第七章外圍設備2-1

第七章外圍設備7.1外圍設備概述7.2顯示設備7.3輸入設備和打印設備7.4硬磁盤存儲設備7.5軟磁盤存儲設備7.6磁帶存儲設備7.7光盤存儲設備7.1.1外圍設備的一般功能外圍設備的功能是在計算機和其他機器之間以及計算機與用戶之間提供聯系。

7.1.1外圍設備的一般功能

外圍設備由三部分組成：存儲介質，他具有保護信息的物理特征。驅動裝置，用于移動存儲介質。控制電路，向存儲介質發(fā)送數據或從存儲介質接受數據。7.1.2外圍設備的分類

圖7.1示出了計算機的五大外圍設備。中央部分是CPU和主存，通過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備控制器，最外層是外圍設備。外圍設備可分為輸入設備、輸出設備、外存設備、數據通信設備和過程控制設備幾大類。

圖7.1計算機I/O系統(tǒng)結構圖7.2顯示設備

以可見光的形式傳遞和處理信息的設備叫顯示設備，它是目前計算機系統(tǒng)中應用最廣泛的人－機界面設備。7.2.1顯示設備的分類有關概念按顯示設備所用的顯示器件分類：陰極射線管（CRT）顯示器液晶顯示器（LCD）液晶顯示器（LCD）等離子顯示器7.2.1顯示設備的分類有關概念按所顯示的信息內容分類:字符顯示器圖形顯示器圖象顯示器按顯示設備所用的顯示器件分類:陰極射線管（CRT）顯示器液晶顯示器（LCD）液晶顯示器（LCD）等離子顯示器7.2.1顯示設備的分類和有關概念在CRT顯示設備中,以掃描方式不同:光柵掃描和隨機掃描兩種顯示器以分辨率不同:高分辨率顯示器和低分辨率顯示器以顯示的顏色不同:單色和彩色顯示器以CRT熒光屏對角線的長度分:12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多種。1.分辨率和灰度級

分辨率：

指顯示器所能表示的象素個數?；叶燃墸?/p>

指黑白顯示器中所顯示的象素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現為顏色的不同。2.刷新和刷新存儲器刷新CRT發(fā)光是由電子束打在熒光粉上引起的。為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖象顯示，必須使電子束不但地重復掃描整個屏幕，這個過程就叫刷新。刷新存儲器為了不斷提供刷新圖象的信號，必須把一幀圖象信息存儲在刷新存儲器，也叫視頻存儲器。3.隨機掃描和光柵掃描

隨機掃描控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從而產生圖形和字符。光柵掃描電視中采用的掃描方法。在電視中圖象充滿整個畫面，因此要求電子束掃描整個屏幕。7.2.2字符/圖形顯示器1.字符顯示顯示字符的方法以點陣為基礎。在CRT進行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出某個字符的點陣，如圖7.2（a）所示。在顯示過程中，按照VRAM中ASCII碼和光柵地址計數器訪問ROM，依次取出字形點陣，就可以完成一個字符的輸出，見圖7.2（b）所示。7.2.2字符/圖形顯示器cont

圖7.2（c）中，虛線框為定時控制電路，其中的核心是點計數器、水平地址計數器、光柵地址計數器和垂直地址計數器，他們一起控制顯示器的逐點、逐字、逐行、逐屏的刷新顯示。

圖7.2字符顯示的基本原理圖7.2字符顯示基本原理7.2.2字符/圖形顯示器cont

VRAM的地址由水平地址計數器（列地址）和垂直地址計數器（行地址）決定，VRAM輸出的ASCII代碼作為ROM的地位地址來自光柵地址計數器，ROM的輸出在L信號控制下并行裝入移位寄存器，然后再點時鐘控制下，連續(xù)不斷地進行屏幕刷新，從而呈現穩(wěn)定而不消失的字符圖象?！纠?】某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示64字x25排；每個字符字形采用7x8點陣，即橫向7點，字間間隔1點，縱向8點，排間6點；幀頻50HZ，采取逐行掃描方式。試問：（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代碼還是點陣信息？（4）緩存地址與屏幕顯示為止如何對應？（5）設置哪些計數器以控制緩存訪問與屏幕掃描之間的同步？他們的分頻關系如何？2.圖形顯示圖形顯示是指用計算機手段表示現實世界的各種事物，并形象逼真地加以顯示。按產生圖形的方法：隨機掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器光柵掃描圖形顯示器時，把對應與屏幕上每個象素的信息都用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上，其結構圖如7.3所示。圖7.3光柵掃描圖形顯示器組成框圖7.2.3圖像顯示設備主觀圖像:用計算機表示和生成的圖客觀圖像:由攝像機攝取下來存入計算機的數字圖像圖形顯示器有兩種類型:簡單圖形顯示器它僅僅顯示由計算機送來的數字圖像它本身就是一個具有并行處理專用計算機，不僅能完成顯示操作，同時由于子系統(tǒng)內部有容量很大的存儲器和高速處理器。圖7.5簡單圖形顯示器原理圖7.2.4IBMPC系列機的顯示系統(tǒng)1.顯示標準PC機采用的標準經歷了以下標準：MDACGAEGAVGASuper7.2.4IBMPC系列機的顯示系統(tǒng)2.VGSA顯示模式早期的MDA,CGA,EGA地顯示方式是由BIOS的一功能調用（INT10H)來設置和管理的，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行定義，并為新的顯示方式指定了15位的方式碼。7.2.4IBMPC系列機的顯示系統(tǒng)cont3.顯示適配器的構成：

刷新存儲器顯示控制器ROMBIOS如右圖7.6所示圖7.6顯示適配器結構圖顯示適配器的構成cont

先進的顯示控制器具有圖形加速能力，典型的圖形加速功能有：位和塊傳送，用于生成和移動一個矩形塊數據；畫線，由硬件在屏幕上任意兩點畫一向量；填域，以預先指定的顏色或花樣填滿一個任意多邊形；顏色擴充，將一個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。7.3輸入設備和打印設備7.3.1輸入設備圖形輸入設備（1）鍵盤輸入（2）光筆輸入（3）圖形板和游動光標輸入（4）鼠標器輸入圖像輸入設備語音輸入設備

7.3.2打印設備打印設備種類的分類(1)按印子原理分，分為擊打式和非擊打式。(2)按工作方式分，分為串行打印機與行式打印機。點陣針式打印機的特點結構簡單、體積小、總量輕、價格低、字符種類不受限制，易實現漢字打印，還可以打印圖形。激光印字機的特點輸出速度快，印字質量高，可使用普通紙張7．4硬磁盤存儲設備7．4．1磁記錄原理與記錄方式磁表面存儲(磁盤存儲器，磁帶存儲器)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信息。磁表面存儲器的優(yōu)點存儲容量大，位價格低；記錄介質可以重復使用；記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機存檔；非破壞性讀出，讀出時不需要再生信息。記錄方式p252在實際應用中，磁性材料寫入二進制代碼0或1，是靠不同的寫入電流波形來實現的。形成不同寫入電流波形的方,稱為記錄方式。常用的記錄方式可分為：不歸零制（NRZ0）(抗干擾性好)見“1”就翻不歸零制（NRZ1)調相制（PM）:電流由負到正為1，電流由正到負為0（磁帶存儲器）調頻制（FM）：相鄰交界處電流都要改變方向，寫1電流是寫0電流頻率的2倍。（單密度存儲器）這些記錄方案中代碼“0”或“1”的寫入電流波形圖如7.11圖7.11記錄方式評價記錄方式優(yōu)劣的標準：p253編碼效率自同步能力檢讀分辨率信息相關性抗干擾能力信道帶寬編碼譯碼電路復雜性磁表面存儲器的讀寫原理p2541.寫操作當寫線圈中通過一定方向的脈沖電流時,在鐵芯空隙處集中很強的磁場。如圖7.12所示，在這個磁場作用下，載磁體被磁化成相應極性的磁化位或磁化元。2.讀操作通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態(tài)表示二進制代碼轉換成電信號輸出。硬磁盤機記錄介質為硬質圓形盤片的磁表面存儲器。其邏輯結構如圖7.14所示。主要由磁記錄介質、磁盤控制器、磁盤驅動器三大部分組成。硬磁盤機分類按盤片結構分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為移動磁頭和固定磁頭。7．4．2硬磁盤機的基本組成和分類圖7.14磁盤存儲器邏輯結構圖7.4.3硬磁盤驅動器和控制器1．磁盤驅動器磁盤驅動器是一種精密的電子和機械裝置，主要有定位驅動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數據轉換系統(tǒng)組成。2．磁盤控制器磁盤控制器是主機與磁盤驅動器之間的接口。主機與磁盤驅動器交換數據的控制邏輯見圖7.16。圖7.16磁盤控制器接口7.4.4磁盤上信息的分布記錄面：盤片的上下兩面都記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。磁道：記錄面上一系列同心圓稱為磁道。磁道的編址是從外向內依次編號，最外一個同心圓叫0磁道，最里面的一個同心圓n磁道，n磁道里面的圓面積并不用來記錄信息。磁盤地址：記錄面號，磁道號，扇區(qū)號。

存儲密度:道密度，位密度，面密度存儲容量：存儲字節(jié)總數平均存取時間：平均找道時間,平均等待時間數據傳輸率:單位時間內傳送數據的字節(jié)數。7.4.5磁盤存儲器的技術指標p258【例4】磁盤有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(qū)域內徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內層位密度400位/cm，轉速2400轉/分。問：（1）共有多少柱面？（2）盤組總存儲容量是多少？（3）數據傳輸率多少？（4）采用定長數據塊記錄格式，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)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上。

解：（1）有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)

因為道密度=40道/cm，所以40*5.5=220道,即220個圓柱面。(2)內層磁道周長為2*3.14

R=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 盤組總容量=759880B*10=759800B(3)磁盤數據傳輸率Dr=rN

N為每條磁道容量，N=3454Br為磁盤轉速，r=2400轉/60秒=40轉/秒

Dr=rN=40*3454B=13816B/s（4）采用定長數據塊格式，直接尋址的最小單位是一個

記錄塊（一個扇區(qū)），每個記錄塊記錄固定字節(jié)數目的信息，在定長記錄的數據塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式：

161514874

臺號柱面（磁道）號盤面（磁頭）號扇區(qū)號

此地址格式表示有4臺磁盤，每臺有16個記錄面，每面有256個磁道，每道有16個扇區(qū)。

（5）如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數據讀/寫速度快。7.5軟磁盤存儲器p2607.5.1軟磁盤存儲器與磁盤存儲器的差別：5點7.5.2軟磁盤