常见外部设备培训课程

第十章常见外部设备外部设备分类按器件性质，可以分为机电设备、电子机械设备、光电设备、磁电设备等。按信息的传输方向，可以分为输入设备、输出设备、输入输出设备（例如磁盘、通信设备等）。按服务对象，外部设备可以分为人机交互设备、机—机通信设备（例如通信设备、数/模转换设备等）和计算机信息驻在设备等。按处理的内容，可以有字符设备、图形/图像设备、声音设备、影视设备、虚拟现实等。人-机界面技术1.符号界面技术利用纸带、卡片穿孔机和光电输入机，实现“0”、“1”码的输入。汇编语言高级语言面向符号处理的人机交互设备：打印机、键盘、显示器人-机界面技术2.图形界面技术1950年，美国麻省理工学院用一个类似于示波器的阴极射线管（CRT）显示计算机处理的简单图形。基于电视技术的光栅扫描图形显示器光笔、图形输入板、操纵杆、鼠标器、绘图仪、扫描仪液晶显示器人-机界面技术3.多媒体界面技术据统计，人类通过感觉器官收集到的全部信息中，视觉约占65%，听觉约占20%，触觉约占10%，味觉约占2%。“眼见为实”将文本、声音、图形和图像综合处理，建立多种信息媒体的逻辑连接，使之具有人—机交互性，称为多媒体计算机技术（multimediacomputing）。

人-机界面技术视觉听觉触觉其他（嗅觉、味觉）静止动态其他图像图形文字图像图形符号语言文字动态影像视频真实感三维动画二维动画三维动画声响(自然界）语音(人类语言)(人头录音技术）音乐压力运动传感/发生器常见的计算机媒体及其分类人-机界面技术多媒体技术的核心具有视觉、听觉和说话能力的外部设备。高速、大容量的计算机系统。视频和音频数据压缩和解压缩技术。人工智能和交互式技术，“能听会说”，“能读会写”。人-机界面技术4.虚拟现实（virtualreality）技术

虚拟现实（VR）又称灵境（或幻境）技术，它是以某些直接感觉为引导，借助人脑的联想，激发其他非直接感觉神经活动，产生的一种幻觉。虚拟现实的目标是要人“信”，或者是“出神”、“着迷”、“上瘾”，产生一种“情不自禁”的沉浸感。通常作为引导（或导入）感觉的是视觉（如“望梅止渴”）、听觉（如听小说）和触觉等。人-机机界面面技术术4.虚虚拟拟现实实（virtualreality）技技术虚拟现现实技技术的的三个个基本本特征征Interaction———交互性性：参与与者可可以通通过专专门设设备，，用人人的自自然技技能对对模拟拟环境境进行行考察察与操操作。。Imagination———幻觉性性：VR并非非真实实的存存在，，而是是计算算机技技术形形成的的幻觉觉。Immersion———沉浸感感：VR用一一套全全新的的电子子刺激激代替替真实实世界界的各各种感感觉，，使人人在计计算机机产生生的仿仿真中中，有有一种种“身身临其其境””的感感觉。。绿色计计算机机节能低污染染，生产产过程程的绿绿色化化，使使用可可再生生的材材料代代替聚聚脂类类材料料，降降低噪噪声，，减少少电磁磁辐射射。易回收收，包括括系统统本身身的材材料、、包装装材料料、雷雷射印印表机机的色色匣、、以及及大量量的纸纸张等等。机机器的的结构构设计计合理理，拆拆装容容易。。符合人人体工工程学学，主机机、显显示器器、键键盘等等的造造型将将设计计得更更加舒舒适美美观。。显示设设备一、显显示设设备的的分类类及有有关的的概念念按所用用的显显示器器件分分类：阴极极射线线管显显示器器(cathoderaytube，简简称CRT)，液液晶显显示器器(liquidcrystaldisplay，，简称称LCD)，，等离离子显显示器器等。。按所显显示的的信息息内容容分类类：字符符显示示器、、图形形显示示器和和图像像显示示器。。按显示示设备备的功功能分分类：普通通显示示器和和显示示终端端。显示器器的功功能简简单，，只能能用于于接收收视频频信号号。终端的结构构复杂，能能完成显示示控制与存存储、键盘盘管理及通通信控制等等功能。显示设备二、显示技技术中的有有关术语1.图形形和图像图形(graphics)最初是是指没有亮亮暗层次变变化的线条条图，如建建筑机械所所用的工程程设计图、、电路图等等。早期的的图形显示示和处理只只能用线条条的有无来来表示简单单的图形。。图像(image)最初初就是指具具有亮暗层层次的图，，如自然景景物、新闻闻照片等。。经计算机处处理后显示示的图像称称作数字图图像，就是是将图片上上连续的亮亮暗变化变变换为离散散的数字量量，并以点点阵列的形形式显示输输出。显示设备二、显示技技术中的有有关术语1.图形形和图像图形是用计算机机表示和生生成的图(如直线、、矩形、椭椭圆、曲线线、平面、、曲面、立立体及相应应的阴影等等)，称为为主观图像像，它是基于绘图命命令和坐标标点的存储储与处理；图像多半来自客客观世界，，是基于象素点点的存储与与处理，如由摄像像机摄取下下来存入计计算机的数数字图，这这种图像称称为客观图图像。随着计算机机技术的发发展以及图图形和图像像技术的成成熟，图形形、图像的的内涵日益益接近并相相互融合。。显示设备二、显示技技术中的有有关术语2.分辨辨率及灰度度级显示器一般般采用光栅栅扫描方式式，即电子子束从左向向右、自上上向下作水水平扫描和和垂直扫描描，电子束束撞击显示示屏上的众众多的荧光光粉点而使使其发光，，每个发光点点就是一个像素。显示屏幕上上相邻两个个像素中心心点之间的的距离称为为显示器的的点距(dotpitch)。点点距越小图图像的清晰晰度越高。。分辨率(resolution)指指的是显示设备所所能表示的的像素个数数。像素越密密，分辨率率越高，图图像越清晰晰。分辨率率取决于荧荧光粉的粒粒度，屏的的尺寸和电电子束的聚聚焦能力。。显示设备二、显示技技术中的有有关术语2.分辨辨率及灰度度级灰度级(graylevel)指指的是所显显示像素点点的暗亮差差别，在彩彩色显示器器中则表现现为颜色的的不同。灰度级越多多，图像层层次越清楚楚逼真。灰度级取决决于每个像像素对应刷刷新存储器器单元的位位数和CRT本身的的性能。理论上对1024××768的的空间分辨辨率，用3位二进制制码表示的的颜色等级级，需要的的显示存储储器为1024×768×3=230.4KB。显示设备二、显示技技术中的有有关术语3.刷新新和帧存储储器CRT器件件的发光是是由电子束束射在荧光光粉上引起起的。电子子束扫过之之后，其发发光亮度只只能维持短短暂一瞬(大约几十十毫秒)便便消失。为为了使人眼眼能看到稳稳定的图像像就必须在在图像消失失之前使电电子束不断断地重复扫扫描整个屏屏幕。这个个过程叫做做刷新(refresh)。每秒刷新新的次数称称刷新频率或扫描频率。结合人的视视觉生理，，刷新频率率应大于30次/秒秒，人眼才才不会感到到闪烁。显示设备中中通常选用用电视标准准，每秒刷刷新50帧帧(frame)图图像。显示设备二、显示技技术中的有有关术语3.刷新新和帧存储储器为了不断提提供刷新图图像的信号号，必须把把图像存储储起来，存存储图像的的存储器叫叫“帧存储器”或“视频存储器器”(VRAM)(电电视不需要要用帧存储储器，因为为它不断接接收从天线线来的信号号)。帧存储器的的容量由图图像分辨率率和灰度级级决定。分分辨率越高高，灰度级级越多，帧帧存储器的的容量越大大。如分辨率为为1024×1024，，256级级灰度的图图像，存储储容量为1024××1024×8bit=1MB。。帧存储器的的存取周期期必须满足足刷新频率率的要求。。容量和存存取周期是是帧存储器器的两个重重要技术指指标。显示设备二、显示技技术中的有有关术语4.随机机扫描和光光栅扫描电子束在荧荧光屏上按按某种轨迹迹运动称为为扫描(scan)，控制电子子束扫描轨轨迹的电路路叫扫描偏转电电路。扫描方式式有两种：：随机扫描是控制电子子束在CRT屏幕上上随机地运运动，从而而产生图形形和字符。。电子束只只在需要作作图的地方方扫描，而而不必扫描描全屏幕，，所以这种种扫描方式式画图速度度快，图象象清晰。光栅扫描是电视中采采用的扫描描方法。在在电视中，，要求图像像充满整个个画面，因因此要求电电子束扫过过整个屏幕幕。显示设备二、显示技技术中的有有关术语4.随机机扫描和光光栅扫描光栅扫描是从上至下下顺序扫描描，采用逐逐行扫描和和隔行扫描描两种方式式。逐行扫描就是从屏幕幕顶部开始始一行接一一行地扫描描，一直到到底反复进进行。电视系统采采用隔行扫描。它把一帧帧图像分为为奇数场和和偶数场，，奇数行构构成奇数场场，偶数行行构成偶数数场。扫描描顺序是先先偶数场，，再奇数场场，交替传传送，每秒秒显示50场。显示设备三、字符显显示器显示字符的的方法有3种：点阵法，由若干像像素（pixel））组成字符符。向量法，用若干依依次产生的的向量形成成字符。特殊法。显示设备四、图形和和图像显示示器程序段缓存存中存储由计计算机送来来的显示文文件和交互互式图形图图像操作命命令，如图图形的局部部放大、平平移、旋转转、比例变变换、图形形的检索以以及图像处处理等。帧存储器中存放一帧帧图形的信信息，与屏屏幕的像素素和灰度相相对应，若若屏幕的分分辨率为1024××1024个像素，，灰度为256级，，帧存就要要有1024×1024个单元，，每个单元元字长8位位。光栅扫描描显示器器结构输入设备备一、键键盘1.键键盘工作作原理键盘由一组按键键和相应的的键盘控制制器组成。键盘主要要由三种种基本类类型的键键组成：：1）字符数字字键：字母、、数字以以及％，，$，#等。2）扩展功能能健：如Home、、End、Backspace、Return、、Delete、Insert、PgUp、PgDn以以及功能能键F1～F10等等。3）与其他组组合键使使用的控控制健：如Alt、Ctrl和Shift等。输入设备备一、键键盘1.键键盘工作作原理键盘和主主机通过过5芯电电缆相连连，分别别是电源源线、地地线、复复位线以以及键盘盘数据线线和时钟钟线。按键开关关：将操作作员的按按键动作作转换成成与该按按键对应应的字符符或控制制功能的的电信号号。触点式按按键借助机械械簧片构构成的触触点开关关的接通通或断开开，来产产生电信信号。非触点式式开关借助霍尔尔效应开开关(利利用磁场场变化)和电容容开关(利用电电流或电电压变化化)产生生输入信信号。输入设备备一、键键盘1.键键盘工作作原理键盘控制制器：其功能能是进行行扫描，，判断按按键的位位置，然然后将键键盘上的的位置码码转换成成相应的的ASCII码码，送入入计算机机。全编码键键盘：通过识识别键是是否按下下，以及及所按下下键的位位置，由由全编码码电路产产生唯一一对应的的编码信信息（如如ASCII码码）送入入主机。。键盘响响应速度度快，但但是硬件件结构复复杂。非编码键键盘：位置码码转换成成ASCII码码的过程程由软件件来完成成，即主主机执行行键盘驱驱动程序序，进行行查表，，将位置置码转换换成相应应的ASCII码。速速度较低低，结构构简单，，某些键键的功能能可以通通过软件件来重定定义，使使用灵活活。输入设备备一、键键盘2.BIOS键盘中中断调用用及编程程类型16的中断断提供了了基本的的键盘操操作，它它的中断断处理程程序包括括3个不不同的功功能，分分别根据据AH寄寄存器的的内容来来选择：：利用INT16H调调用键盘盘I/OROM例行行程序时时，先在在AH中中存放功功能编号号0、1或2。。输入设备备二、光笔、图图形板和和画笔（（或游动动标）输输入光笔(lightpen)的头头部装有有一个透透镜系统统，能把把进入的的光汇聚聚为一个个光点。。在光笔头头部附有有开关，，当按下下开关时时，进行行光的检检测，光光笔就可可拾取显显示器屏屏幕上的的坐标。。光笔与屏屏幕上的的光标配配合，可可使光标标跟踪光光笔移动动，在屏屏幕上画画出图形形或修改改图形，，这个过过程与人人用钢笔笔画图的的过程类类似。经操作员员确认后后，即可可存入计计算机。。输入设备备二、光笔、图图形板和和画笔（（或游动动标）输输入画笔(stylus)不是是光笔，，不是用用于显示示器屏幕幕，而是是用于图图形板(tablet)。当当画笔接接触到图图形板上上时，位位置坐标标就会自自动传送送到计算算机中去去，随着着笔在板板上的运运动可以以画出图图形。图形板和和画笔结结合构成成二维坐坐标的输输入系统统，主要要用于输输入工程程图等。。将图纸纸贴在图图形板上上，画笔笔沿着图图纸上的的图形移移动，读读取图形形坐标，，即可输输入工程程图。图形板是一种二二维的A/D变变换器，，因此图图形板也也称作数数字化板板。坐标标量测的的方法有有电阻式式、电容容式、电电磁感应应式和超超声波式式几种。。输入设备备三、鼠标标器、跟跟踪球和和操作杆杆输入鼠标器(mouse)是一种种手持式式的坐标标定位部部件，由由于它拖拖着一根根长线与与接口相相连，样样子像老老鼠，由由此得名名。跟踪球(trackboll)是用用手指或或掌心推推动的金金属球体体。操作杆(joystick也也叫游戏戏棒)是是能用于于前后左左右移动动的金属属杆，它它们读取取坐标的的方式与与鼠标器器类似，，都是得得到相对对位移量量，用相相对坐标标定位。。输入设备备四、触摸摸屏触摸屏系统一般般包括两两部分：：触摸屏屏控制器器(卡)和触摸摸检测装装置。触摸屏控控制卡上上有微处处理器和和固化的的监控程程序，其其主要作作用是将将触摸检检测装置置送来的的触摸信信息转换换成触点点坐标，，再送给给计算机机；同时时它能接接收计算算机送来来的命令令，并予予以执行行。触摸屏根根据其所所采用的的技术可可分成5类：电电阻式、、电容式式、红外外线式、、表面声声波技术术和底坐坐式矢量量压力测测力技术术。输入设备备五、图像像输入设设备（摄摄像机和和数码相相机）摄像机摄取的景景物，经经数字化化后变成成数字图图像。如果被摄摄对象在在微观世世界，可可以将摄摄像机装装在显微微镜上，，组成显显微图像像输入系系统。当图像已已经记录录到某种种介质上上时，要要用读出出装置读读出图像像。如果想把把纸上的的图像输输入计算算机，一一种方法法是用摄摄像机对对着纸上上的图像像摄像输输入，另另一种方方法是利利用装有有CCD（电荷荷耦合器器件）的的图文扫扫描仪(scanner)或或图文传传真机。。输入设备备六、条形码及及其技术术条码：由一组组宽度和和反射率率不同的的平行相相邻的““条””和““空”，，按照预预先规定定的编码码规则组组合起来来，用以以表示一一组数据据的符号号。这组组数据可可以是数数字、字字母或某某些符号号。条码的作作用：条码是是表示数数据的符符号，它它可由机机器自动动识别，，并送入入计算机机中。条码技术主要包括：条条码编码规则则及标准、条条码译码技术术、印刷技术术、光电扫描描技术、通信信技术、计算算机技术等。。输入设备七、光学字符识别别(OCR)技术和语音音文字输入系系统OCR系统是多项技术结结合的产物，，识别技术是是其核心内容容，还包括图图形文本的扫扫描输入，光光电信号变换换，电信号的的数字化处理理，版面分析析与理解，字字的切分处理理以及输入信信息载体(页页)的自动传传送技术等。。语音与文字输输入的实质是要让让计算机从语语音的声波和和文字的形状状中领会到含含义，并将它它转换成计算算机可以处理理的代码。其其核心环节是是对声波和文文字图形的““识别”。从从学科上说这这属于模式识识别(patternrecognition)范畴。。输入设备七、光学字符识别别(OCR)技术和语音音文字输入系系统OCR系统是多项技术结结合的产物，，识别技术是是其核心内容容，还包括图图形文本的扫扫描输入，光光电信号变换换，电信号的的数字化处理理，版面分析析与理解，字字的切分处理理以及输入信信息载体(页页)的自动传传送技术等。。语音音与与文文字字输输入入的实实质质是是要要让让计计算算机机从从语语音音的的声声波波和和文文字字的的形形状状中中领领会会到到含含义义，，并并将将它它转转换换成成计计算算机机可可以以处处理理的的代代码码。。其其核核心心环环节节是是对对声声波波和和文文字字图图形形的的““识识别别””。。从从学学科科上上说说这这属属于于模模式式识识别别(patternrecognition)范范畴畴。。输入入设设备备七、、光学学字字符符识识别别(OCR)技技术术和和语语音音文文字字输输入入系系统统语音音与与文文字字识识别别系系统统的的系系统统构构成成预处处理理：从从传传感感器器采采集集到到的的信信号号，，往往往往有有畸畸变变或或噪噪音音，，预预处处理理阶阶段段的的一一个个主主要要任任务务是是消消除除或或削削弱弱噪噪音音。。预预处处理理阶阶段段还还包包含含对对输输入入信信息息进进行行划划分分的的内内容容。。特征征提提取取：语语音音或或文文字字输输入入到到计计算算机机后后，，通通过过与与机机内内已已存存入入的的标标准准语语音音或或文文字字相相比比较较，，找找出出其其最最相相似似者者而而实实现现识识别别。。分类类器器学学习习：将将作作为为标标准准的的文文字字或或语语音音送送入入机机器器。。分类类决决策策：对对输输入入信信号号进进行行识识别别，，并并赋赋予予识识别别结结果果。。打印印设设备备一、、打打印印设设备备分分类类按印字字原原理理分为为击打打式式和非击击打打式式两大大类类。。击打打式式打打印印机机是是利利用用机机械械作作用用使使印印字字机机构构与与色色带带和和纸纸相相撞撞击击而而打打印印字字符符，，目目前前使使用用的的是是点点阵阵针针式式打打印印机机。。非击击打打式式是是采采用用电电、、磁磁光光、、喷喷墨墨等等物物理理、、化化学学方方法法印印刷刷字字符符。。如如激激光光印印字字机机、、静静电电印印字字机机、、喷喷墨墨印印字字机机等等。。击打打式式设设备备成成本本低低，，缺缺点点是是噪噪音音大大，，速速度度慢慢。。按工作作方方式式可分分为为串串行行打打印印机机和和行行式式打打印印机机两两种种。。串行行打打印印机机：逐逐字字打打印印。。行式式打打印印机机：一一次次输输出出一一行行。。打印印设设备备二、、打印印控控制制器器与与打打印印机机的的连连接接CPU打印印控控制制器器数据据锁锁存存器器命令令译译码码控制制锁锁存存器器总线线缓缓冲冲数据据地址址INT数据据初始始化化、、选选通通、、自自动动输输纸纸忙、、出出错错、、缺缺纸纸……打印印机机数据据锁锁存存器器：：暂暂存存CPU送送来来的的打打印印数数据据。。总线线缓缓冲冲：：保保存存打打印印机机送送来来的的状状态态信信息息。。磁表表面面存存储储器器原原理理1.磁磁表表面面存存储储元元磁表表面面存存储储器器中中的的信信息息存存储储在在涂涂覆覆在在载载体体表表面面、、厚厚度度为为0.025～～5μμm左左右右的的磁层层中。。磁磁层层是是采采用用r-Fe2O3粉粉末末制制成成的的磁胶胶。当具具有有很很窄窄缝缝隙隙的的磁磁头头的的写写线线圈圈中中通通过过电电流流时时，，其其垂垂直直下下方方的的一一个个小小区区间间会会形形成成一一个个局局部部小磁磁环环，称称为为存储储元元。磁表表面面存存储储器器原原理理1.磁磁表表面面存存储储元元写信信息息：让让载载磁磁体体向向一一个个方方向向运运动动，，且且磁磁头头的的写写线线圈圈中中通通过过与与某某0，，1信信息息一一致致的的脉脉冲冲电电流流，在在磁磁表表面面磁磁头头下下的的条条线线(称称磁道道)上上的的连连续续的的存存储储元元中中记记录录下下相相应应的的信信息息。。读信信息息：写写线线圈圈中中不通通脉脉冲冲电电流流，载载磁磁体体在在磁磁头头下下运运动动时时，，存存储储元元中中的的剩剩磁磁便便会会在在读读出出线线圈圈中中感感应应出出脉脉冲冲电电动动势势，，经经过过读读出出放放大大器器放放大大鉴鉴别别，，就就可可把把所所存存的的磁磁信信息息转转换换成成脉脉冲冲电电流流读读出出。。磁表表面面存存储储器器是是无源源存存储储器器，停停电电后后所所存存的的信信息息仍仍可可保保存存。。磁表表面面存存储储器器原原理理2.数数字字磁磁记记录录格格式式规定定了了一一连连串串的的二二进进制制数数字字信信息息与与磁磁层层存存储储元元的的相相应应磁磁化化翻翻转转形形式式(即即对对应应的的写写入入电电流流波波形形)互相相转转换换的的规规则则。(1)自同同步步能能力力。只只有有读读出出脉脉冲冲序序列列呈呈周周期期性性时时，，才才可可能能从从规规定定的的时时间间间间隔隔————时时钟钟窗窗口口中中提提取取时时钟钟脉脉冲冲，，提提供供自自同同步步能能力力。。(2)记录录密密度度。磁磁记记录录密密度度主主要要由由记记录录一一位位二二进进制制信信息息的的磁磁化化翻翻转转次次数数决决定定，，翻转转次次数数多多的的磁磁记记录录密密度度就就低低。(3)记录录信信息息的的可可靠靠性性。可可靠靠性性与与实实现现机机构构的的复复杂杂程程度度有有关关，，如如看看其其是是否否能能提提供供同同步步脉脉冲冲，，信信号号频频率率是是否否过过宽宽等等。。磁表表面面存存储储器器原原理理2.数数字字磁磁记记录录格格式式(1)归归零零制制（（RZ，，returntozero））用写写电电流流的的正脉脉冲冲表示示““1””，，负脉脉冲冲表示示““0””，，使使磁磁层层在在记记录录““1”时时从从无磁磁性性状状态态转变变为为向向某个个方方向向磁磁化化状状态态，记记录录““0”时从从无磁性性状态态转变为为另一方方向的的磁化化状态态。在两信信息之之间，，磁头头线圈圈的写写电流流要回回到零，这是是归零零制的的特点点。磁表面面存储储器原原理2.数数字字磁记记录格格式(1)归归零制制（RZ，，returntozero）优点：：简单易易行，每一一位记记录信信息本本身包包含有有时钟钟脉冲冲信息息，用用来作作为读读出时时的同同步控控制时时钟，，提供供自同同步能能力。。缺点：：记录密密度低低，抗抗干扰扰能力力差。写入入信息息前必必须先先让磁磁层去去磁，，存储储一位位信息息要使使磁层层的状状态变变化两两次，，相邻邻两个个磁化化小区区间有有未被被磁化化的空空白区区。磁表面面存储储器原原理2.数数字字磁记记录格格式（2））不不归零零制（（NRZ））在记录录信息息时，，磁头线线圈中中总是是有电电流，不需需磁化化电流流回到到无电电流的的状态态，所所以称称不归归零制制。磁层不不是被被正向向磁化化，就就是被被反向向磁化化，特特点是是“变才反反转”，即即信息息有变变化，，电流流才改改变方方向，，因此此也称称为异异码翻翻转不不归零零制(NRZC)。。抗干扰扰能力力较好好，但但它没有自自同步步能力力。磁表面面存储储器原原理2.数数字字磁记记录格格式（3））调相相制（PE,PhaseEncoding）利用电电流的的跳变变的方方向记记录““1””或““0””。写“1”：写电电流由由正向负负跳变一一次；；写“0”：写电电流由由负向正正跳变一一次。。写“1”与与“0”的的存储储元磁磁化翻翻转方方向分分别为为0°°和180°，，所以以称调调相制制。具有自自同步步能力力，抗抗干扰扰能力力强，，但频带较较窄。磁表面面存储储器原原理2.数数字字磁记记录格格式（4））调调频制制(FM，，FrequencyModulation)在两个个信息息的交交界处处写电电流都都要改改变方方向，，利用用中间间有无无跳变变记录录“1”或或“0”。。写“1”：电流在信息息位周周期中中央改变一一次方方向；写“0”：电流流方向向保持持不变变。具有自自同步步能力力。实实际上上，相相邻两两位信信息之之间嵌嵌入了了一位位总是是为““1””的同同步信信息，，因而而记录录每位位信息息磁层层至少少翻转转一次次。磁表面面存储储器原原理记录方方式的的评价标标准：主要要是编码效效率和自同步步能力力等。编码效效率：位密密度与与磁化化翻转转密度度的比比值，，它直直接影影响磁磁记录录的密密度，，可用用记录录1位位信息息的最最大磁磁化翻翻转次次数来来表示示。如如FM，PE的的编码码效率率为50%，NRZ的编编码效效率为为100%。自同步步能力力：用最最小磁磁化翻翻转间间隔和和最大大磁化化翻转转间隔隔的比比值R来衡衡量，，例如如FM磁化化翻转转的最最大间间隔是是T，，最小小间隔隔是T/2，所所以RFM=0.5。NRZ没有有自同同步能能力。。磁表面面存储储器原原理3.硬磁磁盘存储器器的存储结结构磁表面存储储器原理3.硬磁磁盘存储器器的存储结结构磁表面存储储器原理3.硬磁磁盘存储器器的存储结结构磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（1）记录录密度与硬硬盘容量道密度Dt：径向单位长长度的磁道道数，在数值上上等于磁道道距P的倒倒数，单位位是TPI(tracks/inch)或TPM(tracks/mm)。道密度度Dt在数数值上等于于磁道距P的倒数。。位密度Db：也称为线线密度，是是单位长度磁磁道所能记记录的二进进制信息的的位数，单位是bpi(位位/inch)或bpm(位位/mm)。注意：磁盘的位位密度是以以最小的同心心圆进行计算的的结果。同同一磁盘存存储器中的的各扇区的容容量相同，所以其外外的位密度度显然要低低。磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（1）记录录密度与硬硬盘容量磁盘容量：指其所能能存储的字字节的总量量。存储容量分分格式化容量量和非格式化容容量。非格式化容容量就是整整个磁盘存存储器的容容量。格式化实际际上就是在在磁盘上划划分记录区区，为此要要写入一些些标志和地地址信息。。格式化容量量是用户实实际可以使使用的存储储容量，它它比非格式式化容量要要小，一般般占非格式式化容量的的80％左左右。磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（1）记录录密度与硬硬盘容量例，设有一一个硬盘组组，共有4个记录面面，盘面有有效记录区区域直径（（宽度）为为30cm，内直径径为10cm，记录录密度为250位/mm，磁磁道密度为为8道/mm，每磁磁道分16个扇区，，每扇区512字节节。问磁盘盘的非格式式化容量和和格式化容容量各是多多少？磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（2）主轴轴转速主轴转速快快，磁头到到达目的扇扇区的速度度就快。例，若主轴轴转速为每每分钟3600转，，计算该磁磁盘的平均均寻区时间间Twa。。磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（3）寻道道时间磁头找到目目的磁道需需要的时间间。（4）平均均存取时间间近似等于平平均寻区时时间与寻道道时间之和和。（5）缓冲冲存储区大大小为了解决硬盘内部读读写与接口之间的数据据传输速度度不匹配，，在它们之之间可以设置一个缓缓冲存储区区，以从整体体上提高硬硬盘的数据据读写速度度。磁表面存储储器原理4.硬盘盘存储器的的主要性能能指标（6）数据据传输率内部数据传传输率主要由主轴轴的旋转速速度决定。。外部数据传传输率是系统总线线与硬盘缓缓冲区之间间的数据传传输率，与与接口类型型和缓存大大小有关。。（7）误码码率误码率是衡衡量磁表面面存储器出出错概率的的参数，它它等于从辅存读出出时，出错错信息位数数和读出的的总信息位位数之比。。为了减少出出错率，要要采用校验验码。硬盘的接口口标准硬盘接口是是硬盘与主主机系统间间的连接部部件，用于于硬盘缓存存和主机内内存之间传传输数据。。不同的硬盘盘接口决定定着硬盘与与计算机之之间的连接接速度。在整个系统统中，硬盘盘接口的优优劣直接影影响着程序序运行的快快慢和系统统性能的好好坏。硬盘的接口口标准1.IDE（integrateddriveelectronics，电电子集成驱驱动器）把硬盘控制制器与盘体体集成在一一起的硬盘驱动动器。（1）减少少硬盘接口口的电缆数数目与长度度，使数据据传输的可可靠性得以以增强；（2）使硬硬盘制造更更容易，硬硬盘生产厂厂家不需要要担心自己己的硬盘是是否与其它它厂商生产产的控制器器兼容；（3）硬盘盘安装方便便。硬盘的接口口标准2.SCSI（smallcomputersysteminterface，小小型计算机机系统接口口）广泛应用于于小型机上上的高速数数据传输,并非专专门为硬盘盘设计。优点：应用范围围广、多任任务、带宽宽大、CPU占用率率低，以及及热插拔等等。缺点：价格较高高，主要应应用于中、、高端服务务器和高档档工作站中中。硬盘的接口口标准3.光纤纤通道（fibrechannel）专门为网络络系统设计计的接口，，随着存储储系统对速速度需求的的提高，才才逐渐应用用到硬盘系系统中。优点：热插拔性性、高速带带宽、远程程连接、连连接设备数数量大等。。缺点：价格昂贵贵，只用在在高端服务务器上。硬盘的接口口标准4.SATA（SerialATA）采用串行连连接方式，，总线使用用嵌入式时时钟信号，，具备了更更强的纠错错能力；与以往相比比其最大的的区别在于于能对传输指指令（不仅仅是是数据）进行检查，如果发现现错误会自自动矫正。。使用SATA口的硬硬盘又叫串串口硬盘，，结构简单单，支持热热插拔，是是未来PC机硬盘的的趋势。硬磁盘的格格式化硬盘须经过过如下3步步才能使用用：低级格式化化，也称物理理格式化。。硬盘的分区区（partitioning）。DOS分区区的FORMAT格格式化，也称逻辑辑格式化。。格式化会使使其所存的的数据全部部丢失。硬磁盘的格格式化1.低级级格式化对盘片上的的扇区进行行定义，即给扇区区加上标记记，以便驱驱动器能识识别指定的的扇区，并并且还要规规定扇区的的交错因子子。扇区交错的目的是是为了让让读写头头读写了了某一山山区之后后，在读读写下一一山区之之前，给给主机一一段时间间处理数数据，而而无需驱驱动器停停转或多多转一圈圈。硬磁盘的的格式化化2.硬盘的分分区将硬盘分分为几个个不同的的存储区区域。分区的必必要性：：为了能在在同一台台机器中中使用不同同的操作作系统，有必要要为各操操作系统统建立一一个分区区。早期的DOS管管理外存存空间的的能力有有限，如如DOS3.3可以以使用的的硬盘最最大容量量为33MB，超过过33MB的的硬盘必必须通过过分区将将其分为为多个逻逻辑盘，，使每个个逻辑盘盘均不超超过33MB才能使使用。硬磁盘的的格式化化2.硬盘的分分区DOS系系统在硬硬盘上最最多可建建立两个个分区，，一个称称基本DOS分区区，一个称称扩展分区区。DOS的系统统文件必必须建在在基本DOS分分区之上上。扩展展分区可可建成多多个逻辑辑盘。分区后的的硬盘空空间由两两部分组组成：主引导扇扇区和供不同同的操作作系统使使用的区区域。硬磁盘的的格式化化2.硬盘的分分区DOS分分区由如如下4部部分组成成：引导扇区区：引导扇扇区用来来存放本本分区参参数和引引导程序序。FAT（文件分分配表））：说明明各文件件的具体体位置和和整个分分区使用用的情况况。FAT放在在引导扇扇区之后后的若干干个紧挨挨的扇区区中。FDT（文件目目录表））：存放放根目录录下的所所有文件件名和子子目录名名，以及及文件的的扩展名名、文件件属性、、文件长长度、文文件存放放起始位位置、文文件建立立或更新新日期和和时间等等，又称称根目录录（ROOT））区。数据区：存放用用户数据据和文件件，又称称用户区区。硬磁盘的的格式化化3.DOS分分区的FORMAT格格式化作用：对硬盘进进行初始始化，使使其记录录格式能能为DOS所接接受。检出硬盘盘有缺陷陷的磁道道和扇区区。建立目录录、文件件分配表表。装入DOS系统统文件（（对基本本分区））。磁带存储储器磁带存储储器是最最早应用用的磁表表面存储储器，其其特点是是存储容容量大、、价格便便宜。磁带的宽宽度规格格有1/4英英寸、1/2英英寸、3英寸等等几种，，长度有有2400英尺尺、1200英英尺、600英英尺等几几种；记记录密度度有800bpi，1600bpi，6250bpi等。目前广泛泛应用的的是宽1/2英英寸，长长732m的的磁带，，约可存存180MB。磁带存储器的的主要缺点是只能顺序序存取，不能像像磁盘存存储器那那样随机机存取，，并且访访问速度度慢，主主要用于于脱机存存储。磁带存储储器磁带上的的信息保保存在并并行排列列的磁道道上，每每个磁道道记录一一个字中中的一位位信息。。下图9道道磁带的的格式。。其中8条磁道道用于记记录一个个字节信信息，一一条用于于纵向奇奇偶校验验。磁带存储储器磁带与主主机间进进行信息息传送的的最小单单位是数数据块，，或称为为记录块块(block)。记记录块的的长度可可以是固固定的，，也可以以是变化化的，由由操作系系统决定定。记录块之之间应留留有空白白间隙(intrblockgap,IBG)，作为为磁头停停靠的地地方，并并保证磁磁带停止止和启动动时有足足够的惯惯性缓冲冲。记录块尾尾部有几几行特殊殊的标记记，表示示数据块块的结束束，随后后是该记记录的水水平校验验(即各各个字节节的同一一位的总总体校验验)。磁带存储储器BOT和和EOT分别称称为带始始标记和和带尾标标志，由由两块反反光金属属箔做成成，可以以通过光光源和光光敏元件件识别。。装带时，，BOT表示装装带成功功，倒带带时则使使磁带停停止。EOT的的功能类类似。磁盘阵列列RAIDRAID（redundantarraysofinexpensivedisk）是是并行处处理技术术在磁盘盘系统中中的应用用。它把多台台小型的的磁盘存存储器（（或光盘盘存储器器）按一一定的条条件组织织成同步步化的阵阵列，利利用类似似于存储储器中的的多体交交叉技术术，将数数据展开开存储在在多台盘盘上，提提高了数数据传输输的带宽宽，并用用冗余技技术提高高了系统统的可靠靠性。优点：容容量大、、功耗低低、体积积小、成成本低、、快速响响应和便便于维护护等。磁盘阵列列RAIDRAID技术的的核心是是采用分分条(stripping)、分块块(declustering)和和交叉存存取(interleaving)等方式对对存储在在多个盘盘中的数数据和校校验数据据进行组组合处理理，来满满足存储储系统的的性能要要求。几种典型型的RAID结结构：RAID0、RAID1～RAID4、RAID5、RAID6、RAID7光盘存储储器1.光光盘存储储技术的的特点记录密度度高，存存储容量量大。采用非接接触方式式读/写写，没有有磨损，，可靠性性高。可长期（（60～～100年）保保存信息息。成本低廉廉，易于于大量复复制。存储密度度高，体体积小，，能自由由更换盘盘片。光盘存储储器1.光光盘存储储技术的的特点：：存取时间间，即把信信息写入入光盘或或从光盘盘上读出出所需的的时间，，一般为为100～500ms。误码率，即从光光盘上读读出信息息时，出出现的差差错位数数与总位位数之比比，在10-10～10-17以下下。光盘的数数据存取取速率比比磁盘低低，基本本速率(单倍速速)为150MB/s。光盘存储储器2.只只读型和和只写一一次型光光盘写信息：先把主主机送来来的数据据在光盘盘控制器器内调制制成MFM（Magneticfieldmodulation，磁场场调制））方式的的写数据据，然后后把其中中的“1”变成成20mW左右右的并聚聚焦为1μm左左右的脉脉冲激光光点，对对存储介介质微小小的区域域加热，，打出μμm级的的凹坑以代代表“1”，无凹坑处处代表““0”。读信息：功率较较低(为为写入光光束功率率的1/10)的激光光连续照照射在光光盘上，，有凹坑坑处的反反射光弱弱，无凹凹坑处的的反射光光强，由由光检测测器就可可以把反反射光的的强弱变变为电信信号。光盘存储储器3.可可擦写型型光盘读读写原理理（1）磁磁光盘读读写原理理磁光盘的的存储介质质是由光磁材料料做成的易易于垂直直磁化的的磁性薄薄膜。写信息：先要使使磁膜向向(垂直直于盘面面的)某某一个方方向磁化化。要写写“1””时，光光头产生生激光束束，使磁磁膜局部部受热，，上升到到居里点点(150℃左左右)，，使磁顽顽力降至至零，用用极弱磁磁场便可可以将磁磁极反转转；写入入末端，，激光束束消失，，以永磁磁保持刚刚才写入入的信息息。读信息：利用激激光与磁磁化介质质相互作作用时偏偏振状态态的变化化来区别别存储的的信息是是“0””还是““1”。。光盘存储储器3.可可擦写型型光盘读读写原理理（2）相相变光光盘读写写原理相变型光光盘的存储介质质通常由硫硫族(S，Se，Te)化合物制成，写写入前全全部是结晶状态态。写“1””：利用短短激光脉脉冲使结结晶态的的存储介介质局部部熔化，，骤冷后后变成非非结晶态态。擦去去时，则则用光波波较长的的、强度度较弱的的光脉冲冲使它复复原为结结晶态。。读信息：根据结结晶态和和非结晶晶态对激激光束反反射率的的不同，，区别存存储的是是“0””还是““1”。。光盘存储器4.光盘规规格(1)CD-DA（compactdisc-digitalaudio，精密光盘盘数字音频））规范及格式式CD-DA中中，以帧(frame)作为存储声声音数据的基基本单位。光盘存储器4.光盘规规格(1)CD-DA（compactdisc-digitalaudio，精密光盘盘数字音频））规范及格式式光盘的光道与与磁盘的磁道道不同：磁道道呈同心圆状状，各物理磁磁道是不连续续的；而光道呈螺旋状状，物理光道道是连续的。一般说来，一一首乐曲或歌歌曲就是一条条光道。显然然，一张磁盘盘上各磁道所所含扇区数固固定相同，而而一张光盘上上各光道所含含扇区数不固固定。一张标标准CD-DA上最多可可以有99条条光道。一条条光道可包含含若干扇区。。光盘存储器4.光盘规规格(2)CD-ROM规规范及格式在计算机中使使用的CD-ROM，是是以音响的CD技术为基基础开发出来来的存储媒体体。CD-ROM共有3种类类型的光道：：①CD-DA光道，存存储声音数据据；②CD-ROMModel1，存储计算算机数据；③CD-ROMModel2，存储经压压缩的声音、、静态图像和和电视图像数数据。光盘存储器4.光盘规规格(2)CD-ROM规规范及格式光盘存储器4.光盘规规格(3)CD-I(compactdisc-interactive)规范范及格式定义了一个完完整的硬件和和软件系统，，包括CPU、操作系统统、内存、显显示控制器、、音频输出以以及一系列特特殊视听数据据压缩方法，，是一种“交互式光盘系系统”。媒体是直径为为12cm的光盘，将将高质量的声声音以及文字字、计算机程程序、图形、、动画、静止止图像等，都都以数字的形形式存放在光光盘上，用户户可通过电视视、计算机鼠鼠标、操纵杆杆等和该系统统连接，实现现人和光盘的的交互操作。。CD-I的的最大特点点是有一个个中央处理理器，以形形成一个可可以同时处处理各种不不同类型信信息的计算算机系统。。光盘存储器器4.光盘盘规格(4)可可录CD-R（compactdiscrecordable）规范范及格式允许用户把把自己创作作的影视节节目或者多多媒体文件件写到盘上上。CD-R是是一种一次写入、永久读的标准。刻刻录得到的的光盘可以以在CD-DA或CD-ROM驱动器器上读取。。CD-R与与CD-ROM的工工作原理相相同，都是是通过激光光照射到盘盘片上的““凹陷”和和“平地””其反射光光的变化来来读取的；；不同之处处在于CD-ROM的“凹陷陷”是印制制的，而CD-R刻刻录机烧制制而成。光盘存储器器4.光盘盘规格(5)VCD(videocompacdisc)规范及及格式VCD是针针对影视市市场而发展展的。采用用MPEG压压缩技术。VCD可用用专门的播播放机播放放，也可用用CD-I播放机播播放，CD-ROM驱动器在在配置一块块MPEG解压缩卡卡后也可播播放。VCD的标标准定义的的光道格式式由长均为为2324字节的两两种信息包包组成：＊MPEG-Video包包，用于存存储图像信信号；＊MPEG-Audio包包，用于存存储声音信信号。这两种信息息包也称两两种扇区。。它们交替替地排列在在光道上。。光盘存储器器4.光盘盘规格(6)DVD光盘盘DVD的全全称，在诞诞生之初是是DigitalVideoDisc（数数字视频光光盘），目目前则称为为“DigitalVersatileDisc””，即“数数字通用光光盘”，是是CD/LD/VCD的后继继产品。DVD具有有高密度、、高像质、、高音质、、高兼容性性、高可靠靠性和低成成本的特点点。采用MPEG-2压压缩编码方方案光盘存储器器4.光盘盘规格(7)蓝蓝光光盘(Blue-raydisc)、HD-DVD和HVD蓝光光盘采用蓝蓝色激光束束进行数据据的刻录，，使存储容容量可从4.7GB提高到27GB，，最高传输输速率是36Mbps。HD-DVD使用405纳米米波长的蓝蓝光。HD-DVD与标准准DVD共