1、第第7 7章章 外部设备外部设备1中国计算机学会中国计算机学会“21“21世纪大学本科计算机专业系列教材世纪大学本科计算机专业系列教材”第第7 7章章 外部设备外部设备2第第7 7章章 外部设备外部设备3 外部设备是计算机系统中不可缺少外部设备是计算机系统中不可缺少的重要组成部分，本章将介绍磁介质存的重要组成部分，本章将介绍磁介质存储器的存储原理，常用磁介质存储设备储器的存储原理，常用磁介质存储设备和其他辅助存储设备，以及常见的输入和其他辅助存储设备，以及常见的输入输出设备的工作原理。输出设备的工作原理。第第7 7章章 外部设备外部设备4本章学习内容本章学习内容 7.1 外部设备概述外部设备概
2、述 7.2 磁介质存储器的性能和原理磁介质存储器的性能和原理 7.3 磁介质存储设备磁介质存储设备 7.4 磁盘阵列（磁盘阵列（RAID）7.5 光盘存储器光盘存储器 7.6 新型辅助存储器新型辅助存储器 7.7 键盘输入设备键盘输入设备 7.8 其他输入设备其他输入设备 7.9 打印输出设备打印输出设备 7.10 显示设备显示设备第第7 7章章 外部设备外部设备5本章学习要求本章学习要求 了解：外部设备分类了解：外部设备分类 了解：磁介质存储器的读写原理和技术指标了解：磁介质存储器的读写原理和技术指标 理解：常见的数字磁记录方式理解：常见的数字磁记录方式 理解：硬盘上的信息分布和磁盘地址理解
3、：硬盘上的信息分布和磁盘地址 了解：磁盘阵列的基本概念了解：磁盘阵列的基本概念 了解：光盘的基本概念。了解：光盘的基本概念。了解：新型辅助存储器了解：新型辅助存储器 理解：键盘的类型和非编码键盘的工作原理理解：键盘的类型和非编码键盘的工作原理 了解：其他输入设备了解：其他输入设备 理解：印字输出设备的特点和点阵针式打印机理解：印字输出设备的特点和点阵针式打印机的工作原理的工作原理 理解：显示设备特点和字符显示器的工作原理理解：显示设备特点和字符显示器的工作原理第第7 7章章 外部设备外部设备67.1 外部设备概述外部设备概述 中央处理器（中央处理器（CPU）和主存储器（和主存储器（MM）构成计
4、算机的主机。除主机以外，构成计算机的主机。除主机以外，而又围绕着主机设置的各种硬件装置称为而又围绕着主机设置的各种硬件装置称为外部设备或外围设备。它们主要用来完成外部设备或外围设备。它们主要用来完成数据的输入、输出、成批存储以及对信息数据的输入、输出、成批存储以及对信息加工处理的任务。加工处理的任务。第第7 7章章 外部设备外部设备77.1.1 7.1.1 外部设备的分类外部设备的分类1.输入输出设备输入输出设备 从计算机的角度出发，向计算机输从计算机的角度出发，向计算机输入信息的外部设备称为输入设备；接收入信息的外部设备称为输入设备；接收计算机输出信息的外部设备称为输出设计算机输出信息的外部
5、设备称为输出设备。备。输入设备有键盘、鼠标、扫描器、输入设备有键盘、鼠标、扫描器、数字化仪、磁卡输入设备、语音输入设数字化仪、磁卡输入设备、语音输入设备等。输出设备有显示设备、绘图机、备等。输出设备有显示设备、绘图机、打印输出设备等。打印输出设备等。第第7 7章章 外部设备外部设备82.辅助存储器辅助存储器 辅助存储器是指主机以外的存储装置，又辅助存储器是指主机以外的存储装置，又称为后援存储器。辅助存储器的读写，就其本称为后援存储器。辅助存储器的读写，就其本质来说也是输入或输出，所以可以认为辅助存质来说也是输入或输出，所以可以认为辅助存储器也是一种复合型的输入输出设备。储器也是一种复合型的输入
6、输出设备。常见的辅助存储器有软磁盘存储器、硬磁常见的辅助存储器有软磁盘存储器、硬磁盘存储器、磁带存储器及光盘存储器等。盘存储器、磁带存储器及光盘存储器等。3.终端设备终端设备 终端设备由输入设备、输出设备和终端控终端设备由输入设备、输出设备和终端控制器组成，通常通过通信线路与主机相连。终制器组成，通常通过通信线路与主机相连。终端设备具有向计算机输入信息和接收计算机输端设备具有向计算机输入信息和接收计算机输出信息的能力，具有与通信线路连接的通信控出信息的能力，具有与通信线路连接的通信控制能力，有些还具有一定的数据处理能力。制能力，有些还具有一定的数据处理能力。第第7 7章章 外部设备外部设备9
7、当计算机进行实时控制时，原始参数当计算机进行实时控制时，原始参数需要先用模数转换器将模拟量转换为数字需要先用模数转换器将模拟量转换为数字量，然后再输入计算机进行处理。而经计量，然后再输入计算机进行处理。而经计算机处理后的控制信息，需先经数模转换算机处理后的控制信息，需先经数模转换器把数字量转换成模拟量，再送到执行部器把数字量转换成模拟量，再送到执行部件对控制对象进行自动调节。模数、数模件对控制对象进行自动调节。模数、数模转换设备均是过程控制设备。转换设备均是过程控制设备。5.脱机设备脱机设备 脱机设备是指在脱离主计算机的情况脱机设备是指在脱离主计算机的情况下，由设备本身完成数据制备的设备。下，
8、由设备本身完成数据制备的设备。4.过程控制设备过程控制设备第第7 7章章 外部设备外部设备107.1.2 7.1.2 外部设备的地位和作用外部设备的地位和作用 外部设备是计算机和外界联系的纽带、外部设备是计算机和外界联系的纽带、接口和界面。如果没有外部设备，计算机接口和界面。如果没有外部设备，计算机将无法工作。外部设备在计算机系统中占将无法工作。外部设备在计算机系统中占据的地位变得越来越重要了。据的地位变得越来越重要了。外部设备在计算机系统中的作用有：外部设备在计算机系统中的作用有：外部设备是人机对话的通道外部设备是人机对话的通道 外部设备是完成数据媒体变换的设备外部设备是完成数据媒体变换的设
9、备 外部设备是计算机系统软件和信息的驻在外部设备是计算机系统软件和信息的驻在地地 外部设备是计算机在各领域应用的桥梁外部设备是计算机在各领域应用的桥梁第第7 7章章 外部设备外部设备11 磁介质存储器的存储过程是一种电磁磁介质存储器的存储过程是一种电磁转换的过程。常见的磁介质存储器，如软转换的过程。常见的磁介质存储器，如软磁盘、硬磁盘、磁带等就是利用磁记录原磁盘、硬磁盘、磁带等就是利用磁记录原理制成的。理制成的。7.2 磁介质存储器的性能和原理磁介质存储器的性能和原理第第7 7章章 外部设备外部设备121.磁记录介质和磁头磁记录介质和磁头磁记录介质磁记录介质 在磁介质存储器中，信息是记录在在磁
10、介质存储器中，信息是记录在一薄层磁性材料上的，这个薄层称为磁层。一薄层磁性材料上的，这个薄层称为磁层。磁层与所附着的载体称为记录介质或记录磁层与所附着的载体称为记录介质或记录媒体。媒体。载体是由非磁性材料制成的。根据载体是由非磁性材料制成的。根据载体的性质，又可分为软质载体和硬质载载体的性质，又可分为软质载体和硬质载体。体。7.2.1 7.2.1 磁介质存储器的读写磁介质存储器的读写第第7 7章章 外部设备外部设备13磁头磁头 磁头是磁记录设备的关键部件之一，磁头是磁记录设备的关键部件之一，是一种电磁转换元件，能把电脉冲表示的是一种电磁转换元件，能把电脉冲表示的二进制代码转换成磁记录介质上的磁
11、化状二进制代码转换成磁记录介质上的磁化状态，即电态，即电磁转换；反过来，能把磁记录磁转换；反过来，能把磁记录介质上的磁化状态转换成电脉冲，即磁介质上的磁化状态转换成电脉冲，即磁电转换。电转换。在读写过程中，磁记录介质与磁头之在读写过程中，磁记录介质与磁头之间相对运动，一般是记录介质运动而磁头间相对运动，一般是记录介质运动而磁头不动。不动。1.磁记录介质和磁头（续）磁记录介质和磁头（续）第第7 7章章 外部设备外部设备14 写入时，在写磁头线圈中通以一定写入时，在写磁头线圈中通以一定方向的写电流，所产生的磁通将从磁头的方向的写电流，所产生的磁通将从磁头的头隙进入记录介质，然后流回磁头，形成头隙进
12、入记录介质，然后流回磁头，形成一个回路，于是在磁头下方的一个局部区一个回路，于是在磁头下方的一个局部区域被磁化，形成一个磁化单元（或称记录域被磁化，形成一个磁化单元（或称记录单元）。单元）。3.读出过程读出过程 读出时，读磁头线圈不外加电流。读出时，读磁头线圈不外加电流。当某一磁化单元运动到读磁头下方时，使当某一磁化单元运动到读磁头下方时，使得磁头中流过的磁通有很大的变化，于是得磁头中流过的磁通有很大的变化，于是在读磁头线圈两端产生感应电动势在读磁头线圈两端产生感应电动势e。2.写入过程写入过程第第7 7章章 外部设备外部设备151.记录密度记录密度 记录密度是指磁介质存储器上单位记录密度是指
13、磁介质存储器上单位长度或单位面积所存储的二进制信息量。长度或单位面积所存储的二进制信息量。道密度。道密度又叫横向密度，道密度。道密度又叫横向密度，是指垂直于磁道方向上单位长度中的磁道是指垂直于磁道方向上单位长度中的磁道数目，道密度的单位是道数目，道密度的单位是道/in(TPI)或道或道/mm(TPM)。位密度。位密度又叫纵向密度，位密度。位密度又叫纵向密度，是指沿磁道方向上单位长度中所记录的二是指沿磁道方向上单位长度中所记录的二进制信息的位数，位密度的单位为位进制信息的位数，位密度的单位为位/in(bpi)或位或位/mm(bpm)。7.2.2 7.2.2 磁介质存储器的技术指标磁介质存储器的技
14、术指标第第7 7章章 外部设备外部设备16 存储容量是指整个磁介质存储器所能存储容量是指整个磁介质存储器所能存储的二进制信息的总量，一般以字节为存储的二进制信息的总量，一般以字节为单位表示，它与存储介质的尺寸和记录密单位表示，它与存储介质的尺寸和记录密度直接相关。度直接相关。2.存储容量存储容量第第7 7章章 外部设备外部设备17 在磁介质存储器中，当磁头接到读写在磁介质存储器中，当磁头接到读写命令，从原来的位置移动到指定位置，并命令，从原来的位置移动到指定位置，并完成读写操作的时间叫存取时间。对于磁完成读写操作的时间叫存取时间。对于磁盘存储器来说，存取时间主要包括盘存储器来说，存取时间主要包
15、括3部分部分：一部分是指磁头从原先位置移动到目的：一部分是指磁头从原先位置移动到目的磁道所需要的时间，称为定位时间或寻道磁道所需要的时间，称为定位时间或寻道时间；第二部分是指在到达目的磁道以后时间；第二部分是指在到达目的磁道以后，等待被访问的记录块旋转到磁头下方的，等待被访问的记录块旋转到磁头下方的等待时间，最后是信息的读写操作时间。等待时间，最后是信息的读写操作时间。3.平均存取时间平均存取时间第第7 7章章 外部设备外部设备18 由于寻找不同磁道和等待不同记录由于寻找不同磁道和等待不同记录块所花的时间不同，所以通常取它们的块所花的时间不同，所以通常取它们的平均值。读写操作时间相对平均寻道时
16、平均值。读写操作时间相对平均寻道时间间Ts和平均等待时间和平均等待时间Tw来说可以忽略不来说可以忽略不计，所以磁盘的平均存取时间计，所以磁盘的平均存取时间Ta可以近可以近似等于：似等于：TaTs+Tw=+3.平均存取时间（续）平均存取时间（续）2ttmaxssmix2ttmaxwwmix第第7 7章章 外部设备外部设备19 磁介质存储器在单位时间内向主机磁介质存储器在单位时间内向主机传送数据的位数或字节数，称为数据传传送数据的位数或字节数，称为数据传输率输率Dr，单位为单位为b/s或或B/s。5.误码率误码率 误码率是衡量磁介质存储器出错概误码率是衡量磁介质存储器出错概率的参数，它等于读出的出
17、错信息位数率的参数，它等于读出的出错信息位数和读出总的信息位数之比。和读出总的信息位数之比。读出错误有硬错误和软错误之分。读出错误有硬错误和软错误之分。硬错误又称不可恢复的错误；软错误又硬错误又称不可恢复的错误；软错误又称可恢复的错误，可用重复的读操作来称可恢复的错误，可用重复的读操作来改正。改正。4.数据传输率数据传输率第第7 7章章 外部设备外部设备207.2.3 7.2.3 数字磁记录方式数字磁记录方式 为了提高磁介质存储器的性能，扩为了提高磁介质存储器的性能，扩大存储容量，加快存取速度，除了要不大存储容量，加快存取速度，除了要不断改善磁头和记录介质的电磁性能和机断改善磁头和记录介质的电
18、磁性能和机械性能之外，选用高性能的数字磁记录械性能之外，选用高性能的数字磁记录方式对提高记录密度和可靠性也是很重方式对提高记录密度和可靠性也是很重要的。要的。磁记录方式是一种编码方式，即按磁记录方式是一种编码方式，即按照某种规律将一连串的二进制数字信息照某种规律将一连串的二进制数字信息变换成记录介质上相应磁通翻转形式。变换成记录介质上相应磁通翻转形式。第第7 7章章 外部设备外部设备21直接记录方式直接记录方式000011111RZNRZNRZ-1T0图图7-2(a)直接记录方式的写电流波形直接记录方式的写电流波形第第7 7章章 外部设备外部设备22 当记录密度较低时，可以不编码，当记录密度较
19、低时，可以不编码，直接按记录信息的直接按记录信息的“0”、“1”排序记录。排序记录。归零制（归零制（RZ）记录记录“1”时，写磁头线圈中通以正时，写磁头线圈中通以正向脉冲电流；记录向脉冲电流；记录“0”时，通以反向脉时，通以反向脉冲电流冲电流。由于脉冲电流均要回到零，故称。由于脉冲电流均要回到零，故称为归零制。归零制的两个脉冲之间有一段为归零制。归零制的两个脉冲之间有一段间隔没有电流，相应的这段磁层未被磁化。间隔没有电流，相应的这段磁层未被磁化。1.直接记录方式直接记录方式第第7 7章章 外部设备外部设备23不归零制（不归零制（NRZ）记录记录“1”时，写磁头线圈中通以正向电时，写磁头线圈中通
20、以正向电流；记录流；记录“0”时，通以反向电流。时，通以反向电流。由于磁头中由于磁头中电流不回到零，故称为不归零制。如果记录的电流不回到零，故称为不归零制。如果记录的相邻两位信息相同时，写电流方向不变；只有相邻两位信息相同时，写电流方向不变；只有当记录的相邻两位信息不相同时，写电流才改当记录的相邻两位信息不相同时，写电流才改变方向，所以又称为变方向，所以又称为“见变就翻见变就翻”的不归零制。的不归零制。不归零不归零1制（制（NRZ-1）这是一种改进的不归零制，这是一种改进的不归零制，记录记录“1”时，时，在位周期中间写电流改变方向；而记录在位周期中间写电流改变方向；而记录“0”时，时，写电流方
21、向维持不变，所以称之为见写电流方向维持不变，所以称之为见“1”就翻就翻的不归零制。的不归零制。1.直接记录方式（续）直接记录方式（续）第第7 7章章 外部设备外部设备24按位编码记录方式按位编码记录方式000011111PEFMMFMM2FMT0图图7-2(b)按位编码记录方式的写电流波形按位编码记录方式的写电流波形第第7 7章章 外部设备外部设备25调相制（调相制（PE）调相制又称相位编码方式。它采用调相制又称相位编码方式。它采用0和和180相位的不同分别表示相位的不同分别表示“1”或或“0”。它的编码规则是：。它的编码规则是：记录记录“1”时，时，写电流在位周期中间由负变正；记录写电流在位
22、周期中间由负变正；记录“0”时，写电流在位周期中间由正变负。时，写电流在位周期中间由正变负。当连当连续出现两个或两个以上续出现两个或两个以上“1”或或“0”时，时，为了维持上述原则，在位周期的边界上也为了维持上述原则，在位周期的边界上也要翻转一次。这种记录方式常用于磁带机要翻转一次。这种记录方式常用于磁带机中。中。2.按位编码记录方式按位编码记录方式第第7 7章章 外部设备外部设备26调频制（调频制（FM）调频制是根据写电流的频率来区分调频制是根据写电流的频率来区分记录记录“1”或或“0”的。的。记录记录“1”时，写时，写电流在位周期中间和边界各改变一次方向；电流在位周期中间和边界各改变一次方
23、向；记录记录“0”时，写电流仅在位周期边界改时，写电流仅在位周期边界改变一次方向变一次方向。因此，记录。因此，记录“1”的磁通翻的磁通翻转频率为记录转频率为记录“0”时的两倍，故又称倍时的两倍，故又称倍频制。若以频制。若以T0表示位周期，则调频制的磁表示位周期，则调频制的磁通翻转间距为通翻转间距为0.5T0和和T0。这种记录方式这种记录方式主要应用于早期的硬磁盘机和单密度软磁主要应用于早期的硬磁盘机和单密度软磁盘机中。盘机中。2.按位编码记录方式（续）按位编码记录方式（续）第第7 7章章 外部设备外部设备27改进的调频制（改进的调频制（MFM）MFM制是在制是在FM制基础上改进的一种记录制基础
24、上改进的一种记录方式，其编码规则是：方式，其编码规则是：记录记录“1”时，写电流在时，写电流在位周期中间改变方向；记录独立的一个位周期中间改变方向；记录独立的一个“0”时，时，写电流不改变方向；记录连续的两个写电流不改变方向；记录连续的两个“0”时，时，写电流在位周期边界改变方向。写电流在位周期边界改变方向。改进的调频制的磁通翻转间距有改进的调频制的磁通翻转间距有3种：种：T0、1.5T0、2T0，所以又称为三频制。采用所以又称为三频制。采用MFM制制的记录密度是的记录密度是FM制的两倍，这种记录方式广泛制的两倍，这种记录方式广泛应用于硬磁盘机和倍密度软磁盘机上。应用于硬磁盘机和倍密度软磁盘机
25、上。2.按位编码记录方式（续）按位编码记录方式（续）第第7 7章章 外部设备外部设备28改进的改进型调频制（改进的改进型调频制（M2FM）M2FM制是改进的制是改进的MFM制方式。其编码规制方式。其编码规则是：则是：记录记录“1”时，写电流在位周期中间改变时，写电流在位周期中间改变方向；记录独立的一个方向；记录独立的一个“0”时，写电流不改变时，写电流不改变方向；记录连续的两个方向；记录连续的两个“0”时，写电流在第二时，写电流在第二个个“0”起始的位周期边界处改变方向；记录连起始的位周期边界处改变方向；记录连续多个续多个“0”时，写电流在前两个时，写电流在前两个“0”的位周的位周期边界处改变
26、方向；以后每隔两个期边界处改变方向；以后每隔两个“0”在位在位周期边界处写电流再改变一次方向。周期边界处写电流再改变一次方向。改进的改进型调频制的磁通翻转间距有改进的改进型调频制的磁通翻转间距有4种：种：T0、1.5T0、2T0、2.5T0，所以又称为四频制。所以又称为四频制。M2FM曾在软盘机和一些特殊用途的数字磁带曾在软盘机和一些特殊用途的数字磁带机中使用。机中使用。2.按位编码记录方式（续）按位编码记录方式（续）第第7 7章章 外部设备外部设备29 尽管存在着很多种编码方式，但只尽管存在着很多种编码方式，但只有少部分仍然流行。近些年最流行的三种有少部分仍然流行。近些年最流行的三种基本类型
27、是：基本类型是：调频制（调频制（FM）改进的调频制（改进的调频制（MFM）游程长度受限（游程长度受限（RLL）7.2.4 7.2.4 编码方式的比较编码方式的比较第第7 7章章 外部设备外部设备30用用FM、MFM和和RLL2,7编码方式的比较编码方式的比较 000001111110000011 1000 00TTTTTTTTTTNTNNNNN NNNNNN NNNTNTTTTTNTTNNTNNNNNNTNN.FM(RLL0,1)编码（1时钟）MFM(RLL1,3)编码（2时钟）RLL(RLL2,7)编码（3时钟）T=翻转（磁通转向）N=无翻转.=数据位边界（时钟定时）图图7-3 用用FM、M
28、FM和和RLL2,7编码编码ASCII字符字符“X”的写电流波的写电流波形形 第第7 7章章 外部设备外部设备31 磁介质存储器主要包括硬盘存储器、磁介质存储器主要包括硬盘存储器、软盘存储器和磁带存储器，它们的容量大、软盘存储器和磁带存储器，它们的容量大、位价格低，是当今辅助存储器的主体。位价格低，是当今辅助存储器的主体。7.3 磁介质存储设备磁介质存储设备第第7 7章章 外部设备外部设备32 硬盘存储器的硬件包括硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器硬盘控制器（适配器）、（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器（硬盘控制器（HDC）对硬盘进行管理，对硬盘进行管理，并在主机
29、和硬盘之间传送数据。硬盘控制并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相连；许多新型硬盘则已将控制器集成到驱连；许多新型硬盘则已将控制器集成到驱动器单元中去了。动器单元中去了。硬盘驱动器（硬盘驱动器（HDD）中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱动机构）、磁头定位机构、读写电路和控动机构）、磁头定位机构、读写电路和控制逻辑等。制逻辑等。7.3.1 7.3.1 硬盘存储器的基本结构与分类硬盘存储器的基本结构与分类第第7 7章章
30、外部设备外部设备331.硬盘的信息分布硬盘的信息分布 在硬盘中信息分布呈以下层次：记录在硬盘中信息分布呈以下层次：记录面、圆柱面、磁道和扇区面、圆柱面、磁道和扇区。记录面记录面 一台硬盘驱动器中有多个盘片，每个一台硬盘驱动器中有多个盘片，每个盘片有两个记录面，每个记录面对应一个盘片有两个记录面，每个记录面对应一个磁头磁头，所以记录面号就是磁头号，所以记录面号就是磁头号。所有的所有的磁头安装在一个公用的传动设备或支架上，磁头安装在一个公用的传动设备或支架上，磁头一致地沿盘面径向移动，单个磁头不磁头一致地沿盘面径向移动，单个磁头不能单独地移动。能单独地移动。7.3.3 7.3.3 硬盘的信息分布和
31、磁盘地址硬盘的信息分布和磁盘地址 第第7 7章章 外部设备外部设备34磁盘组的记录面磁盘组的记录面 主轴记录面小车磁头图图7-4(a)磁盘组的记录面磁盘组的记录面 第第7 7章章 外部设备外部设备35磁道磁道 在记录面上，一条条磁道形成一组同心圆，在记录面上，一条条磁道形成一组同心圆，最外圈的磁道为最外圈的磁道为0号，往内则磁道号逐步增加。号，往内则磁道号逐步增加。圆柱面圆柱面 在一个盘组中，各记录面上相同编号（位在一个盘组中，各记录面上相同编号（位置）的诸磁道构成一个圆柱面。置）的诸磁道构成一个圆柱面。引入圆柱面的概念是为了提高硬盘的存储引入圆柱面的概念是为了提高硬盘的存储速度。当主机要存入
32、一个较长的文件时，若一速度。当主机要存入一个较长的文件时，若一条磁道存不完，就需要存放在同一圆柱面上的条磁道存不完，就需要存放在同一圆柱面上的不同磁道上。由于各记录面的磁头已同时定位，不同磁道上。由于各记录面的磁头已同时定位，换道的时间只是磁头选择电路的译码时间，相换道的时间只是磁头选择电路的译码时间，相对于定位操作可以忽略不计。对于定位操作可以忽略不计。1.硬盘的信息分布（续）硬盘的信息分布（续）第第7 7章章 外部设备外部设备36磁盘圆柱面磁盘圆柱面 0n图图7-4(c)磁盘圆柱面磁盘圆柱面第第7 7章章 外部设备外部设备37扇区扇区 通常将一条磁道划分为若干个段，通常将一条磁道划分为若干
33、个段，每个段称为一个扇区或扇段，每个扇区存每个段称为一个扇区或扇段，每个扇区存放一个定长信息块（如放一个定长信息块（如512个字节）个字节）。一一条磁道划分多少扇区，每个扇区可存放多条磁道划分多少扇区，每个扇区可存放多少字节，一般由操作系统决定。磁道上的少字节，一般由操作系统决定。磁道上的扇区编号从扇区编号从1开始，不像磁头或柱面编号开始，不像磁头或柱面编号从从0开始。开始。1.硬盘的信息分布（续）硬盘的信息分布（续）第第7 7章章 外部设备外部设备38磁盘扇区磁盘扇区0道n道扇区图图7-4(b)磁盘扇区磁盘扇区 第第7 7章章 外部设备外部设备39 主机向磁盘控制器送出有关寻址信主机向磁盘控
34、制器送出有关寻址信息，磁盘地址一般表示为：息，磁盘地址一般表示为：驱动器号、圆柱面（磁道）号、记驱动器号、圆柱面（磁道）号、记录面（磁头）号、扇区号录面（磁头）号、扇区号 通常，主机通过一个硬盘控制器可通常，主机通过一个硬盘控制器可以连接几台硬盘驱动器，所以需送出驱动以连接几台硬盘驱动器，所以需送出驱动器号或台号。器号或台号。调用磁盘常以文件为单位，调用磁盘常以文件为单位，故寻址信息一般应当给出文件起始位置所故寻址信息一般应当给出文件起始位置所在的圆柱面号与记录面号（这就确定了具在的圆柱面号与记录面号（这就确定了具体磁道）、起始扇区号，并给出扇区数体磁道）、起始扇区号，并给出扇区数（交换量）。
35、（交换量）。2.磁盘地址磁盘地址第第7 7章章 外部设备外部设备401.硬盘的主要性能指标硬盘的主要性能指标 硬盘容量硬盘容量 主轴转速主轴转速 道密度道密度 平均存取时间平均存取时间 缓存缓存 数据传输率数据传输率7.3.4 7.3.4 硬盘存储器的技术参数硬盘存储器的技术参数第第7 7章章 外部设备外部设备41 硬盘的接口可分为硬盘的接口可分为IDE和和SCSI两种。两种。传统微机和便携机采用标准的传统微机和便携机采用标准的IDE接口，接口，而工作站和服务器则多采用而工作站和服务器则多采用SCSI接口。接口。两种接口在物理上不兼容。两种接口在物理上不兼容。IDE接口也称接口也称ATA接口，
36、适合于内置接口，适合于内置磁盘控制器的驱动器。采用磁盘控制器的驱动器。采用IDE接口的硬接口的硬盘具有价格低廉、稳定性好、标准化程度盘具有价格低廉、稳定性好、标准化程度高等优点。高等优点。SCSI是小型计算机系统接口的缩写，是小型计算机系统接口的缩写，是一种接入各种类型设备的通用快速接口。是一种接入各种类型设备的通用快速接口。2.硬盘的接口标准硬盘的接口标准第第7 7章章 外部设备外部设备42 设有一个盘面直径为设有一个盘面直径为18in的磁盘组，的磁盘组，有有20个记录面，每面有个记录面，每面有5in的区域用于记的区域用于记录信息，记录密度为录信息，记录密度为100道道/in（TPI）和和1
37、000b/in（bpi），），转速为转速为2400r/min，道道间移动时间为间移动时间为0.2ms，试计算该盘组的容试计算该盘组的容量、数据传输率和平均存取时间。量、数据传输率和平均存取时间。每一记录面的磁道数每一记录面的磁道数N为为 N5 in/面面100道道/in500道道/面面 最内圈磁道的周长为最内圈磁道的周长为 L=(18-25)in=25.12 in3.硬盘参数的计算硬盘参数的计算第第7 7章章 外部设备外部设备43 以最内圈磁道的周长当作每条磁道以最内圈磁道的周长当作每条磁道的长度，故该盘组的存储容量（非格式化的长度，故该盘组的存储容量（非格式化容量）为容量）为 C=1000b
38、/in25.12in/道道500道道/面面20面面=251.2106 b=31.4106 B 磁盘旋转一圈的时间为磁盘旋转一圈的时间为 t=60s/min=0.025 s=25 ms 3.硬盘参数的计算（续）硬盘参数的计算（续）min/r24001第第7 7章章 外部设备外部设备44 数据传输率为数据传输率为 Dr=1004.8 b/ms=1.0048106 b/s =0.1256106 B/s=0.1256 MB/s 平均存取时间为平均存取时间为 Ta ms60 ms3.硬盘参数的计算（续）硬盘参数的计算（续）225024992.00旋转一圈的时间每一道的容量2525120第第7 7章章 外
39、部设备外部设备45 键盘是计算机系统不可缺少的输入键盘是计算机系统不可缺少的输入设备，人们通过键盘上的按键直接向计算设备，人们通过键盘上的按键直接向计算机输入各种数据、命令及指令，从而使计机输入各种数据、命令及指令，从而使计算机完成不同的运算及控制任务。算机完成不同的运算及控制任务。7.7 键盘输入设备键盘输入设备第第7 7章章 外部设备外部设备46 键盘上的每个按键起一个开关的作用，故键盘上的每个按键起一个开关的作用，故又称为键开关。又称为键开关。键开关分为接触式和非接触式键开关分为接触式和非接触式两大类。两大类。接触式键开关当键帽被按下时，两个触点接触式键开关当键帽被按下时，两个触点被接通
40、；当释放时，弹簧恢复原来触点断开的被接通；当释放时，弹簧恢复原来触点断开的状态。这种键开关结构简单、成本低，但开关状态。这种键开关结构简单、成本低，但开关通断会产生触点抖动，而且使用寿命较短。通断会产生触点抖动，而且使用寿命较短。非接触式键开关的特点是：开关内部没有非接触式键开关的特点是：开关内部没有机械接触，只是利用按键动作改变某些参数或机械接触，只是利用按键动作改变某些参数或利用某些效应来实现电路的通、断转换。这种利用某些效应来实现电路的通、断转换。这种键开关无机械磨损，不存在触点抖动现象，性键开关无机械磨损，不存在触点抖动现象，性能稳定，寿命长，已成为当前键盘的主流。能稳定，寿命长，已成
41、为当前键盘的主流。7.7.1 7.7.1 键开关与键盘类型键开关与键盘类型第第7 7章章 外部设备外部设备47 按照键码的识别方法，按照键码的识别方法，键盘可分为键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。两大类型：编码键盘和非编码键盘。编码键盘是用硬件电路来识别按键编码键盘是用硬件电路来识别按键代码的键盘，当某一键按下后，相应电路代码的键盘，当某一键按下后，相应电路即给出一组编码信息（如即给出一组编码信息（如ASCII码）送主码）送主机去进行识别及处理。编码键盘的响应速机去进行识别及处理。编码键盘的响应速度快；但它以复杂的硬件结构为代价，并度快；但它以复杂的硬件结构为代价，并且其硬件的复杂程度
42、随着键数的增加而增且其硬件的复杂程度随着键数的增加而增加。加。7.7.1 7.7.1 键开关与键盘类型（续）键开关与键盘类型（续）第第7 7章章 外部设备外部设备48 非编码键盘是用较为简单的硬件和非编码键盘是用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置专门的键盘扫描程序来识别按键的位置，即当按某键以后并不给出相应的即当按某键以后并不给出相应的ASCII码，码，而提供与按下键相对应的中间代码，然后而提供与按下键相对应的中间代码，然后再把中间代码转换成对应的再把中间代码转换成对应的ASCII码。非码。非编码键盘的响应速度不如编码键盘，但是编码键盘的响应速度不如编码键盘，但是它通过软件编程
43、可为键盘中某些键的重新它通过软件编程可为键盘中某些键的重新定义提供更大的灵活性，因此得到广泛地定义提供更大的灵活性，因此得到广泛地使用。使用。7.7.1 7.7.1 键开关与键盘类型（续）键开关与键盘类型（续）第第7 7章章 外部设备外部设备49 在大多数键盘中，键开关被排列成在大多数键盘中，键开关被排列成M行行N列的矩阵结构，每个键开关位于行列的矩阵结构，每个键开关位于行和列的交叉处。非编码键盘常用的键盘扫和列的交叉处。非编码键盘常用的键盘扫描方法有逐行扫描法和行列扫描法。描方法有逐行扫描法和行列扫描法。7.7.2 7.7.2 键盘扫描键盘扫描第第7 7章章 外部设备外部设备50 采用逐行扫
44、描识别键码的采用逐行扫描识别键码的88键盘键盘矩阵，矩阵，8位输出端口和位输出端口和8位输入端口都在键位输入端口都在键盘接口电路中，其中输出端口的盘接口电路中，其中输出端口的8条输出条输出线接键盘矩阵的行线（线接键盘矩阵的行线（X0X7），），输入端输入端口的口的8条输入线接键盘矩阵的列线（条输入线接键盘矩阵的列线（Y0Y7）。）。通过执行键盘扫描程序对键盘矩阵通过执行键盘扫描程序对键盘矩阵进行扫描，以识别被按键的行、列位置。进行扫描，以识别被按键的行、列位置。1.逐行扫描法逐行扫描法第第7 7章章 外部设备外部设备51采用逐行扫描法的采用逐行扫描法的88键盘矩阵键盘矩阵+5V+5V+5V+5
45、V+5V第0列第0行第1行第2行第7行第1列第2列第3列第7列并行端口并行端口X0X1X2X3X7Y7Y0图图7-12 采用逐行扫描法的采用逐行扫描法的88键盘矩阵键盘矩阵 第第7 7章章 外部设备外部设备52 查询是否有键按下查询是否有键按下。首先由首先由CPU对输出对输出端口的各位置端口的各位置“0”，即使各行全部接地，然后，即使各行全部接地，然后CPU再从输入端口读入数据。若读入的数据全再从输入端口读入数据。若读入的数据全为为“1”，表示无键按下；只要读入的数据中有，表示无键按下；只要读入的数据中有一个不为一个不为“1”，表示有键按下。接着要查出按，表示有键按下。接着要查出按键的位置。键
46、的位置。查询已按下键的位置查询已按下键的位置。CPU首先使首先使X0=0，X1X7全为全为“1”，读入，读入Y0Y7，若全为若全为“1”，表示按键不在这一行；接着使表示按键不在这一行；接着使X1=0，其余各位其余各位为全为全“1”，读入，读入Y0Y7直至直至Y0Y7不全为不全为“1”为止，从而确定了当前按下的键在键盘矩为止，从而确定了当前按下的键在键盘矩阵中的位置。阵中的位置。按行号和列号求键的位置码按行号和列号求键的位置码。得到的行得到的行号和列号表示按下键的位置码。号和列号表示按下键的位置码。键盘扫描程序处理的步骤键盘扫描程序处理的步骤第第7 7章章 外部设备外部设备53 在扫描每一行时，
47、读列线，若读得在扫描每一行时，读列线，若读得的结果为全的结果为全“1”，说明没有键按下，即，说明没有键按下，即尚未扫描到闭合键；若某一列为低电平，尚未扫描到闭合键；若某一列为低电平，说明有键按下，而且行号和列号已经确定。说明有键按下，而且行号和列号已经确定。然后用同样的方法，依次向列线扫描输出，然后用同样的方法，依次向列线扫描输出，读行线。如果两次所得到的行号和列号分读行线。如果两次所得到的行号和列号分别相同，则键码确定无疑，即得到闭合键别相同，则键码确定无疑，即得到闭合键的行列扫描码。的行列扫描码。2.行列扫描法行列扫描法第第7 7章章 外部设备外部设备54 键盘通常通过设在主板上的键盘接键
48、盘通常通过设在主板上的键盘接口连到主机上，人们通过键盘输入的数据口连到主机上，人们通过键盘输入的数据是在主机的是在主机的BIOS程序的控制下，传送到程序的控制下，传送到主机的主机的CPU中进行处理的。中进行处理的。7.7.3 7.7.3 微型机键盘微型机键盘 第第7 7章章 外部设备外部设备55PC/XT键盘与接口框图键盘与接口框图 图图7-13 PC/XT键盘与接口框图键盘与接口框图 列译码行译码检测器T18048移位寄存器中断请求时钟发生器PCLKCLOCKCLKDATAIRQ1键盘矩阵16行8列.D1输出CD第第7 7章章 外部设备外部设备56 PC系列键盘一般由键盘矩阵和以单系列键盘一
49、般由键盘矩阵和以单片机或专用控制器为核心的键盘控制电路片机或专用控制器为核心的键盘控制电路组成，被称为智能键盘。单片机通过执行组成，被称为智能键盘。单片机通过执行固化在固化在ROM中的键盘管理和扫描程序，中的键盘管理和扫描程序，对键盘矩阵进行扫描，发现、识别按下键对键盘矩阵进行扫描，发现、识别按下键的位置，形成与按键位置对应的扫描码，的位置，形成与按键位置对应的扫描码，并以串行的方式送给微机主板上的键盘接并以串行的方式送给微机主板上的键盘接口电路，供系统使用。口电路，供系统使用。1.键盘控制电路键盘控制电路第第7 7章章 外部设备外部设备57 显示设备是将电信号转换成视觉信显示设备是将电信号转
50、换成视觉信号的一种装置。号的一种装置。7.10 显示设备显示设备第第7 7章章 外部设备外部设备58 计算机系统中的显示设备，计算机系统中的显示设备，若按显示对象若按显示对象的不同可分为字符显示器、图形显示器和图像的不同可分为字符显示器、图形显示器和图像显示器显示器.字符显示器是指能显示有限字符形状的显示器。字符显示器是指能显示有限字符形状的显示器。图形和图像是既有区别又有联系的两个概念，图形和图像是既有区别又有联系的两个概念，图形是指以几何线、面、体所构成的图；图形是指以几何线、面、体所构成的图；图像是指模拟自然景物的图，如照片等。图像是指模拟自然景物的图，如照片等。从显示角度看，它们都是由
