第七章外围设备

计算机组成原理第七章外围设备课程教学要求本章内容：

7.1外围设备概述7.2

显示设备7.3输入设备和打印设备7.4硬磁盘存储设备7.5软磁盘存储设备7.6磁带存储设备7.7光盘存储设备

本章小结7.1外围设备概述7.1.1外围设备的一般功能7.1.2外围设备的分类外围设备7.1.1外围设备的一般功能外围设备的定义：

外围设备涉及到相当广泛的计算机部件。除了CPU和主存外，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。外围设备的功能：在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供或建立起联系。外围设备的基本组成：(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。(2)驱动装置，它用于移动存储介质。(3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。外围设备7.1.2外围设备的分类

一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需要来决定的。中央部分是CPU和主存，通过总线与第二层的适配器(接口)部件相连，第三层是各种外围设备控制器，最外层则是外围设备。外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类，各类外设的工作模式、信息类型、处理速度和控制方式等都各自不同。所以，每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过适配器和主机连接，并受主机控制。计算机的五大类外围设备请参看CAI演示。外围设备7.2显示设备7.2.1显示设备的分类与一般概念7.2.2字符/图形显示器7.2.3图象显示设备7.2.4IBMPC系列机的显示系统外围设备7.2.1显示设备的分类与有关概念

以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面设备。按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。

CRT显示设备的分类：（1）以扫描方式分类，分成光栅扫描和随机扫描两种显示器；（2）以分辨率来分，分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；（3）以显示的颜色分类，有单色(黑白)显示器和彩色显示器。（4）以CRT荧光屏对角线的长度分类，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多种。外围设备

分辨率：是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显象管荧光粉的粒度、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的存储空间，用来存储每个像素的信息。

灰度级：是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。灰度级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。字符显示器只用“0”“1”两级灰度表示字符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单色显示器。具有多种灰度级的黑白显示器为多灰度级黑白显示器。图像显示器的灰度级一般在256级以上。1.分辨率和灰度级外围设备CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。电子束扫过之后其发光亮度只能维持几十毫秒便消失。为了使人眼能看到稳定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏幕，这个过程叫做刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于30次/秒时才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒刷新50帧图像。为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器（也叫视频存储器）中。其存储容量由图像分辨率和灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量越大。刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的要求。容量和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。2.刷新和刷新存储器外围设备

随机扫描：是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要做图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快，图像清晰。高质量的图形显示器(如分辨率为4096×4096)采用随机扫描方式。由于这种扫描方式的偏转系统与电视标准不一致，驱动系统较复杂，价格较贵。

光栅扫描：是电视中采用的扫描方法。在电视中图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但由于电视技术业已成熟，计算机系统中除高质量图形显示器外，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。3.随机扫描和光栅扫描外围设备7.2.2字字符符/图图形形显显示示器器1.字字符符显显示示显示示字字符符的的方方法法以以点阵阵为基基础础。。点点阵阵是是由由m××n个像像素素点点组组成的的阵阵列列，，并并以以此此来来构构造造字字符符。。[见书书P240图图7.2（（a)]。字符发发生器器ROM：将将点阵阵存入入由ROM构成成的字字符发发生器器中，，在CRT进进行光光栅扫扫描的的过程程中，，从字字符发发生器器中依依次读读出某某个字字符的点点阵，，按照照点阵阵中0和1代码码不同同控制制扫描描电子子束的的开或或关，，从而在在屏幕幕上显显示出出字符符。点点阵的的多少少取决决于显显示字字符的的质量量和字符符窗口口的大大小。。可见：：字符发发生器器ROM中中存储储的是是机器器所有有可显显示字字符的的字形形点阵信信息（又称称：字字模码码)。。外围设备字符窗窗口：是指每每个字字符在在屏幕幕上所所占的的点数数（行行、列列点数总和和），，它包包括字符显显示点点阵和字符间间隔点点阵[见图图7.2（（a)]。每个字字符窗窗口可可显示示一个个字符符。视频缓缓存器器VRAM：通常常，待待显示示字符符的ASCII代码码被存存放在在视频缓存器器VRAM中，以备备刷新。若若一帧屏幕幕共有2000个字字符窗口（即：可可显示2000个字字符），则则VRAM应有2000个单单元存放被被显示的字符符信息。可可见：视频缓存器器VRAM中通常存存储待显示示字符的ASCII码。字符显示码码（字模码码）的读出出方法：字符发生生器ROM的高位地址来自VRAM的的ASCII代码，，低位地址址来自光栅栅地址计数数器的输出RA3——RA0，，它依次给给出这个字字形点阵中中的行地址址。在显示示过程中，按照照VRAM中的SACII码码和光栅地地址计数器器访问ROM，依次次取出字形点点阵，就可可以完成一一个字符的的输出。外围设备字符Ｉ的点点阵表示、、字符发生生器的结构构以及字符符显示器的的原理框图图，见教教材P240图图7.2。VRAM的地址址由水平地址址计数器器(列地址址)和垂直地址址计数器器(行地址址)决定定，VRAM输输出的ASCII代码码作为ROM的的高位地地址，ROM的低位地地址来自自光栅地地址计数数器，ROM的的输出在在L信号号控制下下并行装入移移位寄存存器，然然后在点点时钟控控制下移移位输出出形成视视频信号，输出出到显示示器。显显示器在在水平同同步、垂垂直同步步和视频频信号的控制下下，连续续不断地地进行屏屏幕刷新新，从而而呈现稳稳定而不不消失的字符图图像。（（字符显示示器的具具体原理理分析，，参阅教教材P241）外围设备【例1】】：某CRT显示器器可显示示64种种ASCII字字符，每每帧可显显示64字×25行；每个个字符字字形采用用7×8点阵，，即横向向7点，，纵向8点。另另外，字间间隔隔1点，，行间间间隔6点点；帧频频50Hz，采采取逐行行扫描方方式。。问：(1)缓缓存容量量有多大大?(2)字字符发生生器(ROM)容量有有多大?(3)缓缓存中存存放的是是ASCII代代码还是是点阵信信息?(4)缓缓存地址址与屏幕幕显示位位置如何何对应?(5)设设置哪些些计数器器以控制制缓存访访问与屏屏幕扫描描之间的的同步?它们的分分频关系系如何?[参参阅教材材P240图7.2(c)]外围设备【解】(1)已已知：缓缓存VRAM中中存放的的是待显显示字符符的ASCII码，而而一帧共有有64××25=1600个字字符，故故：缓存存容量应应为64×25×8=1600字节节。（ASCII码为为8位）(2)已已知：ROM中中存放的的是所有有可显示示字符的的字模码码（依题题意，各字字形为8×8点点阵），，故：ROM容量为为64×8×8=512字节节。（共有64种可显显示字符符）(3)显显然，缓缓存中存存放的是是待显示示字符的的ASCII代代码。(4)显显示位置置自左至至右，从从上到下下，相应应地缓存存地址由由低到高，每个个地址码码对应一一个字符符显示位位置。(5)点点计数器器8∶1分频；；字计数数器(64+12)∶1分分频；行行计数器(8+6)∶1分分频；排排计数器器(25+10)∶1分分频。外围设备2.图形形显示图形显示示:是指用计计算机手手段表示示现实世世界的各各种事物物，并形象逼逼真地加加以显示示。根据据产生图图形的方方法，分分随机扫描图形显示器和光栅扫描图形形显示器。(1)随机扫扫描图形显示示器工作原理是将将所显示图形形的一组坐标标点和绘图命命令组成显示文件存放在在缓冲存储器器，缓存中的的显示文件送送矢量(线段段)产生器，产生相相应的模拟电电压，直接控控制电子束在在屏幕上的移移动。为了在屏幕上上保留持久稳稳定的图像，，需要按一定定的频率对屏屏幕反复刷新。这种显示器的的优点是分辨辨率高(可达达4096××4096个个像素)，显示的曲线平平滑。目前高高质量图形显显示器采用这这种随机扫描描方式。缺点是当当显示复杂图图形时，会有有闪烁感。外围设备(2)光栅扫扫描图形显示示器产生图形的方方法称为相邻像素串接接法，即曲线是由由相邻像素串接而成。。因此，光栅栅扫描图形显显示器的原理理是：把对应于屏幕上每个像像素的信息都都用存储器存存起来，然后后按地址顺序序逐个地刷新显示示在屏幕上。其组成结构构如图7.3：程序段缓冲存存储器：存放由计算机机送来的显示示文件和交互互式的图形操作作命令。刷新存储器：用以存放一帧帧图形的形状状信息，它的的地址和屏幕上的地址址一一对应。。外围设备程序段缓存和和刷存之间有有一个DDA部件，它是一种进进行数据插补的硬件，，其作用是把把显示文件变变换为像素信信息，即根据据显示文件给出的的曲线类型和和坐标值，生生成直线、圆圆、抛物线乃乃至更复杂的曲线线。插补后的的数据(像素素信息)存入入刷存用于刷刷新显示。光栅扫描图形形显示器的优优点是通用性性强，灰度层层次多，色调丰富，显示示复杂图形时时无闪烁现象象；所产生的的图形有阴影影效应、隐藏面消消除、涂色等等功能。它的的出现使图形形学的研究从从简单的线条图扩扩展到丰富多多彩、形象逼逼真的各种立立体及平面图图形，从而扩大了计计算机图形学学的应用领域域，成为目前前流行的显示示器。外围设备【例2】下图为IBMPC机汉汉字显示原理理图，请分析析此原理图并进行文字说说明。外围设备【解】在IBMPC系列微型型计算机系统统中，汉字输输出是利用通通用显示器和打印机机，在主机内内部由通用的的图形显示卡卡形成点阵码码以后，将点阵码码送到输出设设备，输出设设备只要具有有输出点阵的的能力就可以输出出汉字。以这这种方式输出出的汉字是在在设备可以画画点的图形方式下下实现的，因因此常称这种种汉字为图形汉字。如图7.4所所示，通过键键盘输入的汉汉字编码，首首先要经代码码转换程序转换成成汉字机内代代码，转换时时要用输入码码到码表中检检索机内码，得到到两个字节的的机内码，字字形检索程序序用机内码检检索字模库，查出出表示一个字字形的32个个字节字形点点阵送显示输输出。外围设备7.2.3图图象显示设设备图形是用计算算机表示和生生成的图，称称作主观图图像。在计算算机中中表示示图形形，只只需存存储绘绘图命命令和和坐标标点，，没有必必要存存储每每个像像素点点。而而图像像所处处理的的对象象多半半来自客客观世世界，，即由由摄像像机摄摄取下下来存存入计计算机机的数数字图像像，这这种图图像称称为客观图图像。由于于数字字化以以后逐逐点存储储，因因此图图像处处理需需要占占用非非常庞庞大的的主存存空间间。图像像显显示示器器采采用用光栅栅扫扫描描方方式式，其其分分辨辨率率在在256××256或或512××512个个像像素素，，与与图图形形显显示示兼兼容容的的图图像像显示示器器已已达达1024××1024，，灰灰度度级级在在64——256级级。。外围设备图像像显显示示器器有有两两种种类类型型：：1.简简单单图图像像显显示示器器它仅仅仅仅显显示示由由计计算算机机送送来来的的数数字字图图像像。。图图像像处处理理操操作作在在计计算算机机中中完完成成，，显显示示器器不不做做任任何何处处理理。。I/O接接口口、、图图象象存存储储器器(刷刷新新存存储储器器)、、A/D与与D/A变变换换等等组组成成单单独独的的一一个个部部分分，，称称为为图像像输输入入控控制制板板或视频频数数字字化化仪仪。如如图图7.5所所示示：：图像像输输入入控控制制板板的的功功能能是是实实现现连连续续的的视视频频信信号号与与离离散散的的数数字字量量之之间间的的转转换换。。图图像像输输入入控控制制板板接接收收摄摄像像机机模模拟拟视视频频输输入入信信号号，，经经A/D变变换换为为数数字字量量存存入入刷刷新新存存储储器器用用于于显显示示，，并并可可传传送送到到计计算算机机进进行行图图像像处处理理操操作作。。处处理理后后的的结结果果送送回回刷刷存存，，经经D/A变变换换成成模模拟拟视视频频输输出出，，由由监监视视器器进进行行显显示示输输出出。。监监视视器器只只包包括括扫扫描描、、视视频频放放大大等等与与显显示示有有关关的的电电路路及及显显像像管管。。也也可可以以接接入入电电视视机机的的视视频频输输入入端端来来代代替替监监视视器器。。数数字字相相机机的的出出现现，，更更容容易易组组成成一一个个图图像像处处理理系系统统。。外围设备2.图形形处理子子系统其硬件结结构较前前一种复复杂得多多。它本本身就是是一个具具有并行行处理功功能的专专用计算算机，不不仅能完完成显示示操作，，同时由由于子系系统内部部有容量量很大的的存储器器和高速速处理器器，可以以快速执执行许多多图像处处理算法法，减轻轻主计算算机系统统的运算算量。这这种子系系统可以以单独使使用，也也可以联联到通用用计算机机系统。。目前流流行的图图形工作作站就属属于图形形处理子子系统。。外围设备7.2.4IBMPC系系列机的的显示系系统1.显示示标准随着IBMPC系列列机的升升级发展展，PC机采采用的显显示标准准经历了了如下变变化：MDA→→CGA→→EGA→→VGA→→SuperVGAMDA是PC机机最早使使用的显显示标准准。MDA是单单色字符符显示适适配器，，采用9×14点阵的的字符窗窗口，满满屏显显示80列×25行字字符，对对应分辨辨率为720××350个像素素。CGA是彩色图图形/字字符显示示适配器器，可以以兼容字字符和图图形两种种显示方方式。在在图形方方式下，，可以显显示320×200像像素四种种颜色的的彩色图图形。EGA显示标准准兼容CGA和和MDA各种显显示方式式，在图图形方式式下分辨辨率为640××350，16种颜色色。外围设备VGA显示标标准下下，字字符窗窗口为为9××16点阵阵，图图形方方式下下分辨辨率为640×480，16种种颜色色，或或320××200，，256种种颜色色。扫扫描频频率(水平平同步步)是是31.5kHz，，刷新新频率率(垂垂直同同步)是60Hz。。VGA显显示适配器器还增增添了了一个个新接接口VFC，允允许来来自其其他设设备的的图形形，图图像信号与适适配器生成成的图形信信号合成。。自IBM公公司推出VGA后，，VESA(美国视视频电子标标准协会)定义了一个VGA扩展集集，将显示示方式标准准化，从而而成为著名名的SuperVGA模模式。该模模式除兼容容MDA，，CGA，，EGA，，VGA的的显示方式式外，还支持1280×1024像像素光栅，，每像素点点24位颜颜色深度，，刷新频率可达75MHz。。外围设备2.VESA显示模模式VESA扩扩充的标准准显示模式式见文字教教材的表7.1。早早期的MDA，CGA，EGA的显显示方式是是由BIOS的一组组功能调调用(INT10h)来设设置和管理理的，使用用7位的方方式码。VESA保保留了这种种方式，将VGA类显显示器及适适配器所能能支持的新新的显示方方式进行定义，并并为新的显显示方式指指定了15位的方式式码。方方式码的b8位为为VESA标志位，，b14——b9为保保留位(目目前全为0)，故VESA的的显示方式式号为1××h。。外围设备3.显示适适配器显示适配器器由刷新存储器器、显示控控制器、ROMBIOS三部分组成，请参参看CAI演示示。刷新存储器器存放显示图图案的点阵阵数据。其其存储容量量取决于设定的显显示工作方方式。ROMBIOS含有少量的的固化软件件，用于支支持显示控控制器建立所要求的的显示环境境。此BIOS软件件主要用于于DOS操操作系统。。在Windows环境境下，它的的大部分功功能不被使使用，而由由后者的设设备驱动程序建建立操作系系统与适配配器硬件的的衔接。外围设备显示控制器器是适配器的的心脏。它它依据设定定的显示工工作方式，，自主地、反反复不断地地读取显存存中的图像像点阵(包包括图形、、字符文本)数据，，将它们转转换成R，，G，B三三色信号，，并配以同同步信号送送至显示器刷刷新屏幕。。显示控制制器还要提提供一个由由系统总线线至刷存总线的通通路，以支支持CPU将主存中中已修改好好的点阵数数据写入到刷存，以以更新屏幕幕。这些修修改数据一一般利用扫扫描回程的的消隐时间写入到到刷存中，，因此显示示屏幕不会会出现凌乱乱。先进的显示示控制器具具有图形加加速能力，，这样的控控制器芯片片称为AVGA芯芯片。典型的图图形加速功功能有：(1)位和块传送送，用于生成和移移动一个矩矩形块(如如窗口)数数据；(2)画线，由硬件在在屏上任意两两点间画一一向量；(3)填域，以预先指指定的颜色色或花样填满一个个任意多边边形；(4)颜色扩充，将一个单单色的图像像放到屏上某一一位置后，，给它加上上指定的前前景颜色和和背景颜色色。外围设备【例3】刷存的重要要性能指标标是它的带带宽。实际际工作时显显示适配器的的几个功能能部分要争争用刷存的的带宽。假假定总带宽宽的50%用于于刷新屏幕幕，保留50%带宽宽用于其他他非刷新功功能。(1)若显显示工作方方式采用分分辨率为1024××768，，颜色深度度为3B，帧频频(刷新速速率)为72Hz，，计算刷存存总带宽应应为多少?(2)为达达到这样高高的刷存带带宽，应采采取何种技技术措施?【解】：(1)∵刷刷新所需需带宽=分分辨率×每每个像素点点颜色深度度×刷新速速率∴1024××768××3B×72/s=165888KB/s=162MB/s刷存总总带宽应为为162MB/s××100/50=324MB/s(2)为达达到这样高高的刷存带带宽，可采采用如下技技术措施：：①使用高速速的DRAM芯片组组成刷存；；②刷存存采用多体体交叉结构构；③刷存存至显示控控制器的内内部总线宽宽度由32位提高到到64位，，甚至128位；；④刷存采采用双端口口存储器结结构，将刷刷新端口与与更新端口口分开。外围设备7.3输输入设备和和打印设备备7.3.1输入入设设备备7.3.2打印印设设备备外围设备7.3.1输输入入设设备备常用用的的计计算算机机输输入入设设备备分分为为图形输入、图图像输入、声声音输入等几类：1.图形输入入设备图形输入方法法较多，特别别是交互式图图形系统要求求具有人-机机对话功能：：计算机将结结果显示给人人，人根据看看到的显示决决定下一步操操作，并通过过输入设备告告诉计算机。。如此反复多多次，直到显显示结果满意意为止。为此此必须具有方方便灵活的输输入手段，才才能体现“交交互式”的优优越性。外围设备(1)键盘输输入键盘是字符和和数字的输入入装置，无论论字符输入还还是图形输入，键盘是一一种最基本的的常用设备。。当需要输输入坐标数据据建立显示文件时，，要利用键盘盘。另外，利利用键盘上指指定的字符与与屏幕上的光标结结合，可用来来移动光标，，拾取图形坐坐标，指定绘绘图命令等。(2)光笔输输入光笔的外形与与钢笔相似，，头部装有一一个透镜系统统，能把进入的光聚为一一个光点。在在光笔头部附附有一开关，，当按下开关关时，进行光的检测测，光笔就可可拾取CRT屏幕上的坐坐标。光笔与与屏幕上的光标配合，，可使光标跟跟踪光笔移动动，在屏幕上上画出图形或或修改图形，其过过程与人用钢钢笔画图的过过程类似。外围设备(3)图形板板和游动标输输入图形板和游动动标结合构成成二维坐标的的输入系统，，主要用于输入工程图等等。将图纸贴贴到图形板上上，游动标沿沿着图纸上的的图形移动，读取取图形坐标，，即可输入工工程图。这种种二维的输入入方式比光笔与屏屏幕相结合的的方式有许多多优点，因此此得到了广泛泛应用。游动标是一个个手持的方形形坐标读出器器，上面有一一块透明玻璃，玻璃上刻刻有十字标记记。十字标记记的中心就就是游动标的的中心。使用时将十字字标中心对准准在图形的坐坐标点上即可可。图形板是一种种二维的A/D变换器，，因此它又称称作数字化板板。坐标测量的方方法有电阻式式、电容式、、电磁感应式式、超声波式式几种。外围设备(4)鼠标器器输入光笔和图形板板两种输入方方式都可以输输入某一点的的绝对坐标，，而鼠标器只要要输入相对坐坐标。鼠标器是一种种手持的坐标标定位部件，，有两种类型型。一种是机械式的，另另一种是光电电式的。外围设备2.图像输入入设备最理想的图像像输入设备是是数字摄像机机。它可以摄摄取任何地点、任何环境境的自然景物物和物体，直直接将数字图图像存入磁盘盘。当图像像已经经记录录到某某种介介质上上时，，要利利用读读出装装置读读出图图像。例例如记记录在在录像像带上上的图图像要要用录录像机机读出出，再再将视视频信信号经图图像板板量化化后输输入计计算机机。记记录在在数字字磁带带上的的遥感感图像像可以直直接在在磁带带机上上输入入。如如果想想把纸纸上的的图像像输入入计算算机，，一种方方法是是用摄摄像机机对着着纸上上的图图像摄摄像输输入，，另一一种方方法是是利用装装有CCD(电电荷耦耦合器器件)的图图文扫扫描仪仪或图图文传传真机机。还还有一种叫叫“光光机扫扫描鼓鼓”的的专用用设备备，可可以直直接将将纸上上的图图像转转换成数字字图像像。由于一一帧数数字图图像要要占很很大的的存储储空间间，图图像数数据的的传输输与存储储间题题将是是一个个十分分重要要的研研究课课题，，目前前普遍遍采用用的方方法是压缩-恢复复技术术。外围设备3.语语音输输入设设备利用人人的自自然语语音实实现人人-机机对话话是新新一代代多媒媒体计计算机机的重要标标志之之一。。下图图为一一种语语音输输入/输出出设备备的原原理方方框图图：语音识识别器器作为输输入设设备，，可以以将人人的语语言言声音音转换换成计计算机能能够识识别的的信息息，并并将这这些信信息送送入计计算机机。而而计算算机处处理的结结果又又可以以通过过语音合合成器器变成声声音输输出，，以实实现真真正的的“人机机对话话”。。通常常语音音识别别器与与语言言合成成器放放在一一起做做成语语音输入/输出出设备备。外围设备7.3.2打打印设设备打印输输出是是计算算机最最基本本的输输出形形式。。与显显示器器输出出相比比，打印输输出可可产生生永久久性记记录，，因因此打印设设备又称为为硬拷贝贝设备备。1.打打印设设备的的分类类按印字字原理理分，，分为为击打式式和非击打打式两大类类。击击打式式是利用机械作作用使印字字机构与色色带和纸相相撞击而打打印字符。。因此习惯上将属属于击打式式打印方式式的机种称称为“打印印机”。击击打式设备的成本低低，缺点是是噪音大，，速度慢。。非击打式式是采用电电、磁、光、喷墨等等物理、化化学方法印印刷字符，，因此习惯惯上将这类类非击打式的机种种称为““印字机””，如激光光印字机，，喷墨印字字机等。非非击打式的设设备速度快快，噪音低低，印字质质量高，但但价格较贵贵，有的设备还需需要专用纸纸张。目前前的发展趋趋势是机械械化的击打打式设备逐步转向向电子化的的非击打式式设备外围设备击打式打打印机又又分为活字式打打印和点阵针式式打印两种。活活字式打印印机将字字符“刻刻”在印印字机构构表面面上，印印字机构构的形状状有圆柱形、球球形等多种种。点阵针针式打印机机是利用打打印钢针组组成的点针来表示示字符。与与活字式打打印机相比比，点阵式式打印机的的控制机构简单，，字形变化化多样，且且能打印汉汉字，因而而是应用最最广泛的一类打印印机。按工作方式式分，可分分为串行打印机机与行式打印机机两种。串行打印机是是逐字打印印的，行式式打印机是是一次可以以输出一行行，因而行式打印印机的速度度比串行打打印机快。。例如点阵阵式打印机机有串行点阵打印印机和行式式点阵打印印机。另外还有能能够输出图图形/图像像的打印机机，具有彩彩色效果的的彩色打印机等等。外围设备2.点阵针针式打印机机点阵针式打打印机是目目前应用最最普及的一一种打印设设备，特点点是结构简单单、体积小小、重量轻轻、价格低低、字符种种类不受限限制，易实现汉字字打印，还还可以打印印图形/图图像，因此此在微小型型机中都配置这种打打印机。点阵针式打打印机的印印字方法是是由打印针针选择n××m个点阵阵组成的字符图图形。显然然点越多，，印字质质量越高。。西文字符符点阵通常有5×7，7×7，7×9等几种，，中文汉字字至少要16×16或24×24点阵。。为了减少少打印头制制造的难度度，串行点点阵打印机机的打印头中只只装有一列列m根打印印针，每针针可以单独独驱动(意意味着最多可以并行行驱动m根根打印针)，印完一一列后打印印头沿水平平方向动一步微小距距离，n步步以后，可可形成一个个n×m点点阵的字符符。以后又又照此逐个字字符进行打打印。外围设备串行针式打打印机有单单向打印和和双向打印印两种。当当打印完一一行字符后，，打印纸在在输纸机构构控制下前前进一行，，同时打印印头回到一行起始始位置，重重新自左向向右打印，，这种过程程叫单向打打印。双向打印是是自左至右右打印完一一行后，打打印头无须须回车，在在输纸的同时，打打印头走到到反向起始始位置，自自右向左打打印一行。。反向打印结束后后，打印头头又回到正正向打印起起始位置。。由于省去去了空回车时间，，使打印速速度大大提提高。针式打印机机的结构：：针式打印机机由打印头头与字车、、输纸机构构、色带机机构与控制制器四部分组组成。文字字教材图7.8示出出了针式打打印机构示示意图。外围设备打印头由打印针、、磁铁、衔衔铁等组成成。输纸机构由步进电机机驱动，每每打印完一一行字符，，按给定要要求走纸，，走纸的步步距由字符符行间距离离决定。色带的作用是供供给色源，，在打印过过程中色带带不断移动动，改变其其受击打的的位置，以以免破损。。驱动色带带不断移动动的装置称称色带机构构。打印控制器器与显示控制制器类似，，主要包括括字符缓冲冲存储器、、字符发生生器、时序序控制电路路和接口四四部分。主主机将欲打打印的字符符通过接口口送到缓存存，在打印印时序控制制下，从缓缓存顺序取取出字符代代码，对字字符代码进进行译码，，得到字符符发生器ROM的地地址，逐列列取出字符符点阵并驱驱动打印头头，形成字字符点阵。。打印速度度约每秒100个字字符。行式点阵打打印机是将将多根打印印针沿横向向(而不是是纵向)排排成一行，，安装在一一块梳形板板上，每根根针均有一一个电磁铁铁驱动。在在打印针往往复运动中中，当到达达指定的打打印位置时时，激励电电磁铁驱动动打印针执执行击打动动作。梳形形板向右或或向左移动动一次则打打印出一行行印点，当当梳形板改改变运动方方向时，走走纸机构移移动一个印印点间距，，再打印下下一行印点点。如此重重复多次，，才打印印出完整的的一行字符符。外围设备3.激光印印字机激光印字机机是激光技技术和电子子照相技术术结合的产产物，其基基本原理与与静电复印印机相似。。激光器输出出的激光束束经光学透透镜系统被被聚焦成一一个很细小小的光点，，沿着圆周周运动的滚滚筒进行横横向重复扫扫描。滚筒筒是记录装装置，表面面镀有一层层具有光敏敏特性的感感光材料，，通常是硒硒，因此又又将滚筒称称为硒鼓。。硒鼓在未未被激光束束扫描之前前，首先在在黑暗中充充电，使鼓鼓表面均匀匀地沉积一一层电荷。。此后根据据控制电路路输出的字字符或图形形，变换成成数字信号号来驱动激激光器的打打开与关闭闭。扫描时时激光器将将对鼓表面面有选择地地曝光，曝曝光部分产产生放电现现象，未曝曝光部分仍仍保留充电电时的电荷荷，从而形形成静电潜潜像。随着着鼓的转动动，潜像部部分将通过过装有碳粉粉盒的显影影器，使得得具有字符符信息的区区域吸附上上碳粉，达达到显影的的目的。当当鼓上的字字符信息区区和普通纸纸接触时，，由于在纸纸的背面施施以反向的的静电电荷荷，鼓表面面上的碳粉粉就会被吸吸附到纸上上来，这个个过程称为为转印。最最后，当记记录有信息息的纸经过过定影辊高高温加热，，碳粉被溶溶化，永久久性地粘附附在纸上，，达到定影影的效果。。外围设备另一方面，，转印后的的鼓面还留留有残余的的碳粉。因因此先要除除去鼓表面的的电荷，然然后经清扫扫刷，将残残余的碳粉粉全部清除除。清除以后的鼓鼓表面又继继续重复上上述的充电、曝光光、显影、、转印、定影等一系列过过程。激光印字机机是非击打打式硬拷贝贝输出设备备，输出速速度快，印印字质量高，，可使用普普通纸张。。其印字分分辨率达到到每英寸300个点点以上，缓冲冲存储器容容量一般在在1MB以以上，对汉汉字或图形形/图像输输出，是理想想的输出设设备，因而而在办公自自动化及轻轻印刷系统统中得到了广泛的的应用。外围设备7.4硬硬磁盘存储储设备7.4.1磁记录原理理与记录方方式7.4.2硬磁盘机的的基本组成成和分类7.4.3硬磁盘驱动动器和控制制器7.4.4磁盘上信息息的分布7.4.5磁盘存储器器的技术指指标外围设备7.4.1磁记录录原理与记记录方式计算机的外外存储器又又称磁表面面存储设备备。所谓磁表面存储储，是用某些磁磁性材料薄薄薄地涂在金属属铝或塑料表表面作载磁体体来存储信息息。磁盘存储储器、磁带存存储器均属于于磁表面存储储器。磁表面存储器器的优点：(1)存储容容量大，位价价格低；(2)记录介质质可以重复使使用；(3)记录信息可可以长期保存存而不丢失，，甚至可以脱脱机存档；(4)非破坏坏性读出，读读出时不需要要再生信息。。磁表面存储器器的缺点：存存取速度较慢慢，机械结构构复杂，对工工作环境要求求较高。磁表面存储器器由于存储容容量大，位成成本低，在计计算机系统中中作为辅助大大容量存储器器使用，用以以存放系统软软件、大型文文件、数据库库等大量程序序与数据信息息。外围设备1.磁性材料料的物理特性性磁性材料的磁磁滞回线请参参见CAI演示。从磁滞回线可可以看出，磁磁性材料被磁磁化以后，工工作点总是在在磁滞回线上上。只要外加加的正向脉冲冲电流(即外外加磁场)幅幅度足够大，，那么在电流流消失后磁感感应强度B并并不等于零，，而是处在+Br状态(正剩磁状态态)。反之，，当外加负向向脉冲电流时时，磁感应强强度B将处在在-Br状态态(负剩磁状状态)。这就就是说，当磁磁性材料被磁磁化后，会形形成两个稳定定的剩磁状态态，就像触发发器电路有两两个稳定的状状态一样。如如果规定用+Br状态表表示代码“1”，-Br状态表示代代码“0”，，那么要使磁磁性材料记忆忆“1”，就就要加正向脉脉冲电流，使使磁性材料正正向磁化；要要使磁性材料料记忆“0””，则要加加负向脉冲电电流，使磁性性材料反向磁磁化。磁性材材料上呈现剩剩磁状态的地地方形成了一一个磁化元或或存储元，它它是记录一个个二进制信息息位的最小单单位。外围设备2.记记录方方式形成不不同写写入电电流波波形的的方式式，称称为记录方方式。记录录方式式是一一种编编码方方式，，它按按某种种规律律将一一串二二进制制数字字信息息变换换成磁磁层中中相应应的磁磁化元元状态态，用用读写写控制制电路路实现现这种种转换换。在磁表表面存存储器器中，，由于于写入入电流流的幅幅度、、相位位、频频率变变化不不同，，从而而形成成了不不同的的记录录方式式(见教材材P252图图7-11）。常用记记录方方式可可分为为不归零零制(NRZ)，调相制制(PM)，调频制制(FM)几大类类。这这些记记录方方式中中代码码0或或1的的写入入电流流波形形见文文字教教材的的图7.11。。外围设备不归零零制(NRZ0)：其特点点是磁磁头线线圈中中始终终有电电流，，不是是正向向电流流(代代表1)就就是反反向电电流(代表表0)，因因此不不归零零制记记录方方式的的抗干干扰性性能较较好。。见“1”就就翻不不归零零制(NRZ1)与与NRZ0制的相相同处处：磁头头线圈圈中始始终有有电流流通过过。不不同处处：记记录““0””时电电流方方向不不变，，只有有遇到到1时时才改改变方方向。。调相相制制(PM)：：其特特点点是是在在一一个个位位周周期期的的中中间间位位置置，，电电流流由由负负到到正正为为1，，由由正正到到负负为为0，，即即利利用用电电流流相相位位的的变变化化进进行行写写““1””和和““0””，，所所以以通通过过磁磁头头中中的的电电流流方方向向一一定定要要改改变变一一次次，，这这种种记记录录方方式式中中““1””和和““0””的的读读出出信信号号相相位位不不同同，，抗抗干干扰扰能能力力较较强强。。另另外外读读出出信信号号经经分分离离电电路路可可提提取取自自同同步步定定时时脉脉冲冲，，所所以以具具有有自自同同步步能能力力。。磁磁带带存存储储器器中中一一般般采采用用这这种种记记录录方方式式。。外围设备调频制(FM)其特点如下下：(1)无论记录录的代码是是1或0，，或者连续续写“1””或写“0”，在在相邻两个个存储元交交界处电流流都要改变变方向；(2)记录录1时电流流一定要在在位周期中中间改变方方向，写““1”电流流的频率是是写“0””电流频率率的2倍，，故称为倍倍频法。这这种记录方方式的优点点是记录密密度高，具具有自同步步能力。FM可用于于单密度磁磁盘存储器器。改进调频制制(MFM)与调频制的的区别在于于只有连续续记录两个个或两个以以上“0””时，才在在位周期的的起始位置置翻转一次次，而不是是在每个位位周期的起起始处都翻翻转，因而而进一步提提高了记录录密度。MFM可用用于双密度度磁盘存储储器。除了上述几几种记录方方式外，还还有游程长长度受限码码RLLC、成组编编码GCR等记录方方式。外围设备评价一种记记录方式优优劣的标准准：编码效率率、自同步步能力、检检读分辨辨力、信息息相关性、、抗干扰能能力、信道道带宽、编编码译码电电路的复杂杂性等。编码效率是指位密度度与最大磁磁化翻转密密度之比，，也就是指指每次磁层层状态翻转转所存储储的数据信信息位的多多少。自同步能力力是指从读出出数据(脉脉冲序列)中自动提提取同步信信号(时时间基准信信号)的能能力。自同同步能力的的大小可以以用最小磁磁化翻转间间隔与最大大磁化翻转转间隔的比比值R来衡衡量。R越越大，自同同步能力越越高。检读分辨力力是指磁记录录系统对读读出信号的的分辨能力力。信息相关性性是指漏读或或错读一位位是否会传传播误码，，所以是衡衡量精度的的指标。外围设备3.磁表面面存储器的的读写原理理在磁表面存存储器中，，利用一种种称为磁头的装置来形形成和判别别磁层中的的不同磁化化状态。磁磁头实际上上是由软磁磁材料做铁铁芯绕有读读写线圈的的电磁铁。。(1)写操操作当写线圈中中通过一定定方向的脉脉冲电流时时，铁芯内内就产生一一定方向的的磁通。由由于铁芯是是高导磁率率材料，，而铁芯空空隙处为非非磁性材料料，故在铁铁芯空隙处处集中很强强的磁场。。在这个个磁场作用用下，载磁磁体就被磁磁化成相应应极性的磁磁化位或磁磁化元。若若在写线圈圈里通入相相反方向的的脉冲电流流，就可得得到相反极极性的磁化化元。如果果我们规定定按图中所所示电流方方向为写““1”，，那么写线线圈里通以以相反方向向的电流时时即为写““0”。上上述过程称称为写入。显然，一一个磁化元元就是一个个存储元，，一个磁化化元中存储储一位二进进制信息。。当载磁体体相对于磁磁头运动时时，就可可以连续写写入一连串串的二进制制信息。外围设备(2)读操操作当磁头经过过载磁体的的磁化元时时，由于磁磁头铁芯是是良好的导导磁材料，磁磁化元的磁磁力线很容容易通过磁磁头而形成成闭合磁通通回路。不同极性的的磁化元在在铁芯里的的方向是不不同的。当当磁头对载载磁体作相对运动动时，由于于磁头铁芯芯中磁通的的变化，使使读出线圈圈中感应出相应的的电动势e，其值为为负号表示感感应电势的的方向与磁磁通的变化化方向相反反。不同的的磁化状态，，所产生的的感应电势势方向不不同。这样样，不同方方向的感应电势经经读出放大大器放大鉴鉴别，就可可判知读出出的信息是是“1”还是“0”。文字字教材的图图7.13示出了记记录方式的的写读过程程波形图。外围设备磁表面存储储器存取信信息的原理理：通过电-磁磁变换，利利用磁头写写线圈中的的脉冲电流流，可把一位二二进制代码码转换成载载磁体存储储元的不同同剩磁状态；反之之，通过磁磁-电变换换，利用磁磁头读出线线圈，可将由存储储元的不同同剩磁状态态表示的二二进制代码码转换成电信号输输出。外围设备7.4.2硬磁盘盘机的基本本组成和分分类硬磁盘机是指记录介介质为硬质质圆形盘片片的磁表面面存储器。。其逻辑结结构请参见见CAI演示示。它主主要要由由磁记记录录介介质质、、磁磁盘盘控控制制器器、、磁磁盘盘驱驱动动器器三大大部部分分组组成成。。磁磁盘盘控控制制器器包包括括控控制制逻逻辑辑与与时时序序、、数数据据并并-串串变变换换电电路路和和串串-并并变变换换电电路路。。磁磁盘盘驱驱动动器器包包括括写写入入电电路路与与读读出出电电路路、、读读写写转转换换开开关关、、读读写写磁磁头头与与磁磁头头定定位位伺伺服服系系统统等等。。外围设备写入时，将计算机并并行送来的数数据取至并-串变换寄存存器，变为串串行数据，然然后一位一位位地由写电流流驱动器作功功率放大并加加到写磁头线线圈上产生电电流，从而在在盘片磁层上上形成按位的的磁化存储元元。读出时，当记录介质质相对磁头运运动时，位磁磁化存储元形形成的空间磁磁场在读磁头头线圈中产生生感应电势，，此读出信息息经放大检测测就可还原成成原来存入的的数据。由于于数据是一位位一位串行读读出的，故要要送至串-并并变换寄存器器变换为并行行数据，再并并行送至计算算机。外围设备硬磁盘盘机通通常按按以下下方法法分类类：按盘片片结构构分成成可换换盘片片式与与固定定盘片片式两两种；；磁头头也分分为可可移动动磁头头和固固定磁磁头两两种。。(1)可移移动磁磁头固固定盘盘片的的磁盘盘机特点是是一片片或一一组盘盘片固固定在在主轴轴上，，盘片片不可可更换换。。盘片片每面面只有有一个个磁头头，存存取数数据时时磁头头沿盘盘面径径向移移动。。(2)固定定磁头头磁盘盘机特点是磁头头位置固定定，磁盘的的每一个磁磁道对应一一个磁头，，盘片不可可更换。优优点是存取取速度快，，省去磁头头找道时间间，缺点是是结构复杂杂。外围设备(3)可移移动磁头可可换盘片的的磁盘机盘片可以更更换，磁头头可沿盘面面径向移动动。优点是是盘片可以以脱机保存存，同种型型号的盘片片具有互换换性。(4)温彻彻斯特磁盘盘机温彻斯特磁磁盘简称温温盘，是一一种采用先先进技术研研制的可移动磁头头固定盘片片的磁盘机。。它是一种种密封组合合式的硬磁磁盘，即磁磁头、盘片片、电机等等驱动部件件乃至读写写电路等组组装成一个个不可随意意拆卸的整整体。工作作时，高速速旋转在盘盘面上形成成的气垫将将磁头平稳稳浮起。优优点是防尘尘性能好，，可靠性高高，对使用用环境要求求不高。外围设备7.4.3硬磁盘盘驱动器和和控制器1.磁盘驱驱动器磁盘驱动动器是一种精精密的电电子和机机械装置置，因此此各部件件的加工工安装有有严格的的技术要要求。对对温盘驱驱动器，，还要求求在超净净环境下下组装。。各类磁磁盘驱动动器的具具体结构构虽然有有差别，，但基本本结构相相同，主主要由定定位驱动动系统、、主轴系系统和数数据转换换系统组组成。2.磁盘盘控制器器磁盘控制制器是主机与与磁盘驱驱动器之之间的接接口。由由于磁盘盘存储器器是高速速外存设设备，故故与主机机之间采采用成批批交换数数据方式式。作为为主机与与驱动器器之间的的控制器器，它需需要有两两个方面面的接口口：一个个是与与主机的的接口，，控制外外存与主主机总线线之间交交换数据据；另一一个是与与设备的的接口，，根据主主机命令令控制设设备的操操作。前前者称为为系统级接接口，后者称称为设备级接接口。外围设备主机与磁磁盘驱动动器交换换数据的的控制逻逻辑如图图7.16所示示：磁盘上的的信息经经读磁头头读出以以后送读读出放大大器，然然后进行行数据与与时钟的的分离，，再进行行串-并并变换、、格式变变换，最最后送入入数据缓缓冲器，，经DMA(直直接存储储器传送送)控制制将数据据传送到到主机总总线。外围设备7.4.4磁磁盘上信信息的分分布盘片的上上下两面面都能记记录信息息，通常常把磁盘盘片表面面称为记录面。记录面面上一系系列同心心圆称为为磁道。每个盘盘片表面面通常有有几十到到几百个个磁道，，各记录录面上的的同号磁磁道构成成一个柱面；而每个个磁道又又分为若若干个扇区，它是磁盘盘上的最最小记录录单位。外围设备磁道的编编址是从从外向内内依次编编号，最最外一个个同心圆圆叫0磁磁道，最最里面的的一个同同心圆叫叫n磁道道，n磁磁道里面面的圆面面积并不不用来记记录信息息。扇区区的编号号有多种种方法，，可以连连续编号号，也可可间隔编编号。磁磁盘记录录面经这这样编址址后，就就可用n磁道m扇区的磁盘地地址找到到实际磁磁盘上与与之相对对应的记记录区。。除了磁磁道号和和扇区号号之外，，还有记记录面的的面号，以说明明本次处处理是在在哪一个个记录面面上。例如，对对活动头头磁盘组组（如图图）来说说，磁盘盘地址是是由记录面号号(也称称磁头号号)+磁磁道号+扇区号号三部分组组成。在磁道上上，信息息是按扇扇区存放放的，每每个扇区区中存放放一定数数量的字字或字节节，并且且，各个扇区区存放的的字或字字节数是是相同的的。为进行行读/写写操作，，要求定定出磁道道的起始始位置，，这个起起始位置置称为索引。索引引标志在在传感器器检索下下可产生生脉冲信信号，再再通过磁磁盘控制制器处理理，便可可定出磁磁道起始始位置。。外围设备外围设备磁盘存储器的的每个扇区记记录定长的数数据，因此读读/写操作是是以扇区为单单位一位一位位串行进行的的。每一个扇扇区记录一个个记录块。数数据在磁盘上上的记录格式式如下：每个扇区开始始时由磁盘控控制器产生一一个扇标脉冲冲。扇标脉冲冲的出现即标标志一个扇区区的开始。两两个扇标脉脉冲之间的一一段磁道区域域即为一个扇区(一记录块)。每个记录录块由头部空白段、、序标段、数数据段、校验验字段及尾部部空白段组成。。其中中空白白段用用来留留出一一定的的时间间作为为磁盘盘控制制器的的读写写准备备时间间，序序标被被用来来作为为磁盘盘控制制器的的同步步定时时信号号。序序标之之后即即为本本扇区区所记记录的的数据据。数数据之之后是是校验验字，，它用用来校校验磁磁盘读读出的的数据据是否否正确确。外围设备7.4.5磁磁盘存存储器器的技技术指指标磁盘存存储器器的主主要指指标包包括存储密密度、、存储储容量量、存存取时时间及数据传传输率率。存储密密度：存储密密度分分为道密度度、位密度度和面密度度。道密密度是是沿磁磁盘半半径方方向单单位长长度上上的磁磁道数数，单单位为为道/英寸寸。位位密度度是磁磁道单单位长长度上上能记记录的的二进进制代代码位位数，，单单位为为位/英寸寸。面面密度度是位位密度度和道道密度度的乘乘积，，单位位为位位/平平方英英寸。。外围设备存储容容量：一个磁磁盘存存储器器所能能存储储的字字节总总数，，称为磁磁盘存存储器器的存存储容容量。。存储储容量量有格格式化化容量量和非非格式式化化容容量量之之分分。。格格式式化化容容量量是是指指按按照照某某种种特特定定的的记记录录格格式所所能能存存储储信信息息的的总总量量，，也也就就是是用用户户可可以以真真正正使使用用的的容容量量。。非格格式式化化容容量量是是磁磁记记录录表表面面可可以以利利用用的的磁磁化化单单元元总总数数。。将磁盘存存储器用用于某计计算机系系统中，，必须首首先进行行格式化化操作，然然后才能能供用户户记录信信息。。格式化化容量一一般是非非格式化容容量的60%——70%。目前前，3.5英寸寸的硬盘盘机容量量可达几十GB。外围设备平均存取取时间：磁盘存取取时间是是指从发发出读写写命令后后，磁头从某某一起始始位置移移动至新新的记录录位置，，到开始始从盘片片表面读出或写写入信息息所需要要的时间间。这段段时间由由两个数数值所决决定：一个是将将磁头定定位至所所要求的的磁道上上所需的的时间，，称为定定位时间或找道道时间；；另一个个是找道道完成后后至磁道道上需要要访问的的信息到达磁头头下的时时间，称称为等待待时间，，这两个个时间都都是随机机变化的，因因此往往往使用平平均值来来表示。。平均存存取时间间等于平平均找道时间与与平均等等待时间间之