哈工大--计算机组成技术第9章

1、2022-7-11第9章 计算机外部设备哈尔滨工业大学 计算机科学与技术学院2022-7-12第第9 9章章 计算机的外部设备计算机的外部设备9.1 计算机的辅助存储器系统计算机的辅助存储器系统9.2 计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理9.3 打印机的基本原理打印机的基本原理9.4 计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备显示器显示器打印机打印机2022-7-13计算机的外部设备计算机的外部设备主机主机（InterfaceInterface）设备设备控制器控制器设备设备执行机构执行机构 中央处理器和主存构成了主机，除主机外的大部分硬件设备都中央处理器和主存构成了主机，

2、除主机外的大部分硬件设备都可称为外部设备，或外围设备，简称外设。可称为外部设备，或外围设备，简称外设。 以各种外部形式描述的程序、数据等信息通过外设输入计算机；以各种外部形式描述的程序、数据等信息通过外设输入计算机；计算机把各种信息和处理结果以一定的物理载体反映出来，通过外计算机把各种信息和处理结果以一定的物理载体反映出来，通过外设进行输出。设进行输出。2022-7-14 外部存储器又称作辅助存储器，它是主存外部存储器又称作辅助存储器，它是主存的后援设备，与主存、缓存一起组成了存储器的的后援设备，与主存、缓存一起组成了存储器的层次系统。计算机系统的辅助存储器有硬盘、软层次系统。计算机系统的辅助

3、存储器有硬盘、软盘、磁带、光盘等，其特点是容量大、成本低，盘、磁带、光盘等，其特点是容量大、成本低，具备非易失性。具备非易失性。 在计算机存储系统中，主存是半导体存储在计算机存储系统中，主存是半导体存储器，以供直流电维持信息，一旦断电，信息立器，以供直流电维持信息，一旦断电，信息立即丢失，这称为易失性或挥发性。虽然主存存即丢失，这称为易失性或挥发性。虽然主存存在易失性，但由于只存放当前使用的信息，影在易失性，但由于只存放当前使用的信息，影响不大。响不大。2022-7-15磁表面存储元的存储原理磁表面存储元的存储原理 磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读磁表面存储器通过磁头和记录介质的

4、相对运动完成读写操作，写入时，记录介质在磁头下面匀速通过，根据写写操作，写入时，记录介质在磁头下面匀速通过，根据写入代码的要求，对写入线圈输入一定方向和大小的电流使入代码的要求，对写入线圈输入一定方向和大小的电流使磁头导磁体磁化，磁层表面被磁化的极性方向不同，可以磁头导磁体磁化，磁层表面被磁化的极性方向不同，可以区别记录区别记录“0”或或“1”。 读出时，读线圈通读出时，读线圈通过电流，让载磁体在磁过电流，让载磁体在磁头下运动时存储元中的头下运动时存储元中的剩磁便会在读出电路中剩磁便会在读出电路中感应出信号感应出信号。9.1.19.1.1 硬盘系统的组成与工作原理硬盘系统的组成与工作原理N写线

5、圈S铁芯磁层读线圈2022-7-16硬盘存储器硬盘存储器 硬盘存储器一般由硬盘驱动器（硬盘存储器一般由硬盘驱动器（Hard Disk Driver，HDD）、硬盘控制器（）、硬盘控制器（Hard Drive Controller，HDC）和盘片组成。硬盘）和盘片组成。硬盘驱动器驱动器HDD，又称磁盘机，通常是一个完整独，又称磁盘机，通常是一个完整独立的设备。立的设备。2022-7-17硬盘存储器硬盘存储器 硬盘驱动器硬盘驱动器HDD，包括磁记录介质使用的磁盘和驱，包括磁记录介质使用的磁盘和驱动磁盘匀速旋转的动力与驱动部件动磁盘匀速旋转的动力与驱动部件(主轴及驱动系统主轴及驱动系统)，完，完成读

6、成读/写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘径向方向运动和准写功能的磁头和驱动磁头沿磁盘径向方向运动和准确定位的部件确定位的部件(磁头及定位系统磁头及定位系统)，以及其他一些控制逻辑，以及其他一些控制逻辑电路构成的设备控制器等部件。电路构成的设备控制器等部件。 2022-7-18硬盘存储器硬盘存储器 磁头支架 盘片 磁头磁道 扇区 硬盘的结构 硬盘的盘片由硬质铝合金材料制成，其表面硬盘的盘片由硬质铝合金材料制成，其表面涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。硬盘的盘片2022-7-19硬盘存储器硬盘存储器 HDC是主机与是主机与HDD之间的接口电路。在早期的微型之间的接口电路。在

7、早期的微型计算机系统中，计算机系统中，HDC是插在主机总线插槽中的一块电路是插在主机总线插槽中的一块电路板，用于把板，用于把HDD与计算机主机连接为一体。为了使硬盘与计算机主机连接为一体。为了使硬盘机具有通用性和互换性，硬盘生产厂商制定了主机与机具有通用性和互换性，硬盘生产厂商制定了主机与HDD的接口标准，经过若干年的演变，的接口标准，经过若干年的演变，HDC的功能全部的功能全部转入到硬盘设备中，这样主机与硬盘存储器之间可采用标转入到硬盘设备中，这样主机与硬盘存储器之间可采用标准通用接口。随着计算机系统的发展，硬盘接口标准形成准通用接口。随着计算机系统的发展，硬盘接口标准形成了标准系列。计算机

8、常用的硬盘接口标准有了标准系列。计算机常用的硬盘接口标准有ST506/412，ESDI，IDE，SCSI等，其中，近几年在等，其中，近几年在PC机中使用最广机中使用最广泛的是泛的是IDE和和SATA接口标准。接口标准。硬盘控制器硬盘控制器HDC2022-7-110硬盘存储器硬盘存储器 IDE（Integrated Drive Electronics）即）即“电子集成驱电子集成驱动器动器”，本意是指把，本意是指把“硬盘控制器硬盘控制器”与与“盘体盘体”集成在一集成在一起的硬盘驱动器，由美国起的硬盘驱动器，由美国Western Digital和和Compaq公司公司开发，当前通用的一种硬盘和光驱接

9、口标准。开发，当前通用的一种硬盘和光驱接口标准。IDE和和SATA 目前使用的目前使用的SATA（Serial Advanced Technology Attachment）即串行高级技术附件，是一种基于行业标准）即串行高级技术附件，是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，使用的串行硬件驱动器接口，使用SATA接口的硬盘又叫串口接口的硬盘又叫串口硬盘，其特点是支持热插拔，传输速率快，执行效率高，硬盘，其特点是支持热插拔，传输速率快，执行效率高，相对于并行相对于并行ATA来说它具有很多优势，有希望成为并行来说它具有很多优势，有希望成为并行ATA的廉价替代方案。的廉价替代方案。(串行的频率远高于并

10、行串行的频率远高于并行)2022-7-111低级格式化Format格式化硬盘的分区新硬盘新硬盘可使用 低级格式化是对盘片上的扇区进行定义，以便驱动器能识别指定的扇区，并且还要规定扇区的交错因子。分区是将硬盘分为若干个存储区域。一是为了能在同一台机器中可以建立不同的分区，使用不同的操作系统。再有，早期的DOS管理外存空间的能力有限。DOS分区的分区的FORMAT格式化格式化 分区后的硬盘空间由两部分组成：主引导扇区和供不同操分区后的硬盘空间由两部分组成：主引导扇区和供不同操作系统使用的区域。作系统使用的区域。 FORMAT格式化的作用是格式化的作用是： 对硬盘进行初始化，使其记录格式能为对硬盘进

11、行初始化，使其记录格式能为DOS所接受。所接受。 检出硬盘有缺陷的磁道和扇区。检出硬盘有缺陷的磁道和扇区。 建立目录、文件分配表。建立目录、文件分配表。硬盘存储器硬盘存储器2022-7-112光盘（光盘（Optical Disk）是利用光学方式进行读写信息的圆盘。是利用光学方式进行读写信息的圆盘。光盘存储器是在激光视频唱片和数字音频唱片基础上发展起来的。光盘存储器是在激光视频唱片和数字音频唱片基础上发展起来的。应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息，这种应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息，这种技术叫光存储技术。如果光存储使用的介质是磁性材料，即利用激技术叫光存储

12、技术。如果光存储使用的介质是磁性材料，即利用激光在磁记录介质上存储信息，就叫作磁光存储。光在磁记录介质上存储信息，就叫作磁光存储。光盘的特点光盘的特点: : 最主要的特点是它的容量大最主要的特点是它的容量大, ,一般都在一般都在650650兆以上。兆以上。可靠性高可靠性高, ,非接触式读非接触式读/ /写写, , 成本低成本低, , 易复制。误码率易复制。误码率极低极低, ,与总位数相比在与总位数相比在1010-10-101010-17-17以下。以下。种类种类 只读型只读型只写一次型只写一次型可擦写型可擦写型 2022-7-113写一次型光盘的组成结构与工作原理写一次型光盘的组成结构与工作原

13、理2022-7-114光盘的几种标准光盘的几种标准: : 1. CD-DA(Compact Disc-Digital Audio)规范及格式。规范及格式。2. CD-ROM规范及格式规范及格式 。3. VCD（Video Compact Disc）。）。 4. Photo CD。 5. DVD光盘。光盘。 2022-7-1159 9.2 .2 计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理 像素。它是屏幕显示（按像素点扫描）的最小单位，像素点的排列组成了字符和图像。像素。它是屏幕显示（按像素点扫描）的最小单位，像素点的排列组成了字符和图像。 分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用

14、分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用“水平点数水平点数垂直点数垂直点数”表示。例如表示。例如VGA，SVGA，XGA，SXGA，UXGA的分辨率分别是的分辨率分别是640480，800600，1024768，12801024，16001200。 点距（栅距）。指荫罩型显示器屏幕上点的距离，栅距指光栅型显示器屏幕上光栅的距点距（栅距）。指荫罩型显示器屏幕上点的距离，栅距指光栅型显示器屏幕上光栅的距离。点距（栅距）越小越清晰，其数值取决于所采用的显像管。点距范围一般是离。点距（栅距）越小越清晰，其数值取决于所采用的显像管。点距范围一般是0.220.39mm。 点时钟。它决定光点出现的速率，是显像

15、管所能承受的电子束最大开关速度。例如，点时钟。它决定光点出现的速率，是显像管所能承受的电子束最大开关速度。例如，XGA的点时钟为的点时钟为60MHz。 水平扫描频率。指一秒钟扫描的行数，也称行频，用点时钟（频率）除以水平分辨率（水平扫描频率。指一秒钟扫描的行数，也称行频，用点时钟（频率）除以水平分辨率（即水平点数）来表示。例如，即水平点数）来表示。例如，XGA的行频为的行频为410.4kHz。 垂直扫描频率。指一秒钟刷新屏幕的次数，也称刷新频率、帧频或场频，用水平扫描频垂直扫描频率。指一秒钟刷新屏幕的次数，也称刷新频率、帧频或场频，用水平扫描频率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新频率越高

16、图像越稳定。例如，率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新频率越高图像越稳定。例如，XGA的的刷新频率为刷新频率为70Hz。 色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有16色、色、256色、色、64K色、增强色（色、增强色（16位）和真彩色（位）和真彩色（32位）等。经过数字化处理的像素点颜色用位（位）等。经过数字化处理的像素点颜色用位（bit）数表示，例如，数表示，例如，16色为色为4位，位，256色为色为8位，增强色为位，增强色为16位，真彩色为位，真彩色为32位。位。显示器和视频标准涉及的基本概念：显示器和视

17、频标准涉及的基本概念：2022-7-1169 9.2.2.1 .1 阴极射线管显示器的基本原理阴极射线管显示器的基本原理CRT(Cathode Ray Tube)显示器结构示意图：显示器结构示意图：2022-7-117CRT显示适配器（显示卡）显示适配器（显示卡）:MDA(Monochrome Display Adapter)显示卡显示卡CGA(Color Graphics Adapter)显示卡显示卡EGA(Enhanced Graphics Adapter)显示卡显示卡VGA(Video Graphics Array)显示卡显示卡9 9.2.2.1 .1 阴极射线管显示器的基本原理阴极射线

18、管显示器的基本原理2022-7-1189 9.2.2.2 .2 液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理LCD组成结构示意图2022-7-119 打印机是最常用的输出设备，它把计算机运行结果打印机是最常用的输出设备，它把计算机运行结果输出打印在纸上，可以较长时间保存。输出打印在纸上，可以较长时间保存。 打印机的种类有很多种划分方法，按印字的原理划打印机的种类有很多种划分方法，按印字的原理划分，把打印机分成击打式和非击打式，击打式又分为点分，把打印机分成击打式和非击打式，击打式又分为点阵针式和活字式两种打印机。击打式打印机打印速度慢，阵针式和活字式两种打印机。击打式打印机打印速度慢，噪声大，打印

19、质量一般。噪声大，打印质量一般。 非击打式打印机则是通过静电、喷墨等非机械撞击非击打式打印机则是通过静电、喷墨等非机械撞击方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量高。普及型的喷墨打印机和激光打印机得到了广泛应用，高。普及型的喷墨打印机和激光打印机得到了广泛应用，高档的激光打印机在电子照排印刷系统中也得到了普遍高档的激光打印机在电子照排印刷系统中也得到了普遍应用。应用。2022-7-120 激光打印激光打印机是激光技术机是激光技术和电子照相技和电子照相技术相结合的产术相结合的产物，它由走纸物，它由走纸机构、激光扫机构、激光扫描系统、电子描系

20、统、电子照相部分、印照相部分、印字字形发生器字字形发生器和控制器等几和控制器等几部分组成：部分组成：2022-7-1212022-7-122 针式打印机由走纸机构、色带机构、打印头和控制针式打印机由走纸机构、色带机构、打印头和控制逻辑电路等几部分组成。逻辑电路等几部分组成。2022-7-1239 9. .4 4. . 计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备9.4.1 键盘的基本原理键盘的基本原理: 键盘键盘(Keyboard)可输入汉字、外文、数字等。键盘可输入汉字、外文、数字等。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。用户使用键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。用户使用键盘输入数据，首

21、先按下一个键，键盘查出按下的是哪个键，输入数据，首先按下一个键，键盘查出按下的是哪个键，将此键翻译成将此键翻译成ASCII 码传给计算机。码传给计算机。 目前使用的键盘主要有机械触点式、电容式和薄膜目前使用的键盘主要有机械触点式、电容式和薄膜式等类型。按照计算机系统的需要，可以选择不同的键式等类型。按照计算机系统的需要，可以选择不同的键盘。盘。2022-7-1249 9. .4 4. .2 2 鼠标的基本原理鼠标的基本原理 鼠标器鼠标器(Mouse)是一种手持式的坐标定位部件，是一种手持式的坐标定位部件，鼠标器有两种：一种是机械式的，另一种是光电式鼠标器有两种：一种是机械式的，另一种是光电式鼠

22、标器。机械式鼠标造价便宜，但寿命短、定位精鼠标器。机械式鼠标造价便宜，但寿命短、定位精度低、可靠性差。光电式鼠标器比机械式鼠标器可度低、可靠性差。光电式鼠标器比机械式鼠标器可靠性高，但需增加一块金属板，造价较高。靠性高，但需增加一块金属板，造价较高。 现在使用的光电式鼠标必须配有发光二极管、现在使用的光电式鼠标必须配有发光二极管、光学透镜和光学感应器，这样的技术统称为光眼技光学透镜和光学感应器，这样的技术统称为光眼技术。这种鼠标分辨率高、可靠性高，不需要专门的术。这种鼠标分辨率高、可靠性高，不需要专门的鼠标垫。鼠标垫。2022-7-1259 9. .4 4. .3 3 触摸屏的基本原理触摸屏的基本原理 触摸屏（触摸屏（Touchscreen）是一种对物体的接）是一种对物体的接触或靠近能产生反映的定位设备。按触摸