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1、计算机组成原理武汉科技大学计算机科学与技术学院,第七章 外存与I/O设备,本章内容7.1 外围设备概述7.2 磁盘存储设备7.3 磁盘存储设备的技术发展7.4 磁带存储设备7.5 光盘和磁光盘存储设备7.6 显示设备7.7 输入设备和打印设备,7.1.1 外围设备的一般功能什么是外围设备除CPU和内存外的部件2. 外设的发展方向低成本(价格)；小体积；高速度；大容量；低功耗3. 外围设备的功能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4. 外围设备的基本组成存储介质、驱动装置、控制电路5. 外围设备的共同特点工作速度、信息类型和格式、电气特性等,7.1 外围设备概述,目录,7.1.2
2、 外围设备的分类,可分为五大类:输入设备输出设备外存设备数据通信设备过程控制设备,I/O接口,7.2 磁盘存储设备,7.2.1 磁记录原理磁表面存储设备用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息，如磁盘存储器、磁带存储器 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 (3)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磁表面存储器的缺点：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常作为辅助大容量存储器使用,目录,磁性材料的磁滞回线电流I磁场H磁感应强度B磁感应强度B不随电流的消失而回零，在磁
3、滞回线上形成两个稳态：+Br(正剩磁状态)和-Br(负剩磁状态)用来记录“1”和“0”磁化元(存储元),1.磁性材料的物理特性,2.磁表面存储器的读写原理磁头是由软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁，用于形成和判别磁层中的不同磁化状态(1)写操作通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，把一位二进制代码转换成磁载体存储元的不同剩磁状态一个磁化元就是一个存储元，存储一位二进制信息；当载磁体相对于磁头运动时 ，就可连续写入一连串的二进制信息(2)读操作 利用磁-电变换，利用磁头读出线圈，可将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磁头对载磁体作相对运动时，读出线圈中的感应的电动势为：
4、不同的磁化状态，产生的感应电势方向不同,记录方式的写读过程波形图,磁头在磁表面存储信息原理,硬磁盘的记录介质为硬质圆形盘片,7.2.2 磁盘的组成和分类,主要由三部分组成磁记录介质磁盘控制器磁盘驱动器,硬磁盘逻辑结构图,写入和读出操作,写入时，将计算机并行送来的数据变为串行数据，然后一位一位地由写电流驱动器作功率放大并加到写磁头线圈上产生电流，从而在盘片磁层上形成按位的磁化存储元读出时，当记录介质相对磁头运动时，位磁化存储元形成的空间磁场在读磁头线圈中产生感应电势，此读出信息经放大检测就可还原成原来存入的数据；由于数据是一位一位串行读出的，故要送至串-并变换寄存器变换为并行数据，再送至计算机,
5、(1)可移动磁头固定盘片的磁盘机：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)可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘片可更换，磁头可沿盘面径向移动；盘片可脱机保存，同种型号的盘片可互换(3)固定磁头磁盘机：磁头位置固定，每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换；存取速度快，但结构复杂 温彻斯特磁盘机：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，是一种密封组合式的硬磁盘，工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起；防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高常见温盘的直径：5.25、3.5、2.5、1.75英寸等,硬磁盘机的分类,硬磁
6、盘按盘片结构可分成可换盘片式与固定盘片式两种磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种,1.磁盘驱动器 各磁盘驱动器的基本结构相同，主要由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成2.磁盘控制器 磁盘控制器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，故与主机之间采用成批交换数据方式磁盘控制器有两个方面的接口：系统级接口与主机的接口，控制外存与主机总线交换数据设备级接口与设备的接口，根据主机命令控制设备的操作主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑图,7.2.3 磁盘驱动器和控制器,磁盘上的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与时钟的分离，再进行串-并变换、格式变换，最后送入数据缓冲器
7、，经DMA(直接存储器传送)控制将数据传送到主机总线磁盘控制器的功能全部转移到设备中，主机与设备之间采用标准的通用接口，如SCSI接口，从而使设备相对独立,记录面磁盘片表面磁道记录面上一系列同心圆；每个磁道又分若干个扇区磁道的编址是从外向内依次编号，最外一个同心圆叫0磁道，最里面的一个同心圆叫n磁道，n磁道里面的圆面积并不用来记录信息；扇区可以连续编号，也可间隔编号磁盘地址记录面的面号、n磁道、m扇区例如对活动头磁盘组来说，磁盘地址是由记录面号(也称磁头号)、磁道号和扇区号三部分组成读/写操作以扇区为单位一位一位串行进行；每一个扇区记录一个定长的记录块数据在磁盘上的记录格式,7.2.4 磁盘上
8、信息的分布,每个扇区开始时由磁盘控制器产生一个扇标脉冲，两个扇标脉冲之间的一段磁道区域为一个扇区(一个记录块)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各段的作用,磁盘上的数据格式,1. 存储密度：分道密度、位密度和面密度道密度沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；道/英寸位密度磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；位/英寸面密度位密度和道密度的乘积；位/平方英寸2. 存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数分为格式化容量和非格式化容量格式化容量按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量非格式化容量磁记录表面可以利用的磁化单元总数格式化容量一般是
9、非格式化容量的60%70%,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,3. 平均存取时间：存取时间：从发出读写命令，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传送数据所需的时间它与三个因素有关：找道时间等待时间数据传送时间找道时间和等待时间是随机变化的， 因此往往用平均值来表示平均等待时间与磁盘转速有关，常取磁盘旋转一周的时间的一半平均存取时间其中，n是磁盘旋转速率；b是传送的字节数；N是每磁道字节数4. 数据传输率 单位时间内向主机传送数据的字节数；传输率与存储设备和主机接口逻辑有关从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为每秒n转，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率Dr=n
10、N(字节/秒)，也可以写成Dr=Dv(字节/秒)，其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度,【例1】磁盘组有6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22cm ，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：(1)共有多少柱面? (2)盘组总存储容量是多少? (3)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什么?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，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上?,解答(1)(2)(3)解答(4)(5),【解】(1)柱面数=每个盘面的磁道数=(外
11、直径-内直径)/2道密度=(33-22)/240=405.5=220，即有220个柱面(2)内层磁道周长为2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盘组总容量=759880B10=7598800B(3)磁盘数据传输率Dr=nN，N为每条磁道容量， N=3454B，n为磁盘转速，n=6000转/60秒=100转/秒 Dr=nN=1003454B=345400B/s,题目,(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块(一个扇区)，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录
12、的数据块中，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4台磁盘，每台有16个记录面，每面有256个磁道，每道有16个扇区 (5)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，因为不需要重新找道，数据读/写速度快,题目,例：某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，5道/mm，每道记录信息12 288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：(1) 磁盘存储器的存储容量 (2) 最高位密度(最小磁道的位密度)和最低位密度 (3) 磁盘数据传输率 (4) 平均等待时间(5) 给出一个磁盘地址格式方案(设每个扇区存储512个字节)【解】(1) 存储容量为：
13、12288字节/道275道4面=13 516 800字节(2) 最高位密度：最大直径为：230+275/52=340mm最低位密度：122888位/(340mm)92位/mm(3) 转速3000转/分=50转/s，数据传输率：12288B50=614400B/s(4) 平均等待时间：1/50/2=0.01s=10ms(5) 磁盘地址由记录面号、磁道号和扇区号3部分构成其中4个记录面，故记录面号占2位；275个磁道，磁道号占9位；每个磁道所含的扇区数为12288/512=24，故扇区号占5位由此，磁道的地址可采用下面的格式：,7.3 磁盘存储设备的技术发展,7.3.1 磁盘Cache 1. 磁盘
14、Cache的概念 减少对磁盘存储器的存取时间的措施：提高磁盘机主轴转速；提高I/O总线速度；采用磁盘cache等设置磁盘cache的目的：弥补慢速磁盘和主存之间的速度差异2.磁盘Cache的原理cache行：由一些数据块组成的一个基本单位访问过程：命中及不命中时的读出操作、写入操作实现的原理：被访问数据的空间局部性和时间局部性原理，目前大多数磁盘驱动器中都使用了预读策略与CPU的Cache的不同：一次存取的数量大，数据集中，速度要求较CPU的cache低，管理工作较复杂，因此一般由硬件和软件共同完成；其中cache采用SRAM或DRAM,目录,多台磁盘存储器组成的大容量外存系统构造基础：数据分
15、块技术和并行处理技术；可实现数据的并行存储、交叉存储、单独存储；一旦系统中某一磁盘失效，还可利用冗余信息重建用户信息RAID标准：按应用需求(存储容量、可靠性、数据传输能力、I/O请求速率等)不同，分为7级(RAID 0RAID 6)举例：RAID 0级用于高速数据传输和高速I/O请求RAID 0低成本比可靠性更重要，未采用奇偶校验等冗余技术用户和系统数据分布在阵列中的所有磁盘上与单个大容量磁盘相比的优点：若两个I/O请求正在等待不同的数据块，则被请求的块可能在不同的盘上两个请求能并行发出，减少I/O排队的时间,7.3.2 磁盘阵列RAID(廉价冗余磁盘阵列Redundant Array of
16、 Inexpensive Disks),RAID 0级阵列的数据映射,逻辑条带、物理条带、条带集数据条带在阵列磁盘中的分布方式及其优点,负责逻辑磁盘和物理磁盘间的映射,(1) 软磁盘驱动器盘片有柔软的聚酯材料组成；磁头接触式读写(速度慢)目前的软盘直径为3.5英寸，300转/分，容量为1.44MB(2) ZIP和JAZ磁盘驱动器ZIP是高容量软盘，磁头非接触，速度快转速达3000转/分，容量大250MBJAZ介于软盘和硬盘之间，容量达1GB或2GB，盘片价格昂贵(3) 可移动硬盘驱动器容量达80G250GB,7.3.3 可移动存储设备,7.4 磁带存储设备(不讲),磁带机的记录原理与磁盘机基本
17、相同，只是它的载磁体是一种带状塑料写入：通过磁头把信息代码记录在磁带上读出：当记录有代码的磁带在磁头下移动时，就可在磁头线圈上感应出电动势磁带存储设备由磁带机和磁带组成，它通常用作为海量存储设备的数据备份磁带上的数据采用顺序访问方式速度比磁盘慢,目录,7.5 光盘和磁光盘存储设备,7.5.1 光盘存储设备 CD-ROM光盘只读型光盘系统的原理：光盘上的信息以坑点形式分布，有坑点表示“1”，无坑点表示“0” ；读出时，当激光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍射，反射率低，根据反射光的光强变化并进行光电转换，即可读出记录信息光道：信息记录的轨迹扇区：光盘的最小寻址单位，光道分为若干扇区【例6】CD-R
18、OM光盘的外缘有5mm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60分钟。计算模式1和模式2情况下光盘存储容量是多少?,目录,CD-ROM盘片存储机理,扇区的结构,同步(SYNC)区：标志扇区的开始，2个全0字节和10个全1字节组成扇区标识(ID)区：说明此扇区的地址和工作模式，4字节光盘扇区的地址编码：以分(MN)、秒(SC)和分数秒(FR，1/75s)时间值作为地址，由于光盘的恒定线速度是每秒钟读出75个扇区，故FR的值实际上就是秒内的扇区号(074)MD：模式控制，控制数据区和校验区的使用，有三种模式,分为4个区域,MD控制的三种模式,模式0：数据区和校验区的全部2336个
19、字节都是0，这种扇区不用于记录数据，用作光盘的导入区和导出区模式1：288字节的校验区为4字节的检测码(EDC)、8字节的保留域(未定义)和276字节的纠错码(ECC)，这种扇区模式有2048字节的数据并有很强的检测和纠错能力，适合于保存计算机的程序和数据模式2：288字节的检验区也用于存放数据，用于保存声音、图像等对误码率要求不高的数据,【解】 扇区总数=606075=270000(扇区) 模式1存放计算机程序和数据，其存储容量为2700002048=527MB 模式2存放声音、图像等多媒体数据，其存储容量为2700002336=601MB,WORM、CD-R光盘WORM一次写多次读CD-R
20、：是WORM的一种；允许多次分段写数据CD-RW光盘可重复写DVD-ROM光盘全称数字化视频光盘，后演变成数字化通用光盘的简称与CD-ROM的区别：凹陷区的大小相对更小些，使存储信息总量更大；双面可写，有的甚至多层可写,磁光 (MOMagnet Optical)盘：磁场技术和激光技术相结合由磁道和扇区组成，可随机写入、擦除或重写信息与纯磁盘的基本区别：磁表面需要高温来改变磁极，因此在常温下是稳定的，数据不会改变基本工作原理：写入数据：利用热磁效应，当激光束将磁光介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，而不同的磁化方向可表示数字“0”和“1”读出数据：利用磁光克尔
21、效应，当激光束照射到记录点时，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，从而检测出所记录的数据“1”或“0”,7.5.2 磁光盘存储设备,磁光盘操作的四种情况：,图(a)表示未编码的磁盘，例如所有磁化点均存“0”。,图(b)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记录点产生相反的磁性微粒，从而写入“1”。,图(c)表示读操作：低功率的激光束反射掉相反极性的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。,图(d)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。,结论：
22、MO盘介质材料发生的物理特性改变是可逆变化，因此信息可重写,7.6 显示设备,7.6.1 显示设备的分类与有关概念 显示设备以可见光的形式传递和处理信息显示设备的分类 (1) 按显示设备所用的显示器件分类：阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等(2) 按所显示的信息内容分类：字符/图形显示器、图像显示器CRT显示设备的分类按扫描方式分类：光栅扫描和随机扫描按分辨率分类：高分辨率显示器和低分辨率显示器按显示的颜色分类：单色(黑白)显示器和彩色显示器按荧光屏对角线长度：12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等,目录,1.分辨率和灰度级分辨率：显示器所能表示的像素个数；像素
23、越密，分辨率越高，图像越清晰影响分辨率的因素：显象管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力灰度级：黑白显示器中所显示像素点的亮暗差别；彩色显示器中表现为颜色的差别；灰度级越多，图像层次越清楚逼真 影响灰度级的因素:每个像素对应刷新存储器单元的位数、CRT本身的性能单色显示器；多灰度级黑白显示器；图像显示器的灰度级一般在256级以上,2.刷新和刷新存储器刷新：为了使人眼能看到稳定的图像显示，使电子束不断地重复扫描整个屏幕的过程刷新频率：刷新频率大于30次/秒才不会感到闪烁；显示设备中通常选用电视中的标准，每秒刷新50帧图像刷新存储器(视频存储器)：为了不断提供刷新图像的信号，用于存储
24、一帧图像信息的存储器刷新存储器的重要技术指标：容量：由图像分辨率和灰度级决定，M=rC例如：一个容量为1MB的刷新存储器，在用于分辨率为10241024的显示器时，其颜色深度只可能有256色存取周期：必须满足刷新频率的要求,1.字符显示字符的显示方法：以mn点阵为基础构造字符点阵信息的存储：按行存入由ROM构成的字符发生器中(3) 字符的显示过程：在CRT进行光栅扫描的过程中，从字符发生器中依次读出某个字符的点阵，按照点阵中0和1代码不同控制扫描电子束的关或开，从而在屏幕上显示出字符(4) 点阵的结构：点阵的多少取决于显示字符的质量和字符窗口的大小字符窗口每个字符在屏幕上所占的点数，包括字符显
25、示点阵和字符间隔,7.6.2字符/图形显示器,79点阵结构,(5) 字符显示原理字符信息的存储：每个字符窗口要显示字符的ASCII代码被存放在视频存储器VRAM中，以备刷新如：25行80列的显示器，VRAM至少应有2000个单元存放被显示的字符信息字符发生器ROM的寻址：高位地址来自VRAM的ASCII代码；低位地址来自光栅地址计数器的输出RA3RA0，它指向这个字形点阵中的某个字节显示一个字符的过程：按照VRAM中的ASCII码和光栅地址计数器访问ROM，依次取出字形点阵，即可显示一个字符,2.图形显示根据产生图形的方法不同，分为两种：(1)随机扫描图形显示器 将所显示图形的一组坐标点和绘图
26、命令组成显示文件存放于缓冲存储器，该显示文件控制矢量(线段)产生器产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动特点：分辨率高(可达40964096个像素)，显示的曲线平滑；但显示复杂图形时，会有闪烁感 (2)光栅扫描图形显示器 用相邻像素串接法产生图形，即曲线由相邻像素串接而成显示原理：存储屏幕上每个像素的信息，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上特点：通用性强，灰度层次多，显示复杂图形无闪烁；产生的图形有阴影效应、隐藏面消除、涂色等功能,【例3】IBM PC机汉字显示原理图如下，请分析此原理图并进行文字说明。,【解】在IBM PC系列微型计算机系统中，汉字输出是利用通用显示器和打印机 ，
27、在主机内部由通用的图形显示卡形成点阵码以后，将点阵码送到输出设备，输出设备只要具有输出点阵的能力就可以输出汉字。以这种方式输出的汉字是在设备可以画点的图形方式下实现的，因此常称这种汉字为图形汉字如图7.16所示，通过键盘输入的汉字编码，首先要经代码转换程序转换成汉字机内代码，转换时要用输入码到码表中检索机内码，得到两个字节的机内码，字形检索程序用机内码检索字模库，查出表示一个字形的32个字节字形点阵送显示输出,主观图像(图形)：用计算机表示和生成的图，只需存储绘图命令和坐标点，没有必要存储每个像素点客观图像(图像)：处理的对象是由摄像机摄取下来存入计算机的数字图像，数字化后逐点存储，占用非常庞
28、大的主存空间图像显示器有两种类型：1.简单图像显示器 不做任何处理，仅仅显示由计算机送来的数字图像；图像处理操作在计算机中完成2.图形处理子系统 是具有并行处理功能的专用计算机，内部有大容量存储器和高速处理器，不仅能完成显示，还可快速执行许多图像处理算法；图形工作站属于图形处理子系统,7.6.3 图像显示设备,图像输入控制板(视频数字化仪)组成： I/O接口、图像存储器(刷新存储器)、A/D与D/A变换图像输入控制板功能：实现连续的视频信号与离散的数字量之间的转换；接收摄像机模拟视频输入信号，经A/D变换为数字量存入刷新存储器用于显示，并可传送到计算机进行图像处理；处理后的结果送回刷存，经D/
29、A变换成模拟视频输出，由监视器显示输出监视器：只含扫描、视频放大等与显示有关的电路及显像管,1.显示标准PC机采用的显示标准经历的变化：MDA CGA EGA VGA SuperVGAMDA(Monochrome Display Adapter)单色字符显示适配器，914点阵的字符窗口， 满屏显示80列25行字符，分辨率为720350个像素CGA (Color Graphics Adapter)彩色图形/字符显示适配器，兼容字符和图形两种显示方式；图形方式下，可显示320200像素四种颜色的彩色图形EGA(Enhanced Graphics Adapter)兼容CGA和MDA各种显示方式，图形
30、方式下分辨率640350，16种颜色VGA(Video Graphics Array)字符窗口916点阵，图形方式下分辨率640480，16种颜色，或320200， 256种颜色；扫描频率(水平同步)31.5kHz，刷新频率(垂直同步)60Hz；还增添了一个新接口VFC，允许来自其他设备的图形、图像信号与适配器生成的图形信号合成,7.6.4 VESA显示标准,Super VGA模式VESA(美国视频电子标准协会)定义的VGA扩展集，将显示方式标准化；该模式除兼容VGA的显示方式外， 还支持12801024像素光栅，每像素点24位颜色深度，刷新频率可达75MHz2.VESA(Video Elec
31、tronics Standard Association)显示模式表7.1 列出了VESA扩充的标准显示模式MDA，CGA，EGA的显示方式由BIOS的一组功能调用(INT 10h)来设置和管理，使用7位的方式码VESA保留了这种方式，将VGA类显示器及适配器所能支持的新的显示方式进行定义，并为新的显示方式指定了15位的方式码，方式码的b8位为VESA标志位，b14b9为保留位(目前全为0)，故VESA的显示方式号为 1h支持12801024像素，24位颜色深度，刷新频率可达75MHz,3.显示适配器由刷新存储器、显示控制器、ROM BIOS三部分组成,刷新存储器存放显示图案的点阵数据；容量取
32、决于显示方式ROM BIOS作为基本输入、输出系统的固化软件，用于支持显示控制器建立所要求的显示环境，主要用于DOS操作系统；在Windows环境下，由设备驱动程序建立操作系统与适配器硬件的衔接，它的大部分功能不被使用显示控制器适配器的心脏，主要完成的任务：(1) 根据设定的显示方式，将从显存中读取的图像点阵转换成R，G，B三色信号，并配以同步信号送至显示器刷新屏幕(2) 提供由系统总线至刷存总线的通路，支持CPU将主存中已修改好的点阵数据写入到刷存，以更新屏幕；数据的修改一般利用扫描回程的消隐时间写到刷存中，因此显示屏幕不会出现凌乱说明：先进的显示控制器具有图形加速能力，其功能包括：(1)位
33、和块传送：用于生成和移动一个矩形块(如窗口)数据(2)画线：由硬件在屏上任意两点间画一向量(3)填域：以预先指定的颜色或花样填满一个任意多边形(4)颜色扩充：将图像放到屏幕上时，指定其前景颜色和背景颜色,【例4】刷存的重要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部分要争用刷存的带宽。假定总带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。(1)若显示工作方式采用分辨率为1024768，颜色深度为3B，帧频(刷新速率)为72Hz，计算刷存总带宽应为多少? (2)为达到这样高的刷存带宽，应采取何种技术措施?【解】(1) 刷新所需带宽=分辨率每个像素点颜色深度刷新速率 10247
34、683B72/s=165888KB/s=162MB/s 刷存总带宽应为162MB/s100/50=324MB/s (2)为达到这样高的刷存带宽，可采用的技术措施：使用高速的DRAM芯片组成刷存； 刷存采用多体交叉结构；刷存至显示控制器的内部总线宽度由32位提高到64位，甚至128位 ；刷存采用双端口存储器结构，将刷新端口与更新端口分开,转本章小结,7.7 输入设备和打印设备,7.7.1 输入设备 计算机输入设备分为图形输入、图像输入、声音输入等几类： 1.图形输入设备图形输入方法较多，特别是交互式图形系统要求具有人-机对话功能：计算机将结果显示给人，人根据看到的显示决定下一步操作，并通过输入设
35、备告诉计算机。如此反复多次，直到显示结果满意为止。为此必须具有方便灵活的输入手段，才能体现“交互式”的优越性(1)键盘输入 键盘是字符和数字的输入装置，无论字符输入还是图形输入，键盘是一种最基本的常用设备 。当需要输入坐标数据建立显示文件时，要利用键盘。另外，利用键盘上指定的字符与屏幕上的光标结合，可用来移动光标，拾取图形坐标，指定绘图命令等,目录,(2)鼠标器输入 光笔和图形板两种输入方式都是输入某一点的绝对坐标，而鼠标器只要输入相对坐标鼠标器是一种手持的坐标定位部件，有两种类型。一种是机械式的，另一种是光电式的,2.图像输入设备最理想的图像输入设备是数字摄像机。它可以摄取任何地点、任何环境
36、的自然景物和物体，直接将数字图像存入磁盘当图像已经记录到某种介质上时，要利用读出装置读出图像。例如记录在录像带上的图像要用录像机读出，再将视频信号经图像板量化后输入计算机。记录在数字磁带上的遥感图像可以直接在磁带机上输入。如果想把纸上的图像输入计算机，一种方法是用摄像机对着纸上的图像摄像输入，另一种方法是利用装有CCD(电荷耦合器件)的图文扫描仪或图文传真机。还有一种叫“光机扫描鼓”的专用设备，可以直接将纸上的图像转换成数字图像由于一帧数字图像要占很大的存储空间，图像数据的传输与存储间题将是一个十分重要的研究课题，目前普遍采用的方法是压缩-恢复技术,3.语音输入设备利用人的自然语音实现人-机对
37、话是新一代多媒体计算机的重要标志之一；如图为一种语音输入/输出设备的原理方框图：,语音识别器可以将人的 语言声音转换成计算机能够识别的信息，并将这些信息送入计算机；计算机处理的结果又可以通过语音合成器变成声音输出,通常语音识别器与语言合成器放在一起做成语音输入/输出设备,1.打印设备的分类按印字原理分: 分为击打式和非击打式两大类击打式是利用机械作用使印字机构与色带和纸相撞击而打印字符。因此习惯上将属于击打式打印方式的机种称为“打印机”。击打式设备的成本低，缺点是噪音大，速度慢。非击打式是采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法印刷字符，因此习惯上将这类非击打式的机种称 为“印字机”，如激光印字机
38、，喷墨印字机等。非击打式的设备速度快，噪音低，印字质量高，但价格较贵,有的设备还需要专用纸张.目前的发展趋势是机械化的击打式设备逐步转向电子化的非击打式设备(2) 击打式打印机又分为活字式打印和点阵针式打印两种活字式打印机将字符“刻”在印字机 构表面上，印字机构的形状有圆柱形、球形等多种。点阵针式打印机是利用打印钢针组成的点针来表示字符。与活字式打印机相比，点阵式打印机的控制机构简单，字形变化多样，且能打印汉字，因而是应用最广泛的一类打印机,7.7.2 打印设备,打印输出可产生永久性记录， 因此又称为硬拷贝设备,(3) 按工作方式分，可分为串行打印机与行式打印机两种串行打印机是逐字打印的，行式
39、打印机是一次可以输出一行，因而行式打印机的速度比串行打印机快。例如点阵式打印机有串行点阵打印机和行式点阵打印机(4) 按色彩和打印效果可分，可分为单色打印机和彩色打印机等；普通打印机和图形/图像打印机,2.激光印字机激光印字机是激光技术和电子照相技术结合的产物，其基本原理与静电复印机相似激光器输出的激光束经光学透镜系统被聚焦成一个很细小的光点，沿着圆周运动的滚筒进行横向重复扫描。滚筒是记录装置，表面镀有一层具有光敏特性的感光材料，通常是硒，因此又将滚筒称为硒鼓。硒鼓在未被激光束扫描之前，首先在黑暗中充电，使鼓表面均匀地沉积一层电荷。此后根据控制电路输出的字符或图形，变换成数字信号来驱动激光器的
40、打开与关闭。扫描时激光器将对鼓表面有选择地曝光，曝光部分产生放电现象，未曝光部分仍保留充电时的电荷，从而形成静电潜像。随着鼓的转动，潜像部分将通过装有碳粉盒的显影器，使得具有字符信息的区域吸附上碳粉，达到显影的目的。当鼓上的字符信息区和普通纸接触时，由于在纸的背面施以反向的静电电荷，鼓表面上的碳粉就会被吸附到纸上来，这个过程称为转印。最后，当记录有信息的纸经过定影辊高温加热，碳粉被溶化，永久性地粘附在纸上，达到定影的效果,另一方面，转印后的鼓面还留有残余的碳粉。因此先要除去鼓表面的电荷，然后经清扫刷，将残余的碳粉全部清除。清除以后的鼓表面又继续重复上述的充电、曝光、显影、转印、定影等一系列过程
41、。激光印字机是非击打式硬拷贝输出设备，输出速度快，印字质量高，可使用普通纸张。其印字分辨率达到每英寸300个点以上，缓冲存储器容量一般在1MB以上，对汉字或图形/图像输出，是理想的输出设备，因而在办公自动化及轻印刷系统中得到了广泛的应用,本 章 小 结,外围设备分类：输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备；每种设备都在自己的设备控制器控制下工作，而设备控制器通过I/O接口模块和主机相连，并受主机控制磁盘、磁带属于磁表面存储器，特点是存储容量大，位价格低，记录信息永久保存，但存取速度较慢，因此在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用；存储原理、主要技术指标及参数计算硬磁盘按盘片结
42、构分为可换盘片式、固定盘片式两种，磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种；温彻斯特磁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，组装成一个不可拆卸的机电一体化整体，防尘性能好，可靠性高，因而得到了广泛的应用，成为最有代表性的硬磁盘存储器磁盘存储器的主要技术指标：存储密度、存储容量、平均存取时间、数据传输速率,磁盘阵列RAID是多台磁盘存储器组成的大容量外存系统，它实现数据的并行存储、交叉存储，单独存储，改善了I/O性能，增加了存储容量，是一种先进的硬磁盘体系结构光盘和磁光盘是近年发展起来的一种外存设备，是多媒体计算机不可缺少的设备显示设备的有关概念、字符显示原理不同的CRT显示标准所支
43、持的最大分辨率和颜色数目不同；VESA标准，是一个可扩展的标准，它兼容传统的VGA等显示方式外，还支持12801024像素光栅，每像素点24位颜色深度，刷新频率可达75MHz；显示适配器作为CRT与CPU的接口，由刷新存储器、显示控制器、ROM BIOS三部分组成；先进的显示控制器具有图形加速能力常用的计算机输入设备：图形输入设备(键盘、鼠标)、图像输入设备、语音输入设备；常用的打印设备(硬拷贝输出设备)：激光打印机、彩色喷墨打印机等,本 章 小 结,I/O系统基本概念外部设备输入设备：键盘、鼠标输出设备：显示器、打印机外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器I/O接口(I/O控制器)I/O接口的基本功能和结构(第6章内容)I/O端口及其编址(第8章内容)I/O方式(第8章内容)程序查询方式程序中断方式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念DMA方式DMA控制器的组成；DMA传送过程通道方式,输入输出(I/O)系统要点,1、3、6、10、13,课后作业,
