第7章外围设备_2

第7章外围设备目录7.1外围设备概述——了解7.2磁盘存储设备——掌握7.5光盘和磁光盘存储设备——了解7.6显示设备——理解7.7输入设备和打印设备——理解7.1外围设备概述7.1.1外围设备的一般功能7.1.2外围设备的分类2019年10月4日星期五47.1.1外围设备的一般功能外围设备的定义计算机系统中，除CPU和主存之外的部件都可看作外设；外围设备的功能在计算机和其他机器，或与用户之间提供联系。外围设备的基本组成存储介质用于信息的保存；驱动装置用于移动存储介质，使之正常工作；控制电路用于使该外设与外界（如CPU）的信息传递。以硬盘为例盘片组定位驱动器读写控制2019年10月4日星期五57.1.2外围设备的分类分类输入/出设备；外存设备；数据通信设备；过程控制设备；……外设都是通过适配器与主机连接的；适配器控制所连外设的具体工作；动画演示：外设系统结构.swf7.2磁盘存储设备7.2.1磁记录原理7.2.2硬磁盘机的基本组成和分类7.2.3硬磁盘驱动器和控制器7.2.4磁盘上信息的分布7.2.5磁盘存储器的技术指标重点掌握2019年10月4日星期五77.2.1磁记录原理磁表面存储器用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。磁表面存储器的优点①存储容量大，位价格低；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；④非破坏性读出，读出时不需要再生信息。磁表面存储器的缺点存取速度较慢，机械结构复杂；对工作环境要求较高。如：磁带、磁盘接触式读写软盘、磁带：要求防尘、防震非接触式读写硬盘：8磁性材料的物理特性矩形磁滞回线+Br：正剩磁状态-Br：负剩磁状态CAI2019年10月4日星期五9磁表面存储器的读写原理在磁表面存储器中，信息的读写是利用磁头来进行的；磁头：由软磁材料做铁芯，绕有读写线圈的电磁铁。写操作原理：电-磁变换；利用磁头写线圈中的脉冲电流，在磁表面每个存储元上形成不同的磁化状态；读操作原理：磁-电变换；利用磁头读线圈，将磁表面每个存储元上的不同剩磁状态转换成电信号读出；记录方式的写读波形图𝒆=−𝒌𝒅Φ𝒅𝒕2019年10月4日星期五102019年10月4日星期五117.2.2硬磁盘存储器的组成和分类硬盘的逻辑结构组成磁记录介质磁盘控制器磁盘驱动器动画演示：硬磁盘存储器的逻辑结构图.swf硬质圆形盘片磁头、小车、传送带读写控制电路2019年10月4日星期五12硬磁盘的分类按盘片结构分可换盘片式、固定盘片式按磁头分可移动磁头、固定磁头温彻斯特磁盘机可移动磁头固定盘片的磁盘机；密封组合式的硬磁盘；磁头、盘片、电机等部件组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点：防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。组合可移动磁头固定盘片固定磁头固定盘片可移动磁头可换盘片固定磁头可换盘片简称温盘2019年10月4日星期五13硬磁盘外观2019年10月4日星期五14硬磁盘内部构成2019年10月4日星期五157.2.3硬磁盘驱动器和控制器磁盘驱动器定位驱动系统主轴系统数据转换系统磁盘控制器主机与磁盘驱动器之间的接口。2019年10月4日星期五16硬磁盘的驱动器2019年10月4日星期五17现代硬盘结构示意图2019年10月4日星期五187.2.4磁盘上信息的分布记录面一个盘片有上下两个记录面；磁盘组的最上下盘片只有一个记录面；磁道记录面上一系列同心圆；最外圈为0磁道，依次为1、2、……、N磁道；每个磁道的存储容量均相同；不同盘片的相同磁道构成一个柱面；扇区同心圆上的一段磁道区域；每个扇区的存储容量也相同。2019年10月4日星期五19磁盘上的信息记录方式一个硬盘由多个盘片构成的磁盘组来记录信息；每个盘片包括两个记录面（除最上面和最下面）；每个记录面表面通常有几十到几百个磁道来记录信息；每个磁道又分为若干个扇区。磁盘组的信息记录顺序是按照柱面来组织的：第0面第0道第1面第0道……第N面第0道第0面第1道第1面第1道……第N面第1道……硬盘上信息地址由记录面号、磁道号、扇区号三个部分组成。索引：磁道的起始位置。为便于进行读/写操作；2019年10月4日星期五207.2.5磁盘存储器的技术指标存储密度有道密度、位密度、面密度三个不同的指标；相关概念道距：相邻两磁道中心线之间的距离；道宽：磁化轨迹的宽度。存储容量一个磁盘存储器所能存储的字节总数；平均寻址时间从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。数据传输率磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数；2019年10月4日星期五21存储密度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。注意：每个磁道的位密度均不相同，有最高、最低位密度。0磁道的位密度为最低位密度；面密度位密度和道密度的乘积；单位：位/平方英寸。此概念没有意义2019年10月4日星期五22存储容量存储容量=记录面数×每面磁道数×磁道容量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按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。格式化容量一般是非格式化容量的60%—70%。这里指的是低级格式化（对于磁盘上的磁道划分等），而非操作系统的格式化；2019年10月4日星期五23平均寻址时间平均寻址时间等于平均寻道时间与平均等待时间之和；定位时间（寻道时间）将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间；等待时间寻道完成后，盘片将所要访问信息转到磁头下方的时间；平均寻道时间最大与最小寻道时间的平均值，约为10~20ms；该时间的长短由硬磁盘的机械特性决定；平均等待时间与磁盘转速有关，是磁盘旋转一周时间的一半。硬盘转速为7200转/分，故平均等待时间约为4ms。2019年10月4日星期五24数据传输率外部传输率从硬盘内部的缓冲区中所读取数据的最高速率；即微机系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率；也叫突发数据传输率、接口传输率；该指标与硬盘接口类型、硬盘缓冲区大小有关。内部传输率从盘片上将数据读取到硬盘内部缓冲区的速度；衡量硬盘读写性能的决定性因素；设磁盘旋转速度为每秒r转，磁道容量为N个字节数据传输率Dr=r×N（字节/秒）2019年10月4日星期五25课本P217【例1】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：①共有多少柱面?柱面数=每面的磁道数盘面上的有效存储区域=33/2–22/2=16.5-11=5.5(cm)∵道密度=40道/cm∴磁道数=40×5.5=220道，即220个柱面2019年10月4日星期五26课本P217【例1】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：②盘组总存储容量是多少?存储容量=记录面数×每面磁道数×磁道容量内层磁道周长为2πR=2×3.14×11=69.08(cm)道容量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B盘组总容量=10×220×3454B=7598800B6×2－2220位密度×磁道周长2019年10月4日星期五27课本P217【例1】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：③数据传输率多少?每磁道容量N=3454B磁盘转速r=6000转/60秒=100转/秒磁盘数据传输率Dr=r×N=100×3454B=345400B/s2019年10月4日星期五28课本P217【例1】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：⑤如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?磁盘组的记录顺序是按照柱面来组织的；因为不需要重新寻道，数据读/写速度快；如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个柱面上。2019年10月4日星期五29例1：某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12288字节，最内层磁道直径为230mm，共275道，求：①磁盘的存储容量为多大？存储容量=记录面数×每面磁道数×磁道容量=4面×275道×12288字节=13516800字节②最高位密度和最低位密度分别是多少？位密度=道容量÷磁道周长（2πR）最内层磁道半径Rmin=230mm÷2=115mm最外层磁道半径Rmax=Rmin+275/5=115+55=170mm最高位密度=12288字节÷(2πRmin)=17字节/mm最低位密度=12288字节÷(2πRmax)=11.5字节/mm2019年10月4日星期五30例1：某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12288字节，最内层磁道直径为230mm，共275道，求：③磁盘数据传输率为多少？磁盘数据传输率=每道容量×转速=12288×50转/秒=614400字节/秒④平均等待时间是多少？平均等待时间=1/2×1/转速=1/2×1/50转/秒=1/100秒=10ms2019年10月4日星期五31例2：设某磁盘有两个记录面，存储区内径为2.36英寸，外径为5英寸，道密度为1250TPI(道/英寸)，内径处的位密度为52400BPI(字节/英寸)，转速为7200转/分，问：①每面有多少磁道？磁道数=记录面的有效区域道密度=[(外径-内径)/2]道密度=[(5－2.36)/2]1250TPI=1650道②每磁道能存储多少字节？道容量=内圈周长位密度=(2.363.14)52400÷8=48562字节2019年10月4日星期五32例2：设某磁盘有两个记录面，存储区内径为2.36英寸，外径为5英寸，道密度为1250TPI(道/英寸)，内径处的位密度为52400BPI(字节/英寸)，转速为7200转/分，问：③数据传输速率为多少？数据传输率=每道字节数转速=48562（7200÷60）=5.82106字节/秒④设寻道时间在10ms到40ms之间，在一个磁道上写上8000字节数据，平均需要多少时间？所需时间=平均寻道时间+平均等待时间+数据写入时间=(10+40)/2+(60/7200)/2+8000÷(5.82106)≈25ms+4.2ms+1.4ms=30.6ms2019年10月4日星期五337.5光盘和磁光盘存储设备光盘存储器采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息；以介质材料光学性质的变化来表示所存储信息的“1”或“0”。光盘存储器是以光道来记录信息的；光道是一条始于盘片中心的螺旋线。光盘的优点存储容量大；光盘的缺点存取时间长，数据传输率低。一张CD-ROM盘片的存储容量可达600MB以上2019年10月4日星期五34光盘存储器的分类只读型厂商以高成本制作出母盘后大批压制出来的光盘；这种模压式记录的光盘只能读，不能修改。写一次型用户可以在这种光盘上记录信息，但只能写一次。重写型用户可对这类光盘进行随机写入、擦除或重写信息。DVD-ROM光盘最初的全称是数字化视频光盘；CD-ROM是单面使用，DVD-ROM是两面都可以写数据。CD-RWCD-ROMWORM、CD-RD