第7章 外围设备

1、第第7章章 外围设备外围设备一、外围设备的一般功能一、外围设备的一般功能 外围设备的功能是在计算机和其他机器之间，外围设备的功能是在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系。以及计算机与用户之间提供联系。 二、外围设备（磁盘）基本组成二、外围设备（磁盘）基本组成n (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。n (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。 n(3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。介质接受数据。1、磁性材料的物理特性、磁性材料的物理特性 n磁感应强度磁

2、感应强度B是描述磁场力的性质的物理是描述磁场力的性质的物理量，是矢量，可定义为量，是矢量，可定义为 ： 在磁场中垂直在磁场中垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的磁于磁场方向的一小段通电直导线受到的磁场作用力场作用力F跟电流跟电流 I和导线长度和导线长度L的乘积的的乘积的比值，即：比值，即：B=F/ILn一块从未被磁化过的材料磁化时，当一块从未被磁化过的材料磁化时，当H由由0开始逐步增加至最大值开始逐步增加至最大值H，B也由也由0开始开始逐渐增加，由此画出逐渐增加，由此画出BH曲线，曲线，OBm称为称为起始磁化曲线起始磁化曲线。n 磁化过程中材料内部发生的过程是不可逆的。磁化过程中材料内部发生

3、的过程是不可逆的。 当电流消失后磁感应强度当电流消失后磁感应强度B并不等于零，此时并不等于零，此时 的磁感应强度称为的磁感应强度称为剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br。n加正向脉冲电流磁化后，当电流消加正向脉冲电流磁化后，当电流消失时失时B处于处于+Br状态状态(正剩磁状态正剩磁状态)；反之处于反之处于-Br状态状态(负剩磁状态负剩磁状态)。n即磁性材料被磁化后会形成两个稳即磁性材料被磁化后会形成两个稳定的剩磁状态，可以分别表示二进定的剩磁状态，可以分别表示二进制的制的1和和0。n要磁性材料记忆要磁性材料记忆“1”,则加正向脉冲则加正向脉冲电流，使其正向磁化；要磁性材料电流，使其正向磁化；要磁性

4、材料记忆记忆“0”，则加负向脉冲电流，使，则加负向脉冲电流，使其反向磁化。其反向磁化。2、磁表面存储器的读写原理、磁表面存储器的读写原理 n写操作写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁芯内就产生一定方向的磁通。时，铁芯内就产生一定方向的磁通。 n读操作读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯是良好的导磁材料，磁化元的磁力线磁头铁芯是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而形成闭合磁通回路。不同极很容易通过磁头而形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方向是不同的。性的磁化元在铁芯里的方向是不同的。X

5、X X X X XX X X X X XX X X X X XX X X X X X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .记录方式的写读波形图：记录方式的写读波形图： n通过电通过电磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可磁变换，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，通过磁态；反之，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代码转换成将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码

6、转换成电信号输出。这就是电信号输出。这就是磁表面存储器存取信息的原理。磁表面存储器存取信息的原理。n磁层上的存储元被磁化后，它可以供多次读出而不被磁层上的存储元被磁化后，它可以供多次读出而不被破坏。当不需要这批信息时，可通过磁头把磁层上所破坏。当不需要这批信息时，可通过磁头把磁层上所记录的信息全部抹去，称之为写记录的信息全部抹去，称之为写“0”0”。通常，写入。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。写磁头对应着一个信息记录磁道。硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的

7、磁表面存储设备。存储设备。 它主要由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。磁盘控制器包括控制逻辑三大部分组成。磁盘控制器包括控制逻辑与时序、数据并与时序、数据并-串变换电路和串串变换电路和串-并变换电并变换电路。磁盘驱动器包括写入电路与读出电路、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读写转换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统等。统等。磁盘控制器磁盘控制器磁盘驱动器磁盘驱动器磁记录介质磁记录介质硬磁盘按盘片结构，分成硬磁盘按盘片结构，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；磁头也分为两种；磁头也

8、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)可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 特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换更换 。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。沿盘面径向移动。(2)固定磁头磁盘机固定磁头磁盘机 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。去磁头找道时间，缺点是结构复杂。(3)可移动

9、磁头可换盘片的磁盘机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。优点是盘片盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。(4)温彻斯特磁盘机温彻斯特磁盘机 温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先进技术研制的温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等读写电路等 组装成一个不可随意拆卸的整体。工作组装成一个不可随意拆

10、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起。时，高速旋转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，对使用环境要求不优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。高。磁盘驱动器磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，因是一种精密的电子和机械装置，因此各部件的加工安装有严格的技术要求。对此各部件的加工安装有严格的技术要求。对温盘驱动器，还要求在超净环境下组装。各温盘驱动器，还要求在超净环境下组装。各类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别，但基类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别，但基本结构相同，主要由本结构相同，主要由定位驱动系统定位驱动系统、主轴系主轴系统统和和数据转换

11、系统数据转换系统组成。组成。 磁盘控制器磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。是主机与磁盘驱动器之间的接口。由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主机由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主机之间采用成批交换数据方式。作为主机与驱之间采用成批交换数据方式。作为主机与驱动器之间的控制器，它需要有两个方面的接动器之间的控制器，它需要有两个方面的接口：一个是与主机的接口，控制外存与主机口：一个是与主机的接口，控制外存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机命令控制设备的操作。前者称为根据主机命令控制设备的操作。前者称为系系统级接口统级接口，后者称为，后

12、者称为设备级接口设备级接口 。 盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为片表面称为记录面记录面。记录面上一系列同心圆。记录面上一系列同心圆称为称为磁道磁道。每个盘片表面通常有几百到几千。每个盘片表面通常有几百到几千个磁道，每个磁道又分为若干个个磁道，每个磁道又分为若干个扇区扇区，如下，如下一页图所示。从图中看出，外面扇区比里面一页图所示。从图中看出，外面扇区比里面扇区面积要大。磁盘上的这种磁道和扇区的扇区面积要大。磁盘上的这种磁道和扇区的排列称为排列称为格式格式。 n在磁道上，信息是按区存放的，每个区中存放在磁道上，信息是按区存放的，每个区中存放一

13、定数量的字或字节，各个区存放的字或字节一定数量的字或字节，各个区存放的字或字节数是相同的。为进行读数是相同的。为进行读/写操作，要求定出磁写操作，要求定出磁道的起始位置，这个起始位置称为道的起始位置，这个起始位置称为索引索引。 索引索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过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，便可定出磁道起始位置磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置 。n磁盘存储器的每个扇区记录定长的数据，因此磁盘存储器的每个扇区记录定长的数据，因此读读/写操作是以扇区为单位一位一位串行进行写操作是以扇区为单位一位一位串行进行的。每一个扇区记录一个的。每一个扇区记录一个记录

14、块记录块。每个记录块由头部空白段、序标段、数据段、每个记录块由头部空白段、序标段、数据段、校验字段及尾部空白段组成。校验字段及尾部空白段组成。 1、存储密度：存储密度分道密度、位密度和、存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度。面密度。 n道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道磁道数，单位为道/英寸。英寸。 n位密度：磁道单位长度上能记录的二进位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位制代码位数，单位为位/英寸。英寸。 n面密度：位密度和道密度的乘积，单位面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位为位/平方英寸。平方英寸。 2、存储容量：

15、一个磁盘存储器所能存储的字、存储容量：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。节总数，称为磁盘存储器的存储容量。3、存取时间：存取时间是指从发出读写命令、存取时间：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加上置，到开始从盘片表面读出或写入信息加上传送数据所需要的时间。取决于以下三个因传送数据所需要的时间。取决于以下三个因素决定：素决定： 找道时间找道时间（寻道时间）：把磁头移动到指定磁（寻道时间）：把磁头移动到指定磁道上所花的时间。道上所花的时间。等待时间等待时间（延迟时间）：将

16、指定扇区移动到磁（延迟时间）：将指定扇区移动到磁头下面所花的时间。头下面所花的时间。数据传送时间数据传送时间（传输时间）：把数据从磁盘读（传输时间）：把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所花的时间。出或向磁盘写入数据所花的时间。4、数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向、数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主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机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收设备接收/发送信息。从存储设备考虑，假设发送信息。从存储设备考

17、虑，假设磁盘旋转速度为磁盘旋转速度为n转转/秒，每条磁道容量为秒，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率：个字节，则数据传输率： n Dr=nN(字节字节/秒秒) n 或或Dr=Dv(字节字节/秒秒) ， 其中其中D为位密度，为位密度，v为磁盘旋转的线速度为磁盘旋转的线速度【例【例1】磁盘组有】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径最下两个面不用。存储区域内径22cm ，外径，外径33cm，道密度为道密度为40道道/cm，内层位密度，内层位密度400位位/cm，转速，转速6000转转/分。问：分。问：(1)共有多少柱面共有多少柱面?(2

18、)盘组总存储容量是多少盘组总存储容量是多少?(3)数据传输率多少数据传输率多少?(4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么什么?寻址命令中如何表示磁盘地址寻址命令中如何表示磁盘地址? (5)如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录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在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?【例【例1】图】图【解【解】(1)有效存储区域有效存储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度因为道密度=40道道/cm，所以，所以405.5=220道，即道，即220个圆柱面

19、个圆柱面(2)内层磁道周长为内层磁道周长为2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量每道信息量=400位位/cm69.08cm=27632位位=3454B 每面信息量每面信息量=3454B220=759880B 盘组总容量盘组总容量=759880B10=7598800B(3)磁盘数据传输率磁盘数据传输率Dr=rN, N为每条磁道容量，为每条磁道容量， N=3454B,r为磁盘转速，为磁盘转速， r=6000转转/60秒秒=100转转/秒秒 Dr=rN=1003454B=345400B/s(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块是一

20、个记录块(一个扇区一个扇区)，每个记录块记录，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 此地址格式表示有此地址格式表示有4台磁盘，每台有台磁盘，每台有16个记录个记录面，每面有面，每面有256个磁道，每道有个磁道，每道有16个扇区。个扇区。 (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，因为不需要重新找它记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读道，数据读/写速度快。写速度快。03478151617n磁盘

21、磁盘cache是指利用内存中的存储空间，来暂是指利用内存中的存储空间，来暂时存从硬盘中读入的一系列盘块中的信息。时存从硬盘中读入的一系列盘块中的信息。两种磁盘高速缓冲的形式：两种磁盘高速缓冲的形式：在内存中开辟一个单独的存储空间来作为磁盘在内存中开辟一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓冲。高速缓冲。把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池作为把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池作为磁盘高速缓存。磁盘高速缓存。n磁盘磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异。度上的差异。 n局部性原理：空间局部性、时间局部性局部性原理：空间局部性、时间局部性n磁盘磁盘Cach

22、e的原理的原理读操作读操作：当一个：当一个I/O请求送到磁盘驱动时，首请求送到磁盘驱动时，首先搜索驱动器上的高速缓冲行是否已写上数先搜索驱动器上的高速缓冲行是否已写上数据，如果要读的数据已在据，如果要读的数据已在cache中，则为命中，则为命中，可从中，可从cache行中读出数据，否则需从磁行中读出数据，否则需从磁盘介质上读出。盘介质上读出。写入操作写入操作：写入操作和：写入操作和CPU中的中的cache类似，类似，有有“直写直写”和和“写回写回”两种方法。两种方法。（1）直写式直写式：每次遇到写入：每次遇到写入Cache的同时，也把数据的同时，也把数据写入真正的存储设备，以保证写入真正的存储

23、设备，以保证Cache和真正的存储和真正的存储设备中的单元数据的一致性。直写式系统简单可靠，设备中的单元数据的一致性。直写式系统简单可靠，但每次更新但每次更新Cache时都要对真正的存储设备写入，时都要对真正的存储设备写入，因此速度受到了影响。因此速度受到了影响。 （2）写回式写回式：数据一般只写到：数据一般只写到Cache，这样可能出现，这样可能出现Cache中的数据得到更新而存储体中的数据不变的中的数据得到更新而存储体中的数据不变的情况。但此时可在情况。但此时可在Cache中设一标志表示数据是否中设一标志表示数据是否需要回写，等系统有空或这部分需要回写，等系统有空或这部分Cache需要存储

24、其需要存储其它数据或等到一定的时间后，再将数据写回存储设它数据或等到一定的时间后，再将数据写回存储设备，这种做法是用承担一点风险来换取效率的。备，这种做法是用承担一点风险来换取效率的。 nRAID （Recundant Arrays of Inexpensive Disk）称）称廉价冗余磁盘阵列廉价冗余磁盘阵列，是利用一台磁盘阵列，是利用一台磁盘阵列控制器，来统一管理和控制一组磁盘驱动器，组成控制器，来统一管理和控制一组磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。n在在RAID控制器的组织管理下，可实现数据的并行存控制器的组织管理下，可实现数据的

25、并行存储、交叉存储、单独存储。由于阵列中的一部分磁储、交叉存储、单独存储。由于阵列中的一部分磁盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以盘存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息重建用户信息。利用冗余信息重建用户信息。 n工业上制定了一个称为工业上制定了一个称为RAID的标准，它分为的标准，它分为7级级(RAID 0RAID 6)。这些级别不是表示层次关系，。这些级别不是表示层次关系，而是指出了不同存储容量、可靠性、数据传输能力、而是指出了不同存储容量、可靠性、数据传输能力、I/O请求速率等方面的应用需求。请求速率等方面的应用需求。 RAID 0 ：仅提供了并行交叉存取，没有冗

26、余校验功能。：仅提供了并行交叉存取，没有冗余校验功能。RAID 0 特点：特点：nRAID 0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。那部分数据请求。 n虽然虽然RAID包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。一个独立的大型存储设备出现。 n四块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提四块硬盘的并行操作使同一时

27、间内磁盘读写速度提升了升了4倍。倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置疑。疑。 （1）软盘驱动器）软盘驱动器软盘存储器简称软盘，由软盘驱动器、软盘控制器和软盘片软盘存储器简称软盘，由软盘驱动器、软盘控制器和软盘片组成。组成。1.44M的软盘每面有的软盘每面有80个磁道，个磁道，18个扇区，转速个扇区，转速为为300转转/分钟。分钟。（2）ZIP和和JAZ磁盘驱动器磁盘驱动器ZIP磁

28、盘：是一种高容量的软盘，因为其盘基也是柔性的聚磁盘：是一种高容量的软盘，因为其盘基也是柔性的聚脂薄膜，上面涂布磁粉而成；转速达脂薄膜，上面涂布磁粉而成；转速达3000转转/分，存储分，存储容量达容量达250M。JAZ磁盘：磁盘：JAZ磁盘驱动器是另一种类型的可移动磁盘存储磁盘驱动器是另一种类型的可移动磁盘存储设备，它与硬盘驱动器类似；存储容量为设备，它与硬盘驱动器类似；存储容量为1GB或或2GB。（3）可移动硬盘驱动器）可移动硬盘驱动器n磁带机磁带机（Tape Drive），通常由），通常由磁带驱动磁带驱动器和器和磁带磁带构成，是一种经济、可靠、容量大、速度快构成，是一种经济、可靠、容量大、速

29、度快的备份设备。这种产品采用高纠错能力编码技术的备份设备。这种产品采用高纠错能力编码技术和写后即读通道技术，可以大大提高数据备份的和写后即读通道技术，可以大大提高数据备份的可靠性。可靠性。n磁带速度比磁盘速度慢，原因是磁带上的数据采磁带速度比磁盘速度慢，原因是磁带上的数据采用顺序访问方式，而磁盘则采用随机访问方式。用顺序访问方式，而磁盘则采用随机访问方式。磁带的类型：磁带的类型：（1）1/4英寸磁带（英寸磁带（QIC）QIC有有3672条磁道，数据并行记录条磁道，数据并行记录使用使用3个磁头，即一个读磁头和两个写磁头个磁头，即一个读磁头和两个写磁头速度：速度：100/s数据传输率数据传输率D=

30、dv（2）数码音频磁（）数码音频磁（DAT） DAT即数码音频磁带技术，最初是有惠普公司（即数码音频磁带技术，最初是有惠普公司（HP）与）与索尼公司（索尼公司（SONY）共同开发出来的。这种技术以螺旋扫）共同开发出来的。这种技术以螺旋扫描记录为基础，将数据转化为数字后再存储下来，早期描记录为基础，将数据转化为数字后再存储下来，早期主要应用于声音的记录，后来随着技术的不断完善，又主要应用于声音的记录，后来随着技术的不断完善，又被应用在数据存储领域里。被应用在数据存储领域里。 （3）8mm磁带磁带 8mm磁带驱动器也采用螺旋扫描技术，而且磁带较宽，磁带驱动器也采用螺旋扫描技术，而且磁带较宽，因而存

31、储容量极高，最初为视频行业设计，现在已被用因而存储容量极高，最初为视频行业设计，现在已被用于计算机行业，适合于大中型网络和多用户系统的大容于计算机行业，适合于大中型网络和多用户系统的大容量磁带。量磁带。（4）数码线性磁带（）数码线性磁带（DLT） DLT即数码线性磁带，它是半英寸宽的磁带，它提供所有即数码线性磁带，它是半英寸宽的磁带，它提供所有磁带类型的存储容量，最大存储容量达磁带类型的存储容量，最大存储容量达35GB。1、CD-ROM光盘光盘n光盘上的信息以坑点形式分布，有坑点表光盘上的信息以坑点形式分布，有坑点表1，无坑点，无坑点表示表示0。n读出时，当激光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍读

32、出时，当激光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍射，反射率低；而聚焦在凸面上时大部分光将返回。射，反射率低；而聚焦在凸面上时大部分光将返回。根据反射光的强弱变化并进行光根据反射光的强弱变化并进行光-电转换，即可读出电转换，即可读出记录信息。记录信息。信息记录的轨迹称为信息记录的轨迹称为光道光道。光道上划分出一个。光道上划分出一个个个扇区扇区，它是光盘的最小可寻址单位。，它是光盘的最小可寻址单位。 SYNC区：标志扇区的开始区：标志扇区的开始ID区：说明该扇区的地址和工作模式区：说明该扇区的地址和工作模式其中：其中：MN、SC、FR为扇区的的地址为扇区的的地址 MD为模式控制，用于控制数据区和校验区的

33、使用。为模式控制，用于控制数据区和校验区的使用。【例【例2】CDROM光盘的外缘有光盘的外缘有5mm宽的范围因记录数据宽的范围因记录数据困难，一般不使用，故标准的播放时间为困难，一般不使用，故标准的播放时间为60分钟。计分钟。计算模式算模式1和模式和模式2情况下光盘存储容量是多少情况下光盘存储容量是多少? 解：解： 扇区总数扇区总数=60分分60秒秒75扇区扇区/秒秒=270 000(扇区扇区)模式模式1存放计算机程序和数据，其存储容量为存放计算机程序和数据，其存储容量为 270 0002048B/220=527MB 模式模式2存放声音、图像等多媒体数据，其存储容量为存放声音、图像等多媒体数据

34、，其存储容量为 270 0002336B/220=601MB 2、WORM、CD-R光盘光盘WORM：即一次：即一次 写多次读光盘，用低功率激光束在光写多次读光盘，用低功率激光束在光盘表面灼烧形成微小的凹陷坑。被灼烧部分表示盘表面灼烧形成微小的凹陷坑。被灼烧部分表示1，未被灼烧部分表示未被灼烧部分表示0。CD-R：是：是WORM的一种，区别在于的一种，区别在于CD-R允许多次分允许多次分段写数据。段写数据。CD-R写入：写入：CD-R使用激光将微型斑点烧在有机染料使用激光将微型斑点烧在有机染料表层，激光烧过的斑点表示表层，激光烧过的斑点表示1，不烧的斑点表示，不烧的斑点表示0。CD-R读出：用

35、超过标准稳定的激光束照射，烧过的斑读出：用超过标准稳定的激光束照射，烧过的斑点比较暗，未烧过的斑点比较亮，即可读出点比较暗，未烧过的斑点比较亮，即可读出1或或0。3、CD-RW光盘：即可重复写光盘光盘：即可重复写光盘CD-RW光盘采用特殊的水晶复合物作为记录介质；通光盘采用特殊的水晶复合物作为记录介质；通过不同的温度加热后冷却可以呈现出水晶状态和非过不同的温度加热后冷却可以呈现出水晶状态和非水晶状太，可分别用来表示水晶状太，可分别用来表示0和和1。写数据时写数据时，用激光束将待写区域加热至高温，使之溶化，用激光束将待写区域加热至高温，使之溶化成非晶物质（写成非晶物质（写1）。）。读取数据时读取

36、数据时，非晶物质区域反射的光线弱，水晶物质区，非晶物质区域反射的光线弱，水晶物质区域反射的光线强，即可区分出是域反射的光线强，即可区分出是1还是还是0。4、DVD-ROM光盘：即数字化通用光盘光盘：即数字化通用光盘DVD-ROM与与CD-ROM存储原理差不多，只是存储原理差不多，只是DVD-ROM凹陷区的大小相对更小一些，使得圆形光道上凹陷区的大小相对更小一些，使得圆形光道上存储的数据总量更大。存储的数据总量更大。两者的区别：两者的区别：P223磁光盘的基本工作原理：磁光盘的基本工作原理：n利用热磁效应利用热磁效应写入数据写入数据：当激光束将磁光介：当激光束将磁光介质上的记录点加热到居里点温度

37、以上时，外质上的记录点加热到居里点温度以上时，外加磁场作用改变记录点的磁化方向，而不同加磁场作用改变记录点的磁化方向，而不同的磁化方向可表示数字的磁化方向可表示数字“0”和和“1”。 n利用磁光克尔效应利用磁光克尔效应读出数据读出数据：当激光束照射：当激光束照射到记录点时，记录点的磁化方向不同，会引到记录点时，记录点的磁化方向不同，会引起反射光的偏振面发生不同结果，从而检测起反射光的偏振面发生不同结果，从而检测出所记录的数据出所记录的数据“1”或或“0”。图图7.14 磁光盘的基本原理磁光盘的基本原理未编码的磁光盘，所有磁化点均存未编码的磁光盘，所有磁化点均存“0”。图图7.14 磁光盘的基本

38、原理磁光盘的基本原理图图7.14 磁光盘的基本原理磁光盘的基本原理图图7.14 磁光盘的基本原理磁光盘的基本原理n磁光盘操作的四种情况：磁光盘操作的四种情况： 图图(a)表示未编码的磁盘，例如所有磁化点均存表示未编码的磁盘，例如所有磁化点均存“0” 图图(b)表示写操作：高功率激光束照射加热点（记录表示写操作：高功率激光束照射加热点（记录点），磁头线圈中外加电流后产生的磁场使其对应的点），磁头线圈中外加电流后产生的磁场使其对应的记录点产生相反的磁性微粒，从而写入记录点产生相反的磁性微粒，从而写入“1”。 图图(c)表示读操作：低功率的激光束反射掉相反极性的表示读操作：低功率的激光束反射掉相反极

39、性的磁性粒子且使它的极性变化。如果这些粒子没有被反磁性粒子且使它的极性变化。如果这些粒子没有被反射掉，则反射激光束的极性是不变化的。射掉，则反射激光束的极性是不变化的。 图图(d)表示擦除操作：高功率激光束照射记录点，外加表示擦除操作：高功率激光束照射记录点，外加磁场改变方向，使磁性粒子恢复到原始极性。磁场改变方向，使磁性粒子恢复到原始极性。1、分类：、分类： n器件：器件：CRT、LCD、等离子体、等离子体 n显示内容：字符、图象显示内容：字符、图象 nCRT中又可以分类中又可以分类 n扫描方式：光栅扫描和随机扫描扫描方式：光栅扫描和随机扫描 n分辨率：高分辨率和低分辨率分辨率：高分辨率和低

40、分辨率 n显示颜色：单色和彩色显示颜色：单色和彩色 n显示屏幕大小：显示屏幕大小：14、15、17、19等等2、有关概念、有关概念 n分辨率：显示器所能显示的像素个数。像分辨率：显示器所能显示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图象越清晰。它取素越密，分辨率越高，图象越清晰。它取决于显像管荧光粉的粒度，荧光屏的尺寸决于显像管荧光粉的粒度，荧光屏的尺寸以及以及CRT电子束的聚焦能力。电子束的聚焦能力。 n灰度级：像素点的亮暗差别（黑白）颜色灰度级：像素点的亮暗差别（黑白）颜色的不同（彩色）。灰度级越多，图象层次的不同（彩色）。灰度级越多，图象层次越清楚越逼真。它取决于每个像素对应的越清楚越逼真。它

41、取决于每个像素对应的刷新存储器的位数以及刷新存储器的位数以及CRT本身的性能。本身的性能。n刷新：电子束打在荧光粉上引起的发光只能维持刷新：电子束打在荧光粉上引起的发光只能维持几十毫秒的时间。因此必须让电子束反复不断地几十毫秒的时间。因此必须让电子束反复不断地扫描整个屏幕，该过程称为刷新。刷新频率越高，扫描整个屏幕，该过程称为刷新。刷新频率越高，显示越没有闪烁。显示越没有闪烁。50Hz（至少）（至少）n 刷新存储器（视频存储器、显存）：为刷新提供刷新存储器（视频存储器、显存）：为刷新提供信号的存储器。容量取决于分辨率和灰度级。如信号的存储器。容量取决于分辨率和灰度级。如1024*768，32位

42、真彩色，需要位真彩色，需要1024*768*32/8B=3MB，其存取周期必须满，其存取周期必须满足刷新频率的要求。设上例中要求刷新频率为足刷新频率的要求。设上例中要求刷新频率为75Hz，则刷新存储器的总带宽为，则刷新存储器的总带宽为75*3MBPS=225BPS 一、字符显示器原理：一、字符显示器原理： n显示系统由显示卡和和显示器组成显示系统由显示卡和和显示器组成 n显示字符的方法以点阵为基础显示字符的方法以点阵为基础 n字符点阵存放于字符发生器（字符点阵存放于字符发生器（ROM）中见下图）中见下图 n字符窗口：字符点阵和字符间隔字符窗口：字符点阵和字符间隔 n80列列*25行行=2000

43、个字符窗口个字符窗口 n每个字符窗口为每个字符窗口为9*14，字符点阵为，字符点阵为7*9 n屏幕上所有字符窗口的屏幕上所有字符窗口的ASCII均存放于均存放于VRAM中中字符发生器的高位地址来自于字符发生器的高位地址来自于ASCII码，低位地码，低位地址来自于光栅地址计数器的输出址来自于光栅地址计数器的输出RA3RA0，图图7.15 字符显示的基本原理字符显示的基本原理图图7.15 字符显示的基本原理字符显示的基本原理二、图形显示二、图形显示 n随机图形显示器随机图形显示器 n工作原理：将所显示图形的一组坐标点和工作原理：将所显示图形的一组坐标点和绘图命令组成显示文件存放在缓冲存储器，绘图命

44、令组成显示文件存放在缓冲存储器，缓存中的显示文件送矢量缓存中的显示文件送矢量(线段线段)产生器，产生器，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动。屏幕上的移动。 n优点：分辨率高优点：分辨率高(可达可达40964096个像个像素素)，显示的曲线平滑。，显示的曲线平滑。 n缺点：当显示复杂图形时，会有闪烁感。缺点：当显示复杂图形时，会有闪烁感。n光栅图形显示器光栅图形显示器 n工作原理工作原理:相邻像素串接法相邻像素串接法 n刷新存储器与分辨率及灰度的关系刷新存储器与分辨率及灰度的关系 nVRAM中存放一帧图形的形状信息，它的地址中存放一帧图形的形状信

45、息，它的地址和屏幕上的地址一一对应。和屏幕上的地址一一对应。 nVRAM分辨率分辨率灰度级灰度级 n如：如：10241024，24位色，位色，VRAM的容量的容量1024102424/83M nDDA(Digital Differential Analysis)数据插补，数据插补，将显示文件变成象素信息将显示文件变成象素信息 n优点：通用性强，灰度层次多，色调丰富，显示优点：通用性强，灰度层次多，色调丰富，显示复杂图形时无闪烁现象；所产生的图形有阴影效复杂图形时无闪烁现象；所产生的图形有阴影效应、隐藏面消除、涂色等功能。目前流行的显示应、隐藏面消除、涂色等功能。目前流行的显示器。器。【例【例3】IBM PC机汉字显示原理机汉字显示原理 n图像显示器图像显示器 n简单图像显示器简单图像显示器:仅仅显示计算机送来的数仅仅显示计算机送来的数字图像字图像.显示器不作处理显示器不作处理 n图形处理子系统图形处理子系统:专用计算机专用计算机,图形工作站图形工作站. nIBM PC系列的显示系统系列的显示系统 n显示标