第七章外围设备2-1

第七章外围设备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7.1.1外围设备的一般功能外围设备的功能是在计算机和其他机器之间以及计算机与用户之间提供联系。

7.1.1外围设备的一般功能

外围设备由三部分组成：存储介质，他具有保护信息的物理特征。驱动装置，用于移动存储介质。控制电路，向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。7.1.2外围设备的分类

图7.1示出了计算机的五大外围设备。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。

图7.1计算机I/O系统结构图7.2显示设备

以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备，它是目前计算机系统中应用最广泛的人－机界面设备。7.2.1显示设备的分类有关概念按显示设备所用的显示器件分类：阴极射线管（CRT）显示器液晶显示器（LCD）液晶显示器（LCD）等离子显示器7.2.1显示设备的分类有关概念按所显示的信息内容分类:字符显示器图形显示器图象显示器按显示设备所用的显示器件分类:阴极射线管（CRT）显示器液晶显示器（LCD）液晶显示器（LCD）等离子显示器7.2.1显示设备的分类和有关概念在CRT显示设备中,以扫描方式不同:光栅扫描和随机扫描两种显示器以分辨率不同:高分辨率显示器和低分辨率显示器以显示的颜色不同:单色和彩色显示器以CRT荧光屏对角线的长度分:12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多种。1.分辨率和灰度级

分辨率：

指显示器所能表示的象素个数。灰度级：

指黑白显示器中所显示的象素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。2.刷新和刷新存储器刷新CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。为了使人眼能看到稳定的图象显示，必须使电子束不但地重复扫描整个屏幕，这个过程就叫刷新。刷新存储器为了不断提供刷新图象的信号，必须把一帧图象信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。3.随机扫描和光栅扫描

随机扫描控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。光栅扫描电视中采用的扫描方法。在电视中图象充满整个画面，因此要求电子束扫描整个屏幕。7.2.2字符/图形显示器1.字符显示显示字符的方法以点阵为基础。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，如图7.2（a）所示。在显示过程中，按照VRAM中ASCII码和光栅地址计数器访问ROM，依次取出字形点阵，就可以完成一个字符的输出，见图7.2（b）所示。7.2.2字符/图形显示器cont

图7.2（c）中，虚线框为定时控制电路，其中的核心是点计数器、水平地址计数器、光栅地址计数器和垂直地址计数器，他们一起控制显示器的逐点、逐字、逐行、逐屏的刷新显示。

图7.2字符显示的基本原理图7.2字符显示基本原理7.2.2字符/图形显示器cont

VRAM的地址由水平地址计数器（列地址）和垂直地址计数器（行地址）决定，VRAM输出的ASCII代码作为ROM的地位地址来自光栅地址计数器，ROM的输出在L信号控制下并行装入移位寄存器，然后再点时钟控制下，连续不断地进行屏幕刷新，从而呈现稳定而不消失的字符图象。【例1】某CRT显示器可显示64种ASCII字符，每帧可显示64字x25排；每个字符字形采用7x8点阵，即横向7点，字间间隔1点，纵向8点，排间6点；帧频50HZ，采取逐行扫描方式。试问：（1）缓存容量有多大？（2）字符发生器（ROM）容量有多大？（3）缓存中存放的是ASCII代码还是点阵信息？（4）缓存地址与屏幕显示为止如何对应？（5）设置哪些计数器以控制缓存访问与屏幕扫描之间的同步？他们的分频关系如何？2.图形显示图形显示是指用计算机手段表示现实世界的各种事物，并形象逼真地加以显示。按产生图形的方法：随机扫描图形显示器光栅扫描图形显示器光栅扫描图形显示器时，把对应与屏幕上每个象素的信息都用存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上，其结构图如7.3所示。图7.3光栅扫描图形显示器组成框图7.2.3图像显示设备主观图像:用计算机表示和生成的图客观图像:由摄像机摄取下来存入计算机的数字图像图形显示器有两种类型:简单图形显示器它仅仅显示由计算机送来的数字图像它本身就是一个具有并行处理专用计算机，不仅能完成显示操作，同时由于子系统内部有容量很大的存储器和高速处理器。图7.5简单图形显示器原理图7.2.4IBMPC系列机的显示系统1.显示标准PC机采用的标准经历了以下标准：MDACGAEGAVGASuper7.2.4IBMPC系列机的显示系统2.VGSA显示模式早期的MDA,CGA,EGA地显示方式是由BIOS的一功能调用（INT10H)来设置和管理的，使用7位的方式码。VESA保留了这种方式，将VGA类显示器及适配器所能支持的新的显示方式进行定义，并为新的显示方式指定了15位的方式码。7.2.4IBMPC系列机的显示系统cont3.显示适配器的构成：

刷新存储器显示控制器ROMBIOS如右图7.6所示图7.6显示适配器结构图显示适配器的构成cont

先进的显示控制器具有图形加速能力，典型的图形加速功能有：位和块传送，用于生成和移动一个矩形块数据；画线，由硬件在屏幕上任意两点画一向量；填域，以预先指定的颜色或花样填满一个任意多边形；颜色扩充，将一个单色的图像放到屏上某一位置后，给它加上指定的前景颜色和背景颜色。7.3输入设备和打印设备7.3.1输入设备图形输入设备（1）键盘输入（2）光笔输入（3）图形板和游动光标输入（4）鼠标器输入图像输入设备语音输入设备

7.3.2打印设备打印设备种类的分类(1)按印子原理分，分为击打式和非击打式。(2)按工作方式分，分为串行打印机与行式打印机。点阵针式打印机的特点结构简单、体积小、总量轻、价格低、字符种类不受限制，易实现汉字打印，还可以打印图形。激光印字机的特点输出速度快，印字质量高，可使用普通纸张7．4硬磁盘存储设备7．4．1磁记录原理与记录方式磁表面存储(磁盘存储器，磁带存储器)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。磁表面存储器的优点存储容量大，位价格低；记录介质可以重复使用；记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；非破坏性读出，读出时不需要再生信息。记录方式p252在实际应用中，磁性材料写入二进制代码0或1，是靠不同的写入电流波形来实现的。形成不同写入电流波形的方,称为记录方式。常用的记录方式可分为：不归零制（NRZ0）(抗干扰性好)见“1”就翻不归零制（NRZ1)调相制（PM）:电流由负到正为1，电流由正到负为0（磁带存储器）调频制（FM）：相邻交界处电流都要改变方向，写1电流是写0电流频率的2倍。（单密度存储器）这些记录方案中代码“0”或“1”的写入电流波形图如7.11图7.11记录方式评价记录方式优劣的标准：p253编码效率自同步能力检读分辨率信息相关性抗干扰能力信道带宽编码译码电路复杂性磁表面存储器的读写原理p2541.写操作当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时,在铁芯空隙处集中很强的磁场。如图7.12所示，在这个磁场作用下，载磁体被磁化成相应极性的磁化位或磁化元。2.读操作通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示二进制代码转换成电信号输出。硬磁盘机记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。其逻辑结构如图7.14所示。主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成。硬磁盘机分类按盘片结构分成可换盘片式与固定盘片式两种；磁头也分为移动磁头和固定磁头。7．4．2硬磁盘机的基本组成和分类图7.14磁盘存储器逻辑结构图7.4.3硬磁盘驱动器和控制器1．磁盘驱动器磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，主要有定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成。2．磁盘控制器磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见图7.16。图7.16磁盘控制器接口7.4.4磁盘上信息的分布记录面：盘片的上下两面都记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。磁道：记录面上一系列同心圆称为磁道。磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆叫0磁道，最里面的一个同心圆n磁道，n磁道里面的圆面积并不用来记录信息。磁盘地址：记录面号，磁道号，扇区号。

存储密度:道密度，位密度，面密度存储容量：存储字节总数平均存取时间：平均找道时间,平均等待时间数据传输率:单位时间内传送数据的字节数。7.4.5磁盘存储器的技术指标p258【例4】磁盘有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2400转/分。问：（1）共有多少柱面？（2）盘组总存储容量是多少？（3）数据传输率多少？（4）采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？(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。

解：（1）有效存储区域=16.5-11=5.5(cm)

因为道密度=40道/cm，所以40*5.5=220道,即220个圆柱面。(2)内层磁道周长为2*3.14

R=2*3.14*11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm*69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B*220=759880B 盘组总容量=759880B*10=759800B(3)磁盘数据传输率Dr=rN

N为每条磁道容量，N=3454Br为磁盘转速，r=2400转/60秒=40转/秒

Dr=rN=40*3454B=13816B/s（4）采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个

记录块（一个扇区），每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：

161514874

台号柱面（磁道）号盘面（磁头）号扇区号

此地址格式表示有4台磁盘，每台有16个记录面，每面有256个磁道，每道有16个扇区。

（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柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。7.5软磁盘存储器p2607.5.1软磁盘存储器与磁盘存储器的差别：5点7.5.2软磁盘