第七章-外圍設(shè)備

第七章-外圍設(shè)備第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章計算機系統(tǒng)概論第二章運算方法和運算器第三章內(nèi)部存儲器第四章指令系統(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體系結(jié)構(gòu)目錄第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第7章外圍設(shè)備接口7.1外圍設(shè)備概述第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)換成磁化單元歸零制（RZ）：ReturntoZero正脈沖電流表示“1”，負脈沖電流表示“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（能從磁頭讀出信號中分離獲得同步/選通信號）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4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，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調(diào)相制（PM）：又稱相位編碼（PE）PhaseMudulation記錄數(shù)據(jù)“0”時，規(guī)定磁化翻轉(zhuǎn)的方向由負變?yōu)檎?，記錄?shù)據(jù)“1”時從正變?yōu)樨摗?”，“1”的讀出信號相位不同，抗干擾能力強（磁帶多用此）。具有自同步能力7.2磁盤存儲設(shè)備第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月硬磁盤存儲設(shè)備第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月記錄方式：代碼0或1的寫入電流波形數(shù)據(jù)序列10001110NRZ0NRZ1PMFMMFM第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月磁盤存儲器的主要技術(shù)指標（1/4）存儲密度：

單位長度或單位面積所存儲的二進制信息量。磁盤的存儲密度：(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制信息位數(shù)

(c)

面密度：以上兩個乘積。存儲容量以字節(jié)為單位,指存儲器所能存儲的二進制信息總量。

磁盤存儲器有格式化容量和非格式化容量兩個指標：格式化容量：指按照特定的記錄格式存儲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8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月磁盤存儲器的主要技術(shù)指標（2/4）尋址時間：對磁盤存儲器，尋址時間=尋道時間+等待時間 等待時間與磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，可用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需要時間的一半來表示平均等待時間。 例：磁盤的轉(zhuǎn)速為3600r/min，則 平均等待時間=0.5×60/3600=8.3ms。讀寫周期：讀出/寫入一個字的時間稱為讀寫時間，兩次讀出/寫入操作之間的時間間隔稱為讀寫周期或存取周期第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月磁盤存儲器的主要技術(shù)指標（3/4）數(shù)據(jù)傳輸率：單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)。對磁盤存儲器，單磁頭串行讀/寫半徑R0已知，數(shù)據(jù)傳輸率計算如下： 每道信息量=位密度

2

R0，（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

2

R0

轉(zhuǎn)速例某盤組共9塊盤片，有16個盤面來記錄數(shù)據(jù)，每面分256個磁道，每道有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)存儲512個字節(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10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月磁盤存儲器的主要技術(shù)指標（4/4）誤碼率：是衡量出錯概率的參數(shù)，等于出錯位數(shù)與讀寫總信息位數(shù)之比。價格：通常用位價格來比較各種外存儲器。位價格是用設(shè)備價格除以存儲器二進制位總?cè)萘俊Ｒ粋€常識：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11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月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，每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道柱面指的就是多個盤片上具有相同編號的磁道，它的數(shù)目和磁道是相同的每個磁道又分為若干個扇區(qū)，它是磁盤上的最小記錄單位PC機中每個扇區(qū)的標準容量是512個字節(jié)第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月0磁道n磁道柱面扇區(qū)磁道第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月軟磁盤存儲設(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磁帶存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備

CD-ROM，DVD-ROM；CD-R，CD-RW第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3磁盤存儲設(shè)備的技術(shù)發(fā)展磁盤CACHE磁盤陣列RAID可移動存儲設(shè)備第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月廉價磁盤冗余陣列RAID1988年，Patterson教授首先提出廉價磁盤冗余陣列RAIDRedundantArrayofInexpensiveDisks獨立磁盤冗余陣列RAIDRedundantArrayofIndependentDisks簡稱磁盤陣列技術(shù)磁盤陣列將數(shù)據(jù)分布存放在多個磁盤驅(qū)動器、代替一個大容量磁盤，提高性能；添加冗余磁盤存放校驗信息，提高可靠性優(yōu)點：容量大、速度快、可靠性高、造價低廉第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID的主要類型主要有7個RAID級別RAID0～RAID6，有些研究人員也定義了其他級別RAID各級別具有不同結(jié)構(gòu)，但有如下共性：RAID由一組物理磁盤驅(qū)動器組成，操作系統(tǒng)視之為一個邏輯驅(qū)動器數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上冗余信息被存儲在冗余磁盤空間中，保證磁盤在萬一損壞時可以恢復數(shù)據(jù)其中第2、3個特性在不同的RAID級別中的表現(xiàn)不同，RAID0不支持第3個特性第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID0數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個盤上非冗余陣列、無冗余信息嚴格地說，它不屬于RAID系列MNOetc...IJKLEFGHABCD第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID1亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤每當數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，形成信息的兩份復制品GGHHEEFFCCDDAABB==第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID2位交叉式海明編碼陣列各個數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)位計算海明校驗碼，編碼位被存放在多個校驗（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID3位交叉奇偶校驗盤陣列單盤容錯并行傳輸：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉存儲，奇偶校驗信息存儲在一臺專用盤上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器位或字節(jié)第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID4專用奇偶校驗獨立存取盤陣列數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉的方式存于各盤，奇偶校驗信息存在一臺專用盤上D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)塊第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID5塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用冗余盤，奇偶校驗信息均勻分布在所有磁盤上C4D44校驗碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校驗碼1校驗碼2校驗碼3校驗碼校驗碼產(chǎn)生器E1E2E3B4第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月RAID6雙維奇偶校驗獨立存取盤陣列數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉方式存于各盤，檢、糾錯信息均勻分布在所有磁盤上C2D3D校驗碼C1D2A2D1A1B1A0B0C00校驗碼1校驗碼B校驗碼3校驗碼校驗碼產(chǎn)生器B22校驗碼C校驗碼A校驗碼第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4磁帶存儲設(shè)備第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5光盤存儲設(shè)備光盤（OpticalDisk）是利用光學原理讀寫信息的存儲器。特點容量大速度快密度高介質(zhì)壽命長不易受干擾能夠進行非接觸讀寫和高速隨機存取第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.65光盤存儲設(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)?？砷邔懯焦獗P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，可以重復讀寫。第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.5光盤存儲設(shè)備光盤存儲器的性能的改進：（1）增大存儲容量，研制短波長激光器，研制高密度磁光記錄新材料，改進信息記錄方式和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。（2）縮短存取時間，提高傳輸效率。（3）研制快速存取光學頭。（4）提高盤片轉(zhuǎn)速。第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.6顯示設(shè)備液晶顯示器LCDLiquidCrystalDisplay陰極射線管顯示器CRTCathodeRayTube第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月像素：組成圖像的最小單位，顯示器上的發(fā)光點點距：相鄰像素的距離（相同色彩點的距離）0.31mm、0.28mm、0.25mm……分辨率：顯示器所能表示的像素個數(shù)分辨率＝水平點數(shù)×垂直點數(shù)640×480800×6001024×7681280×1024……像素和分辨率點距越小，顯示的圖像越細膩分辨率越高，所能表達的圖像信息越多第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月灰度級：黑白顯示器所顯示的像素點的亮暗差別,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：只有兩級灰度的顯示器黑白顯示器：具有多種灰度級的黑白顯示器彩色顯示器：紅、綠、藍三色發(fā)光點組成灰度和彩色深度與顯示存儲器有關(guān)。如果使用8個二進制位表達一個像素的灰度，則可以有256種不同的亮度。如果紅、綠、藍三色都用8個二進制位表達，則彩色圖像就具有224（16M）種顏色，被成為真彩色灰度級越多，圖像層次感越強；色彩數(shù)越多，圖像越清楚逼真灰度和色彩第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月刷新：使電子束不斷地重復掃描整個屏幕的過程不感到閃爍的刷新頻率：＞30次/秒模擬電視標準：每秒刷新50幀圖像刷新和掃描光柵掃描：光柵掃描是從上至下順序掃描整個屏幕逐行掃描隔行掃描掃描頻率：完成一幀所花時間的倒數(shù)，也叫刷新頻率(每個像素在一秒內(nèi)被刷新次數(shù))刷新頻率越高、圖像越穩(wěn)定，感覺越舒服第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7.7輸入設(shè)備和打印設(shè)備輸入設(shè)備圖形輸入：鍵盤、鼠標器、手寫筆圖像輸入：掃描儀、攝像頭聲音輸入：麥克風