萝卜家园第七章.ppt

第七章,外围设备,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。,7.1.2 外围设备的分类,7.1.1 外围设备的一般功能,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 1024768 （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,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,1 1 1 1,0 1 1 1,0 0 1 1,10H,28H,44H,82H,82H,FEH,82H,82H,00H,字符 发生器,( R O M ),ASCII 字符代码,8,4,RA3 - 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 -RA0,D7,D0,D7,D0,ASCII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 S L,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,控制,OSC,VRAM,1,9,1,80+18,1,9+5,1,25+1,视频 信号,RA3 - RA0,（16.257MHz),显示器控制器,至显示器,ROM BIOS,系统总线,PCI或 VL总线,与视频卡等连接,14.318MHz,R,G,B,Hsync,Vsync,主板,显示适配器,显示器控制器,7.3 输入设备和打印设备,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,.,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,+5V,10K,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,X,Y,X/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,7.4 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,速度尚可,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,在计算机中，用于存储设备的磁性材料， 是一种具有矩形磁滞回线的磁性材料。这种磁性材料在外加磁场的作用下，其磁感应强度B与外加磁场H的关系，可用矩形磁滞回线来描述.,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,NRZ,NRZ1,PM,FM,MFM,位周期,其特点是，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。制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。, 不归零制 (NRz。), 见1就翻不归零制 (NRz1), 调相制 (PM),调频制 (FM),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o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o，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,前间隙,后间隙,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 = -nv d /dl,写线圈,读线圈,N,N,S,S,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,如何实现的,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。 磁层上的存储元被磁化后，它可以多次读出而不被破坏。通常，写入和读出是合用一个磁头，故称之为读写磁头。每个读写磁头对应着一个信息记录磁道。,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、PC,3. 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,Redundant Arrays of Inexpensive Disks,用 N 个低