第7章 外围设备(精品).ppt

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1、计算机组成原理第第7 7章章 外围设备外围设备课程教学要求本章内容：本章内容：7.1 7.1 外围设备概述外围设备概述 7.27.2 显示设备显示设备 7.3 7.3 输入设备和打印设备输入设备和打印设备 7 7.4.4 硬磁盘存储设备硬磁盘存储设备 7.5 7.5 软磁盘存储设备软磁盘存储设备 7 7.6.6 磁带存储设备磁带存储设备 7 7.7.7 光盘存储设备光盘存储设备 本章小结本章小结7.1 外围设备概述外围设备概述7.1.1 7.1.1 外围设备的一般功能外围设备的一般功能7.1.2 7.1.2 外围设备的分类外围设备的分类外围设备外围设备7.1.1 外围设备的一般功能外围设备的一

2、般功能 外围设备的定义：外围设备的定义：外围设备外围设备涉及到相当广泛的计算机部件。除了涉及到相当广泛的计算机部件。除了CPUCPU和主存，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设和主存，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。备来看待。外围设备的功能：外围设备的功能：在计算机和其他机器之间，以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联系。及计算机与用户之间提供或建立联系。外围设备的基本组成：外围设备的基本组成：(1)(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。存储介质，它具有保存信息的物理特征。(2)(2)驱动装置，它用于移动存储介质。驱动装置，它用于移动存储介质。(3)(

3、3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数。质接受数。外围设备外围设备7.1.2 外围设备的分类外围设备的分类外围设备外围设备接口接口中央是中央是CPUCPU和和主存，通过总主存，通过总线与第二层的线与第二层的适配器适配器(接口接口)部件相连，第部件相连，第三层是各种外三层是各种外围设备控制器，围设备控制器，最外层则是外最外层则是外围设备。围设备。五大类外围设备五大类外围设备外围设备可分为外围设备可分为:输入设备输入设备输出设备输出设备外存设备外存设备数据通信设备数据通信设备过程控制设备过程控制设备 各类外设的工作模式、信息类型、处理速度各类外

4、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。和控制方式等都各自不同。7.2 显示设备显示设备7.2.1 7.2.1 显示设备的分类与一般概念显示设备的分类与一般概念7.2.2 7.2.2 字符字符/图形显示器图形显示器7.2.3 7.2.3 图象显示设备图象显示设备7.2.4 7.2.4 IBM PCIBM PC系列机的显示系统系列机的显示系统外围设备外围设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念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以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设备显示设备。按显示设备所用的按显示设备所用的显示器件显示器件分类，有阴极射线管分类，有

5、阴极射线管(CRT)(CRT)显示显示器、液晶显示器器、液晶显示器(LCD)(LCD)、等离子显示器等。等离子显示器等。按所显示的按所显示的信息内容信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。图像显示器三大类。CRTCRT显示设备的分类显示设备的分类：以以扫描方式扫描方式分类，分成分类，分成光栅扫描光栅扫描和和随机扫描随机扫描两种显示器；两种显示器；以以分辨率分辨率来分，分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；来分，分成高分辨率显示器和低分辨率显示器；以以显示的颜色显示的颜色分类，有单色分类，有单色(黑白黑白)显示器和彩色显示器。显示器和彩色显示器。以

6、以CRTCRT荧光屏对角线的长度荧光屏对角线的长度分类，有分类，有1212英寸、英寸、1414英寸、英寸、1616英寸、英寸、1919英寸等多种。英寸等多种。外围设备外围设备象素是指组成图像的最小单位，即显示器上的象素是指组成图像的最小单位，即显示器上的发光发光“点点”。灰度级灰度级：指黑白显示器中所显示的指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗像素点的亮暗差别差别，在彩色显示器中则表现为，在彩色显示器中则表现为颜色的不同颜色的不同。灰度。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。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灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单元的位数和数和CRTCR

7、T本身的性能。本身的性能。字符显示器只用字符显示器只用“0”“1”0”“1”两级灰度表示字符的两级灰度表示字符的有无，只有两级灰度的显示器称为有无，只有两级灰度的显示器称为单色显示器单色显示器。具。具有多种灰度级的黑白显示器为多灰度级有多种灰度级的黑白显示器为多灰度级黑白显示器黑白显示器。图像显示器的灰度级一般在图像显示器的灰度级一般在256256级以上。级以上。1.1.分辨率和灰度级分辨率和灰度级分辨率分辨率：是指显示器所能表示的像素个数。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。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、荧光屏的分辨率取决于显象

8、管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和尺寸和CRTCRT电子束的聚焦能力。电子束的聚焦能力。刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空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。间，用来存储每个像素的信息。外围设备外围设备 640640480480的分辨率说明了，在水平方向上有的分辨率说明了，在水平方向上有640640个象素，在垂直方向上有个象素，在垂直方向上有480480个象素。个象素。为了控制象素的亮度和彩色深度，每个象素需为了控制象素的亮度和彩色深度，每个象素需要很多个二进制位来表示，如果要显示要很多个二进制位来表示，如果要显示256256种颜色，种颜色，则每个象素至少需要

9、则每个象素至少需要8 8位位(一个字节一个字节)来表示，即来表示，即2 2的的8 8次方等于次方等于256256；当显示；当显示真彩色真彩色时，每个象素要用时，每个象素要用3 3个字节（个字节（2424位）的存储量。位）的存储量。每种显示器均有多种供选择的分辨率模式，能每种显示器均有多种供选择的分辨率模式，能达到较高分辨率的显示器的性能较好。目前达到较高分辨率的显示器的性能较好。目前1515寸的寸的显示器最高分辨率一般可以达到显示器最高分辨率一般可以达到1280128010241024。CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。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

10、十电子束扫过之后其发光亮度只能维持几十ms便便消失。为了能看到稳定的图像显示，必须使电子消失。为了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，这个过程叫做束不断地重复扫描整个屏幕，这个过程叫做刷新刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于按人的视觉生理，刷新频率大于30次次/秒时才不秒时才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒刷新每秒刷新50帧图像。帧图像。2.2.刷新和刷新存储器刷新和刷新存储器外围设备外围设备 为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧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图像信息存储在刷新存储器刷新存

11、储器（也叫（也叫视频存储器视频存储器）中。中。其其存储容量由图像分辨率和灰度级决定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，刷新存储器容量越分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量越大。大。刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的要求。要求。容量和存取周期是刷新存储器的重要技术容量和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。指标。随机扫描随机扫描：是控制电子束在是控制电子束在CRTCRT屏幕上随机地屏幕上随机地运动，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，而不必扫描全屏幕图的地方扫描，而不必扫描全屏

12、幕.这种扫描方式画图速度快，图像清晰。高质量这种扫描方式画图速度快，图像清晰。高质量的图形显示器的图形显示器(如分辨率为如分辨率为40964096)40964096)采用随机采用随机扫描方式。扫描方式。由于这种扫描方式的偏转系统与电视标准不一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。致，驱动系统较复杂，价格较贵。3.3.随机扫描和光栅扫描随机扫描和光栅扫描 外围设备外围设备光栅扫描光栅扫描：电视采用的扫描方法。电视采用的扫描方法。光栅扫描光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描逐行扫描和和隔行扫描隔行扫描两两种方式。种方式。光栅扫描的缺点是冗

13、余时间多，分辨率不如随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、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图像显示器都采用光栅扫描方式.4.4.图形图形:用用计计算算机机表表示示和和生生成成的的图图，称称作作主主观观图图像像。在在计计算算机机中中表表示示图图形形，只只需需存存储储绘绘图图命命令令和和坐坐标标点点，没没有必要存储每个像素点。有必要存储每个像素点。5.5.图像图像 图图像像所所处处理理的的对对象象多多半半来来自自客客观观世世

14、界界，即即由由摄摄像像机机摄摄取取下下来来存存入入计计算算机机的的数数字字图图像像，这这种种图图像像称称为为客观图像客观图像。经经计计算算机机处处理理与与显显示示的的图图像像称称为为数数字字图图像像、它它是是将将图图片片上上连连续续的的亮亮暗暗变变化化变变换换成成离离散散的的数数字字量量，以点阵的形式显示出来。以点阵的形式显示出来。数数字字化化以以后后逐逐点点存存储储，图图像像处处理理需需要要占占用用非非常常庞庞大的主存空间。大的主存空间。7.2.2字符字符/图形显示器图形显示器 1.字符显示字符显示显示字符的方法以显示字符的方法以点阵点阵为基础。点阵是由为基础。点阵是由mn个个像素点组成的阵

15、列，并以此来构造字符。像素点组成的阵列，并以此来构造字符。字符发生器字符发生器ROM：点阵存入由点阵存入由ROM构成的字符构成的字符发生器中。在发生器中。在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发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，按照点阵中生器中依次读出某个字符的点阵，按照点阵中0和和1代代码的不同控制扫描电子束的开或关，从而在屏幕上显码的不同控制扫描电子束的开或关，从而在屏幕上显示出字符。点阵的多少取决于显示字符的质量和字符示出字符。点阵的多少取决于显示字符的质量和字符窗口的大小。窗口的大小。字符发生器字符发生器ROM中存储的是机器所有可显示字符中存储的是机器所有可显示

16、字符的字形点阵信息的字形点阵信息（又称：字模码（又称：字模码)。外围设备外围设备视频缓存器视频缓存器VRAM：待显示字符的：待显示字符的ASC代码代码被存放在视频缓存器被存放在视频缓存器VRAM中，以备刷新。若一帧中，以备刷新。若一帧屏幕共有屏幕共有2000个字符窗口（即：可显示个字符窗口（即：可显示2000个字个字符），则符），则VRAM应有应有2000个单元存放被显示的字个单元存放被显示的字符信息。符信息。可见：可见：视频缓存器视频缓存器VRAM中通常存储待显示中通常存储待显示字符的字符的ASC码码。外围设备外围设备字符显示的基本原理待显示的字符以待显示的字符以ASCII编码形式存放在编码

17、形式存放在VRAM中；中；字符点阵码存放在字符发生器字符点阵码存放在字符发生器ROM中中字符显示的基本原理：字符显示的基本原理：从从VRAM读出待显示字符的读出待显示字符的ASCII码码寻址字寻址字符发生器符发生器ROM逐行读出相应的字符点阵码逐行读出相应的字符点阵码送移位寄存器送移位寄存器逐位移出点阵信号，显示。逐位移出点阵信号，显示。7.4 硬磁盘存储设备硬磁盘存储设备7.4.1 7.4.1 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式7.4.2 7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机的基本组成和分类 7.4.3 7.4.3 硬磁盘驱动器和控制器硬磁盘驱动器和控制器7.4.4 7.4.4

18、 磁盘上信息的分布磁盘上信息的分布7.4.5 7.4.5 磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的技术指标外围设备外围设备7.4.1 磁记录原理与记录方式磁记录原理与记录方式 磁表面存储磁表面存储：用磁性材料薄薄地涂在金属铝或：用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。塑料表面作载磁体来存储信息。e.g.e.g.磁盘磁盘/磁带。磁带。磁表面存储器的优点：磁表面存储器的优点：(1)(1)存储容量大，位价格存储容量大，位价格低；低；(2)(2)记录介质可以重复使用；记录介质可以重复使用；(3)(3)记录信息可以长记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；期保存而不丢失，甚至可以脱机存档

19、；(4)(4)非破坏性非破坏性读出，读出时不需要再生信息读出，读出时不需要再生信息 。磁表面存储器的缺点：存取速度较慢，机械结构磁表面存储器的缺点：存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。复杂，对工作环境要求较高。磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用。算机系统中作为辅助大容量存储器使用。外围设备外围设备1.1.磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性 当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁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。状态，就像触发器电路有两个稳定的状态一

20、样。+Br(+Br(正剩磁状态的磁感应强度正剩磁状态的磁感应强度)表示代码表示代码“1”1”。加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；-Br(-Br(负剩磁状态的磁感应强度负剩磁状态的磁感应强度)状态表示代码状态表示代码“0”0”。加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化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。元或存储元，它是记录一个二进制信息位的最小单位。外围设备外围设备2.2.记录方式记录方式形成不同写入电流波形的方式，称为形成不同写入

21、电流波形的方式，称为记录方式记录方式。记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写控制电路实现这种转换。读写控制电路实现这种转换。在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。常用记录方式可分为常用记录方式可分为不归零制不归零制(NRZ)(NRZ)，调相调相制制(PM)(PM)，调频制调频制(FM)(FM)几大类。几大类。外围设备外围设备各

22、种各种记录方式中代码记录方式中代码0 0或或1 1的写入电流波形的写入电流波形数据序列 1 0 0 0 1 1 1 0NRZ0NRZ1PMFMMFM不归零制不归零制(NRZ(NRZ0 0)：其特点是磁头线圈中始终有电流，不其特点是磁头线圈中始终有电流，不是正向电流是正向电流(代表代表1)1)就是反向电流就是反向电流(代表代表0)0)，因此不归零制记录，因此不归零制记录方式的抗干扰性能较好。方式的抗干扰性能较好。见见“1”1”就翻不归零制就翻不归零制(NRZ(NRZ1 1)与与 NRZNRZ0 0制的相同处制的相同处：磁头线：磁头线圈中始终有电流通过。不同处：记录圈中始终有电流通过。不同处：记录

23、“0”0”时电流方向不变，时电流方向不变，只有遇到只有遇到1 1时才改变方向。时才改变方向。调相制调相制(PM)(PM)：其特点是在一个位周期的中间位置，电其特点是在一个位周期的中间位置，电流由负到正为流由负到正为1 1，由正到负为，由正到负为0 0，即利用电流相位的变化进行写，即利用电流相位的变化进行写“1”1”和和“0”0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次，这种记录方式中这种记录方式中“1”1”和和“0”0”的读出信号相位不同，抗干扰能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，所力较强。另外读出信号经分离

24、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。以具有自同步能力。磁带存储器中一般采用这种记录方式。外围设备外围设备调频制调频制(FM)(FM)其特点如下：其特点如下：(1)(1)无论记录的代码是无论记录的代码是1 1或或0 0，或，或者连续写者连续写“1”1”或写或写“0”0”，在相邻两个存储元交界处电流都，在相邻两个存储元交界处电流都要改变方向；要改变方向；(2)(2)记录记录1 1时电流一定要在位周期中间改变方向，时电流一定要在位周期中间改变方向，写写“1”1”电流的频率是写电流的频率是写“0”0”电流频率的电流频率的2 2倍，故称为倍频法。倍，故称为倍频

25、法。这种记录方式的优点是记录密度高，具有自同步能力。这种记录方式的优点是记录密度高，具有自同步能力。FMFM可用可用于单密度磁盘存储器。于单密度磁盘存储器。改进调频制改进调频制(MFM)(MFM)与调频制的区别在于只有连续记录两个与调频制的区别在于只有连续记录两个或两个以上或两个以上“0”0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不时，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。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。MFMMFM可用于双密度磁盘存储器。可用于双密度磁盘存储器。除了上述几种记录方式外，还有游程长度受限码除了上述几种记录

26、方式外，还有游程长度受限码RLLCRLLC、成成组编码组编码GCRGCR等记录方式。等记录方式。外围设备外围设备评价一种记录方式优劣的标准评价一种记录方式优劣的标准：编码效率、自同步能力、：编码效率、自同步能力、检读分辨力、信息相关性、抗干扰能力、信道带宽、编码译码检读分辨力、信息相关性、抗干扰能力、信道带宽、编码译码电路的复杂性等。电路的复杂性等。编码效率编码效率 是指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是是指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次磁层状态翻转指每次磁层状态翻转 所存储的数据信息位的多少。所存储的数据信息位的多少。自同步能力自同步能力 是指从读出数据是指从读出数据(脉冲序列

27、脉冲序列)中自动提取同步中自动提取同步信号信号(时间基准信号时间基准信号)的能力。自同步能力的大小可以用最小的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值R R来衡量。来衡量。R R越大，自越大，自同步能力越高。同步能力越高。检读分辨力检读分辨力 是指磁记录系统对读出信号的分辨能力。是指磁记录系统对读出信号的分辨能力。信息相关性信息相关性 是指漏读或错读一位是否会传播误码，所以是指漏读或错读一位是否会传播误码，所以是衡量精度的指标。是衡量精度的指标。外围设备外围设备磁头磁头 磁盘用磁头形成和判别磁层中的不同磁化状磁盘用磁头形成和判别磁

28、层中的不同磁化状态，产生或者感应变化的电磁场，把二进制信息写态，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。进盘状材料表面磁层中，或从磁层中读出。磁磁头头实实际际上上是是由由软软磁磁材材料料做做成成铁铁芯芯，并并绕绕有有读写线圈的电磁铁。读写线圈的电磁铁。磁头是实现电磁头是实现电-磁转换的装置。磁转换的装置。磁头分为：磁头分为：接触式磁头、浮动式磁头。接触式磁头、浮动式磁头。3.3.磁表面存储器的读写原理磁表面存储器的读写原理前间隙前间隙后间隙后间隙铁氧体铁氧体线圈线圈电流电流磁记录介质磁记录介质磁头结构和电磁转换示意图磁头结构和电磁转换示意图磁表面存储器存取

29、信息的原理：磁表面存储器存取信息的原理：通过电通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉磁变换，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；体存储元的不同剩磁状态；通过磁通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，可电变换，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。代码转换成电信号输出。外围设备外围设备7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机硬磁盘机是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。面存储器。它主要由

30、它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器器三大部分组成。三大部分组成。磁盘控制器包括控制逻辑与时序、数据并磁盘控制器包括控制逻辑与时序、数据并-串变串变换电路和串换电路和串-并变换电路。并变换电路。磁盘驱动器包括写入电路与读出电路、读写转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。换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统等。外围设备外围设备硬磁盘机分类硬磁盘机分类：按盘片结构分成按盘片结构分成可换盘片式可换盘片式与与固定盘片式固定盘片式两种；两种；磁头也分为磁头也分为可移动磁头可移动磁头和和固定磁头固定磁头两种。两种。(1)(1)可

31、移动磁头固定盘片的磁盘机可移动磁头固定盘片的磁盘机 ：一片或一组：一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换盘片固定在主轴上，盘片不可更换 。盘片每面只有。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。(2)(2)固定磁头磁盘机固定磁头磁盘机 ：磁头位置固定，磁盘的每：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。速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。外围设备外围设备 (3)(3)可移动磁头可换盘片的磁盘机：可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘

32、片可以更盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保换，磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。存，同种型号的盘片具有互换性。(4)(4)温彻斯特磁盘机温彻斯特磁盘机。简称温盘，是一种采用先。简称温盘，是一种采用先进技术研制的进技术研制的可移动磁头固定盘片可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一的磁盘机。它是一种种密封组合式密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮工作时，高速旋转

33、在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求起。优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。不高。外围设备外围设备7.4.4 磁盘上信息的分布磁盘上信息的分布盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为表面称为记录面记录面。记录面上一系列同心圆称为记录面上一系列同心圆称为磁道磁道。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，柱面柱面指的就是多个盘片上具有相同编号的磁道，它的数指的就是多个盘片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。目和磁道是相同的。而每个磁道又分为若干个而每个磁道又

34、分为若干个扇区扇区，它是磁盘上的它是磁盘上的最小记录单位。最小记录单位。外围设备外围设备硬盘的硬盘的磁道、磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面扇区磁道0 0磁道磁道n n磁道磁道不记录信息不记录信息 例如，对活动头磁盘组来说，磁盘地址是例如，对活动头磁盘组来说，磁盘地址是由由 记录面号记录面号(也称磁头号也称磁头号)+)+磁道号磁道号+扇区号扇区号 三部分组三部分组成。成。在磁道上，信息是按扇区存放的，每个扇区中存在磁道上，信息是按扇区存放的，每个扇区中存放一定数量的字或字节，并且，放一定数量的字或字节，并且，各个扇区存放的字或各个扇区存放的字或字节数是相同的字节数是相同的。为进行读为进行读/写操作

35、，要求定出磁道的起始位置，写操作，要求定出磁道的起始位置，这个起始位置称为这个起始位置称为索引索引。索引标志在传感器检索下索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置磁道起始位置 。外围设备外围设备 每个扇区记录定长的数据，每一个扇区记每个扇区记录定长的数据，每一个扇区记录一个记录块。数据在磁盘上的记录格式如下：录一个记录块。数据在磁盘上的记录格式如下：外围设备外围设备 扇标脉冲标志一个扇区的开始。扇标脉冲标志一个扇区的开始。两个扇标脉冲之间两个扇标脉冲之间即为一个即为一个扇区扇区。每个记录块由。每个记录块由头部

36、空白段、序标段、数据段、头部空白段、序标段、数据段、校验字段及尾部空白段校验字段及尾部空白段组成。空白段用来留出一定的时间作为组成。空白段用来留出一定的时间作为磁盘控制器的读写准备时间磁盘控制器的读写准备时间;序标被用来作为磁盘控制器的同序标被用来作为磁盘控制器的同步定时信号。序标之后即为本扇区所记录的数据。数据之后是步定时信号。序标之后即为本扇区所记录的数据。数据之后是校验字，它用来校验磁盘读出的数据是否正确。校验字，它用来校验磁盘读出的数据是否正确。7.4.5 磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存

37、取时间及数据传输率。存取时间及数据传输率。存储密度存储密度：道密度道密度、位密度位密度和和面密度面密度。道密度道密度:沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道单位为道/英寸。英寸。位密度位密度:磁道单位长度上能记录的二进制代码位磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，数，单位为位单位为位/英寸。英寸。面密度面密度:位密度和道密度的乘积，单位为位位密度和道密度的乘积，单位为位/平平方英寸。方英寸。外围设备外围设备存储容量存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。存储容量有格式化数，称为磁盘存储器的存储容量

38、。存储容量有格式化容量和非格式化容量之分。容量和非格式化容量之分。格式化容量格式化容量:指按照某种特定的记录格式所能存指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。非格式化容量非格式化容量:磁记录表面可以利用的磁化单元磁记录表面可以利用的磁化单元 总数。总数。将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进将磁盘存储器用于某计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息。格式化容行格式化操作，然后才能供用户记录信息。格式化容量一般是非格式化容量的量一般是非格式化容量的60%70%。目前，。目前，3.5英英寸的硬盘机

39、容量可达几十寸的硬盘机容量可达几十GB。外围设备外围设备硬盘容量 柱面数扇区数每扇区字节数记录面数平均存取时间平均存取时间：磁盘存取时间是指从发出读写磁盘存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。由两个数值所决定：由两个数值所决定：定位时间或找道时间定位时间或找道时间:将磁头定位至所要求的磁将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间；道上所需的时间；等待时间等待时间:找道完成后至磁道上需要访问的信息找道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的

40、时间。到达磁头下的时间。平均存取时间平均存取时间 =平均找道时间平均找道时间 +平均等待时间平均等待时间外围设备外围设备外围设备外围设备平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均值，目前平均找道时间为平均值，目前平均找道时间为1020ms1020ms。平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。目前固定头盘转速高达所需时间的一半来表示。目前固定头盘转速高达60006000转转/分，故平均等待时间为分，故平均等待时间为5ms5ms。数据传输率数据传输率:磁盘存储器在单位时间内向主机传磁

41、盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数。送数据的字节数。传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收收/发送信息。发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为每每秒秒r r转转，每条磁道容量为，每条磁道容量为N N个字节个字节，则数据传输率，则数据传输率Dr=rN(Dr=rN(字节字节/秒秒)。目前磁盘存储器的数据传输率。目前磁盘存储器的数据传输率可达几十兆字节可达几十兆字节/秒。秒。【例例4 4】磁盘组有磁盘组有6 6片磁盘，每片

42、有两个记录面，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（直）径最上最下两个面不用。存储区域内（直）径22cm 22cm，外（直）径外（直）径33cm33cm，道密度为，道密度为4040道道/cm/cm，内层位密度内层位密度400400位位/cm/cm，转速转速24002400转转/分。问：分。问：(1)(1)共有多少柱面共有多少柱面?(2)(2)盘组总存储容量是多少盘组总存储容量是多少?(3)(3)数据传输率多少数据传输率多少?(4)(4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘地址寻址命令中如何表

43、示磁盘地址?(5)(5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将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它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?外围设备外围设备【解解】：(1)(1)有效存储区域有效存储区域=16.5-11=5.5(cm)=16.5-11=5.5(cm)因为道密度因为道密度=40=40道道/cm/cm，所以所以405.5=220405.5=220道，即：道，即：每个记录面上有每个记录面上有220220条磁道。条磁道。可知：磁盘组共有可知：磁盘组共有220220个圆柱面。个圆柱面。(2)(2)内层磁道周长为内层磁道周长为2R=23

44、.1411=69.08(cm)2R=23.1411=69.08(cm)每道信息量每道信息量=400=400位位/cm69.08cm=27632/cm69.08cm=27632位位=3454B=3454B 每面信息量每面信息量=3454B220=759880B=3454B220=759880B 盘组总容量盘组总容量=759880B10=7598800B=759880B10=7598800B（约为约为7.5GB)7.5GB)(3)(3)磁盘数据传输率磁盘数据传输率Dr=rN,NDr=rN,N为每条磁道容量，为每条磁道容量，N=3454B,rN=3454B,r为磁盘转速，已知：为磁盘转速，已知：r=

45、2400r=2400转转/60/60秒秒=40=40转转/秒秒 故：故：Dr=rN=403454B=13816 B/sDr=rN=403454B=13816 B/s外围设备外围设备 (4)(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是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记录块(扇区扇区)，每个记录块记录固定字节数目的，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录数据块中，本例活动头磁盘组的编信息，在定长记录数据块中，本例活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：址方式可用如下格式：可寻址：可寻址：1616个记录面，每面可含个记录面，每面可含256256个磁道，每道有个磁道，每道有1

46、616个扇个扇区区。(5)(5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将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，因为这样就可以它记录在同一个柱面上，因为这样就可以不需要重新不需要重新找道找道，进而加快数据的读进而加快数据的读/写速度写速度。外围设备外围设备15 1211 43 0 盘面（磁头）号盘面（磁头）号柱面（磁道）号柱面（磁道）号扇区号扇区号台号 柱面(磁道)号 盘面(磁头)号 扇区号17 16 15 8 7 4 3 01616台台磁盘磁盘1 1台台磁盘磁盘7.5 软磁盘存储设备软磁盘存储设备7.5.1 7.5.1 软硬磁盘存储器的异同软硬磁盘存储器的异同7.5.2 7

47、.5.2 软磁盘片软磁盘片 7.5.3 7.5.3 软盘的记录格式软盘的记录格式 7.5.4 7.5.4 软磁盘驱动器和控制器软磁盘驱动器和控制器外围设备外围设备7.5.1 软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同软磁盘存储器与硬磁盘存储器的异同软磁盘的盘片用类似于塑料薄膜唱片的柔性材软磁盘的盘片用类似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成。料制成。软磁盘存储器由软盘驱动器、软盘控制器、软软磁盘存储器由软盘驱动器、软盘控制器、软磁盘片三大部分组成。磁盘片三大部分组成。软磁盘存储器软磁盘存储器和和硬磁盘存储器硬磁盘存储器的存储原理和记的存储原理和记录方式基本相同。但在结构和性能上存在一些差别：录方式基本相同。但在

48、结构和性能上存在一些差别：外围设备外围设备 (1)(1)硬盘硬盘转速高，每分钟可达转速高，每分钟可达60006000转，存取速度转，存取速度快；快；软盘软盘转速低，每分钟只有转速低，每分钟只有300300转，存取速度慢。转，存取速度慢。(2)(2)硬盘硬盘有固定头、固定盘、盘组等结构；有固定头、固定盘、盘组等结构；软盘软盘都是活动头，是可换盘片结构。都是活动头，是可换盘片结构。(3)(3)硬盘硬盘是浮动磁头读写，磁头不接触盘片；是浮动磁头读写，磁头不接触盘片；软软盘盘磁头是接触式读写。磁头是接触式读写。(4)(4)硬盘硬盘系统及硬盘片价格都比较贵，大部分盘系统及硬盘片价格都比较贵，大部分盘片不

49、能互换；片不能互换；软盘软盘造价低，盘片保管方便，使用灵活，造价低，盘片保管方便，使用灵活，且具有且具有 互换性。互换性。(5)(5)硬盘硬盘对环境要求苛刻，要有超净措施；对环境要求苛刻，要有超净措施；软盘软盘则对环境要求不太严格。则对环境要求不太严格。外围设备外围设备按所用盘片尺寸不同，软磁盘机有按所用盘片尺寸不同，软磁盘机有5.255.25英寸、英寸、3.53.5英寸、英寸、2.52.5英寸等多种。从内部结构上来看，又可英寸等多种。从内部结构上来看，又可按使用的记录密度不同，分为双面双密度、双面高密按使用的记录密度不同，分为双面双密度、双面高密度等多种。下表列出了软盘片规格参数。度等多种。

50、下表列出了软盘片规格参数。外围设备外围设备软盘片规格面数磁道/面扇区/道字节/扇容量/KB5.25英寸双面双密2（0，1）40（0-39）9（1-9）5123605.25英寸双面高密2（0，1）80（0-79）15（1-9）51212003.5英寸双面低密2（0，1）80（0-79）9（1-9）5127203.5英寸双面高密2（0，1）80（0-79）18（1-18）51214403.5英寸双面超高密2（0，1）80（0-79）36（1-36）51228807.5.2 软磁盘片软磁盘片软磁盘片软磁盘片封装在相应尺寸见方的黑色塑料保护套封装在相应尺寸见方的黑色塑料保护套内。套内有一层无纺布，用来