第5章多媒体计算机硬件

1、2021-4-26第5章多媒体计算机硬件1 第5章 多媒体计算机硬件 5.1视频信息采集和显示设备 5.1图形图像输入设备 5.3其他多媒体设备 5.4多媒体存储设备 5.5磁存储介质 5.6光存储介质 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件2 5.1视频信息采集和显示设备 5.1.1视频采集卡 5.1.2摄像头 5.1.3多媒体投影仪 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件3 5.1.1视频采集卡 视频采集卡的作用：是将模拟摄像机、录像机、 LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视 频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并 转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中， 成为可编辑处理的视

2、频数据文件。 原理上，视频采集就是将视频源的模拟信息通 过处理转变成数字信息，并将数字信息存储在 电脑硬盘上的过程，这种模拟数字转换是通过 视频采集卡上的采集芯片进行的。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件4 5.1.1视频采集卡 通常在采集过程中，还对数字信息进行一定形 式的实时压缩处理，较高档的采集卡依靠特殊 的处理芯片进行硬件实时数据压缩处理；而那 些没实时硬件压缩功能的卡，也可通过电脑上 的CPU进行被称为软件压缩的处理。 按照其用途可分为广播级视频采集卡、专业级 视频采集卡、民用级视频采集卡，它们档次的 高低主要是采集图像的质量不同。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件5

3、 5.1.2 摄像头 摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄 像头，是用于直接和计算机连接使用的数字摄像头； 模拟摄像头，要配合视频捕捉卡一起使用并加以压缩 后，将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字 信号才可以到计算机上运用。 按感光器件类别来分，现在市场上摄像头使用的大多 为CCD和CMOS两种，其中CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）是应用在摄像、图像扫描方 面的高端技术组件，CMOS则大多应用在一些低端视频 产品中。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件6 5.1.2 摄像头 像素是摄像头最重要的参数，体现了摄像头的 基本性能。 n像素是指

4、感光元件上的光敏单元的数量，光敏单元 越多，摄像头捕捉到的图像分辨率也就越高，画面 当然也就越越清晰。 n可以利用摄像头的最大分辨率来计算摄像头的像素 值，例如一款摄像头的最大分辨率为640480，那 么像素就是640480 = 307200，即30万像素。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件7 5.1.2 摄像头 真实像素和插值像素之间的区别 ： n插值像素是指摄像头的像素原本没有那么高，但是 经过软件插值处理后，获得较的高像素值。 分辨率和帧数的匹配 摄像头的视频捕获能力 n现在数字摄像头捕获画面的最大分辨率为704576， 在这种分辨下至今还没有任何数字摄像头能达到30 帧/秒的捕

5、获效果，因而画面会产生跳动现象。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件8 5.1.2 摄像头 市场上常见的摄像头市场上常见的摄像头 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件9 5.1.3多媒体投影仪 阴极射线管CRT nCRT是 Cathode Ray Tube的缩写，该技术是出现最 早，应用最广泛的一种投影成像技术，它做为一种 最成熟的投影技术，具有显示色彩丰富，色彩还原 性好，分辨率高，几何失真调节能力强，可以长时 间连续工作的特点 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件10 5.1.3多媒体投影仪 液晶显示LCD nLCD是Liquid Crystal Display的缩写，又称为

6、液晶显 示，是一种液晶显示投影技术。该技术利用了液晶 分子的光电效应，运用电场作用让液晶分子的排列 发生变化，从而导致液晶的光学特性发生改变（主 要是透光率和反射率这两种变化），最后产生出不 同灰度层次及多达1670百万种色彩的图像。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件11 5.1.3多媒体投影仪 数字光路处理器DLP nDLP是Digital Light Processing的缩写，又称为数字 光路处理器，该技术的最大特点就是数字优势，可 以大大提高图像的灰度等级，使图像噪声消失并稳 定画面质量，在图像定位上也比以往精确了许多。 该种技术还具有反射优势，采用反射式的DMD （Digit

7、al Micromirror Device）数字微镜器件之后， 成像器件的总光效率得到了很大提高，对比度、亮 度、均匀性都非常出色。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件12 5.1.3多媒体投影仪 反射式液晶LCOS nLCOS是Liquid Crystal on silicon的缩写，又称为反 射式液晶。理论上，反射式液晶投影技术可以实现 更高的亮度和分辨率，并且在成本上会有明显降低。 但目前为止，LCOS技术还处于发展之中，相应的产 品也还未能形成市场规模。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件13 5.1.3多媒体投影仪 投影仪的几个重要的技术参数： n1.分辨率：投影仪的分辨

8、率分为物理分辨率和压缩分 辨率，决定图像清晰程度的是物理分辨率，决定投影 机的适用范围的是压缩分辨率。 目前市场上应用最多 的为SVGA（分辨率800600）和XGA（1024768） n2.亮度：是指投影仪的光输出，以光通量（光源在单 位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生感觉的能量） 来表示，单位用ANSI流明来表示。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件14 5.1.3多媒体投影仪 n3.灯泡寿命：也是重要指标之一。按照一般使用频 率足够正常使用3年以上。灯泡种类有：金属卤素 灯 ,UHE灯泡 , UHP高能灯。 n4.颜色：是指投影仪投射图像所能表现的颜色数量。 24位真彩色。 n5

9、.均匀度：均匀度是与亮度相关的概念。投出画面 的中间亮度与周围亮度的比值。一般将中间定义为 100%。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件15 5.1.3多媒体投影仪 n6.对比度：对比度指的是投影仪投射图像中黑与白 的比值，也就是从黑到白的渐变层次。 n7.画面尺寸：画面尺寸是指投出的画面对角线的尺 寸。 n8.吊顶功能：为了使用方便，不少用户会将投影仪 安装在天花板上。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件16 5.1.3多媒体投影仪 n9.背投功能：也有不少用户会将投影仪安装在背透 幕的后面进行投影。 n10.水平扫描频率：水平扫描频率又叫行频。投影仪 的水平扫描频率都有一个范

10、围。 n11.垂直扫描频率：垂直扫描频率又叫帧频或显示图 像的刷新率。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件17 5.2图形图像信息输入设备 5.2.1扫描仪 5.2.2数码相机 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件18 5.2.1扫描仪 扫描仪是多媒体应用系统中一个主要的输入设 备，主要用于扫描文字、表格和图形图像。扫 描仪的技术原理主要是把把图形图像、文字信 息转成数字信息并转化成二进制形式存储于计 算机中。根据扫描仪获取图像彩色信息能力， 分为彩色扫描仪和黑白扫描仪。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件19 5.2.1扫描仪 扫描仪的工作原理 n扫描仪内部基本组成部件是光源

11、、光学透镜、感光 元件，模拟/数字转换器。 n描图像时一次扫描一行，光线从物体上反射回来， 通过透镜射进到感光元件。感光元件将光线转换成 模拟电压信号，并且标出每个象素的灰度级，再由 模拟/数字转换器将模拟电压信号转换为数字信号， 每种颜色使用8、10或12位来表示，每扫描一行就 得到原稿X方向一行的信息，随着Y方向的移动，通 过扫描图像专用格式Twain格式保存在电脑里。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件20 5.2.1扫描仪 目前扫描仪所使用的感光器件有三种：光电倍 增管，电荷耦合器（CCD），接触式感光器件 （CIS）。 n光电倍增管实际上是一种电子管，感光材料主要是 金属铯的氧

12、化物及其他一些活性金属（主要是镧系 金属）氧化物的搀杂物，用这种材料制成的光电阴 极，在光线的照射下能够发射电子，经栅极加速放 大后冲击阳极，形成电流。性能好，成本高，扫描 速度慢。专业滚筒式扫描仪上。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件21 5.2.1扫描仪 n电荷耦合器（CCD）是Charge Coupled Device的缩 写，称为电荷耦合器件，它是利用微电子技术制成 的表面光电器件来实现光电转换的。 n接 触 式 感 光 器 件 （ CIS ） 是 Contact ImageSensor的缩写，又称为接触式感光元件。 CIS采用一种触点式图像感光元件来进行感光，一 般是硫化镉。

13、体积小，质量轻，成本低。清晰度达 不到标称指标；不能扫描立体物体，寿命短。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件22 5.2.1扫描仪 扫描仪接口的分类 n扫描仪的接口是指与电脑主机的联接方式，扫描仪 按接口类型分为SCSI (Small Computer System Interface) 、 EPP (Enhanced ParallelPort)、USB和 1394等四种，目前使用较多的为USB接口。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件23 5.2.1扫描仪 扫描仪的分类 n按扫描版面大小可分为A3和A4幅面扫描仪； n按扫描速度可分为高速、中速和低速； n从扫描仪的历史上来说，

14、扫描仪可以分为：手持式 扫描仪、馈纸式扫描仪、平板式扫描仪、大幅面扫 描仪、底片扫描仪、笔式扫描仪、条码扫描仪、实 物扫描仪和3D扫描仪。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件24 5.2.1扫描仪 n手持式扫描仪：这种扫描仪诞生于1987年，是当年 使用比较广泛的扫描仪品种，必须由用户手动控制。 价格低廉，方便携带，但扫描精度不高，幅面不大。 如图：加拿大Planon公司DocuPen 700手持扫描仪 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件25 5.2.1扫描仪 n馈纸式扫描仪：又称为小滚筒式扫描仪。工作时镜 头固定，通过移动要扫描的物体来扫描。馈纸式扫 描仪诞生于20世纪90年代初

15、，近一两年中又出现了 一些新型产品，这类产品体积很小，并采用内置电 池供电。如图：清华紫光 F18A 馈纸式扫描仪 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件26 5.2.1扫描仪 n滚筒式扫描仪：滚筒式扫描仪主要的特点就是幅面 大，尤其适合工程图纸输入领域。它通过旋转滚筒 的进纸方式来工作，主要应用于专业领域。使用的 感光器件为光电倍增管。如图：一款A4幅面滚筒式 扫描仪fi-5110EOX2 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件27 5.2.1扫描仪 n平板式扫描仪：又称为台式扫描仪，如下图所示这 种扫描仪诞生于1984年，是目前市场上的主流产品。 其特点是如复印机一样放在桌上使用。 2

16、021-4-26第5章多媒体计算机硬件28 5.2.1扫描仪 n大幅面扫描仪：一般指扫描幅面为A0幅面以上的扫 描仪，适用于地图、建筑机械CAD、线条图和工程 图纸等各类技术图纸的扫描。光学分辨率一般为 200dpi或400dpi。如图：一款清华紫光大幅面扫描 仪 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件29 5.2.1扫描仪 n底片扫描仪：又称胶片扫描仪。其扫描胶片效果是 平板扫描仪不能比拟的，主要任务就是用来扫描正 片、负片和透明片，扫描幅面从135底片到46英 寸甚至更大，光学分辨率最低也在1000dpi以上， 一般可以达到2700dpi的水平。如图： BenQ底片扫 描仪 2021-4

17、-26第5章多媒体计算机硬件30 5.2.1扫描仪 n条码扫描仪：又称为条码阅读器，主要用于条码的 扫描识别，不能用来扫描文字和图像。主要应用在 大型超市、图书管等部门。如图所示。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件31 5.2.1扫描仪 n实物扫描仪：平板扫描仪也具有扫描实物的能力。 结构原理类似数码相机，不过是固定结构。分辨率 远远高于市场上常见的数码相机。 n3D扫描仪：生成的文件是能够精确描述物体三维结 构的一系列坐标数据，输入3DMAX中即可完整地还 原出物体的3D模型。由于只记录物体的外形，因此 无彩色和黑白之分。 n笔式扫描仪：主要用于文字识别，又称为扫描笔 2021-4-

18、26第5章多媒体计算机硬件32 5.2.1扫描仪 扫描仪的主要技术参数： n1.分辨率：也叫扫描精度。它主要是表示扫描仪对 图像细节表现的能力，常用dpi来表示，即每英寸长 度上扫描图像所含有像素点的个数。 n2.灰度级：它是表示灰度图像的亮度层次范围的指 标，反映了扫描时由暗到亮层次范围的多少，具体 地说就是扫描仪从纯黑到纯白之间平滑过渡的能力。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件33 5.2.1扫描仪 n3.色彩位数：色彩位数是扫描仪对采样来的每一个 像素点提供的不同通道的数字化位数的叠加值，能 够反映出扫描图像的色彩逼真度，色彩位数越多， 图像表达越真实。 n4.扫描速度：即扫描一

19、定的图像所需要的时间。每 分钟100页，60-100页，20-60页。 n5.扫描幅面：即扫描对象的最大尺寸。A4， A3 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件34 5.2.2数码相机 数码相机的工作原理: n内部基本组成部件包括:图像传感器件(CCD或 CMOS)、 模拟/数字转换器件(ADC)、数字信号处理器件(DSP)、 输出接口、液晶显示器（LCD）和电子存储卡等器件。 n首先通过镜头接收光线，然后图像传感器件(CCD或 CMOS)将所接收的光线转换成电信号，然后按照计算 机的要求使用模拟/数字转换器件(ADC)进行模拟信号 到数字信号的转换。接下来数字信号处理器件(DSP) 对数

20、字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如 JPEG格式。最后，图像文件被存储到电子存储卡中。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件35 5.2.2数码相机 市场上常见的数码相机外形图市场上常见的数码相机外形图 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件36 5.2.2数码相机 数字相机的主要技术参数： n1.像素数：所谓像素数，可以理解为在摄影元件上 设置的像栅格一样的东西。而光线的颜色和强度则 能够以这种栅格为单位接收到相机中。所以，栅格 越细，也就是说像素越多，照片的颗粒就越细。 n2.分辨率：数字相机分辨率的高低决定了所拍摄影 像最终所能打印出高质量画面的大小，或在计算机 显示器上所

21、能显示画面的大小 。（注意两个分辨率 概念：一个是CCD分辨率一个拍摄图像的最高分辨 率。） 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件37 5.2.2数码相机 n3.颜色深度：颜色深度又叫色彩位数，用来表示数 字相机的色彩分辨能力。 n4.反应速度与连拍速度 ：按下数码相机的快门后拍 摄下一张需要等待的时间和连续拍摄的速度。 n5.存储媒体种类及存储能力：内置存储式和可移动 存储媒体 n6.信号的输出形式: RS-232, USB接口, 视频输出口 n7.变焦倍率和光圈值: 镜头方面，变焦倍率和光圈值 最关键。对于数码相机来说，变焦倍率越大，远景 拍摄就越方便。 2021-4-26第5章多媒体

22、计算机硬件38 5.3其他多媒体设备 5.3.1打印机 5.3.2触摸屏 5.3.3手柄 5.3.4机顶盒 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件39 5.3.1打印机 打印机从打印原理上来说大致分为针式打印机、 喷墨打印机、激光打印机（包括黑白和彩色激 光打印机），当然，还有一些不常接触的如热 转印打印机、热蜡式打印机、热升华打印机等 等。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件40 5.3.1打印机 n1.针式打印机（DotMatrix Printer）：也称撞击式打 印机，打印头是由多支金属撞针组成，撞针排列成 一直行。当指定的撞针到达某个位置时，便会弹射 出来，在色带上打击一下，让

23、色素印在纸上做成其 中一个色点，配合多个撞针的排列样式，便能在纸 上打印出文字或图形。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件41 5.3.1打印机 n2.喷墨打印机（InkJet Printer）：使用大量的喷嘴， 将墨点喷射到纸张上。喷嘴的数量越多，且墨点细 小，打印的图片就越清晰。结构简单，设备体积小， 可靠性好，价格便宜；工作噪音小，打印速度很高， 分辨率高，图像、字迹清晰；可实现高品质彩色照 片打印，彩色效果逼真。对纸张要求较高，耗材较 贵。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件42 5.3.1打印机 n3.激光打印机（LASER Printer）：利用碳粉附着在 纸上而成像，

24、其工作原理主要是利用激光打印机内 的一个控制激光束的硒鼓，借着控制激光束的开启 和关闭，当纸张在硒鼓间卷动时，上下起伏的激光 束会在磁鼓产生带电核的图像区，此时打印机内部 的碳粉会受到电荷的吸引而附着在纸上形成文字或 图形。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件43 5.3.1打印机 打印机的基本技术特性 n1.分辨率：单位是dpi（代表每英寸能打印多少点）。 分辨率越高，代表在一定范围内像素越多，图像自 然越清晰。 n2.打印速度：单位是ppm (代表每分钟能打几页) n3.打印接口：EPP（Enhanced Parallel Port：增强型 并行接口）接口，传输速率是1MB/秒。主流

25、的接口 是提供USB（Universal Serial Bus）接口，最大传 输速率为12MB/秒 n4.噪声 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件44 5.3.2触摸屏 触摸屏原理 n触摸屏系统一般包括两个部分：传感器和触摸屏控 制器。 n基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前 端的触摸屏时，所触摸的位置以坐标形式由触摸屏 控制器检测，并通过接口（如RS-232串行口）送到 CPU。从而确定输入的信息。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件45 5.3.2触摸屏 触摸屏根据探测原理和方式来分类，可分为4 大类：电阻式、红外线式、电容感应式和表面 声波式。 n1.电阻压力触摸屏：

26、电阻压力触摸屏的屏幕表面有 两层导电层，中间用隔离点隔开，原理是当手指触 摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触， 电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后 送触摸屏控制器。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件46 5.3.2触摸屏 n2.红外感应触摸屏：红外触摸屏是利用X、Y方向上 密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外 触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路 板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一 对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕 时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线， 因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。 2021-4-26第5章多媒体计

27、算机硬件47 5.3.2触摸屏 n3.表面声波触摸屏：利用声波发射及接收原理，在 屏幕上有X、Y轴向发射器及接收器，它们实现电信 号与声波之间的转换，当人体触摸屏幕的时候，通 过该点的声波信号被阻挡，其波形形成一个衰减， 控制器通过分析接收到的衰减信号而确认被触摸的 位置 。 n4.电容感应触摸屏：是利用人体的电流感应进行工 作的。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件48 5.3.2触摸屏 触摸屏基本技术特性主要包括下面四个方面： n连接接口；串行口RS-232或接口卡，模拟鼠标驱动 程序。 n检测与定位；反应速度，可靠性，稳定性和寿命。 n透明性能；透明度，色彩失真度，反光性和清晰度。

28、 n绝对坐标系统。漂移 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件49 5.3.3手柄 电脑手柄是电脑游戏必不可少的设备之一。大 多数情况下，手柄可以按照其形状和针对游戏 的不同进行下面的分类： n普通手柄，也就是标准手柄。 n飞行游戏手柄。这类手柄特点就是让用户充分体验 飞行员的快感，外型也大都如飞机的操纵杆。 n赛车类手柄。这种手柄外型如同汽车的驾驶系统。 一个方向盘上设计着几个用于切换视角和鸣笛的按 钮，而在方向盘的下面又安装了一部可以挂档的杆， 部分产品还会另外配备一套脚踏板，用来模拟油门 和刹车。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件50 5.3.4 机顶盒 数字机顶盒（STB，S

29、et-Top-Box）是交互式电视系统 中不可缺少的重要组成部分，它是普通电视与宽带传 输之间的桥梁，通过它用户可在普通电视上收看高清 晰度图像以及进行视频点播（VOD，Video On Demand）、家庭购物等服务。因此，设计性能卓越、 功能完备的数字机顶盒对发展交互式电视具有重大意 义。 数字机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的 变换设备，通过对数字化压缩的图像声音信号进行解 码还原，产生模拟视频和声音信号，以提供给观众高 质量的电视节目。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件51 5.3.4 机顶盒 数字机顶盒由四大子系统组成： n1.控制子系统：控制系统或系统微处理器是数字

30、机 顶盒的核心，它由 CPU、 ROM、 RAM组成。 n2.信号处理子系统：由单片或多片专用芯片组成。 n3.网络接口子系统：用来实现与视频服务器的全双 工通信，针对不同的接入网，采用相应的接口。 n4.用户接口及扩展接口子系统：与红外遥控器、面 板、游戏控制器等外设进行通信。 事实上，一个完整的数字机顶盒由硬件平台和 软件系统组成。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件52 5.3.4 机顶盒 数字机顶盒实现功能 ： 数字机顶盒的基本功能是接收和解码数字 电视广播。此外，围绕数字机顶盒的数字视频、 数字信息与交互式应用三大核心功能开发了多 种增值业务，包括： n电子节目指南EPG (E

31、lectronic Program Guide) n高速数据广播 n软件在线升级 n因特网接入和电子邮件 n有条件接收，其核心是加扰和加密。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件53 5.4 多媒体存储设备 5.4.1磁存储系统 5.4.2光存储系统 5.4.3闪存(Flash Memory) 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件54 5.4.1 磁存储系统 硬盘也称为温盘，主要由：盘片，磁头，盘片 转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器， 接口，缓存等几个部分组成。 硬盘的工作原理：利用特定的磁粒子的极性来 记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不 同极性转换成不同的电脉冲信号，再利

32、用数据 转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数 据，写的操作正好与此相反。 ！ 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件55 5.4.1 磁存储系统 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件56 5.4.1 磁存储系统 硬盘的性能指标主要包括： n转速：以每分钟多少转来衡量硬盘的转速，单位 是RPM（Round Per Minute或者Revolution Per Minute）。 n容量：硬盘上信息的存储是以圆的形式存在的， 每一个圆就是一个磁道，半径方向单位长度内的 磁道数目称为道密度Dt，而沿圆周单位长度上的 信息比特数称为位密度Db，面密度Da为道密度与 位密度的乘积，即Da = D

33、t Db，Da越大表明一 个盘片上能存储的信息量就越大。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件57 5.4.1 磁存储系统 n平均寻道时间：指的是磁头到达目标数据所在磁道 的平均时间，它直接影响硬盘的随机数据传输速度。 最主要的决定因素是磁头动力臂的运行速度。 n缓存：硬盘内部的高速存储器。缓存容量越大就可 以容纳越多预读数据。系统等待时间被缩短。 n传输速度（transfer rate）：分为内传输速度与外传 输速度，内传输速度是从硬盘到缓存的传输速度， 外传输速度是从缓存到通信接口的传输速度。 n硬盘接口：硬盘根据接口的不同可以分成IDE硬盘 和SCSI硬盘。 2021-4-26第5章

34、多媒体计算机硬件58 5.4.1 磁存储系统 硬盘一般都是在主机内部固定，除此之外还有 活动硬盘，按其不同的连接方式分为两大类 ： n机架内置式活动硬盘：内置于机箱的5英寸机架上， 运转电力由机箱电源提供。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件59 5.4.1 磁存储系统 n外置式活动硬盘：外置于机箱之外，由外接DC电源 供电，通过USB或1394火线接口与计算机连接。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件60 5.4.2 光存储系统 光存储技术 n光存储技术的产品化形式是由光盘驱动器和光盘片 组成的光盘驱动系统。 n驱动器读写头是用半导体激光器和光路系统组成的 光头，记录介质采用磁光

35、材料。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件61 5.4.2 光存储系统 n光存储技术原理 改变一个存储单元的性质，使其性 质的变化反映出被存储的数据； 识别这种性质的变 化，就可以读出存储数据。 n光存储单元的性质，例如反射率、反射光极化方向 等均可以改变，它们对应着存储二进制数据0(不 变)1(改变)，光电检测器能够通过检测出光强和光 极性的变化来识别信息。 n高能量激光束可以聚焦成约1微米的光斑，因此光 存储技术比其他存储技术有更高的容量。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件62 5.4.2 光存储系统 光盘系统的特点 n与硬盘相比，具有可拆卸性； 容量相当； 驱动器 较贵，但

36、盘片便宜； 读写速度慢。 n与磁带相比，具有容量大、随机存取性强的优点。 n激光头与介质无接触，不受环境影响而退磁，信息 保存时间长，可达30年以上。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件63 5.4.2 光存储系统 光盘系统技术指标 n容量 光盘盘片的容量 n平均存取时间 在光盘上找到需要读写信息的位置所 需时间 n数据传输率 n接口标准及格式规范等 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件64 5.4.2 光存储系统 存储容量 n指它所能读写的光盘盘片的容量。 n光盘容量又分为格式化容量和用户容量，采用不同 的格式和不同驱动器，光盘格式化后容量不同。 n一般用户容量比格式化容量要少，因

37、为光盘还需要 存放有关控制、校验等信息。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件65 5.4.2 光存储系统 平均存取时间 n是在光盘上找到需要读写的信息的位置所需要的时 间。 n指从计算机向光盘驱动器发出命令，到光盘驱动器 可以接受读写命令为止的时间。 n一般取光头沿半径移动全程1/3长度所需要的时间 为平均寻道时间，盘片旋转一周的一半时间为平均 等待时间，两者加上读写光头稳定时间就是平均存 取时间。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件66 5.4.2 光存储系统 数据传输率有多种定义方式： n一种是指从光盘驱动器送出的数据率，可以定义为 单位时间内光盘的光道上传送的数据比特数，这与

38、 光盘转速、存储密度有关。 n另一种定义是指控制器与主机间的传输率，它与接 口规范、控制器内的缓冲器大小有关。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件67 5.4.2 光存储系统 光盘的分类 nCD-ROM只读光盘 nWORM一次写多次读光盘 nRewritable可重写光盘 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件68 5.4.2 光存储系统 CD-ROM n最常用的光盘系统，直径约12cm，因为它容量大， 约650MB，价格便宜，市场上颇受用户的欢迎。 nCD-ROM光盘是由母盘压模制成的，一旦复制成形， 永久不变，用户只能读出信息。 nCD-ROM采用激光调制方式记录信息，将信息以凹

39、坑和凸区的形式记录在螺旋形光道上。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件69 5.4.2 光存储系统 WORM一次写多次读光盘 nWORM光盘在使用前首先要进行格式化，形成格式 化信息区和逻辑目录区，利用激光照射介质，使介 质变异，利用激光不同的变化，使其产生一连串排 列的“点”，从而完成写的过程。 n引入文件分配表的概念，在光盘的根目录下面是用 户定义的逻辑目录，逻辑目录对应文件管理区。 n在逻辑目录建立同时，用户可以根据需要，对其中 重要数据进行加密。 n一旦写入就不能再更改。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件70 5.4.2 光存储系统 Rewritable可重写光盘 n可重

40、写光盘或称可擦写光盘是最理想的光盘类型， 也是最有应用前途的光盘类型。它像硬盘一样可读 写，利用浮动磁光头在磁光盘上进行磁场调制，可 进行高速重写磁光记录。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件71 5.4.2 光存储系统 只读光盘读原理 n只读光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道 以凹坑和凸区的形式记录的。 n它既可以记录模拟信息(如Laser Vision系统)，也可 以记录数字信号(如CD-DA)。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件72 5.4.2 光存储系统 在螺旋形光道上以凹坑和凸区表示的信息在螺旋形光道上以凹坑和凸区表示的信息 2021-4-26第5章多媒体计算机硬

41、件73 5.4.2 光存储系统 只读光盘工作原理只读光盘工作原理 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件74 5.4.2 光存储系统 在光盘上记录模拟信息 n模拟信号先进行频率调制(FM)，声音信号加在经过 频率调制的视频信号上，所得到的综合信号经过双 向限幅，再转换成光盘上长度不等的凹坑和凸区， 边缘之间的长度反映了视频信号频率的高低和声音 信号的频率和幅度。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件75 5.4.2 光存储系统 在光盘上写/读数字信息 n光道上凹坑或凸区的长度是0.3微米的整数倍。凹凸 交界的正负跳变沿均代表数字“1”，两个边缘之间 代表数字“0”，“0”的个数是边缘之间

42、长度决定的。 n通过光学探测仪器产生光电检测信号，从而读出 “0”、“1”数据。 n数字信号记录的优点是抗干扰能力强，由于盘片损 坏或变脏而造成的读出错误也容易得到纠正。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件76 5.4.2 光存储系统 光盘盘片结构 ，CD-R、CD-RW、DVD-R、 DVD-RW、DVD+RW通称光盘盘片结构，原理 较类似。 n光盘盘片结构主要由印刷层、保护层、反射层、染 料层和塑料基底组成。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件77 5.4.2 光存储系统 光盘数据记录格式及其容量计算： n光盘是以连续的螺旋形轨道来存放数据的，螺旋轨 道由里向外被划分为许多长度

43、相等的块，每个块的 容量大小相同，存放有纠错编码的数据时容量为 2048B，不带纠错编码的数据时容量为2352B。光 盘上的数据块如下图所示通常又被划分为4个部分： 同步字段（12B）、标题字段（4B）、用户数据段 （2048B）和辅助数据段（288B）组成。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件78 5.4.2 光存储系统 其中同步字段主要功能是使信息同步；标题字段主要 指出本数据块的编号和工作模式；辅助数据段根据工 作模式的不同放的内容不同，模式为1放的是纠错编码， 用户数据就为2048B，模式为2时放的是用户数据，这 时用户数据增大为2048B288B2036B。 2021-4-26第5章多媒体计算机硬件79 5.4.2 光存储系统 n数据块的编号以分/秒/帧方式，1个扇区为1块，75 块为1秒，60秒为1分。如光道中第10000个块的地 址为2分13秒25段，也就是光道地址。通常情况下， 几种光盘的块容量如下表： 2021-4-26第5