外围设备使用培训教材.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 外围设备,外围设备概述,显示设备,输入设备和打印设备（自学）,外存设备,7.1 外围设备概述,界定1：,除了,CPU,和主存,（,主机,）,以外的硬件设备,。,7.1.1 外围设备的一般功能,界定2：,计算机中围绕主机设置的、与主机进行信息交换，并改变信息形态的装置,。,特点：,种类繁多，结构复杂，功能众多，速度各异,。,功能：,在计算机和其他机器之间，及计算机与用户之间提供联系,。,（1）是人机对话的通道。,（2）是完成数据媒体变换的设备。,（3）是计算机系统软件和信息的驻存地。,（4）是计算机在各领域应用的桥梁。,基本组成：,（1）,存储介质,：,具有保存信息的物理特征,。,（2）,驱动装置,：,用于移动存储介质的装置,。,（3）,控制电路,：,向存储介质发送/接收数据,。,7.1.1 外围设备的一般功能,发展趋势：,指标上,：低成本、小体积、高速度、大容量、低功耗,。,结构上,：初级串行操作有通道的多种外设并行操作,。,种类上,：简单,I/O,装置多种,I/O,装置、随机存取大容量外存、多种终端设备等,。,性能上,：交换速度渐高，,I/0,形态趋于多样化,。,（1）,输入设备,（2）,输出设备,（3）,外存设备,（4）,数据通信设备,（5）,过程控制设备,7.1.2 外围设备的分类,7.1.1 外围设备的一般功能,硬磁盘机即记录介质为硬质圆盘片的磁表面存储器；,具有一种矩形磁滞回线，即磁性材料在外加磁场的作用下，其感应强度B与外加磁场H的曲线：在外加正向脉冲电流的幅度足够大时，即使电流消失后磁感应强度B不等于零，处在剩磁状态（+Br）;,液晶：液态晶体的简称。,磁头分为可移动与固定的,优点：直观、形象、使用方便等。,磁道划分为多个扇区，为了定位磁道的起始位置，定义一个索引标志，当读写磁头通过该区域时，可以产生脉冲信号，便可定出磁道起始位置。,1 磁记录原理与记录方式,每个扇区的开始也是由磁盘控制器产生一个扇标脉冲标示，两个扇标脉冲的之间磁道区域为一个扇区。,磁头分为可移动与固定的,典型的产品有：LD、CD-DA、VCD、DVD、CD-ROM,（4）硬盘系统和盘片比较贵，且不能互换；,字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点数，包括字符本身所占点阵和字符之间的间隔所占的点阵。,磁盘的每个磁道上的扇区划分相同，而且扇区存储的信息相同，所以大号磁道的位密度高于小号磁道的位密度；,12、故人江海别，几度隔山川。,10月-2210月-2208:01:0008:01:00October 26,2022,找道时间和等待时间都是随机变化的；,7.2 显示设备,1,.,界定,：,以可见光的形式传递和处理信息的设备,。,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,2,.,优点,：,直观、形象、使用方便等,。,3,.,缺点：,不能长期保存信息,。,5,.,CRT,显示器分类,：,按,扫描方式,：,光栅扫描,、,随机扫描,。,按,分辨率,：,高分辨率,、,低分辨率,。,按,显示颜色,：,单色,、,彩色,。,按,显示大小,：,14,、,15,、,17,、,19,、,21,英寸等,。,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,4,.,显示设备分类,：,按,显示器件,划分,：,阴极射线管(,CRT,-Cathode Ray Tube),液晶(,LCD,-Liquid Crystal Display,),等离子(,PD,-Plasma Display),发光二极管(,LED,-Light Emitting Diode),终端,：,由显示器和键盘组成的一套独立完整的输入/输出设备，它可以通过标准接口接到远离主机的地方，终端比显示器复杂的多，能完成显示控制与存储，键盘管理及通信控制等，还可完成简单的编辑操作,。,显示器,：,仅是一个,字符、图形和图像的,显示设备,。,6.终端和显示器,终端,显示器,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,7.分辨率和灰度级,分辨率,：,显示器所能表示的像素个数,。取决于,显像管荧光粉的粒度,、,荧光屏的尺寸,和,CRT,电子束的聚焦能力,，同时,刷新存储器,要有与显示像素数相对应存储空间，用来存储每个像素的信息。,灰度级,：,指,黑白,显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在,彩显,中则表现为颜色的不同,。取决于每个像素对应,刷新存储器单元的位数,和,CRT,本身的性能,。,单色显示器,VS,多灰度级黑白显示器,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,刷新,：,为了得到稳定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕，这个过程称为刷新。,刷新存储器,：,为了提供不断刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器中，也称,视频存储器,，或者,帧（,Frame）,存储器,。,8.刷新和刷新存储器,注,：刷新存储器的,存储容量,由,图像分辨率,和,灰度级,共同决定，,存取周期,必须满足刷新频率要求。,例,：分辨率为10241024，65536级灰度的图像，则存储容量为10241024,log,2,65536=2MB。,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,随机扫描,：,控制电子束在,CRT,屏幕上随机地运动，其运动轨迹随显示内容而变化，只在需显示图形的区域内扫描，而不必扫描全屏，从而产生图形和字符,。,优点,：,速度快，图形清晰、分辨率高。,缺点,：,驱动系统较复杂，价格较贵、不适合显示图像。,光栅扫描,：,电子束有规律地扫描整个荧光屏,，,其扫描轨迹呈栅形。,从上到下的顺序扫描，有两种方式：,逐行扫描,和,隔行扫描,；,优点,：,技术成熟，大部分显示器采用光栅扫描。,缺点,：,冗余时间多，分辨率低；,9.随机扫描和光栅扫描,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,光栅扫描,:,电子束从显示屏幕的左上角开始，沿水平方向从左向右扫描，扫到屏幕的右端后迅速回扫到左端的下一行，重复上述从左到右的匀速扫描过程，直到扫描到屏幕的右下角后迅速回扫到屏幕的左上角，又开始新一轮全屏幕的扫描。,不管是从右端到左端的回扫，还是从右下角到左上角的回扫，电子束都被,“,消隐,”,，即,荧光屏上没有亮光显示,，因此在,CRT,上屏幕上显示的只有一条条水平扫描线，其扫描轨迹呈栅形，故称为,光栅扫描,。,9.随机扫描和光栅扫描,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,1,2,3,n,光栅扫描图,9.随机扫描和,光栅扫描,7.2.1 显示设备的分类与有关概念,常采用光栅扫描法，以,点阵,为基础，将欲显示的字符分解成,m,n,个点组成的阵列，并将能显示的所有字符的点阵存入由,ROM,构成的字符发生器中。,点阵的多少取决于,显示字符的质量,和,字符窗口的大小,。,7.2.2 字符/图形显示器,1.字符显示,字符发生器,：,由于荧光屏上的字符是由光点组成，而显示,RAM,中存放的是,ASCII,码，因此必须由一个部件能将每个,ASCII,字符码转换为一组57或 79的光点矩阵信息，具有这种功能变换的部件称为,字符发生器,。,字符发生器,de,工作原理,：,将字符点阵存入由,ROM,构成的字符发生器中，在,CRT,进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个字符的点阵，按照点阵中0和1代码不同控制扫描电子束的开关，从而在屏幕上显示出字符,。,字符窗口,是指,每个字符在屏幕上所占的点数，包括字符本身所占点阵和字符之间的间隔所占的点阵,。,一般的,字符显示屏幕,上可显示80列,25行=2000个汉字，即2000个字符窗口。,在单色字符显示器中，常用的字符窗口为9,14点阵，字符本身只占7,9点阵。,7.2.2 字符/图形显示器,1.字符显示,对应于每个字符窗口，所需要显示字符的,ASCII,代码被存放在,VRAM,中，以备刷新。,字符发生器,ROM,的高位地址来自,VRAM,的,ASCII,代码，低位地址来自,光栅地址计数器的输出,RA,3,RA,0,，,指向这个字符点阵中的某个字节。在显示过程中，按照,VRAM,中,ASCII,码和光栅地址计数器访问,ROM，,依次取出字型点阵，就可以完成一个字符输出。,7.2.2 字符/图形显示器,1.字符显示,用计算机手段表示现实世界的各种事物：用,点,、,线,、,面,、,阴影,等组合成平面或立体图形，形象逼真的加以显示；主要用于,CAD,和,CAM，,如汽车、飞机、船舶、土建及大规模集成电路板等的设计制造。,2.图形显示,（1）随机扫描图形显示器,工作原理,：,将所显示图形的一组,坐标点,和,绘图命令,组成,显示文件,存放在,缓冲存储器,，缓存中的显示文件送,矢量产生器,，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动,。,优点,：,分辨率高，显示的曲线平滑。,缺点,：,显示复杂图形时，会有闪烁感。,7.2.2 字符/图形显示器,（2）光栅扫描图形显示器,(,相邻像素串接法,),工作原理,：,把对应于屏幕上每个像素信息都用存储器存起来，然后按照地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上,。,程序段缓冲存储器,：,存放由计算机送来的显示文件和交互式的图形操作命令。由图形输入设备指定操作性质和操作位置。,刷新存储器,：,存放一帧图形的形状信息，它的地址和屏幕上的地址一一对应。容量取决于,显示器的分辨率,和,灰度级,。,7.2.2 字符/图形显示器,2.图形显示,数据差分分析器,DDA(Digital Difference Analyses),：,是一种进行数据插补的硬件，把显示文件变换为像素信息：根据显示文件给出的曲线类型和坐标值，生成直线、圆等复杂曲线，插补后的数据存入刷存用于刷新显示,。,优点,：,通用性强，灰度层次多，色调丰富，显示复杂图形时无闪烁现象，产生的图形有阴影效应、涂色等功能，使图形学的研究从简单的线条扩充到丰富多彩、形象逼真的各种立体及平面图形，扩大了计算机图形学的应用领域。,7.2.2 字符/图形显示器,2.图形显示,（2）光栅扫描图形显示器,(,相邻像素串接法,),图形,：,主观图像，用计算机表示和生成的图,。,在计算机中表示图形，只需要存储绘图的命令和坐标点，没有必要存储每个像素点。,图像,：,客观图象，多半来自客观世界，由摄像设备摄取下来并以数字方式存储到计算机的数字图像,。,计算机中保存的是图像逐点的像素，需要非常庞大的存储容量。,图像显示器采用,光栅扫描方式,。,7.2.3 图像显示设备,（1）简单图像显示器,仅仅显示由计算机送来的数字图像，图像处理在计算机中完成，显示器不做任何处理。显示器与主机之间有,图像输入控制板,或,视频数字化仪,连接，实现连续的视频信号和离散数字量间的转换。,（2）图形处理子系统,硬件结构复杂，本身是一个具有并行处理功能的专用计算机，不仅能完成显示操作，同时子系统内部有容量很大的存储器和高速处理器，可快速执行许多图像处理算法，减轻主机系统的运算量。,图形工作站,属于图形处理子系统。,图像显示器的类型,：,7.2.3 图像显示设备,显示适配器,显示适配器,由,刷新存储器,、,显示控制器,和,ROM BIOS,三部分组成。,在,Pentium,系列中显示适配器多数做成插卡形式，插入一个,PCI,总线槽，一方和系统总线相连，另一方通过15针,D,形插口与显示器电缆连接，传送水平、垂直同步信号和,RGB,三色模拟信号，顶部还有一个,VFC,插头，传送像素的电平信号，可实现视频图像与,PC,图形的合成,。,(1)刷新存储器,：,存放显示图案的点阵数据，容量取决于设定的显示工作方式,。,7.2.4,IBM/PC,系列机的显示系统,(2)ROM BIOS,：,含有少量固化软件，,支持显示控制器建立所需的显示环境,。,主要用于,DOS,环境,，而在,WINDOWS,环境中大多数功能不被使用，由设备驱动程序建立,OS,和适配器硬件连接。,(3),显示控制器,：,适配器的心脏，依据设定的显示工作方式，自主地、反复不断地读取显存中的图像点阵数据，将它们转换成,R、G、B,三色信号，并配以同步信号送到显示器刷新屏幕。同时提供一个系统总线到刷新总线的通路，使,CPU,将主存中已修改好的点阵数据写入到刷存，以更新屏幕。其间利用扫描的消隐时间，使屏幕不凌乱。,7.2.4,IBM/PC,系列机的显示系统,显示适配器,液晶：液态晶体的简称。在一定温度范围内（如-20+60），呈现液态和固体的中间状态，只有在液晶温度范围内，此时浑浊的液晶态，,既有液体的流动性，又有晶体的光学和电学特性。液晶本身并不发光，是一种被动式发光器件,。,液晶显示器,LCD(,Liquid Crystal Display,),7.2.4,IBM/PC,系列机的显示系统,通过改变有机物加电时对光的反射性质不同而实现显示效果,。,液晶显示器的主体构造是两块玻璃或塑料板中间夹着一层液态悬浮物，悬浮物中的晶体在自然状态下呈平行并列排列，这时光线可以通过，当电流通过的时候，晶体改变方向，挡住不让光线通过，于是通电的晶体部分显示出黑色。,液晶显示器,LCD(Liquid Crystal Display),工作原理：,7.2.4,IBM/PC,系列机的显示系统,LCD,比,CRT,的主要优点：,a),不用高电压加速电子束，因而不存在有害健康的短波福射；,b),不用加热阴极发射热电子，可以大量节约电能，目前大约可以节约电能一半；,c),无笨重的显像管，可以大大减轻重量（比,CRT,节省70%的重量）；,d),无体积庞大的显像管，因而整机体积小（比,CRT,节省60%的空间）。,e),此外，,LCD,能全屏100%显示（14的,LCD,相当于15、15相当于17、18相当于20的,CRT,的显示面积等）。,优点,：,体积小、重量轻、耗电少、无高压,。,7.2.4,IBM/PC,系列机的显示系统,7.3 输入设备和打印设备,1.图形输入设备,（1）,键盘（,Keyboard）,字符和数字的输入装置，最基本的常用输入设备。,7.3.1 输入设备,有键按下吗？,将此键翻译成代码键入主机并显示在屏幕上,判定按下的,“,键,”,键盘是由排成阵列形式的按键开关组合。按键是借助于两个端点的通断，将机械信号转换成电信号。,转移到磁盘,常用的键盘有：,编码式,和,非编码式,两种。,编码式,键盘,具有检测按键动作并产生相应代码的硬件电路，为绝大部分计算机所采用,。,非编码式,键盘的硬件仅提供按键的行列矩阵，而按键的识别与译码，以及键的抖动，串键等均由软件完成,。,（2）,光笔(,Light Pen),头部有一个透镜系统，能把进入的光聚为一个光点，这样可以在,CRT,屏幕上拾取坐标。,7.3.1 输入设备,1.图形输入设备,（1）,键盘（,Keyboard）,（3）,图形板和游动标,二者结合构成一个二维坐标的输入系统，主要用于输入工程图。,工作原理：将图纸贴到图形板上，游动标沿着图纸的图形移动，读取图形坐标，可输入工程图。,（4）,鼠标器输入,：,是一种手持坐标定位部件，仅仅输入某点的相对坐标。有两种类型：机械式和光电式。,7.3.1 输入设备,1.图形输入设备,3.语音输入设备,语音识别器,：,将人的声音转换成计算机能够识别的信息，并将这些信息送入计算机。,语音合成器,：,将计算机处理的结果变成声音输出，以实现真正的,“,人机对话,”,。,2.图像输入设备,数字摄像机,：,直接得到数字图像。,扫描仪：,7.3.1 输入设备,(1)按,印字原理,分：,击打式,和,非击打式,；,击打式,：,利用机械作用使印字机构与色带和纸撞击而打印字符。,分类,：,活字式（字模式）,和,点阵式,。,优点,：成本低，,缺点,：噪声大，速度慢；,7.3.2 打印设备,1.打印设备的分类,非击打式,：,采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符。,优点,：速度快、噪声低、印字质量高。,缺点,：价格高，大多需要专用纸张。,按,工作方式,分：,串行打印,和,行式打印,。,2.点阵针式打印机,特点,：,结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，易实现汉字打印，还可打印图形/图像。,7.3.2 打印设备,1.打印设备的分类,打印针选择,nm,个点阵组成的字符图形，显然点阵越多，印字质量越高。,为了减少打印头制造难度和成本，串行点阵打印机的打印头只装有一列,m,根打印针，每根针可单独驱动，,n,步以后，可形成一个,nm,点阵的字符，以后又照此逐个字符进行打印。,2.点阵针式打印机,7.3.2 打印设备,3.激光印字机,是激光技术和电子照相技术结合的产物。,激光器输出的激光束经过光学透镜系统被聚焦成一个很细小的光点，沿着做圆周运动的滚筒进行横向重复扫描。滚筒是记录装置，表面镀有一层具有光敏特性的感光材料，通常是硒。,7.3.2 打印设备,3.激光印字机,7.3.2 打印设备,7.4 硬磁盘存储设备,磁表面存储,：是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。所以磁盘、磁带都称为磁表面存储器。,优点,：,（1）存储容量大，价格低,（2）记录介质可以重复使用,（3）记录信息可以长期保存而不丢失，有的可以脱机存档,（4）非破坏性读出，读出时不需再生信息,缺点,：存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求高,应用,：存储容量大、位成本低，一般作为辅助存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息。,7.4.1 磁记录原理与记录方式,1.磁性材料的物理特性,具有一种矩形磁滞回线，即磁性材料在外加磁场的作用下，其感应强度,B,与外加磁场,H,的曲线：在外加正向脉冲电流的幅度足够大时，即使电流消失后磁感应强度,B,不等于零，处在剩磁状态（,+Br,）,;,当外加电流的方向不同时，会形成两种不同的稳定剩磁状态，从而有两种稳定的状态，在外加磁场的作用下两种状态可以相互转化。从而可以保存二进制信息；一个存储位即磁性材料上呈现剩磁状态的地方。,7.4.1 磁记录原理与记录方式,7.4.1 磁记录原理与记录方式,2.,记录方式,磁性材料写入0或1，是靠不同的 写入电流波形来实现的。写成不同写入电流波形的方式，称为记录方式,，即编码方式,在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，形成不同的记录方式：有不归零制、调相制、调频制；,7.4.1 磁记录原理与记录方式,记录方式：,（1）不归零制,NRZ0,：,磁头线圈中始终有电流。从而有较好的抗干扰性能,（2）见“1”就翻不归零制,NRZ1,：,磁头线圈中始终有电流，记录“0”时电流方向不变，只有遇到“1”时才改变方向,（3）,调相制,PM,：,在一个位周期的中间位置，电流由负到正为1，由正到负为0，利用电流的相位变化进行写“1”和“0”，从而使记录的信息抗干扰性强；另外读出信号经分离电路可提取自同步定时脉冲；具有自同步能力。磁带中一般采用该格式,7.4.1 磁记录原理与记录方式,（4）调频制,FM,：,无论记录的代码是1或0，或者连续写,“,1,”,或,“,0,”,，在相邻两个存储元交界处电流要改变方向；记录1时电流一定要在位周期中间改变方向，写1电流的频率是写0的两倍，同时也称为倍频法。该模式的记录密度高，具有同步能力。可用于单密度磁盘存储器,（5）改进调频法,MFM,：,只有连续记录两个或两个以上,“,0,”,时，才在位周期的起始位置翻转一次，进一步提高记录的密度，适用于磁盘存储器,7.4.1 磁记录原理与记录方式,3.磁表面存储器的读写原理,利用磁头的装置来形成（写）和判别（读）磁层中的不同磁化状态，磁头是由软磁材料做铁心绕有读写线圈的电磁铁。,（1）写操作,：线圈通一定方向的电流铁心有一定方向的磁通铁心间隙处集中很强的磁场磁化成相应极性的磁化位（存储元）=电磁变换,（2）读操作,：磁头通过磁化位铁心产生相应方向的闭合磁通回路运动产生相应方向的电动势读出放大器放大鉴别得出二进制信息=磁电变换。,磁层上的存储元被磁化后，可以提供多次读出而不被破坏。不需要时可以把磁层的信息抹去，写为全“0”或全“1”。读写都是通过磁头来进行的，故称为读写磁头。,7.4.1 磁记录原理与记录方式,硬磁盘机即记录介质为硬质圆盘片的磁表面存储器；由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三部分组成。,7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类,其中磁盘控制器包括,控制逻辑和时序、数据并串变换电路和串并变换电路。,磁盘驱动器包括：读写电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头和磁头定位伺服系统,硬磁盘机的分类方法：按盘片结构分为可换与固定；磁头分为可移动与固定的,（1）可移动磁头固定盘片的磁盘机,（2）固定磁头磁盘机,（3）可移动磁头可换盘片的磁盘机,（4）,温彻斯特磁盘机：简称温盘,，,可移动磁头固定盘片的磁盘机，是一种密封组合式的硬磁盘,，所有的部分都组装成一个不可随意拆卸的整体。为的是高速旋转时在盘片上形成的气垫将磁头平稳浮起，读写速度快，防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求高,7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类,1、磁盘驱动器：一精密的电子和机械装置，其基本结构由定位驱,动系统、主轴系统和数据转换系统组成。,磁头定位驱动系统,：定位驱动部件、传动部件、运载部件组成。驱动部件是精确使运载部件把磁头定位在需要读写的磁道上，一般采用步进电机和音圈电机；步进电机脉冲、开环控制，简单，定位精度不高，音圈电机是线性的，带有速度和位置反馈的闭环控制系统，驱动速度快，定位精度高。,主轴系统,：安装盘片，并以额定的速度旋转。由主轴电机和有关控制电路组成。,数据转换系统,：是控制数据的写入和读出，包括磁头、磁头选择电路、读写电路以及索引、区标电路,7.4.3 硬磁盘驱动器和控制器,2、磁盘控制器,是主机和磁盘驱动器之间的接口。采用成批交换数据方式，来满足高速的磁盘。磁盘控制器是由磁盘数据控制器、数据分离器和读写放大器组成。由于控制器和驱动器的任务分工不明确，它们之间的交界面划分有多种方式,7.4.3 硬磁盘驱动器和控制器,记录面,：磁盘记录信息的盘面,磁道,：记录面上一系列同心圆；从外向内依次编号，从0开始,扇区,：同一个磁道中划分等同区段；编号的方法有多种,磁盘地址=记录面号+磁道号+扇区号,磁道划分为多个扇区，为了定位磁道的起始位置，定义一个索引标志，当读写磁头通过该区域时，可以产生脉冲信号，便可定出磁道起始位置。,扇区记录定长的数据，每个扇区记录一个记录块。每个扇区的开始也是由磁盘控制器产生一个扇标脉冲标示，两个扇标脉冲的之间磁道区域为一个扇区。,每个扇区包括：空白段、序标段、数据段、校验字段及尾部空白字段,；其中空白段用来留出一定的时间作为磁盘控制器的读写准备时间，序标段用来作为磁盘控制器的同步定时信号,7.4.4 磁盘上信息的分布,（2）见“1”就翻不归零制NRZ1：磁头线圈中始终有电流，记录“0”时电流方向不变，只有遇到“1”时才改变方向,驱动器发给控制器的信号：读出数据，写保护、索引、0磁道,（1）硬盘转速高，6000转/分钟，存取数据速度快；,17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。,每个扇区的开始也是由磁盘控制器产生一个扇标脉冲标示，两个扇标脉冲的之间磁道区域为一个扇区。,字符和数字的输入装置，最基本的常用输入设备。,每个扇区的开始也是由磁盘控制器产生一个扇标脉冲标示，两个扇标脉冲的之间磁道区域为一个扇区。,软盘是接触式，一般旋转1000000次以上时考虑报销，以免超过规定的误码率,硬磁盘机即记录介质为硬质圆盘片的磁表面存储器；,磁盘的每个磁道上的扇区划分相同，而且扇区存储的信息相同，所以大号磁道的位密度高于小号磁道的位密度；,2022/10/25 22:18:5022:18:5025 October 2022,（1）每盘带均设始端标记BOT和末端标记EOT。,时间局部性是指一些数据被存取后，不久这些数据又再次被存取。,2、光盘的扇区数据结构,为此需要在结构上和电路上采取措施，保证磁带以一定的速度平衡的运动和快速启停,（,1,）,存储密度,：分为道密度、位密度和面密度,道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位,道/英寸,位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位,位/英寸,面密度：位密度和道密度的乘积，单位,位/平方英寸,（,2,）,存储容量,：一个磁盘存储器所能存储的字节总数；其又分为格式化容量和非格式化容量,非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁化单元总数,格式化容量：是按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，即用户可以真正使用的容量，一般是非格式化容量的60-70%,7.4.5 磁盘存储器的技术指标,（,3,）,平均存取时间,：存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动到新的记录位置，到开始从记录面上读出或写入信息所需要的时间；,存取时间=,找道时间,+,等待时间,+,数据传送时间,。,找道时间,：是指将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间,等待时间,：找道完成后至磁道上需要访问的信息达到磁头下的时间；,找道时间和等待时间都是随机变化的；,因此往往使用平均值表示,平均找道时间,是最大找道时间与最小找道时间的平均值,平均等待时间,用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。,7.4.5 磁盘存储器的技术指标,（,4,）,数据传输率,：磁盘存储器在单位时间内向主机传送的数据字节数；和存储设备与主机接口逻辑有关,Dr=nN,；,n,为转速，,N,为字节数,/,磁道,或,Dr=Dv,（字节,/,秒）,；,D,为位密度，,v,为磁盘旋转的线速度,解：,1,、,2,、,3,、,7.5,磁盘存储设备的技术发展,7.5.1,磁盘,Cache,7.5.2,磁盘阵列,RAID,磁盘,Cache,的存取原理与,CPU,中的,Cache,很相似。,磁盘,Cache,的原理,磁盘,Cache,利用了数据的,空间局部性,和,时间局部性,原理。,空间局部性,是指数据被存取时，该数据附近的数据很可能也将被存取；,时间局部性,是指一些数据被存取后，不久这些数据又再次被存取。,因此，大多数磁盘驱动去中都使用了数据预取技术，根据局部性原理预取一些将可能被读的数据放入,Cache,中。,光盘,7.5,软磁盘存储设备(不要求),7.5.1 软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同,软磁盘存储器（软盘）：用聚脂的柔性材料制成；有软磁盘驱动器、控制器和盘片三部分组成,软磁盘存储器与硬磁盘存储器在存储原理和记录方式基本相同，但在结构和性能上存在差别：,（1）硬盘转速高，6000转/分钟，存取数据速度快；软盘转速低，300转/分钟,（2）硬盘有固定磁头、盘片和盘组；软盘是活动的，可换盘片,（3）硬盘是浮动磁头读写，不接触盘片；软盘是接触式，一般旋转1000000次以上时考虑报销，以免超过规定的误码率,（4）硬盘系统和盘片比较贵，且不能互换；软盘造价低，盘片,保管方便，使用灵活，而且有互换性,（5）硬盘对环境要求苛刻，要有超净措施，软盘对环境要求不太严格,从上面的对比可以得出软盘的优点，一般计算机系统都配备的,分类：,按照盘片尺寸大小：5.25、3.5、2.5英寸等等,按内部结构的记录密度：双面双密度、双面高密度等多种,7.5.2 软盘盘片,盘片的盘基有聚脂薄膜制成，厚度约76微米，上面涂有极薄的一层铁氧磁性材料，封装在相应尺寸见方的不透光的塑料保护套内；套内有一层无纺布，用来防尘，消除静电，保护盘片不受碰撞，套子上有槽孔，读写磁头用来读写信息,软分段：以“索引孔”作为定位基准，将扇区的划分由通过软件写入的标志来实现。“索引孔”用来检测盘片的转速和划分盘片的扇,区区段，当索引孔转到盘套的槽孔时，传感元件可测出一个脉冲信号，作为盘片旋转一周的开始标志，磁道的起始位置，依次作为扇区的划分。,盘片出厂前进行“预格式化”完成软分段工作；用户再根据不同的机型和操作系统，用格式化程序重新格式化（初始化）,磁盘的每个磁道上的扇区划分相同，而且扇区存储的信息相同，所以大号磁道的位密度高于小号磁道的位密度；每条磁道具体划分成多少个扇区，取决于记录格式,软盘的磁道划分和硬盘相同，从外向内，从0开始。软件的密度分双密度,DD、,单密度,SD,和高密度,QD,之分。其中双密度采用,MFM,格式，而单密度采用,FM,格式,7.5.3 软盘的记录格式,记录格式指的是磁盘表面上信息的存储格式。为了盘片的互换性和简化系统设计，采用统一的标准记录格式,IBM,记录格式；分为磁道格式、扇区格式,7.5.4 软磁盘驱动器和控制器,软磁盘驱动器主要由驱动机构、磁头及定位机构、读写电路组成,磁盘控制器：解释来自主机命令并向驱动器发出各种控制器，同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据：,（1）找道操作：找道前，目标磁道和当前磁道对比,（2）地址检测：,（3）读数据：检测数据标志、读出、,CRC,校验,（4）写数据：写入、数据区标志、,CRC,校验码和间隙,（5）初始化：在盘片上写格式化信息，对每个磁道划分扇区,上述的控制功能相当复杂，为此设计控制器芯片，把许多功能集成在一个,LSI,芯片中，制成控制器。控制器芯片是可编程的，对基本操作进行编程来实现控制。,控制器发给驱动器的信号：驱动器选择、马达允许、步进、步进方向、选头、写数据和写允许,驱动器发给控制器的信号：读出数据，写保护、索引、0磁道,7.6 磁带存储设备,磁带机和磁盘的存储原理基本相同，它的载磁体是一种带状塑料，卷为一盘。磁带存储设备分为磁带机和磁带两部分,7.6.1 磁带机的分类和结构,磁带的分类：,按带宽：1/4英寸和1/2英寸,按带长：2400、1200、600英尺,按外形：开盘式和盒式磁带,按记录密度：800、1600、6250位/英寸,按带面并行记录的磁道数：9、16道等,计算机系统中标准的磁带：1/2英寸开盘磁带和1/4英寸盒式磁带,磁带机的分类,按磁带机的规模：半英寸、盒式、海量磁带存储器,按磁带机走带速度分：高速4-5,m/s、,中速2-3,m/s、,低速2,m/s,按磁带的记录格式分：启停式和数据流式,磁带机的数据传输率,C=D v,其中,D,为记录密度，,v,走带速度,磁带机在寻找记录时，必须驱动磁带正走和反走，读写完毕又要使磁头停在两个记录区之间。为此需要在结构上和电路上采取措施，保证磁带以一定的速度平衡的运动和快速启停,数据流磁带机：将数据连续地写在磁带上，每个数据块间插入记录间隙，使磁带机在数据块间不启停，采用电子控制代替机械控制以简化了磁带机的结构，降低成本、提高可靠性。数据流磁带机的读写机构和启停式磁带机不同，数据流磁带机是串行读写方式，启停式是多位并行读写,7.6.2 磁带的记录格式,英寸9道启停式磁带是一种国际通用标准，其记录格式特点：,（1）每盘带均设始端标记,BOT,和末端标记,EOT。,标记用一块,矩形金属反光薄膜制成,光电检测元件可得到这种标记,标示磁带的开始和结束,（2）磁带上留有间隙,G,或,g；g,为数据块间的间隙，取决于磁带机的快启停性能。,（3）信息可采用两种形式存储：一种为文件式：一盘带可记录若干文件，一个文件又分若干数据块，每个文件始末有文件头标和文件尾标。卷头标、索引、文件头标、文件尾标均为80,B，,其内容由操作系统规定。第二种为数据块形式：磁带可在数据块之间启停，进行数据传送,英寸盒式数据流磁带也是一种通用的标准磁带；磁带的记录格式包括：前同步、数据块标志、用户数据、地址号、,CRC,校验码和后同步。数据流磁带是串行逐道进行读写，呈现蛇行串行记录,7.7 光盘存储设备,7.7.1 光盘的分类,光盘是光盘存储器的简称，是当前重要的存储设备，特别是多媒体计算机必不可少的。光盘采用聚焦激光束在盘式介质式非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质的变化来表示所存储信息的“1”或“0”。突出的特点是高密度存储，但是存取时间长，数据传输率低。,按照读写性质可分：只读型、一次型和重写型,（1）只读型光盘,采用母盘大批重压制出来具有永久性物理变化的光盘，只能读。典型的产品有：,LD、CD-DA、VCD、DVD、CD-ROM,（2）,一次型光盘,用户可以采用此光盘记录信息，但只能写一次，就发生永久变化，不能再改变。典型产品是,CD-R,（3）重写型光盘,用户可以在这种光盘上反复进行读写，典型产品有两种：,MO,磁光盘：利用,热磁效应写入数据,，当激光束将磁光介质上的记录点加热到居里点温度以上时，外加磁场作用改变记录点的磁化方向，两种磁化方向表示二进制信息。,利用磁光克尔效应读出数据,，当激光束照射到记录点时，记录点的磁化方向不同，会引起反射光的偏振面发生左旋或右旋，从而检测出所记录的二进制,PC,相变盘：利用相变材料的晶态和非晶态来记录信息；写入时，强弱不同的激光束对记录点加热，在快速冷却后，记录点分别呈现非晶态和晶态。读出时，用弱激光来扫描相变盘，晶态反射率高，非晶态反射率低，根据反射光的强弱变化即可检测出二进制信息,1、,CD-ROM,光盘存储原理,光盘是直径为120,mm,厚度为1.2,mm,的单面记录盘片。,ROM,光盘采用坑点的分布表示信息，有坑为“1”，无坑为“0”，一系列这样的区域形成信息记录道。制造是采用母盘，母盘是一块平整的圆形玻璃衬底，厚度,0.5,毫米、涂有0.12微米厚的光敏材料薄膜，用一束待录信息调制光强并聚焦的激光束照射光敏层，暴光形成凸凹，用化学溶液处理光膜，暴光的光膜被溶解，从而显示出凸凹结构。,读出时根据凸凹结构对激光照射的反射率高低而得到二进制信息。激光束照到凹坑发生衍射，反射率低，照到凸面上大部分光将反射，根据反射光的光强变化并进行光电转换，即可读出记录信息,7.7.2,CD-ROM,光盘,只能读，但有存储容量大、耐用、易保存等优点,2、光盘的扇区数据结构,信息记录的轨迹称为光道。光道上划分出一个个扇区，为最小,寻址单位。扇区分为4个区域：,00,FF（10）00 MN SC FR MD,数据 校验,SYNC,12 bytes,ID,4 bytes,数据区,2048,B,校验区,288,B,扇区（2352字节）,（1）2字节全0和10字节全1组成同步区，标志着扇区的开始,（2）4个字节的扇区标识,ID,用于说明此扇区的地址和工作模式，,扇区以分,MN、,秒,SC、,分数秒,FR（1/75s）,时间值作为地址。,ID,的,MD,为工作模式控制，用于控制数据区和检验区的使用，共有三种模式：模式0规定数据区和校验区的全部2336个字节是0，该扇区不用于记录数据仅仅作为导入区和导出区；模式1规定288字节的校验区为4字节的检测码,EDC、8B,的保留区和276,B,纠错码,因为具有纠错能力，适合于保存程序和数据；,模式2规定288,B,的校验区也用于存放数据，用于保存声音、图形等对误码率要求不高的数据,7.7.3,CD-ROM,驱动器及其接口,CD-ROM,驱动器分为内置式和外置式：内置式可安装在5.25软驱位置上，工作电源由机箱内部提供。外置式需要数据线和主机相连，电源独立,衡量,CD-ROM,性能主要指标有：,数据传输率：单倍速150,KB/s，n,为单倍速的,n,倍,。速度高就要求很高的容错性和纠错性,数据缓冲器容量：驱动器内部有64-256,B,的数据缓冲器，暂存读出数据，减少读取盘片次数,9,、静夜四无邻，荒居旧业贫。,10月-26,10月-26,Sunday,October 4,2026,10,、雨中黄叶树，灯下白头人。,03:54:01,03:54:01,03:54,10/4/2026 3:54:01 AM,11,、以我独沈久，愧君相见频。,10月-26,03:54:01,03:54,Oct-26,04-Oct-26,12,、故人江海别，几度隔山川。,03:54:01,03:54:01,03:54,Sunday,October 4,2026,13,、乍见翻疑梦，相悲各问年。,10月-26,10月-26,03:54:01,03:54:01,October 4,2026,14,、他乡生白发，旧国见青山。,04 十月 2026,3:54:01 上午,03:54:01,10月-26,15,、比不了得就不比，得不到的就不要。,。,十月 26,3:54 上午,10月-26,03:54,October 4,2