第七章-外圍設(shè)備

第七章-外圍設(shè)備第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第二章運(yùn)算方法和運(yùn)算器第三章內(nèi)部存儲(chǔ)器第四章指令系統(tǒng)第五章中央處理器第六章總線系統(tǒng)第七章外圍設(shè)備第八章輸入輸出系統(tǒng)第九章操作系統(tǒng)支持第十章安騰高性能處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)目錄第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日第7章外圍設(shè)備接口7.1外圍設(shè)備概述第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日

磁記錄方式磁記錄方式是一種編碼方法，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成磁化單元?dú)w零制（RZ）：ReturntoZero正脈沖電流表示“1”，負(fù)脈沖電流表示“0”；不論記錄“0”或“1”，在記錄下一信息前，記錄電流恢復(fù)到零電流簡單易行，記錄密度低，改寫磁層上的記錄比較困難，一般是先去磁后寫入。具有自同步能力（能從磁頭讀出信號(hào)中分離獲得同步/選通信號(hào)）不歸零制（NRZ）：NonReturntoZeroChange磁頭線圈始終有電流對連續(xù)記錄的“1”和“0”，寫電流的方向是不改變的。無自同步能力。第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日

磁記錄方式見“1”就翻的不歸零制（NRZ1）NonReturntoZeroChangeOnOne磁頭線圈始終有電流通過。在記錄“1”時(shí)，電流改變方向，寫“0”電流保持不變。不具備自同步能力，需要引用外同步信號(hào)調(diào)相制（PM）：又稱相位編碼（PE）PhaseMudulation記錄數(shù)據(jù)“0”時(shí)，規(guī)定磁化翻轉(zhuǎn)的方向由負(fù)變?yōu)檎?，記錄?shù)據(jù)“1”時(shí)從正變?yōu)樨?fù)“0”，“1”的讀出信號(hào)相位不同，抗干擾能力強(qiáng)（磁帶多用此）。具有自同步能力7.2磁盤存儲(chǔ)設(shè)備第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日硬磁盤存儲(chǔ)設(shè)備第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日記錄方式：代碼0或1的寫入電流波形數(shù)據(jù)序列10001110NRZ0NRZ1PMFMMFM第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)（1/4）存儲(chǔ)密度：

單位長度或單位面積所存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。磁盤的存儲(chǔ)密度：(a)道密度：指沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)(b)位密度：指沿磁道的單位長度上記錄的二進(jìn)制信息位數(shù)

(c)

面密度：以上兩個(gè)乘積。存儲(chǔ)容量以字節(jié)為單位,指存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。

磁盤存儲(chǔ)器有格式化容量和非格式化容量兩個(gè)指標(biāo)：格式化容量：指按照特定的記錄格式存儲(chǔ)信息的總量非格式化容量：磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)（2/4）尋址時(shí)間：對磁盤存儲(chǔ)器，尋址時(shí)間=尋道時(shí)間+等待時(shí)間 等待時(shí)間與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，可用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需要時(shí)間的一半來表示平均等待時(shí)間。 例：磁盤的轉(zhuǎn)速為3600r/min，則 平均等待時(shí)間=0.5×60/3600=8.3ms。讀寫周期：讀出/寫入一個(gè)字的時(shí)間稱為讀寫時(shí)間，兩次讀出/寫入操作之間的時(shí)間間隔稱為讀寫周期或存取周期第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)（3/4）數(shù)據(jù)傳輸率：單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)。對磁盤存儲(chǔ)器，單磁頭串行讀/寫半徑R0已知，數(shù)據(jù)傳輸率計(jì)算如下： 每道信息量=位密度2R0，（R0為內(nèi)半徑） 數(shù)據(jù)傳輸率(bps)=每道信息量轉(zhuǎn)速r，（r是每秒轉(zhuǎn)速）

=位密度2R0轉(zhuǎn)速例某盤組共9塊盤片，有16個(gè)盤面來記錄數(shù)據(jù)，每面分256個(gè)磁道，每道有16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3600轉(zhuǎn)，求數(shù)據(jù)傳輸率。解：每秒鐘的的轉(zhuǎn)速=3600/60=60轉(zhuǎn)； 數(shù)據(jù)傳輸率=每一磁道容量×每秒鐘轉(zhuǎn)速

=16×512×60

=480KB/S第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日磁盤存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)（4/4）誤碼率：是衡量出錯(cuò)概率的參數(shù)，等于出錯(cuò)位數(shù)與讀寫總信息位數(shù)之比。價(jià)格：通常用位價(jià)格來比較各種外存儲(chǔ)器。位價(jià)格是用設(shè)備價(jià)格除以存儲(chǔ)器二進(jìn)制位總?cè)萘?。一個(gè)常識(shí)：每面信息量=每道信息量柱面數(shù)

=每道信息量道密度（外半徑-內(nèi)半徑） 總?cè)萘?每面信息量面數(shù)第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日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（磁面）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)磁道柱面指的就是多個(gè)盤片上具有相同編號(hào)的磁道，它的數(shù)目和磁道是相同的每個(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PC機(jī)中每個(gè)扇區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)容量是512個(gè)字節(jié)第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日0磁道n磁道柱面扇區(qū)磁道第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日軟磁盤存儲(chǔ)設(shè)備軟盤片規(guī)格面數(shù)磁道/面扇區(qū)/道字節(jié)/扇容量5.25英寸雙面雙密2409512360KB5.25英寸雙面高密280155121.2MB3.5英寸雙面低密2809512720KB3.5英寸雙面高密280185121.44MB3.5英寸雙面超高密280365122.88MB磁帶存儲(chǔ)設(shè)備光盤存儲(chǔ)設(shè)備

CD-ROM，DVD-ROM；CD-R，CD-RW第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.3磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤CACHE磁盤陣列RAID可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID1988年，Patterson教授首先提出廉價(jià)磁盤冗余陣列RAIDRedundantArrayofInexpensiveDisks獨(dú)立磁盤冗余陣列RAIDRedundantArrayofIndependentDisks簡稱磁盤陣列技術(shù)磁盤陣列將數(shù)據(jù)分布存放在多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器、代替一個(gè)大容量磁盤，提高性能；添加冗余磁盤存放校驗(yàn)信息，提高可靠性優(yōu)點(diǎn)：容量大、速度快、可靠性高、造價(jià)低廉第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID的主要類型主要有7個(gè)RAID級(jí)別RAID0～RAID6，有些研究人員也定義了其他級(jí)別RAID各級(jí)別具有不同結(jié)構(gòu)，但有如下共性：RAID由一組物理磁盤驅(qū)動(dòng)器組成，操作系統(tǒng)視之為一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上冗余信息被存儲(chǔ)在冗余磁盤空間中，保證磁盤在萬一損壞時(shí)可以恢復(fù)數(shù)據(jù)其中第2、3個(gè)特性在不同的RAID級(jí)別中的表現(xiàn)不同，RAID0不支持第3個(gè)特性第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID0數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤上非冗余陣列、無冗余信息嚴(yán)格地說，它不屬于RAID系列MNOetc...IJKLEFGHABCD第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID1亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個(gè)磁盤時(shí)，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個(gè)冗余盤，形成信息的兩份復(fù)制品GGHHEEFFCCDDAABB==第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID2位交叉式海明編碼陣列各個(gè)數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)位計(jì)算海明校驗(yàn)碼，編碼位被存放在多個(gè)校驗(yàn)（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID3位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列單盤容錯(cuò)并行傳輸：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉存儲(chǔ)，奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)在一臺(tái)專用盤上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼D校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器位或字節(jié)第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID4專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉的方式存于各盤，奇偶校驗(yàn)信息存在一臺(tái)專用盤上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼D校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)塊第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID5塊交叉分布式奇偶校驗(yàn)盤陣列數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用冗余盤，奇偶校驗(yàn)信息均勻分布在所有磁盤上C4D44校驗(yàn)碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校驗(yàn)碼1校驗(yàn)碼2校驗(yàn)碼3校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器E1E2E3B4第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日RAID6雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取盤陣列數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉方式存于各盤，檢、糾錯(cuò)信息均勻分布在所有磁盤上C2D3D校驗(yàn)碼C1D2A2D1A1B1A0B0C00校驗(yàn)碼1校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼3校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器B22校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼A校驗(yàn)碼第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.4磁帶存儲(chǔ)設(shè)備第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.5光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤（OpticalDisk）是利用光學(xué)原理讀寫信息的存儲(chǔ)器。特點(diǎn)容量大速度快密度高介質(zhì)壽命長不易受干擾能夠進(jìn)行非接觸讀寫和高速隨機(jī)存取第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.65光盤存儲(chǔ)設(shè)備只讀式光盤只讀式光盤（ReadOnly）：盤片由廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)或程序，出廠后用戶只能讀取，不能寫入和修改。只寫一次光盤只寫一次光盤（WriteOnceOnly）：可以由用戶寫入信息，不過只能寫一次，寫入后不能修改，可以多次讀出，相當(dāng)于PROM。在盤片上留有空白區(qū)，可以把要修改和重寫的的數(shù)據(jù)追記在空白區(qū)內(nèi)。可檫寫式光盤可檫寫式光盤（Rewriteable）：利用磁光效應(yīng)存取信息，采用特殊的磁性薄膜作記錄介質(zhì)，用激光束來記錄、再現(xiàn)和刪除信息，又稱為磁光盤，類似于磁盤，可以重復(fù)讀寫。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.5光盤存儲(chǔ)設(shè)備光盤存儲(chǔ)器的性能的改進(jìn)：（1）增大存儲(chǔ)容量，研制短波長激光器，研制高密度磁光記錄新材料，改進(jìn)信息記錄方式和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。（2）縮短存取時(shí)間，提高傳輸效率。（3）研制快速存取光學(xué)頭。（4）提高盤片轉(zhuǎn)速。第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日7.6顯示設(shè)備液晶顯示器LCDLiquidCrystalDisplay陰極射線管顯示器CRTCathodeRayTube第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日像素：組成圖像的最小單位，顯示器上的發(fā)光點(diǎn)點(diǎn)距：相鄰像素的距離（相同色彩點(diǎn)的距離）0.31mm、0.28mm、0.25mm……分辨率：顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)分辨率＝水平點(diǎn)數(shù)×垂直點(diǎn)數(shù)640×480800×6001024×7681280×1024……像素和分辨率點(diǎn)距越小，顯示的圖像越細(xì)膩分辨率越高，所能表達(dá)的圖像信息越多第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日灰度級(jí)：黑白顯示器所顯示的像素點(diǎn)的亮暗差別,彩色顯示器所能表現(xiàn)的顏色數(shù)量(彩色深度)單色顯示器：只有兩級(jí)灰度的顯示器黑白顯示器：具有多種灰度級(jí)的黑白顯示器彩色顯示器：紅、綠、藍(lán)三色發(fā)光點(diǎn)組成灰度和彩色深度與顯示存儲(chǔ)器有關(guān)。如果使用8個(gè)二進(jìn)制位表達(dá)一個(gè)像素的灰度，則可以有256種不同的亮度。如果紅、綠、藍(lán)三色都用8個(gè)二進(jìn)制位表達(dá)，則彩色圖像就具有224（16M）種顏色，被成為真彩色灰度級(jí)越多，圖像層次感越