯示設(shè)備的分類與一般概念7.2.2 字符/圖形顯示器7.2.3 圖象顯示設(shè)備7.2.4 IBM PC系列機(jī)的顯示系統(tǒng)外圍設(shè)備7.2.1 顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念 以可見(jiàn)光的形式傳遞和處理信息的設(shè)備叫顯示設(shè)備，是目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的人機(jī)界面設(shè)備。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。 CRT顯示設(shè)備的分類：（1）以掃描方式分類，分成光柵掃描和隨機(jī)掃描兩種顯示器；（2）以分辨率來(lái)分，分成高分辨率顯示器和低分辨率顯示器

4、；（3）以顯示的顏色分類，有單色(黑白)顯示器和彩色顯示器。（4）以CRT熒光屏對(duì)角線的長(zhǎng)度分類，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多種。 外圍設(shè)備分辨率：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的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。同時(shí)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(lái)存儲(chǔ)每個(gè)像素的信息?；叶燃?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)越多，圖像層次越清楚逼真?；叶燃?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。字符顯示器只用“0”“1”兩級(jí)灰度表示字符的有無(wú)，

5、這種只有兩級(jí)灰度的顯示器稱為單色顯示器。具有多種灰度級(jí)的黑白顯示器為多灰度級(jí)黑白顯示器。圖像顯示器的灰度級(jí)一般在256級(jí)以上。1.分辨率和灰度級(jí)外圍設(shè)備CRT發(fā)光是由電子束打在熒光粉上引起的。電子束掃過(guò)之后其發(fā)光亮度只能維持幾十毫秒便消失。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(guò)程叫做刷新。按人的視覺(jué)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)，每秒刷新50幀圖像。 為了不斷提供刷新圖像的信號(hào)，必須把一幀圖像信息存儲(chǔ)在刷新存儲(chǔ)器（也叫視頻存儲(chǔ)器）中。其存儲(chǔ)容量由圖像分辨率和灰度級(jí)決定。分辨率越高，灰度級(jí)越多，刷新存儲(chǔ)器容量越大。

6、刷新存儲(chǔ)器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。容量和存取周期是刷新存儲(chǔ)器的重要技術(shù)指標(biāo)。2.刷新和刷新存儲(chǔ)器外圍設(shè)備隨機(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。高質(zhì)量的圖形顯示器(如分辨率為40964096)采用隨機(jī)掃描方式。由于這種掃描方式的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)與電視標(biāo)準(zhǔn)不一致，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。 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(guò)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

7、描方式，但由于電視技術(shù)業(yè)已成熟，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除高質(zhì)量圖形顯示器外，大部分字符、圖形、圖像顯示器都采用光柵掃描方式。 3.隨機(jī)掃描和光柵掃描 外圍設(shè)備7.2.2字符/圖形顯示器 1.字符顯示顯示字符的方法以點(diǎn)陣為基礎(chǔ)。點(diǎn)陣是由mn個(gè)像素點(diǎn)組成的陣列，并以此來(lái)構(gòu)造字符。見(jiàn)書P240圖7.2（a)。 字符發(fā)生器ROM： 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(guò)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(kāi)或關(guān)，從而在屏幕上顯示出字符。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。 可見(jiàn)：字符發(fā)生器ROM中存儲(chǔ)的是機(jī)器所有可顯示字符的字形

8、點(diǎn)陣信息（又稱：字模碼)。外圍設(shè)備字符窗口：是指每個(gè)字符在屏幕上所占的點(diǎn)數(shù)（行、列點(diǎn)數(shù)總和），它包括字符顯示點(diǎn)陣和字符間隔點(diǎn)陣見(jiàn)圖7.2（a)。每個(gè)字符窗口可顯示一個(gè)字符。視頻緩存器VRAM：通常，待顯示字符的ASCII代碼被存放在視頻緩存器VRAM中，以備刷新。若一幀屏幕共有2000個(gè)字符窗口（即：可顯示2000個(gè)字符），則VRAM應(yīng)有2000個(gè)單元存放被顯示的字符信息?？梢?jiàn)：視頻緩存器VRAM中通常存儲(chǔ)待顯示字符的ASCII碼。 字符顯示碼（字模碼）的讀出方法：字符發(fā)生器ROM的高位地址來(lái)自VRAM的ASCII代碼，低位地址來(lái)自光柵地址計(jì)數(shù)器的輸出RA3RA0，它依次給出這個(gè)字形點(diǎn)陣中的行

9、地址。在顯示過(guò)程中，按照VRAM中的SACII碼和光柵地址計(jì)數(shù)器訪問(wèn)ROM，依次取出字形點(diǎn)陣，就可以完成一個(gè)字符的輸出。外圍設(shè)備字符的點(diǎn)陣表示、字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)以及字符顯示器的原理框圖，見(jiàn)教材P240圖7.2。VRAM的地址由水平地址計(jì)數(shù)器(列地址)和垂直地址計(jì)數(shù)器(行地址)決定，VRAM輸出的ASCII代碼作為ROM的高位地址，ROM的低位地址來(lái)自光柵地址計(jì)數(shù)器，ROM的輸出在L信號(hào)控制下并行裝入移位寄存器，然后在點(diǎn)時(shí)鐘控制下移位輸出形成視頻信號(hào)，輸出到顯示器。顯示器在水平同步、垂直同步和視頻信號(hào)的控制下，連續(xù)不斷地進(jìn)行屏幕刷新，從而呈現(xiàn)穩(wěn)定而不消失的字符圖像。（字符顯示器的具體原理分析，參

10、閱教材P241）外圍設(shè)備 【例1】： 某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示64字25行；每個(gè)字符字形采用78點(diǎn)陣，即橫向7點(diǎn)，縱向8點(diǎn)。另外，字間間隔1點(diǎn)，行間間隔6點(diǎn)；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式 。問(wèn)： (1)緩存容量有多大? (2)字符發(fā)生器(ROM)容量有多大? (3)緩存中存放的是ASCII代碼還是點(diǎn)陣信息? (4)緩存地址與屏幕顯示位置如何對(duì)應(yīng)? (5)設(shè)置哪些計(jì)數(shù)器以控制緩存訪問(wèn)與屏幕掃描之間的同步?它們的分頻關(guān)系如何? 參閱教材P240圖7.2(c) 外圍設(shè)備 【解】 (1)已知：緩存VRAM中存放的是待顯示字符的ASCII碼，而一幀共有6425=1600個(gè)字

11、符，故：緩存容量應(yīng)為 64258=1600字節(jié)。（ASCII碼為8位） (2)已知：ROM中存放的是所有可顯示字符的字模碼（依題意，各字形為88點(diǎn)陣），故： ROM容量為 6488=512字節(jié)。（共有64種可顯示字符） (3)顯然，緩存中存放的是待顯示字符的ASCII代碼。 (4)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。 (5)點(diǎn)計(jì)數(shù)器81分頻；字計(jì)數(shù)器(64+12)1分頻；行計(jì)數(shù)器(8+6)1分頻；排計(jì)數(shù)器(25+10)1分頻。外圍設(shè)備2.圖形顯示圖形顯示: 是指用計(jì)算機(jī)手段表示現(xiàn)實(shí)世界的各種事物，并形象逼真地加以顯示。根據(jù)產(chǎn)生圖形的方法，分隨機(jī)掃

12、描圖形顯示器和光柵掃描圖形顯示器。 (1)隨機(jī)掃描圖形顯示器 工作原理是將所顯示圖形的一組坐標(biāo)點(diǎn)和繪圖命令組成顯示文件存放在緩沖存儲(chǔ)器，緩存中的顯示文件送矢量(線段)產(chǎn)生器，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)。為了在屏幕上保留持久穩(wěn)定的圖像，需要按一定的頻率對(duì)屏幕反復(fù)刷新。這種顯示器的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高(可達(dá)40964096個(gè)像素)，顯示的曲線平滑。目前高質(zhì)量圖形顯示器采用這種隨機(jī)掃描方式。缺點(diǎn)是當(dāng)顯示復(fù)雜圖形時(shí)，會(huì)有閃爍感。 外圍設(shè)備 (2)光柵掃描圖形顯示器 產(chǎn)生圖形的方法稱為相鄰像素串接法，即曲線是由相鄰像素串接而成。因此，光柵掃描圖形顯示器的原理是：把對(duì)應(yīng)于屏幕上每個(gè)像素的信

13、息都用存儲(chǔ)器存起來(lái)，然后按地址順序逐個(gè)地刷新顯示在屏幕上。其組成結(jié)構(gòu)如圖7.3：程序段緩沖存儲(chǔ)器：存放由計(jì)算機(jī)送來(lái)的顯示文件和交互式的圖形操作命令。刷新存儲(chǔ)器：用以存放一幀圖形的形狀信息，它的地址和屏幕上的地址一一對(duì)應(yīng)。外圍設(shè)備程序段緩存和刷存之間有一個(gè)DDA部件，它是一種進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)的硬件，其作用是把顯示文件變換為像素信息，即根據(jù)顯示文件給出的曲線類型和坐標(biāo)值，生成直線、圓、拋物線乃至更復(fù)雜的曲線。插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)(像素信息)存入刷存用于刷新顯示。光柵掃描圖形顯示器的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，灰度層次多，色調(diào)豐富，顯示復(fù)雜圖形時(shí)無(wú)閃爍現(xiàn)象；所產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能。它的出現(xiàn)使圖形學(xué)的

14、研究從簡(jiǎn)單的線條圖擴(kuò)展到豐富多彩、形象逼真的各種立體及平面圖形，從而擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，成為目前流行的顯示器。外圍設(shè)備 【例2】下圖為IBM PC機(jī)漢字顯示原理圖，請(qǐng)分析此原理圖并進(jìn)行文字說(shuō)明。外圍設(shè)備 【解】 在IBM PC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)，在主機(jī)內(nèi)部由通用的圖形顯示卡形成點(diǎn)陣碼以后，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圖形漢字。 如圖7.4所示，通過(guò)鍵盤輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成漢字機(jī)內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時(shí)要用輸入碼到碼表中檢索機(jī)

15、內(nèi)碼，得到兩個(gè)字節(jié)的機(jī)內(nèi)碼，字形檢索程序用機(jī)內(nèi)碼檢索字模庫(kù)，查出表示一個(gè)字形的32個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣送顯示輸出。 外圍設(shè)備7.2.3 圖象顯示設(shè)備 圖形是用計(jì)算機(jī)表示和生成的圖，稱作主觀圖像。在計(jì)算機(jī)中表示圖形，只需存儲(chǔ)繪圖命令和坐標(biāo)點(diǎn)，沒(méi)有必要存儲(chǔ)每個(gè)像素點(diǎn)。而圖像所處理的對(duì)象多半來(lái)自客觀世界，即由攝像機(jī)攝取下來(lái)存入計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖像，這種圖像稱為客觀圖像。由于數(shù)字化以后逐點(diǎn)存儲(chǔ)，因此圖像處理需要占用非常龐大的主存空間。 圖像顯示器采用光柵掃描方式，其分辨率在256256或512512個(gè)像素，與圖形顯示兼容的圖像顯示器已達(dá)10241024，灰度級(jí)在64256級(jí)。外圍設(shè)備圖像顯示器有兩種類型：1.簡(jiǎn)

16、單圖像顯示器 它僅僅顯示由計(jì)算機(jī)送來(lái)的數(shù)字圖像。圖像處理操作在計(jì)算機(jī)中完成，顯示器不做任何處理。I/O接口、圖象存儲(chǔ)器(刷新存儲(chǔ)器)、A/D與D/A變換等組成單獨(dú)的一個(gè)部分，稱為圖像輸入控制板或視頻數(shù)字化儀。如圖7.5所示：圖像輸入控制板的功能是實(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。圖像輸入控制板接收攝像機(jī)模擬視頻輸入信號(hào)，經(jīng)A/D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)行圖像處理操作。處理后的結(jié)果送回刷存，經(jīng)D/A變換成模擬視頻輸出，由監(jiān)視器進(jìn)行顯示輸出。監(jiān)視器只包括掃描、視頻放大等與顯示有關(guān)的電路及顯像管。也可以接入電視機(jī)的視頻輸入端來(lái)代替監(jiān)視器。數(shù)字相機(jī)的出現(xiàn)，更容易

17、組成一個(gè)圖像處理系統(tǒng)。外圍設(shè)備2.圖形處理子系統(tǒng) 其硬件結(jié)構(gòu)較前一種復(fù)雜得多。它本身就是一個(gè)具有并行處理功能的專用計(jì)算機(jī)，不僅能完成顯示操作，同時(shí)由于子系統(tǒng)內(nèi)部有容量很大的存儲(chǔ)器和高速處理器，可以快速執(zhí)行許多圖像處理算法，減輕主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算量。這種子系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)到通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前流行的圖形工作站就屬于圖形處理子系統(tǒng)。外圍設(shè)備7.2.4 IBM PC系列機(jī)的顯示系統(tǒng) 1.顯示標(biāo)準(zhǔn)隨著IBM PC系列機(jī)的升級(jí)發(fā)展， PC機(jī)采用的顯示標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了如下變化：MDA CGA EGA VGA SuperVGAMDA是PC機(jī)最早使用的顯示標(biāo)準(zhǔn)。MDA是單色字符顯示適配器，采用914點(diǎn)陣的

18、字符窗口， 滿屏顯示80列25行字符，對(duì)應(yīng)分辨率為720350個(gè)像素。 CGA是彩色圖形/字符顯示適配器，可以兼容字符和圖形兩種顯示方式。在圖形方式下，可以顯示320200像素四種顏色的彩色圖形。EGA顯示標(biāo)準(zhǔn)兼容CGA和MDA各種顯示方式，在圖形方式下分辨率為640350，16種顏色。 外圍設(shè)備 VGA顯示標(biāo)準(zhǔn)下，字符窗口為916點(diǎn)陣，圖形方式下分辨率為640480，16種顏色，或320200，256種顏色。掃描頻率(水平同步)是31.5kHz，刷新頻率(垂直同步)是60Hz。VGA顯示適配器還增添了一個(gè)新接口VFC，允許來(lái)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。自IBM公司推

19、出VGA后，VESA(美國(guó)視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))定義了一個(gè)VGA擴(kuò)展集，將顯示方式標(biāo)準(zhǔn)化，從而成為著名的SuperVGA模式。該模式除兼容MDA，CGA，EGA，VGA的顯示方式外， 還支持12801024像素光柵，每像素點(diǎn)24位顏色深度，刷新頻率可達(dá)75MHz。外圍設(shè)備2.VESA顯示模式VESA擴(kuò)充的標(biāo)準(zhǔn)顯示模式見(jiàn)文字教材的表7.1。早期的MDA，CGA，EGA的顯示方式是由BIOS的一 組功能調(diào)用(INT 10h)來(lái)設(shè)置和管理的，使用7位的方式碼。VESA保留了這種方式，將VGA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15位的方式碼 。方式碼的b8位為VESA標(biāo)

20、志位，b14b9為保留位(目前全為0)，故VESA的顯示方式號(hào)為 1h。外圍設(shè)備3.顯示適配器顯示適配器由刷新存儲(chǔ)器、顯示控制器、ROM BIOS三部分組成，請(qǐng)參看CAI演示。 刷新存儲(chǔ)器 存放顯示圖案的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。其存儲(chǔ)容量取決于設(shè)定的顯示工作方式。ROM BIOS 含有少量的固化軟件，用于支持顯示控制器建立所要求的顯示環(huán)境。此BIOS軟件主要用于DOS操作系統(tǒng)。在Windows環(huán)境下，它的大部分功能不被使用，而由后者的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序建立操作系統(tǒng)與適配器硬件的銜接。 外圍設(shè)備顯示控制器 是適配器的心臟。它依據(jù)設(shè)定的顯示工作方式，自主地、反復(fù)不斷地讀取顯存中的圖像點(diǎn)陣(包括圖形、字符文本)數(shù)據(jù)，將

21、它們轉(zhuǎn)換成R，G，B三色信號(hào)，并配以同步信號(hào)送至顯示器刷新屏幕。顯示控制器還要提供一個(gè)由系統(tǒng)總線至刷存總線的通路，以支持CPU將主存中已修改好的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入到刷存，以更新屏幕。這些修改數(shù)據(jù)一般利用掃描回程的消隱時(shí)間寫入到刷存中，因此顯示屏幕不會(huì)出現(xiàn)凌亂。先進(jìn)的顯示控制器具有圖形加速能力，這樣的控制器芯片稱為AVGA芯片。典型的圖形加速功能有：(1)位和塊傳送，用于生成和移動(dòng)一個(gè)矩形塊(如窗口)數(shù)據(jù)；(2)畫線，由硬件在屏上任意兩點(diǎn)間畫一向量；(3)填域，以預(yù)先指定的顏色或花樣填滿一個(gè)任意多邊形；(4)顏色擴(kuò)充，將一個(gè)單色的圖像放到屏上某一位置后，給它加上指定的前景顏色和背景顏色。 外圍設(shè)備 【

22、例3】刷存的重要性能指標(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) 刷新所需帶寬=分辨率每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度刷新速率 10247683B72/s=165888KB/s=162MB/s 刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s100/50=324MB/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

23、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(kāi)。外圍設(shè)備7.3 輸入設(shè)備和打印設(shè)備 7.3.1 輸入設(shè)備7.3.2 打印設(shè)備外圍設(shè)備7.3.1 輸入設(shè)備 常用的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備分為圖形輸入、圖像輸入、聲音輸入等幾類：1.圖形輸入設(shè)備圖形輸入方法較多，特別是交互式圖形系統(tǒng)要求具有人-機(jī)對(duì)話功能：計(jì)算機(jī)將結(jié)果顯示給人，人根據(jù)看到的顯示決定下一步操作，并通過(guò)輸入設(shè)備告訴計(jì)算機(jī)。如此反復(fù)多次，直到顯示結(jié)果滿意為止。為此必須具有方便靈活的輸入手段，才能體現(xiàn)“交互式”的優(yōu)越性。 外圍設(shè)備 (1)鍵盤輸入 鍵盤是字符和

24、數(shù)字的輸入裝置，無(wú)論字符輸入還是圖形輸入，鍵盤是一種最基本的常用設(shè)備 。當(dāng)需要輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立顯示文件時(shí)，要利用鍵盤。另外，利用鍵盤上指定的字符與屏幕上的光標(biāo)結(jié)合，可用來(lái)移動(dòng)光標(biāo)，拾取圖形坐標(biāo)，指定繪圖命令等。 (2)光筆輸入 光筆的外形與鋼筆相似，頭部裝有一個(gè)透鏡系統(tǒng)，能把進(jìn)入的光聚為一個(gè)光點(diǎn)。在光筆頭部附有一開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)，進(jìn)行光的檢測(cè)，光筆就可拾取CRT屏幕上的坐標(biāo)。光筆與屏幕上的光標(biāo)配合，可使光標(biāo)跟蹤光筆移動(dòng)，在屏幕上畫出圖形或修改圖形，其過(guò)程與人用鋼筆畫圖的過(guò)程類似。 外圍設(shè)備 (3)圖形板和游動(dòng)標(biāo)輸入圖形板和游動(dòng)標(biāo)結(jié)合構(gòu)成二維坐標(biāo)的輸入系統(tǒng)，主要用于輸入工程圖等。將圖紙貼到圖形

25、板上，游動(dòng)標(biāo)沿著圖紙上的圖形移動(dòng)，讀取圖形坐標(biāo)，即可輸入工程圖。這種二維的輸入方式比光筆與屏幕相結(jié)合的方式有許多優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。 游動(dòng)標(biāo)是一個(gè)手持的方形坐標(biāo)讀出器，上面有一塊透明玻璃，玻璃上刻有十字標(biāo)記。十字標(biāo) 記的中心就是游動(dòng)標(biāo)的中心。使用時(shí)將十字標(biāo)中心對(duì)準(zhǔn)在圖形的坐標(biāo)點(diǎn)上即可。 圖形板是一種二維的A/D變換器，因此它又稱作數(shù)字化板。坐標(biāo)測(cè)量的方法有電阻式、電容式、電磁感應(yīng)式、超聲波式幾種。 外圍設(shè)備 (4)鼠標(biāo)器輸入 光筆和圖形板兩種輸入方式都可以輸入某一點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，而鼠標(biāo)器只要輸入相對(duì)坐標(biāo)。 鼠標(biāo)器是一種手持的坐標(biāo)定位部件，有兩種類型。一種是機(jī)械式的，另一種是光電式的。 外圍

26、設(shè)備2.圖像輸入設(shè)備最理想的圖像輸入設(shè)備是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。它可以攝取任何地點(diǎn)、任何環(huán)境的自然景物和物體，直接將數(shù)字圖像存入磁盤。當(dāng)圖像已經(jīng)記錄到某種介質(zhì)上時(shí)，要利用讀出裝置讀出圖像。例如記錄在錄像帶上的圖像要用錄像機(jī)讀出，再將視頻信號(hào)經(jīng)圖像板量化后輸入計(jì)算機(jī)。記錄在數(shù)字磁帶上的遙感圖像可以直接在磁帶機(jī)上輸入。如果想把紙上的圖像輸入計(jì)算機(jī)，一種方法是用攝像機(jī)對(duì)著紙上的圖像攝像輸入，另一種方法是利用裝有CCD(電荷耦合器件)的圖文掃描儀或圖文傳真機(jī)。還有一種叫“光機(jī)掃描鼓”的專用設(shè)備，可以直接將紙上的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。 由于一幀數(shù)字圖像要占很大的存儲(chǔ)空間，圖像數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)間題將是一個(gè)十分重要的研

27、究課題，目前普遍采用的方法是壓縮-恢復(fù)技術(shù)。 外圍設(shè)備3.語(yǔ)音輸入設(shè)備利用人的自然語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)人-機(jī)對(duì)話是新一代多媒體計(jì)算機(jī)的重要標(biāo)志之一。下圖為一種語(yǔ)音輸入/輸出設(shè)備的原理方框圖：語(yǔ)音識(shí)別器作為輸入設(shè)備，可以將人的 語(yǔ)言聲音轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的信息，并將這些信息送入計(jì)算機(jī)。而計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果又可以通過(guò)語(yǔ)音合成器變成聲音輸出，以實(shí)現(xiàn)真正的“人機(jī)對(duì)話”。通常語(yǔ)音識(shí)別器與語(yǔ)言合成器放在一起做成語(yǔ)音輸入/輸出設(shè)備。 外圍設(shè)備7.3.2 打印設(shè)備 打印輸出是計(jì)算機(jī)最基本的輸出形式。與顯示器輸出相比，打印輸出可產(chǎn)生永久性記錄， 因此打印設(shè)備又稱為硬拷貝設(shè)備。1.打印設(shè)備的分類按印字原理分，分為擊打式和非擊

28、打式兩大類。擊打式是利用機(jī)械作用使印字機(jī)構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符。因此習(xí)慣上將屬于擊打式打印方式的機(jī)種稱為“打印機(jī)”。擊打式設(shè)備的成本低，缺點(diǎn)是噪音大，速度慢。非擊打式是采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符，因此習(xí)慣上將這類非擊打式的機(jī)種稱 為“印字機(jī)”，如激光印字機(jī)，噴墨印字機(jī)等。非擊打式的設(shè)備速度快，噪音低，印字質(zhì)量高，但價(jià)格較貴，有的設(shè)備還需要專用紙張。目前的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)械化的擊打式設(shè)備逐步轉(zhuǎn)向電子化的非擊打式設(shè)備外圍設(shè)備擊打式打印機(jī)又分為活字式打印和點(diǎn)陣針式打印兩種?；钭质酱蛴C(jī)將字符“刻”在印字機(jī) 構(gòu)表面上，印字機(jī)構(gòu)的形狀有圓柱形、球形等多種。點(diǎn)陣針式打印機(jī)是利用打印鋼針

29、組成的點(diǎn)針來(lái)表示字符。與活字式打印機(jī)相比，點(diǎn)陣式打印機(jī)的控制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，字形變化多樣，且能打印漢字，因而是應(yīng)用最廣泛的一類打印機(jī)。 按工作方式分，可分為串行打印機(jī)與行式打印機(jī)兩種。串行打印機(jī)是逐字打印的，行式打印機(jī)是一次可以輸出一行，因而行式打印機(jī)的速度比串行打印機(jī)快。例如點(diǎn)陣式打印機(jī)有串行點(diǎn)陣打印機(jī)和行式點(diǎn)陣打印機(jī)。 另外還有能夠輸出圖形/圖像的打印機(jī)，具有彩色效果的彩色打印機(jī)等。 外圍設(shè)備2.點(diǎn)陣針式打印機(jī)點(diǎn)陣針式打印機(jī)是目前應(yīng)用最普及的一種打印設(shè)備，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低、字符種類不受限制，易實(shí)現(xiàn)漢字打印，還可以打印圖形/圖像，因此在微小型機(jī)中都配置這種打印機(jī)。點(diǎn)陣針式打印

30、機(jī)的印字方法是由打印針選擇nm個(gè)點(diǎn)陣組成的字符圖形。顯然點(diǎn)越多，印字 質(zhì)量越高。西文字符點(diǎn)陣通常有57，77，79等幾種，中文漢字至少要1616或2424 點(diǎn)陣。為了減少打印頭制造的難度，串行點(diǎn)陣打印機(jī)的打印頭中只裝有一列m根打印針，每針可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)(意味著最多可以并行驅(qū)動(dòng)m根打印針)，印完一列后打印頭沿水平方向動(dòng)一步微小距離，n步以后，可形成一個(gè)nm點(diǎn)陣的字符。以后又照此逐個(gè)字符進(jìn)行打印。 外圍設(shè)備串行針式打印機(jī)有單向打印和雙向打印兩種。當(dāng)打印完一行字符后，打印紙?jiān)谳敿垯C(jī)構(gòu)控制下前進(jìn)一行，同時(shí)打印頭回到一行起始位置，重新自左向右打印，這種過(guò)程叫單向打印。雙向打印是自左至右打印完一行后，打印頭

31、無(wú)須回車，在輸紙的同時(shí)，打印頭走到反向起始位置，自右向左打印一行。反向打印結(jié)束后，打印頭又回到正向打印起始位置。由于省去了空回車時(shí)間，使打印速度大大提高。 針式打印機(jī)的結(jié)構(gòu)：針式打印機(jī)由打印頭與字車、輸紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)與控制器四部分組成。文字教材圖7.8示出了針式打印機(jī)構(gòu)示意圖。外圍設(shè)備打印頭由打印針、磁鐵、銜鐵等組成。輸紙機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每打印完一行字符，按給定要求走紙，走紙的步距由字符行間距離決定。色帶的作用是供給色源，在打印過(guò)程中色帶不斷移動(dòng)，改變其受擊打的位置，以免破損。驅(qū)動(dòng)色帶不斷移動(dòng)的裝置稱色帶機(jī)構(gòu)。打印控制器與顯示控制器類似，主要包括字符緩沖存儲(chǔ)器、字符發(fā)生器、時(shí)序控制電路和

32、接口四部分。主機(jī)將欲打印的字符通過(guò)接口送到緩存，在打印時(shí)序控制下，從緩存順序取出字符代碼，對(duì)字符代碼進(jìn)行譯碼，得到字符發(fā)生器ROM的地址，逐列取出字符點(diǎn)陣并驅(qū)動(dòng)打印頭，形成字符點(diǎn)陣。打印速度約每秒100個(gè)字符。行式點(diǎn)陣打印機(jī)是將多根打印針沿橫向(而不是縱向)排成一行，安裝在一塊梳形板上，每根針均有一個(gè)電磁鐵驅(qū)動(dòng)。在打印針往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的打印位置時(shí)，激勵(lì)電磁鐵驅(qū)動(dòng)打印針執(zhí)行擊打動(dòng)作。梳形板向右或向左移動(dòng)一次則打印出一行印點(diǎn)，當(dāng)梳形板改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，走紙機(jī)構(gòu)移動(dòng)一個(gè)印點(diǎn)間距，再打印下一行印點(diǎn)。如此重復(fù)多次 ，才打印出完整的一行字符。外圍設(shè)備3.激光印字機(jī)激光印字機(jī)是激光技術(shù)和電子照相技術(shù)結(jié)

33、合的產(chǎn)物，其基本原理與靜電復(fù)印機(jī)相似。 激光器輸出的激光束經(jīng)光學(xué)透鏡系統(tǒng)被聚焦成一個(gè)很細(xì)小的光點(diǎn)，沿著圓周運(yùn)動(dòng)的滾筒進(jìn)行橫向重復(fù)掃描。滾筒是記錄裝置，表面鍍有一層具有光敏特性的感光材料，通常是硒，因此又將滾筒稱為硒鼓。硒鼓在未被激光束掃描之前，首先在黑暗中充電，使鼓表面均勻地沉積一層電荷。此后根據(jù)控制電路輸出的字符或圖形，變換成數(shù)字信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器的打開(kāi)與關(guān)閉。掃描時(shí)激光器將對(duì)鼓表面有選擇地曝光，曝光部分產(chǎn)生放電現(xiàn)象，未曝光部分仍保留充電時(shí)的電荷，從而形成靜電潛像。隨著鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，潛像部分將通過(guò)裝有碳粉盒的顯影器，使得具有字符信息的區(qū)域吸附上碳粉，達(dá)到顯影的目的。當(dāng)鼓上的字符信息區(qū)和普通紙接觸時(shí)

34、，由于在紙的背面施以反向的靜電電荷，鼓表面上的碳粉就會(huì)被吸附到紙上來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為轉(zhuǎn)印。最后，當(dāng)記錄有信息的紙經(jīng)過(guò)定影輥高溫加熱，碳粉被溶化，永久性地粘附在紙上，達(dá)到定影的效果。外圍設(shè)備另一方面，轉(zhuǎn)印后的鼓面還留有殘余的碳粉。因此先要除去鼓表面的電荷，然后經(jīng)清掃刷，將殘余的碳粉全部清除。清除以后的鼓表面又繼續(xù)重復(fù)上述的充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影等一系列過(guò)程。激光印字機(jī)是非擊打式硬拷貝輸出設(shè)備，輸出速度快，印字質(zhì)量高，可使用普通紙張。其印字分辨率達(dá)到每英寸300個(gè)點(diǎn)以上，緩沖存儲(chǔ)器容量一般在1MB以上，對(duì)漢字或圖形/圖像輸出，是理想的輸出設(shè)備，因而在辦公自動(dòng)化及輕印刷系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。外

35、圍設(shè)備7.4 硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.4.1 磁記錄原理與記錄方式7.4.2 硬磁盤機(jī)的基本組成和分類 7.4.3 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器7.4.4 磁盤上信息的分布7.4.5 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)外圍設(shè)備7.4.1 磁記錄原理與記錄方式計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。所謂磁表面存儲(chǔ)，是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(lái)存儲(chǔ)信息。磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。 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)：存取速度較慢，機(jī)械

36、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高。 磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)據(jù)信息。外圍設(shè)備1.磁性材料的物理特性磁性材料的磁滯回線請(qǐng)參見(jiàn)CAI演示。 從磁滯回線可以看出，磁性材料被磁化以后，工作點(diǎn)總是在磁滯回線上。只要外加的正向脈沖電流(即外加磁場(chǎng))幅度足夠大，那么在電流消失后磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不等于零，而是處在+Br狀態(tài)(正剩磁狀態(tài))。反之，當(dāng)外加負(fù)向脈沖電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B將處在-Br狀態(tài)(負(fù)剩磁狀態(tài))。這就是說(shuō)，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)，就像觸發(fā)器電路有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)一樣。如果規(guī)定用+Br

37、狀態(tài)表示代碼“1”，-Br狀態(tài)表示代碼“0”，那么要使磁性材料記憶“1”，就要加正向脈沖電流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料記憶“0 ”，則要加負(fù)向脈沖電流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈現(xiàn)剩磁狀態(tài)的地方形成了一個(gè)磁化元或存儲(chǔ)元，它是記錄一個(gè)二進(jìn)制信息位的最小單位。 外圍設(shè)備2.記錄方式形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式。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。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(見(jiàn)教材P252 圖7-11）。 常用記錄方式可分為不歸零制(NRZ)

38、，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制(FM)幾大類。這些記錄方式中代碼0或1的寫入電流波形見(jiàn)文字教材的圖7.11。 外圍設(shè)備不歸零制(NRZ0)： 其特點(diǎn)是磁頭線圈中始終有電流，不是正向電流(代表1)就是反向電流(代表0)，因此不歸零制記錄方式的抗干擾性能較好。 見(jiàn)“1”就翻不歸零制(NRZ1) 與 NRZ0制的相同處：磁頭線圈中始終有電流通過(guò)。不同處：記錄“0”時(shí)電流方向不變，只有遇到1時(shí)才改變方向。 調(diào)相制(PM)：其特點(diǎn)是在一個(gè)位周期的中間位置，電流由負(fù)到正為1，由正到負(fù)為0，即利用電流相位的變化進(jìn)行寫“1”和“0”，所以通過(guò)磁頭中的電流方向一定要改變一次，這種記錄方式中“1”和“0”的讀出信號(hào)相位

39、不同，抗干擾能力較強(qiáng)。另外讀出信號(hào)經(jīng)分離電路可提取自同步定時(shí)脈沖，所以具有自同步能力。磁帶存儲(chǔ)器中一般采用這種記錄方式。 外圍設(shè)備調(diào)頻制(FM) 其特點(diǎn)如下：(1)無(wú)論記錄的代碼是1或0，或者連續(xù)寫“1”或?qū)憽?0”，在相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)元交界處電流都要改變方向；(2)記錄1時(shí)電流一定要在位周期中間改變方向，寫“1”電流的頻率是寫“0”電流頻率的2倍，故稱為倍頻法。這種記錄方式的優(yōu)點(diǎn)是記錄密度高，具有自同步能力。FM可用于單密度磁盤存儲(chǔ)器。改進(jìn)調(diào)頻制(MFM) 與調(diào)頻制的區(qū)別在于只有連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上“0”時(shí)，才在位周期的起始位置翻轉(zhuǎn)一次，而不是在每個(gè)位周期的起始處都翻轉(zhuǎn)，因而進(jìn)一步提高了記錄密

40、度。MFM可用于雙密度磁盤存儲(chǔ)器。除了上述幾種記錄方式外，還有游程長(zhǎng)度受限碼RLLC、成組編碼GCR等記錄方式。外圍設(shè)備評(píng)價(jià)一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：編碼效率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。編碼效率 是指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn) 所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息位的多少。自同步能力 是指從讀出數(shù)據(jù)(脈沖序列)中自動(dòng)提取同步信號(hào)( 時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào))的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值R來(lái)衡量。R越大，自同步能力越高。檢讀分辨力 是指磁記錄系統(tǒng)對(duì)讀出信號(hào)的分辨能力。信息相關(guān)性 是指漏讀或錯(cuò)讀一位是否會(huì)

41、傳播誤碼，所以是衡量精度的指標(biāo)。外圍設(shè)備3.磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理在磁表面存儲(chǔ)器中，利用一種稱為磁頭的裝置來(lái)形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。磁頭實(shí)際上是由軟磁材料做鐵芯繞有讀寫線圈的電磁鐵。(1)寫操作當(dāng)寫線圈中通過(guò)一定方向的脈沖電流時(shí)，鐵芯內(nèi)就產(chǎn)生一定方向的磁通。由于鐵芯是高導(dǎo)磁 率材料，而鐵芯空隙處為非磁性材料，故在鐵芯空隙處集中很強(qiáng)的磁場(chǎng)。 在這個(gè)磁場(chǎng)作用下，載磁體就被磁化成相應(yīng)極性的磁化位或磁化元。若在寫線圈里通入相反方向的脈沖電流，就可得到相反極性的磁化元。如果我們規(guī)定按圖中所示電流方向?yàn)閷憽? ”，那么寫線圈里通以相反方向的電流時(shí)即為寫“0”。上述過(guò)程稱為寫入。顯然，一個(gè)磁化元就是

42、一個(gè)存儲(chǔ)元，一個(gè)磁化元中存儲(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) ，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。 外圍設(shè)備(2)讀操作 當(dāng)磁頭經(jīng)過(guò)載磁體的磁化元時(shí)，由于磁頭鐵芯是良好的導(dǎo)磁材料，磁化元的磁力線很容易通過(guò)磁頭而形成閉合磁通回路。不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。當(dāng)磁頭對(duì)載磁體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于磁頭鐵芯中磁通的變化，使讀出線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)e，其值為負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電勢(shì)的方向與磁通的變化方向相反。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”。文字教材的圖7.13示出了記錄方式的寫讀過(guò)程波形圖。外圍

43、設(shè)備磁表面存儲(chǔ)器存取信息的原理：通過(guò)電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成載磁體存儲(chǔ)元的不同剩磁狀態(tài)；反之，通過(guò)磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲(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。外圍設(shè)備7.4.2 硬磁盤機(jī)的基本組成和分類硬磁盤機(jī)是指記錄介質(zhì)為硬質(zhì)圓形盤片的磁表面存儲(chǔ)器。其邏輯結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見(jiàn)CAI演示。 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)器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。外圍設(shè)備寫入時(shí)，將計(jì)算機(jī)并行送來(lái)的數(shù)據(jù)取至并-串

44、變換寄存器，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)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)，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)放大檢測(cè)就可還原成原來(lái)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-并變換寄存器變換為并行數(shù)據(jù)，再并行送至計(jì)算機(jī)。外圍設(shè)備硬磁盤機(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) 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

45、動(dòng)。 (2)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。 外圍設(shè)備 (3)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。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。優(yōu)點(diǎn)是防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。外圍設(shè)備7.4.3 硬磁盤驅(qū)

46、動(dòng)器和控制器1.磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器是一種精密的電子和機(jī)械裝置，因此各部件的加工安裝有嚴(yán)格的技術(shù)要求。對(duì)溫盤驅(qū)動(dòng)器，還要求在超凈環(huán)境下組裝。各類磁盤驅(qū)動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)雖然有差別，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要由定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。2.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)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。作為主機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的控制器，它需要有兩個(gè)方面的接口：一 個(gè)是與主機(jī)的接口，控制外存與主機(jī)總線之間交換數(shù)據(jù)；另一個(gè)是與設(shè)備的接口，根據(jù)主機(jī)命令控制設(shè)備的操作。前者稱為系統(tǒng)級(jí)接口，后者稱為設(shè)備級(jí)接口。外圍設(shè)備主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器交換數(shù)據(jù)的控制邏輯

47、如圖7.16所示：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-并變換、格式變換，最后送入數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)DMA(直接存儲(chǔ)器傳送)控制將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)總線。外圍設(shè)備7.4.4 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。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個(gè)盤片表面通常有幾十到幾百個(gè)磁道，各記錄面上的同號(hào)磁道構(gòu)成一個(gè)柱面；而每個(gè)磁道又分為若干個(gè)扇區(qū)，它是磁盤上的最小記錄單位。外圍設(shè)備 磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)同心圓叫0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。扇區(qū)的編號(hào)有多種方法，可以連續(xù)編號(hào)，也可

48、間隔編號(hào)。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用n磁道m(xù)扇區(qū)的磁盤地址找到實(shí)際磁盤上與之相對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。除了磁道號(hào)和扇區(qū)號(hào)之外，還有記錄面的面號(hào)，以說(shuō)明本次處理是在哪一個(gè)記錄面上。 例如，對(duì)活動(dòng)頭磁盤組（如圖）來(lái)說(shuō)，磁盤地址是由 記錄面號(hào)(也稱磁頭號(hào))+磁道號(hào)+扇區(qū)號(hào) 三部分組成。 在磁道上，信息是按扇區(qū)存放的，每個(gè)扇區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，并且，各個(gè)扇區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的。為進(jìn)行讀/寫操作，要求定出磁道的起始位置，這個(gè)起始位置稱為索引。 索引標(biāo)志在傳感器檢索下可產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再通過(guò)磁盤控制器處理，便可定出磁道起始位置 。外圍設(shè)備外圍設(shè)備 磁盤存儲(chǔ)器的每個(gè)扇區(qū)記錄定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，因此讀/寫操作是

49、以扇區(qū)為單位一位一位串行進(jìn)行的。每一個(gè)扇區(qū)記錄一個(gè)記錄塊。數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下：每個(gè)扇區(qū)開(kāi)始時(shí)由磁盤控制器產(chǎn)生一個(gè)扇標(biāo)脈沖。扇標(biāo)脈沖的出現(xiàn)即標(biāo)志一個(gè)扇區(qū)的開(kāi)始。 兩個(gè)扇標(biāo)脈沖之間的一段磁道區(qū)域即為一個(gè)扇區(qū)(一記錄塊)。每個(gè)記錄塊由頭部空白段、序標(biāo)段、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)字段及尾部空白段組成。其中空白段用來(lái)留出一定的時(shí)間作為磁盤控制器的讀寫準(zhǔn)備時(shí)間，序標(biāo)被用來(lái)作為磁盤控制器的同步定時(shí)信號(hào)。序標(biāo)之后即為本扇區(qū)所記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之后是校驗(yàn)字，它用來(lái)校驗(yàn)磁盤讀出的數(shù)據(jù)是否正確。 外圍設(shè)備7.4.5 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)包括存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間及數(shù)據(jù)傳輸率。 存儲(chǔ)密度： 存儲(chǔ)密

50、度分為道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盤半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。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)， 單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。 外圍設(shè)備存儲(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。存儲(chǔ)容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指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。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元 總數(shù)。將磁盤存儲(chǔ)器用于某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，必須首先進(jìn)行格式化操作，然后才能供用戶記錄 信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%70%。目前，3.5英

51、寸的硬盤機(jī)容量可達(dá)幾十GB。 外圍設(shè)備平均存取時(shí)間： 磁盤存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開(kāi)始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r(shí)間。這段時(shí)間由兩個(gè)數(shù)值所決定：一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，稱為定位時(shí)間或找道時(shí)間；另一個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，稱為等待時(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(lái)表示。平均存取時(shí)間等于平均找道時(shí)間與平均等待時(shí)間之和。平均找道時(shí)間是最大找道時(shí)間與最小找道時(shí)間的平均值，目前平均找道時(shí)間為1020ms。平均等待時(shí)間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半來(lái)表示。目前固定頭盤轉(zhuǎn)

52、速高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時(shí)間為5ms。 外圍設(shè)備數(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。傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。從主機(jī)接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。 從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒r轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN(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。外圍設(shè)備 【例4】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)（直）徑22cm ，外（直）徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)

53、層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問(wèn)： (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)如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)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?外圍設(shè)備【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：每個(gè)記錄面上有220條磁道。 可知：磁盤組共有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=2

54、7632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盤組總?cè)萘?759880B10=7598800B（約為7.5GB) (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， 已知：r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒 故：Dr=rN=403454B=13816 B/s外圍設(shè)備 (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)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，本例活動(dòng)頭磁盤組的編址方式可用如下格式： 此地址格式表示磁盤可尋址：16個(gè)記錄面，每面可含256個(gè)磁道，每道有16個(gè)扇區(qū)。 (5) 如果某文件長(zhǎng)度超

55、過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)檫@樣就可以不需要重新找道，進(jìn)而加快數(shù)據(jù)的讀/寫速度。外圍設(shè)備15 1211 43 0 盤面（磁頭）號(hào)柱面（磁道）號(hào)扇區(qū)號(hào)7.5 軟磁盤存儲(chǔ)設(shè)備7.5.1 軟硬磁盤存儲(chǔ)器的異同7.5.2 軟磁盤片 7.5.3 軟盤的記錄格式 7.5.4 軟磁盤驅(qū)動(dòng)器和控制器外圍設(shè)備7.5.1 軟磁盤存儲(chǔ)器與硬磁盤存儲(chǔ)器的異同軟磁盤存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱軟盤，其原因在于盤片是用類似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成。軟磁盤存儲(chǔ)器由軟盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤控制器、軟磁盤片三大部分組成。 軟磁盤存儲(chǔ)器和硬磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理和記錄方式基本相同。但在結(jié)構(gòu)和性能上存在一些差別： 外圍設(shè)備 (1)硬盤

56、轉(zhuǎn)速高，每分鐘可達(dá)6000轉(zhuǎn)，存取速度快；軟盤轉(zhuǎn)速低，每分鐘只有300轉(zhuǎn)，存取速度慢。 (2)硬盤有固定頭、固定盤、盤組等結(jié)構(gòu)；軟盤都是活動(dòng)頭，是可換盤片結(jié)構(gòu)。 (3)硬盤是浮動(dòng)磁頭讀寫，磁頭不接觸盤片；軟盤磁頭是接觸式讀寫。 (4)硬盤系統(tǒng)及硬盤片價(jià)格都比較貴，大部分盤片不能互換；軟盤造價(jià)低，盤片保管方便，使用靈活，且具有 互換性。 (5)硬盤對(duì)環(huán)境要求苛刻，要有超凈措施；軟盤則對(duì)環(huán)境要求不太嚴(yán)格。外圍設(shè)備按所用盤片尺寸不同，軟磁盤機(jī)有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等多種。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來(lái)看，又可按使用的記錄密度不同，分為雙面雙密度、雙面高密度等多種。下表列出了軟盤片規(guī)格參數(shù)。 外圍設(shè)備

57、軟盤片規(guī)格面數(shù)磁道/面扇區(qū)/道字節(jié)/扇容量/KB5.25英寸雙面雙密2（0，1）40（0-39）9（1-9）5123605.25英寸雙面高密2（0，1）80（0-79）15（1-9）51212003.5英寸雙面低密2（0，1）80（0-79）9（1-9）5127203.5英寸雙面高密2（0，1）80（0-79）18（1-18）51214403.5英寸雙面超高密2（0，1）80（0-79）36（1-36）51228807.5.2 軟磁盤片軟磁盤片的形狀類似于普通薄膜唱片。盤片的盤基由聚脂薄膜制成，厚度約76m，上面涂有極 薄的一層鐵氧體磁性材料，封裝在相應(yīng)尺寸見(jiàn)方的黑色塑料保護(hù)套內(nèi)。套內(nèi)有一層無(wú)

58、紡布，用來(lái)防塵，消除靜電，保護(hù)盤面不受碰撞。使用時(shí)軟磁盤連同保護(hù)套一起插入軟磁盤機(jī)中，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軟磁盤片勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(保護(hù)套不動(dòng))，磁頭通過(guò)槽孔和盤片上的記錄區(qū)接觸，讀出或?qū)懭胄畔ⅰ榱苏_存儲(chǔ)信息，必須將盤片劃分成磁道和扇區(qū)(區(qū)段)，它們稱做磁盤地址。這些信息必須寫到盤片上，還要加上同步標(biāo)志、校驗(yàn)信息、間隔等。這些信息一起構(gòu)成磁盤的軟分段信息。外圍設(shè)備所謂軟分段，就是以索引孔做為定位基準(zhǔn)，將扇區(qū)的劃分由通過(guò)軟件寫入的標(biāo)志來(lái)實(shí)現(xiàn)。索引孔用來(lái)檢測(cè)盤片的轉(zhuǎn)速和劃分盤片的扇區(qū)區(qū)段。當(dāng)盤片上的小孔轉(zhuǎn)到與塑料封套上小孔的位置相對(duì)時(shí)，軟盤機(jī)上的傳感元件可測(cè)得一個(gè)脈沖信號(hào)，作為盤片旋 轉(zhuǎn)一周的開(kāi)始標(biāo)志，以此

59、作為扇區(qū)劃分的起點(diǎn)。盤片在出廠前都要進(jìn)行預(yù)格式化，即完 成軟分段工作。用戶再根據(jù)不同的機(jī)型和操作系統(tǒng)，用格式化程序重新格式化( 或叫初始化)。 外圍設(shè)備注意，每條磁道上扇區(qū)數(shù)是相同的。但由于靠里面磁道的圓周長(zhǎng)比外面磁道的圓周長(zhǎng)小，但它們又要記錄同樣多的信息，所以里面磁道的位密度要比外面磁道的位密度高。每條磁道分成多少個(gè)扇區(qū)，取決于記錄格式。其次，磁道的地址是從外向里編號(hào)，最外面是0道，最里面是n道。5.25英寸盤有40條磁道和80條磁道兩種，3.5英寸盤只有80條磁道1種。 外圍設(shè)備一張雙密度盤片相當(dāng)于兩張單密度盤片，單密度采用FM記錄方式，雙密度采用MFM記錄方式 。按記錄面和密度的不同，8

60、英寸軟盤有四種形式：?jiǎn)蚊鎲蚊芏?SS，SD)、 雙面單密度(DS，SD)、 單面雙密度(SS，DD)、 雙面雙密度(DS，DD)， 雙密度軟盤上都標(biāo)有 “2D”或“DD”標(biāo)記。 5.25英寸和3.5英寸軟盤均是雙面雙密度和高密度(4倍密度，QD) 。軟盤的磁頭和盤面是接觸式讀寫，尋址時(shí)不但有徑向，而且有圓周方向的摩擦。一個(gè)盤片旋轉(zhuǎn)10的6次方以上時(shí)應(yīng)考慮報(bào)廢，以免超過(guò)規(guī)定的誤碼率。外圍設(shè)備7.5.3 軟盤的記錄格式記錄格式指的是磁盤表面上信息的存儲(chǔ)格式。為了盤片的互換性和簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)記錄格式是必要的。ISO已確定將IBM記錄格式作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器傳感器測(cè)得“索引”信號(hào)的前沿