计算机组成原理第九章课件

1、2022-4-161计算机组成原理任课教师：石磊郑州大学信息工程学院计算机系Email: Tel: 136769868632第一章第一章 概述概述第二章第二章 计算机中的数据表示计算机中的数据表示第三章第三章 运算方法和运算器运算方法和运算器第四章第四章 存储器及存储系统存储器及存储系统第五章第五章 指令系统指令系统 第六章第六章 中央处理器中央处理器 第七章第七章 系统总线系统总线第八章第八章 输入输出系统输入输出系统第九章第九章 计算机外部设备计算机外部设备 第十章第十章 计算机系统结构计算机系统结构目录计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-1

2、6第3页第第9章章 计算机外部设备计算机外部设备计算机组成原理计算机组成原理 清华大学出版社清华大学出版社教学目标教学重点教学过程计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第4页教学目标教学目标l了解计算机的外部设备了解计算机的外部设备l理解并掌握外部设备的基本工作原理理解并掌握外部设备的基本工作原理计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第5页教学重点教学重点l计算机外部设备的功能计算机外部设备的功能l计算机外部设备的分类计算机外部设备的分类l计算机外部设备的特点计算机外部设备的特点l显示设备基本原

3、理显示设备基本原理l磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第6页教学过程教学过程l9.1 外部设备概述外部设备概述l9.2 输入设备输入设备l9.3 输出设备输出设备l9.4 显示设备显示设备l9.5 磁表面存储器磁表面存储器l9.6 光盘存储器光盘存储器l9.7 通信与网络设备通信与网络设备计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第7页9.1 计算机外部设备概述计算机外部设备概述 （1/3） l定义：计算机系统中主机以外的硬设备，定义：计算机系统中主机以外

4、的硬设备，是计算机系统的重要组成部分，也称为输是计算机系统的重要组成部分，也称为输入输出设备。入输出设备。l功能：外部设备是计算机与外部世界或计功能：外部设备是计算机与外部世界或计算机与人进行信息交换的设备，是人机联算机与人进行信息交换的设备，是人机联系的界面和桥梁，常见的输入输出设备有系的界面和桥梁，常见的输入输出设备有键盘，显示器，打印机等。键盘，显示器，打印机等。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第8页9.1 计算机外部设备概述计算机外部设备概述 （2/3）l所处位置：在计算机系统中，所处位置：在计算机系统中，CPU和内存组成主机，其

5、它和内存组成主机，其它设备称为外部设备。外部设备可以看成信息转换装置，设备称为外部设备。外部设备可以看成信息转换装置， 把需要处理的信息转换成电脉冲输入主机，把需要处理的信息转换成电脉冲输入主机， 把主机处理后的信息转换为人们可以识别的字符，图把主机处理后的信息转换为人们可以识别的字符，图形等。如图形等。如图9.1所示。所示。电脉冲信息电脉冲信息还原，转换还原，转换主机主机外部设备外部设备用户可识别的信息用户可识别的信息加工处理信息加工处理信息文字文字/声音声音/图形图形/图象等图象等图图9-1 外部设备所处的位置外部设备所处的位置计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机

6、外部设备2022-4-16第9页9.1 计算机外部设备概述计算机外部设备概述 （3/3）l分类：分类：从计算机接收信息和送出结果，可以分为：从计算机接收信息和送出结果，可以分为： 输入设备输入设备 输出设备输出设备从外部设备的功能，可以分为：从外部设备的功能，可以分为： 输入设备输入设备 输出设备输出设备 外存储器外存储器 数据通信设备数据通信设备 过程式输入输出设备过程式输入输出设备计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第10页常见的外部设备常见的外部设备输入输入/输出输出设备设备数据通信设备数据通信设备输入输出处理机输入输出处理机外存储设备

7、（硬磁盘、软磁盘、光盘）外存储设备（硬磁盘、软磁盘、光盘）多媒体多媒体数数/模、模模、模/数转换数转换汉字处理设备汉字处理设备终端设备（键盘终端设备（键盘+显示器）显示器）输入输入设备设备输出输出设备设备语音输出语音输出语言与文字输入语言与文字输入光学字符识别光学字符识别键盘键盘条形码条形码图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图象输入设备（摄象机、扫描仪、传真机）图象输入设备（摄象机、扫描仪、传真机）绘图机（平板式、滚筒式）绘图机（平板式、滚筒式）打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）打印设备（点阵式打印机、激光打印

8、机、喷墨打印机）显示器（字符、汉字、图形、图象、液晶、等离子）显示器（字符、汉字、图形、图象、液晶、等离子）计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第11页计算机外部设备分类计算机外部设备分类 （1/3）（1）输入设备）输入设备输入设备是将程序，数据，命令，图形，图象等，按输入设备是将程序，数据，命令，图形，图象等，按一定的要求转换成主机能够接收的代码信息，并送入主机一定的要求转换成主机能够接收的代码信息，并送入主机内进行处理的设备。包括纸介质输入设备、光介质、磁介内进行处理的设备。包括纸介质输入设备、光介质、磁介质、光学识别、语音识别、键盘输入

9、等设备。最常用的是质、光学识别、语音识别、键盘输入等设备。最常用的是磁介质和键盘输入设备。磁介质和键盘输入设备。（2）输出设备）输出设备输出设备是将主机处理信息的中间结果和最后结果，输出设备是将主机处理信息的中间结果和最后结果，以人们通常能识别的字符、图形等形式表示出来的设备。以人们通常能识别的字符、图形等形式表示出来的设备。包括显示设备、印刷设备、照相、语音响应、纸介质设备、包括显示设备、印刷设备、照相、语音响应、纸介质设备、磁介质设备、光介质设备。其中显示和印刷是两种主要的磁介质设备、光介质设备。其中显示和印刷是两种主要的输出设备。输出设备。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设

10、备第九章计算机外部设备2022-4-16第12页计算机外部设备分类计算机外部设备分类 （2/3）（3）外存储设备）外存储设备外存储设备用来保存数据、程序和文挡、字库，以补外存储设备用来保存数据、程序和文挡、字库，以补充内存容量的不足，在需要某一部分数据时，可在处理机充内存容量的不足，在需要某一部分数据时，可在处理机的控制下，通过接口控制把数据送到内存。外存储设备以的控制下，通过接口控制把数据送到内存。外存储设备以磁表面存储器为主，早期有磁鼓、磁带，现在主要用磁盘磁表面存储器为主，早期有磁鼓、磁带，现在主要用磁盘（硬盘、软盘）和光盘。（硬盘、软盘）和光盘。（4）数据通信设备）数据通信设备计算机网

11、络是计算机技术和数据通信技术相结合的产计算机网络是计算机技术和数据通信技术相结合的产物，数据通信设备指的是在计算机网络通信中用的外部设物，数据通信设备指的是在计算机网络通信中用的外部设备。包括调制解调器，网络适配器，网络互连设备，通信备。包括调制解调器，网络适配器，网络互连设备，通信控制器，网络交换机终端设备等。控制器，网络交换机终端设备等。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第13页计算机外部设备分类计算机外部设备分类 （3/3）（5）终端设备）终端设备终端设备的基本构成是一些通用的输入输出终端设备的基本构成是一些通用的输入输出设备，如有各

12、种键盘，不同类型的打印设备，显设备，如有各种键盘，不同类型的打印设备，显示设备，软磁盘机和通信设备。通过传输控制协示设备，软磁盘机和通信设备。通过传输控制协议和传输介质与主机通信。议和传输介质与主机通信。（6）过程式输入输出设备）过程式输入输出设备通常多用于计算机控制系统。这类设备在现通常多用于计算机控制系统。这类设备在现场采集到的一般是模拟量，如电压、温度等，要场采集到的一般是模拟量，如电压、温度等，要经过从模拟量到数字量的转换（经过从模拟量到数字量的转换（A/D）才能送给）才能送给计算机，而计算机的输出也必须经过从数字量到计算机，而计算机的输出也必须经过从数字量到模拟量的转换（模拟量的转换

13、（D/A）才能去进行相应的控制。）才能去进行相应的控制。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第14页计算机外部设备的特点计算机外部设备的特点1、主机与外设间信息交换、主机与外设间信息交换（1） 数据信息数据信息（2） 控制信息控制信息（3） 状态信息状态信息（4） 联络信息联络信息（5） 外设识别信息外设识别信息2、主机与外设通过接口电路连接、主机与外设通过接口电路连接外部设备一般由两部分组成，即设备本身和设备接口，外部设备一般由两部分组成，即设备本身和设备接口，设备接口也称为设备接口也称为I/O控制器（适配器）。外部设备通过控制器（适配器）

14、。外部设备通过I/O控制器与主机总线连接起来，不同的外部设备需要相应的控制器与主机总线连接起来，不同的外部设备需要相应的I/O控制器。控制器。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第15页9.2 输入设备输入设备 l9.2.1 键盘键盘l9.2.2 鼠标器鼠标器l9.2.3 扫描仪扫描仪l9.2.4 数码相机数码相机计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第16页9.3 打印输出设备打印输出设备 l点阵打印机点阵打印机l激光打印机激光打印机l喷墨打印机喷墨打印机计算机组成原理计算机组成原理 第九章

15、计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第17页9.3.1 点阵针式打印机点阵针式打印机l应用最多的硬拷贝输出设备，可以将打印在纸上的信息长应用最多的硬拷贝输出设备，可以将打印在纸上的信息长期保存。可以产生永久性记录的设备有打印机，绘图机，期保存。可以产生永久性记录的设备有打印机，绘图机，静电印刷机以及纸带穿孔机，卡片穿孔机等。静电印刷机以及纸带穿孔机，卡片穿孔机等。l分类 按打印方式的不同，分为击打式和非击打式两大类。按打印方式的不同，分为击打式和非击打式两大类。按控制方式的不同，可分为串行打印机和并行打印机按控制方式的不同，可分为串行打印机和并行打印机两种。两种。 按打印纸的宽

16、度不同，可分为宽行打印机和窄行打印按打印纸的宽度不同，可分为宽行打印机和窄行打印机。机。 计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第18页9.3.2 激光打印机激光打印机硒鼓硒鼓 图图9-4 激光打印机结构激光打印机结构记录鼓记录鼓激光源激光源清扫辊清扫辊带电器带电器输纸部分输纸部分接纸部分接纸部分预热板预热板加热辊加热辊定影部分定影部分印写印写, 清扫，转写部分清扫，转写部分转写转写显象部分显象部分激光部分激光部分控制部分控制部分计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第19页打印机中一些技术术语

17、打印机中一些技术术语（1）字模（）字模（Font） 由一组字符组成，通常包括字母，数字，标点符号及一由一组字符组成，通常包括字母，数字，标点符号及一些专用符号，每个字模有特定大小、高度、宽度和倾斜度些专用符号，每个字模有特定大小、高度、宽度和倾斜度（2）字式样（）字式样（Font Styles） 可将字模划分为四大组：文本组，显示组，装饰组和符可将字模划分为四大组：文本组，显示组，装饰组和符号组。号组。 文本组：小型文本体可以作为文稿的正文，大型文本体可文本组：小型文本体可以作为文稿的正文，大型文本体可以作为文稿的标题。以作为文稿的标题。 显示组：显示组的字母常用于广告和书名中。显示组：显示组

18、的字母常用于广告和书名中。 装饰组：不常用，草体属于此类。装饰组：不常用，草体属于此类。 符号组：科技、工程、绘图、音乐等领域中常用专门符号符号组：科技、工程、绘图、音乐等领域中常用专门符号（3）字模存储器）字模存储器 字模可选择存放在打印机内或主机的磁盘、磁带上。字模可选择存放在打印机内或主机的磁盘、磁带上。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第20页9.3.3 喷墨打印机喷墨打印机l喷墨技术可分为连续式和间歇式两大类，目前流喷墨技术可分为连续式和间歇式两大类，目前流行的喷墨打印机技术属于间歇式，它又分为行的喷墨打印机技术属于间歇式，它又分

19、为“热热泡式泡式”和和“压电式压电式”两种。两种。l喷墨技术的原理：利用电阻迅速加热喷墨头，使喷墨技术的原理：利用电阻迅速加热喷墨头，使喷墨头内的墨水汽化产生气泡，气泡膨胀将墨水喷墨头内的墨水汽化产生气泡，气泡膨胀将墨水喷出喷嘴，墨滴以每秒喷出喷嘴，墨滴以每秒3000-6200点的速度喷射点的速度喷射到纸上，当喷头与纸之间的距离很小时，便可在到纸上，当喷头与纸之间的距离很小时，便可在纸上形成精确的图案。纸上形成精确的图案。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第21页9.4 显示设备显示设备l图形与图象图形与图象 图形图形(Graphics）指

20、没有亮暗层次变化的线条图，如建）指没有亮暗层次变化的线条图，如建筑，机械的工程设计图，电路图等。筑，机械的工程设计图，电路图等。 图象图象(Image)指具有亮暗灰度层次的图画，如自然景物，指具有亮暗灰度层次的图画，如自然景物，新闻照片等。经计算机处理与显示的图象称为数字图新闻照片等。经计算机处理与显示的图象称为数字图象。象。l按照使用的显示器件划分，显示设备分为按照使用的显示器件划分，显示设备分为 阴极射线管显示器（阴极射线管显示器（Cathode Ray Tube Display） 发光二极管显示器（发光二极管显示器（Light-emitting Diode Display） 液晶显示器（

21、液晶显示器（Liquid Crystal Display） 等离子显示器（等离子显示器（Plasma Display）。）。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第22页9.4 显示设备显示设备l软拷贝设备：不能生成持久性硬拷贝。软拷贝设备：不能生成持久性硬拷贝。l组成：由监视器和显示适配器组成组成：由监视器和显示适配器组成l作用：将电信号转换成可以直接观察的字符，图形或图象作用：将电信号转换成可以直接观察的字符，图形或图象 l显示方式：显示方式： 字符显示方式（字符显示方式（A/N） 全点可寻址图象显示方式（全点可寻址图象显示方式（APA）l

22、显示模式显示模式决定屏幕的显示格式（显示字符的个数，显示图形的分决定屏幕的显示格式（显示字符的个数，显示图形的分辨率，颜色数等）辨率，颜色数等） 行行列列A/N方式方式 每屏的行每屏的行行象素数行象素数APA方式方式计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第23页显示器的类型显示器也称为监视器，可以分为单色监视器显示器也称为监视器，可以分为单色监视器和彩色监视器。单色监视器通常用于和彩色监视器。单色监视器通常用于A/N方式，方式，用于字符显示，字符颜色为绿色或琥珀色。彩色用于字符显示，字符颜色为绿色或琥珀色。彩色监视器有三种基本类型：监视器有三种

23、基本类型：RGB监视器；彩色视频监视器；彩色视频监视器；彩色电视机。其中监视器；彩色电视机。其中RGB监视器又分为数监视器又分为数字式和模拟式。字式和模拟式。数字式数字式RGB监视器要求显示适配器提供的信监视器要求显示适配器提供的信号是号是RGB数字信号，受信号位数的限制，可以显数字信号，受信号位数的限制，可以显示的颜色的种数有限，模拟式示的颜色的种数有限，模拟式RGB监视器要求显监视器要求显示适配器提供的信号是用电压表示的示适配器提供的信号是用电压表示的RGB模拟信模拟信号，是连续可变的，可以显示颜色的种数几乎没号，是连续可变的，可以显示颜色的种数几乎没有限制。有限制。计算机组成原理计算机组

24、成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第24页显示适配器常用的的显示适配器有单色适配器常用的的显示适配器有单色适配器MDA，彩色图形适配器彩色图形适配器CGA、EGA、VGA等。等。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第25页显示技术的术语显示技术的术语 （1/2）（1） 分辨率和灰度级分辨率和灰度级分辨率和灰度级是显示器的两个重要技术指标。分辨率和灰度级是显示器的两个重要技术指标。 分辨率（分辨率（Resolution）是指显示设备所能表示的象素个数。）是指显示设备所能表示的象素个数。 灰度级（灰度级（Gray

25、Level）指的是所显示象素点的亮暗差别达到的层）指的是所显示象素点的亮暗差别达到的层次，在彩色显示器中表现为颜色的种类。灰度级取决于每个象素次，在彩色显示器中表现为颜色的种类。灰度级取决于每个象素对应刷新存储器单元的位数和对应刷新存储器单元的位数和CRT本身的性能。本身的性能。（2） 刷新和刷新存储器刷新和刷新存储器 刷新（刷新（Refresh）：重复扫描。）：重复扫描。 刷新频率：每秒钟刷新的次数。刷新频率：每秒钟刷新的次数。刷新存储器：存储图象的存储器，也称刷新存储器：存储图象的存储器，也称“帧存储器帧存储器”或或“视频存储器视频存储器”VRAM。刷新存储器的容量由图象分辨率。刷新存储器

26、的容量由图象分辨率和灰度级决定。如分辨率为和灰度级决定。如分辨率为512512，256级灰度的图象，级灰度的图象，则存储容量为则存储容量为512 512 8bit=256KB。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第26页显示技术的术语显示技术的术语 （2/2）（3） 随机扫描和光栅扫描随机扫描和光栅扫描电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描（Scan）。控制电子束扫描轨迹的电路叫扫描偏转电路。）。控制电子束扫描轨迹的电路叫扫描偏转电路。扫描方式有两种，随机扫描（扫描方式有两种，随机扫描（Random Sc

27、an）和光栅扫）和光栅扫描（描（Raster Scan）。）。随机扫描是控制电子束在随机扫描是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要作图的地方扫描，而而产生图形和字符。电子束只在需要作图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，图象清不必扫描全屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，图象清晰。晰。光栅扫描是电视系统中采用的扫描方法，也叫电视扫光栅扫描是电视系统中采用的扫描方法，也叫电视扫描。要求图象充满整个画面，电子束要扫过整个屏幕。光描。要求图象充满整个画面，电子束要扫过整个屏幕。光栅扫描是从上至下顺序扫描，有逐行扫描和隔行扫描两

28、种栅扫描是从上至下顺序扫描，有逐行扫描和隔行扫描两种方式。方式。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第27页字符显示器（1） 字符显示原理字符显示原理字符可以用点组成，也可以由线段组成，常用的产生字符的方字符可以用点组成，也可以由线段组成，常用的产生字符的方法有点阵法和线段法。法有点阵法和线段法。显示字符的质量和字符块的大小取决于点阵的多少，字符块指的是每显示字符的质量和字符块的大小取决于点阵的多少，字符块指的是每个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符间隔

29、。在和字符间隔。在IBM-PC系统中，屏幕上共显示系统中，屏幕上共显示80列列25行行=2000个个字符，字符窗口数目为字符，字符窗口数目为80 25。（2） 单色字符显示控制板（显示适配器）单色字符显示控制板（显示适配器）显示板是主机与显示器之间的接口显示板是主机与显示器之间的接口显示板有控制逻辑和视频存储器显示板有控制逻辑和视频存储器VRAM两个部分，控制逻辑的核两个部分，控制逻辑的核心是心是MC6845 CRTC。视频存储器有字符存储器和属性存储器两部分。视频存储器有字符存储器和属性存储器两部分。对于每一个显示字符，用一个字节存储字符的对于每一个显示字符，用一个字节存储字符的ASCII码

30、，用另一个字码，用另一个字节存储显示属性，属性字节表示字符的显示色，背景色（底色）以及节存储显示属性，属性字节表示字符的显示色，背景色（底色）以及闪烁、下划线等属性。对于闪烁、下划线等属性。对于80列列25行字符，字符存储器和属性存行字符，字符存储器和属性存储器的容量均为储器的容量均为2KB。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第28页 图形与图象显示 （1/2）1、图形显示设备：、图形显示设备：一般具有显示图形和显示字符的功能。按扫描方法一般具有显示图形和显示字符的功能。按扫描方法可分为：可分为：（1）随机扫描刷新图形显示器）随机扫描刷新图

31、形显示器采用矢量法构成图形。由于一条曲线可以用许多首尾相接的短采用矢量法构成图形。由于一条曲线可以用许多首尾相接的短矢量来逼近，因此可以在屏幕上先给定一系列坐标点，控制电子束矢量来逼近，因此可以在屏幕上先给定一系列坐标点，控制电子束按一定顺序逐个点亮相邻两点间的短矢量，从而得到近似的曲线。按一定顺序逐个点亮相邻两点间的短矢量，从而得到近似的曲线。（2）光栅扫描图形显示器）光栅扫描图形显示器把对应于屏幕上每个象素信息用存储器存起来，然后按地址顺把对应于屏幕上每个象素信息用存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上，通过光栅扫描，使每个象素具有某个序逐个地刷新显示在屏幕上，通过光栅扫描，使

32、每个象素具有某个灰度或某种颜色，串接起来就构成了不同的图形。灰度或某种颜色，串接起来就构成了不同的图形。（3）存储管型图形显示器）存储管型图形显示器存储管的样子像存储管的样子像CRT，但它不需要刷新，无闪烁现象。只要在，但它不需要刷新，无闪烁现象。只要在屏幕上显示出图形，荧光粉就保持发光，直到整个屏幕的图形全部屏幕上显示出图形，荧光粉就保持发光，直到整个屏幕的图形全部檫除为止。由于不用刷新存储器，控制简单，分辨率可达到檫除为止。由于不用刷新存储器，控制简单，分辨率可达到40964096个象素。个象素。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第29

33、页图形与图象显示 （2/2）2、 图象显示设备图象显示设备图象显示器采用光栅扫描方式，其分辨率在图象显示器采用光栅扫描方式，其分辨率在256 256或或512 512个象素，与图形显示兼容的个别图象显个象素，与图形显示兼容的个别图象显示器已达到示器已达到1024 1024象素，灰度级在象素，灰度级在64至至256级。级。图象显示器有两种规模，一种是简单的图象显示器，图象显示器有两种规模，一种是简单的图象显示器，它仅仅显示由计算机送来的数字图象，图象处理操作在计它仅仅显示由计算机送来的数字图象，图象处理操作在计算机中完成，显示器不做任何处理。算机中完成，显示器不做任何处理。另一种是图象处理终端或

34、图象处理子系统。其硬件结另一种是图象处理终端或图象处理子系统。其硬件结构复杂的多，本身就是一个具有并行处理功能的专用计算构复杂的多，本身就是一个具有并行处理功能的专用计算机。机。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第30页9.4.2 液晶显示设备l液晶液晶（Liquid Crystal Display）液态晶体的简称，在一定液态晶体的简称，在一定温度范围内，以液体与固体的中间状态温度范围内，以液体与固体的中间状态液晶状态存在。液晶状态存在。l优点：具有体积小、重量轻、能耗低（每平方厘米优点：具有体积小、重量轻、能耗低（每平方厘米1-10毫毫瓦

35、）、工作电压低（瓦）、工作电压低（1.5-6伏特）、图象精确等优点。伏特）、图象精确等优点。l应用：液晶显示广泛应用在手表，计数器，液晶电视，笔应用：液晶显示广泛应用在手表，计数器，液晶电视，笔记本电脑，投影屏幕上。记本电脑，投影屏幕上。l液晶显示的主要技术指标为：液晶显示的主要技术指标为：（1）电气参数：工作电压）电气参数：工作电压4-10伏，工作电流伏，工作电流1-6微米微米/平方厘平方厘米，工作频率米，工作频率30-2000赫兹，直流电阻赫兹，直流电阻5-10兆欧兆欧/平方厘米，平方厘米，电容电容600-1200微微法微微法/平方厘米，功耗平方厘米，功耗100微瓦微瓦/平方厘米；平方厘米

36、；（2）电光参数：阀值电压）电光参数：阀值电压1.5-2.5伏。饱和电压伏。饱和电压3-4伏，分辨伏，分辨率为几十条线率为几十条线/每毫米，响应时间每毫米，响应时间30-150毫秒，余辉毫秒，余辉300-500毫秒，寿命为毫秒，寿命为1万小时以上。万小时以上。 计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第31页9.5 磁表面存储器磁表面存储器l种类：种类： 磁表面存储器：例如，磁盘，磁带磁表面存储器：例如，磁盘，磁带 光存储器：光盘（光存储器：光盘（Optical Disk）l特点：特点： 存储密度高，记录容量大，每位价格低；存储密度高，记录容量大

37、，每位价格低； 记录介质可以重复使用；记录介质可以重复使用； 记录信息可长时间保存而不致丢失；记录信息可长时间保存而不致丢失； 非破坏性读出，读出时不需再生信息；非破坏性读出，读出时不需再生信息； 存取速度较低，机械结构复杂，对工作环境要求较严。存取速度较低，机械结构复杂，对工作环境要求较严。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第32页外部存储器的主要性能指标外部存储器的主要性能指标 （1/4）l存储密度：存储密度： 单位长度或单位面积所存储的二进制信息量。单位长度或单位面积所存储的二进制信息量。 磁盘的存储密度：磁盘的存储密度：(a)道密度

38、：指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数道密度：指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数(b)位密度：指沿磁道的单位长度上记录的二进制信息位数位密度：指沿磁道的单位长度上记录的二进制信息位数 (c) 面密度：以上两个乘积。面密度：以上两个乘积。l存储容量存储容量 以字节为单位以字节为单位,指存储器所能存储的二进制信息总量。指存储器所能存储的二进制信息总量。 磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两个指标：磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两个指标： 格式化容量：指按照特定的记录格式存储信息的总量格式化容量：指按照特定的记录格式存储信息的总量 非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁化单元总数非格式化容量：磁

39、记录表面可以利用的磁化单元总数计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第33页外部存储器的主要性能指标外部存储器的主要性能指标 （2/4）l寻址时间：对磁盘存储器，寻址时间寻址时间：对磁盘存储器，寻址时间=寻道时间寻道时间+等待时间等待时间等待时间与磁盘转速有关，可用磁盘旋转一周所需要时间等待时间与磁盘转速有关，可用磁盘旋转一周所需要时间的一半来表示平均等待时间。的一半来表示平均等待时间。例：磁盘的转速为例：磁盘的转速为3600r/min，则，则平均等待时间平均等待时间=0.560/3600=8.3ms。l读写周期：读出读写周期：读出/写入一个字

40、的时间称为读写时间，两次读写入一个字的时间称为读写时间，两次读出出/写入操作之间的时间间隔称为读写周期或存取周期写入操作之间的时间间隔称为读写周期或存取周期计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第34页外部存储器的主要性能指标外部存储器的主要性能指标 （3/4）l数据传输率：单位时间内向主机传送数据的位数或字节数。数据传输率：单位时间内向主机传送数据的位数或字节数。 对磁盘存储器，单磁头串行读对磁盘存储器，单磁头串行读/写半径写半径R0已知，数据传输已知，数据传输率计算如下：率计算如下：每道信息量每道信息量=位密度位密度 2 R0，（，（R0为

41、内半径）为内半径）数据传输率数据传输率(bps)= 每道信息量每道信息量 转速转速r，（，（r是每秒转速）是每秒转速） =位密度位密度 2 R0 转速转速 例例8-2 某盘组共某盘组共9块盘片，有块盘片，有16个盘面来记录数据，每面分个盘面来记录数据，每面分256个磁道，每道有个磁道，每道有16个扇区，每个扇区存储个扇区，每个扇区存储512个字节，个字节，假设磁盘旋转速度为每分钟假设磁盘旋转速度为每分钟3600转，求数据传输率。转，求数据传输率。解：每秒钟的的转速解：每秒钟的的转速=3600/60=60转；转；数据传输率数据传输率=每一磁道容量每一磁道容量每秒钟转速每秒钟转速 =1651260

42、 =480KB/S计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第35页外部存储器的主要性能指标外部存储器的主要性能指标 （4/4）l误码率：是衡量出错概率的参数，等于出错位数与读写总误码率：是衡量出错概率的参数，等于出错位数与读写总信息位数之比。信息位数之比。l价格：通常用位价格来比较各种外存储器。位价格是用设价格：通常用位价格来比较各种外存储器。位价格是用设备价格除以存储器二进制位总容量。备价格除以存储器二进制位总容量。l一个常识：一个常识：每面信息量每面信息量=每道信息量每道信息量 柱面数柱面数 =每道信息量每道信息量 道密度道密度 （外半径（外

43、半径-内半径）内半径）总容量总容量=每面信息量每面信息量 面数面数计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第36页磁表面存储器的磁记录原理（1）磁表面存储器的读写过程）磁表面存储器的读写过程通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出。任通过磁头和记录介质的相对运动完成写入和读出。任何一个磁记录过程都可以看成一个电磁转换过程。何一个磁记录过程都可以看成一个电磁转换过程。（2） 磁记录介质磁记录介质 软性介质（磁带和软磁盘片）软性介质（磁带和软磁盘片） 硬性介质（硬磁盘片）。硬性介质（硬磁盘片）。（3）磁头）磁头磁头是实现电磁头是实现电-磁转换的装置

44、。从工作方式上可分为：磁转换的装置。从工作方式上可分为： 接触式磁头：读写时磁头与磁记录介质直接接触。常用接触式磁头：读写时磁头与磁记录介质直接接触。常用于磁带机和软磁盘机中。于磁带机和软磁盘机中。 浮动式磁头：由介质高速运动产生的气流在磁头和介质浮动式磁头：由介质高速运动产生的气流在磁头和介质表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫），使磁头与表面之间形成一层极薄的空气薄膜（气垫），使磁头与介质表面脱离接触而浮动。硬磁盘采用浮动式磁头。介质表面脱离接触而浮动。硬磁盘采用浮动式磁头。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第37页 磁记录方式磁记录方

45、式 （1/4）磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元磁记录方式是一种编码方法，将数字信息转换成磁化单元l归零制（归零制（RZ）：）：Return to Zero 正脉冲电流表示正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示，负脉冲电流表示“0”； 不论记录不论记录“0”或或“1”，在记录下一信息前，记录电流，在记录下一信息前，记录电流恢复到零电流恢复到零电流 简单易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，简单易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，一般是先去磁后写入。一般是先去磁后写入。 具有自同步能力（能从磁头读出信号中分离获得同步具有自同步能力（能从磁头读出信号中分离获得同步/选通

46、信号）选通信号）l不归零制（不归零制（NRZ）：）：NonReturn to Zero Change 磁头线圈始终有电流磁头线圈始终有电流 对连续记录的对连续记录的“1”和和“0”，写电流的方向是不改变的。，写电流的方向是不改变的。 无自同步能力。无自同步能力。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第38页磁记录方式磁记录方式 （2/4）l见见“1”就翻的不归零制（就翻的不归零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One 磁头线圈始终有电流通过。磁头线圈始终有电流通过。 在记录在记录“1”时，电流改变方向，写时，

47、电流改变方向，写“0”电流保持不变。电流保持不变。 不具备自同步能力，需要引用外同步信号不具备自同步能力，需要引用外同步信号l调相制（调相制（PM）：又称相位编码（）：又称相位编码（PE）Phase Mudulation 记录数据记录数据“0”时，规定磁化翻转的方向由负变为正，记时，规定磁化翻转的方向由负变为正，记录数据录数据“1”时从正变为负时从正变为负 “0”，“1”的读出信号相位不同，抗干扰能力强（磁带的读出信号相位不同，抗干扰能力强（磁带多用此）。多用此）。 具有自同步能力具有自同步能力计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第39页磁记

48、录方式磁记录方式 （3/4）l调频制（调频制（FM）Frequency Modulation 记录记录“1”时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位时，不仅在位周期的中心产生磁化翻转，而且在位与位之间的边界处要翻转一次。记录之间的边界处要翻转一次。记录“0”时，位周期中心不产生磁化时，位周期中心不产生磁化翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。翻转，但位与位之间的边界处要翻转一次。 具有自同步能力。具有自同步能力。l改进调频制（改进调频制（MFM）Modified Frequency Modulation 记录数据记录数据“1”时在位周期中心磁化翻转一次，记录数据时在位周期中心磁化翻转一

49、次，记录数据“0”时不时不翻转。翻转。 连续两个或两个以上连续两个或两个以上“0”时，在位周期的起始位置翻转一次，而时，在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转。不是在每个位周期的起始处都翻转。 具有自同步能力具有自同步能力计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第40页磁记录方式磁记录方式 （4/4）位周期位周期T11111000MFMFMPMNRZ1NRZRZ数字序列数字序列图图 9-18常见的几种磁记录方式波形常见的几种磁记录方式波形图图计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-

50、16第41页磁记录方式评价的技术指标磁记录方式评价的技术指标 （1/2）（1）可靠性）可靠性可靠性是首要指标，一般以误码率来表示，要求误码可靠性是首要指标，一般以误码率来表示，要求误码率小于率小于10-6，磁表面存储器的故障多为漏码，即丢，磁表面存储器的故障多为漏码，即丢“1”。误码率与系统的信噪比有关，也常用抗干扰能力来表示。误码率与系统的信噪比有关，也常用抗干扰能力来表示。（2）自同步能力）自同步能力是指从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲是指从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数的难易程度。从磁表面存储器读出信号时，为了分离出数

51、据信息必须要有时间基准信号，称为同步信号，可以从专据信息必须要有时间基准信号，称为同步信号，可以从专门设置用来记录同步信号的磁道中取得，这种方法称为外门设置用来记录同步信号的磁道中取得，这种方法称为外同步，也可以直接从磁盘读出的信号中提取同步信号，这同步，也可以直接从磁盘读出的信号中提取同步信号，这种方法称为自同步，即能从读出的数据（脉冲序列）中提种方法称为自同步，即能从读出的数据（脉冲序列）中提取同步信号。取同步信号。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第42页磁记录方式评价的技术指标磁记录方式评价的技术指标 （2/2）（3）编码效率）编码

52、效率 是指位密度与磁化翻转密度之比，即：位密度是指位密度与磁化翻转密度之比，即：位密度/最大磁最大磁化翻转密度。编码效率高低是指每次磁层状态翻转所存储化翻转密度。编码效率高低是指每次磁层状态翻转所存储的数据信息位的多少的数据信息位的多少 （4）信息的相关性）信息的相关性 信息的相关性，指漏读或错读一位，是否能传播误码信息的相关性，指漏读或错读一位，是否能传播误码（5）信道带宽）信道带宽 带宽窄选择性好，抗干扰能力强，读写放大器的频率带宽窄选择性好，抗干扰能力强，读写放大器的频率响应容易满足。信道带宽直接与磁化翻转的间隔变化有关，响应容易满足。信道带宽直接与磁化翻转的间隔变化有关，磁化翻转间隔的

53、最大值和最小值之比称为翻转间隔比磁化翻转间隔的最大值和最小值之比称为翻转间隔比R，R越小，信道带宽越窄。越小，信道带宽越窄。R也可以表示自同步能力。也可以表示自同步能力。PM和和FM方式的方式的R值为值为2，信道带宽较窄，可以提取同步时钟信，信道带宽较窄，可以提取同步时钟信号，而号，而NRZ1方式的方式的R值为值为，频带较宽，无法提取同步的，频带较宽，无法提取同步的时钟信号。时钟信号。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第43页9.5.2 软磁盘存储器软磁盘存储器l软磁盘存储器由三个部分组成：软磁盘存储器由三个部分组成：（1）软磁盘片，为存储

54、介质，在上面记录数据信息。）软磁盘片，为存储介质，在上面记录数据信息。（2）软盘驱动器（）软盘驱动器（FDD），为读写装置，又称为软磁盘机），为读写装置，又称为软磁盘机或软盘子系统，软盘驱动器的电路机械部件包括：磁头及或软盘子系统，软盘驱动器的电路机械部件包括：磁头及读写电路；盘片驱动机构；磁头定位机构；整机控制系统。读写电路；盘片驱动机构；磁头定位机构；整机控制系统。（3）软盘控制器（）软盘控制器（FDC），又称为软盘驱动适配器，为与），又称为软盘驱动适配器，为与主机的接口，完成主机与软盘驱动器之间数据的交换及控主机的接口，完成主机与软盘驱动器之间数据的交换及控制。制。l软盘存储器的种类软盘

55、存储器的种类（1）按所用盘片尺寸不同，有）按所用盘片尺寸不同，有5.25寸、寸、3.5寸和寸和2.5寸等。寸等。（2）按使用的磁记录表面（磁头个数）不同和记录密度不）按使用的磁记录表面（磁头个数）不同和记录密度不同，分为单面单密度，单面双密度，双面双密度。单密度同，分为单面单密度，单面双密度，双面双密度。单密度采用采用FM记录方式，双密度采用记录方式，双密度采用MFM记录方式。记录方式。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第44页软磁盘片的技术指标与规格软磁盘片的技术指标与规格（1）面数（）面数（Side），磁盘的两个表面都可以记录信息，分）

56、，磁盘的两个表面都可以记录信息，分别称作别称作“0”面和面和“1”面。面。（2）磁道（）磁道（Tracter），以盘片中心为圆心的一些同心圆，），以盘片中心为圆心的一些同心圆，每一圆周为一个磁道，各磁道距中心的距离不等，数据是每一圆周为一个磁道，各磁道距中心的距离不等，数据是存储在盘片的磁道内。存储在盘片的磁道内。（3）扇区（）扇区（Sector），或称区段，将每个磁道分成若干的），或称区段，将每个磁道分成若干的区域，每个区域称为一个扇区，每个扇区又称为一个记录。区域，每个区域称为一个扇区，每个扇区又称为一个记录。每个磁道上的扇区数可为每个磁道上的扇区数可为8，9，15或或18。扇区编号从。扇

57、区编号从01开始，每个扇区的容量为开始，每个扇区的容量为512字节，每个磁道上的扇区数字节，每个磁道上的扇区数目一般是相同的。目一般是相同的。软盘容量软盘容量 = （字节数（字节数/扇区）扇区）（扇区数（扇区数/道）道）（磁道数（磁道数/面）面）面数。面数。例：例：3 .5英寸软盘为双面，英寸软盘为双面，80个磁道，每磁道划分个磁道，每磁道划分18个扇个扇区，则该软盘的容量等于：区，则该软盘的容量等于：51218802=1.44MB计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第45页硬盘存储器概述 （1/2）l组成：驱动器（组成：驱动器（HDD），控

58、制器（），控制器（HDC）和盘片。）和盘片。l种类（1）按磁头的工作方式，可以分成移动头和固定头）按磁头的工作方式，可以分成移动头和固定头 移动头在存取数据时磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘面不移动头在存取数据时磁头在磁盘盘面上径向移动，磁头与盘面不接触，且随气流浮动，称为浮动磁头，存储器由一个或多个盘片接触，且随气流浮动，称为浮动磁头，存储器由一个或多个盘片组成，装在主轴上，盘片的每面都有一个磁头，其典型结构是温组成，装在主轴上，盘片的每面都有一个磁头，其典型结构是温切斯特磁盘。切斯特磁盘。 固定头磁盘存储器的磁头位置固定，磁盘的每一个磁道都对应一固定头磁盘存储器的磁头位置固定，磁盘的每一

59、个磁道都对应一个磁头，盘片也不可更换。其特点是存取速度快，省去了磁头沿个磁头，盘片也不可更换。其特点是存取速度快，省去了磁头沿盘面径向运动寻找磁道的时间，磁头处于工作状态即可开始读写。盘面径向运动寻找磁道的时间，磁头处于工作状态即可开始读写。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第46页硬盘存储器概述 （2/2）（2）按磁盘可换与否，分可换盘存储器和固定盘存储器。）按磁盘可换与否，分可换盘存储器和固定盘存储器。 可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。可可换盘存储器是指磁盘不用时可以从驱动器中取出脱机保存。可以在兼容的磁盘存储器间

60、交换数据，而且存储容量是不受限制的。以在兼容的磁盘存储器间交换数据，而且存储容量是不受限制的。为了达到可靠交换数据的目的，磁盘的道密度要适当的降低。为了达到可靠交换数据的目的，磁盘的道密度要适当的降低。（3）温切斯特磁盘）温切斯特磁盘温切斯特磁盘简称温盘，是一种可移动磁头固定盘片温切斯特磁盘简称温盘，是一种可移动磁头固定盘片存储器，是应用最广、最具代表性的硬磁盘存储器。主要存储器，是应用最广、最具代表性的硬磁盘存储器。主要特点是密封组合式。特点是密封组合式。计算机组成原理计算机组成原理 第九章计算机外部设备第九章计算机外部设备2022-4-16第47页磁盘控制器磁盘控制器主机与磁盘驱动器之间的