计算机组成原理课件第7章

第七章外围设备主讲教师

庄春兴7.1外围设备概述外围设备的功能是在计算机和其他设备之间，以及计算机与用户之间提供联系。外围设备由三个基本部件组成：（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。7.1.1外围设备的一般功能7.1.2外围设备的分类

外围设备的分类

外围设备层次：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。

外围设备分类：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。7.2显示设备7.2.1显示设备的分类与有关概念以扫描方式不同分光栅扫描随机扫描以显示的颜色分类彩色显示器单色显示器以对角线的长度分14英寸12英寸15英寸17英寸列(点)数点行数分辨率1024×768（列数×行数）1.分辨率和灰度分辨率是指显示器所能表示的象素个数灰度是指灰白显示器中所显示的象素点的亮暗差别数2.刷新和刷新存储器3.随机扫描和光栅扫描随机扫描光栅扫描逐行扫描隔行扫描字形的产生过程00000001001001000101011011110111001110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符发生器(ROM)ASCII字符代码84RA3-RA0(a)

[A]的点阵表示(b)字符发生器的结构(来自VRAM)(来自光栅地址计数器输出)RA3-RA0D7D0D7D0ASCII代码(41H)指向这个字形7.2.2字符图形显示器灯丝阴极聚焦极石墨层荧光屏显示屏阳极帽偏转线圈栅极阳极电子枪电子束阴极射线管（CRT）的构成和工作原理阴极射线管的性能电子束有足够的强度和速度电子束要足够细电子束运动方向要高度可控荧光粉的颗粒要足够精细和均匀有关术语：单色和彩色灰度级和颜色,分辨率随机扫描和光珊扫描 刷新和刷新存储器字符，图形，图象字符显示的一般原理移位寄存器SL字符发生器(ROM)加载控制水平消隐行间消隐垂直消隐水平同步电路垂直同步电路点振荡器点计数器水平地址计数器光栅地址计数器垂直地址计数器定时控制电路垂直同步信号水平同步信号字符时钟ASCII代码ＣＰＵ控制OSCVRAM19180+1819+5125+1视频信号RA3

-RA0（16.257MHz)显示器控制器系统总线接口及FIFO控制寄存器模式寄存器时序控制电路。位、块传递。画线。填域。颜色扩充。颜色空间转换等专门工具调色板CLUT（256*24）R,G,BDACVFC端口硬件光标显示存储器接口电时钟和存储器时钟发生器显示存储器（1，2或4MB）至显示器ROMBIOS系统总线PCI或VL总线与视频卡等连接14.318MHzRGBHsyncVsync主板显示适配器显示器控制器7.3输入设备和打印设备7.3.1输入设备

图形输入键盘输入鼠标器输入

语音输入图像输入最理想的图像输入设备是数字摄像机键盘的运行原理计算机的键盘，是用于向主机内敲入字符、功能键、汉字等符号。这是通过逐次敲击键盘上的不同位置（标有键名）的键来完成的。被敲击的每个键将以一个特定的编码被表示并被存入计算机主机。故键盘的基本运行原理，是把键在键盘上的位置对应为一个编码。10K

键盘…...并行接口并行接口+5V0列1列m列0行1行n行键..。....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。…...键盘的运行原理键盘运行的基本原理，是把每键在键盘上的位置对应为一个编码。并行接口并行接口+5V10K

0列1列m列0行1行n行键盘键..。....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。具体实现，是用行列扫描的方法，即把每个键分配在一个m*n矩阵的交叉点上，通过并行接口依此送出仅有一行为零、其余各行均为一的值，用并行接口读m列的取值，当该值不为FFH时，表明有键按下，若该值仅含一位零，表明取值为0的行、列的交叉点的键被按下，用一个对照表即可得到相应键的编码。尚需解决如下的一些问题：键的抖动、多键按下、由谁（哪个部件）完成这些操作过程。针式打印机构造打印纸导轨打印针永磁铁

铁芯衔铁

线圈色带色带保护片滚筒螺管式电磁铁弹簧打印针电磁铁线圈衔铁壳帽外壳导轨永磁式点阵式印字机构色带弹簧打印针永久磁铁电磁铁线圈纸滚筒

激光打印机的组成激光部分印字机控制部分(微处理机汉字字形库)记录鼓(硒鼓)显象部分+…..定形部分

加热辊预热板输纸用辊转写清扫辊带电器印写部分清扫部分转写部分接纸部分纸激光喷墨技术连续喷墨随机的按需喷墨墨水从一个喷嘴连续喷射喷墨打印机有一组垂直方向排列的喷嘴，根据点阵的需要，从喷嘴中，靠压力喷出墨滴。墨滴的飞行方向不变，在纸上形成一列墨点，移动喷头打印其余列。压力喷射压电方式热泡方式＋每个喷头可达50个喷嘴加速电极偏转线圈回收器打印纸泵墨水罐高压源驱动器控制器字符发生器模/数数/模XYX/Y喷头＋数据缓冲器时序器偏转板数据控制信号连续喷墨技术原理图供墨导管压电体喷嘴墨水加热元件气泡挤出墨水形成墨滴墨滴喷出热泡喷墨原理压电喷墨原理喷头①②③④⑤7.4硬磁盘存储设备磁盘驱动器属于直接存取（寻道）、串行读写设备。磁盘是用得最多的外存设备，其主要特点是：存储位成本低容量大速度高它是用磁头产生或者感应变化的电磁场，把二进制信息写进盘状材料表面磁层中或从磁层中读出。工作原理主要的追求目标提高信息的存储密度和容量，提高信息的读写速度和入出吞吐量，降低信息存储成本，提高其运行可靠性，

磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机系统中做为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息。7.4.1磁记录原理与记录方式所谓‘磁表面存储’，是用某些磁性材料薄地涂在金屑铝或塑料表面作载磁体来存储信息。磁盘存储器.

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；（1）记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；（4）非破坏性读出，读出时不需要再生信息。主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。磁表面存储器也有缺点：计算机的外存储器又称磁表面存储设备。1.磁性材料的物理特性矩形磁滞回线描述了磁感应强度B与外加磁场H的关系.利用这两个稳定的剩磁状态，可以表示二进制代码1和0。磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元，它是记录一个二进制信息位的最小单位。当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，就像触发器电路有两个稳定的状态一样。2磁记录方式磁记录方式是指一种编码方法，即如何将一串二进制信息，通过读写电路变换成磁层介质中的磁化翻转序列。不归零制（NRZ）好的编码方法应该有：更高的读写可靠性等。更高的自同步能力，更高的编码效率，见1就翻的NRZ调相制（PM）调频制（FM）

改进调频制（MFM）常用的编码方式有：常用磁记录方式波形图NRZNRZ1PMFMMFM位周期101110001位信息特点是，磁头线圈中始终有电流，不是正向电流(代表1)就是反向电流(代表0)，抗干扰性能较好。在一个位周期的中间位置，电流由负到正为1，由正到负为0，即利用电流相位的变化进行写[1]和[0]，所以通过磁头中的电流方向；定要改变一次，这种记录方式中[1]和[0]的读出信号相位不同，抗干扰能力较强。另外读出信号经分离电路可提取自同步定时脉冲，所以具有自同步能力。磁带存储器中一般采用这种记录方式与NRZ的相同之处是磁头线圈中始终有电流通过。记录[0]时电流方向不变，只有遇到[1]时才改变方向。①不归零制(NRz。)②见[1]就翻不归零制(NRz1)

③调相制(PM)④调频制(FM)⑤改进调频制(MFM)与调频制的区别在于只有连续记录两个或两个以上‘0’时，才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，因而进一步提高了记录密度。MFM可用于双密度磁盘存储器。其特点如下：(1)无论记录的代码是l或0，或者连续写[1]或写[0]，在相邻两个存储元交界处电流都要改变方向；(2)记录1时电流一定要在位周期中间改变方向，写[1]电流的频率是写[0]电流频率的2倍，故称为倍频法。这种记录方式的优点是记录密度高，具有自同步能力。FM可用于单密度磁盘存储器。不同的记录方式具有不同的特点，评价一种记录方式优劣的标准是:编码效率自同步能力检读分辨力信息相关性抗干扰能力信道宽度编码译码电路.3.磁记录原理铁氧体线圈电流磁记录介质磁头结构和电磁转换示意图磁头，软磁材料导磁率高，饱和磁感应强度大矫顽力小，剩余磁感应强度小磁记录材料，硬磁材料记录密度高，记录信息时间长输出信号幅度大，噪声低表面组织紧密、光滑、无麻点薄厚均匀，温度、湿度影响小e=-n*d/dt=-n*d/dl*dl/dt=-nvd/dl

写线圈读线圈NNSS载磁体磁层运动方向铁芯磁头在磁表面存储信息的原理I硬盘磁头与盘片的接触方式载磁体运动方向气流5-6us浮力＋头发直径70us5us悬浮式相距

5us优点：没有摩擦、寿命长通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；反之，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的二进制代码转换成电信号输出。这就是磁表面存储器存取信息的原理。

7.4.2硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。它主要由三大部分组成：

磁记录介质磁盘控制器磁盘驱动器磁盘控制器包括：控制逻辑与时序、数据并/串变换电路和串/并变换电路。磁盘驱动器包括：写入电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统等硬磁盘机的基本组成和分类串-并变换电路串-并变换电路控制逻辑时钟读放电路写电流驱动器读写开关（来自总线）并行数据（送往总线）并行数据…读/写磁头磁性介质磁化点载磁体(3)可移动磁头可换盘片的磁盘机盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。按盘片结构分成：可换盘片式与固定盘片式磁头也可分为：移动磁头和固定磁头两种。(1)可移动磁头固定盘片的磁盘机特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。(2)固定磁头磁盘机特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。（4）

温盘硬磁盘机通常按以下方法分类：7.4.3硬磁盘驱动器和控制器磁头磁盘组主轴通风机取数臂定位驱动器速度传感器小车主电机传动皮带滤尘器密封罩1.硬磁盘驱动器结构示意图7.4.4磁盘上信息的分布记录面、磁道、扇区、柱面7.4.5磁盘存储器的技术指标存储密度存储容量平均存取时间数据传输率7.5磁带机设备。。。。。。。。。。。。磁带抽风口真空积带箱小孔增压风口供收带盘放带盘导轮左主动轮右主动轮读写磁头刹块刹带柱压轮双压轮真空积带箱式磁带机。。。。。。。。。。。。7.6光盘存储设备按读写性质分：只读型LD、CD-DA、VCD、DVD、D_ROM一次型重写型：MO、PC3.写一次型光盘光学系统示意图90%调制器He-Ne光盘聚焦系统，物镜旋转台径向跟踪反射镜激光器光束分离器读出信号光束分离器调制信号10%写光束RAID简称为“磁盘阵列”。可以把RAID理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。