七章外围设备.ppt
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1、1,第七章 外围设备,中央处理器CPU、主存是构成计算机的主体,称为主机。主机以外的大部分硬件称为外围设备,也叫输入输出设备、I/O设备。外围设备与主机之间的连接要靠I/O接口,通过I/O接口完成主机与I/O设备之间的信息交换,即信息的输入输出。所谓输入输出是以主机为基准点,信息送入主机为输入,主机送出信息为输出。外围设备是计算机系统中不可缺少的重要组成部分,在计算机和其它机器之间、计算机与用户之间提供联系。,2,本章主要内容,主要内容外围设备概述磁介质存储器光盘存储器常用输入设备打印输出设备显示输出设备,3,一、外围设备概述,中央处理器和主存储器构成计算机的主机。除主机之外,计算机系统的其它
2、部分都可作为外围设备来看待。外围设备简称外设。,4,1、外设的一般功能,外设在计算机和其它机器之间、以及计算机和用户之间提供联系。外设的作用如下:人机对话的通道完成数据变换的设备软件和信息的驻留地计算机在各领域应用的桥梁外设种类很多,归纳起来具有以下特点:由信息载体、驱动装置和控制电路组成工作速度比主机慢得多信息类型和结构各不相同电气特性也不相同,2、外设的分类,每一外设都是 在自己的设备控制器控制下进行工作,而设备控制器则通过适配器和主机连接,并受主机控制。,6,二、磁介质存储器(磁表面存储器),磁介质存储器主要用作外存储器,磁盘、磁带均属于磁介质存储器。在磁介质存储器中,用涂在金属铝片或塑
3、料薄膜表面的某些磁性材料(如氧化铁掺入少量钴)来存储信息的。所涂的磁性材料层称为磁层,被涂的金属铝片或塑料薄膜称为载体(载磁体),而磁层和载体合在一起称为记录介质。磁介质存储器的特点是容量大、位成本低,通常在断电后仍能保存信息,是非易失性存储器,能够脱机保存信息;主要缺点是存取速度慢,机械结构复杂,对工作环境要求较高。,7,1、磁记录原理,读写磁头:磁头是读写的关键部件,由它进行电磁或磁电转换。写入信息时进行电磁转换,读出信息时进行磁电转换。磁头由高导磁材料制成,上面绕有线圈。磁头面向记录介质的部分开有间隙,称为头隙。如果没有这个头隙,磁通将在闭合磁路中流过,对记录介质没有任何影响,也就无法记
4、录信息。,8,磁记录原理(续),写入原理:写“1”和写“0”时分别在写线圈中通以不同方向的脉冲电流,当磁头相对于磁层运动时就在磁层的表面留下不同方向的磁化单元,分别代表“1”和“0”。读出原理:当磁头相对于磁层运动时,磁层表面不同磁化单元在读线圈中感应出不同方向的感应电动势,分别代表“1”和“0”。,9,2、信息的记录方式,在实际应用中,磁性材料写入二进制0或1是靠不同的写入电流波形来实现的。形成不同写入电流波形的方式称为记录方式。,归零制:写“1”时,磁头线圈加正向脉冲电流,然后电流归0;写“0”时,磁头线圈加负向脉冲电流,写完后电流也归0。归零制具有自同步能力,但记录密度低,已经不用。,不
5、归零制:写“1”时,磁头线圈有正向电流;写“0”时,磁头线圈有负向电流。磁头线圈中始终有电流。无自同步能力,也不用。,见1就翻不归零制:流过磁头的电流只有在记录“1”时改变方向,记录“0”时电流方向不变。磁头线圈中始终有电流。无自同步能力,需要增设同步磁道来提供外加同步选通信号。,调相制:写“1”时,写电流在位单元中间正跳变(-I+I);写“0”时,写电流在位单元中间负跳变(+I-I)。读出时,位单元中间的转换区将产生读出信号,该信号既是数据信号,又是同步信号,所以调相制具有自同步能力。,调频制:每个位单元起始处,写电流改变一次方向,写入信号作为本位的同步信号;位单元中间记录信息,写0时位单元
6、中间不变,写1时位单元中间改变一次方向。这样,写0时位单元变化1次,写1时位单元变化2次。用频率的变化表示0和1。有自同步能力。,改进调频制:写“1”时,写电流在位单元中间改变一次方向;写一个“0”时,写电流不改变方向;写两个或两个以上“0”时,写电流在位单元边界改变方向(位间相关性编码,以减少磁通翻转次数,提高记录密度)。有自同步能力。,10,3、硬磁盘的基本结构与分类,硬盘主要由磁记录介质、硬盘控制器、硬盘驱动器三部分组成。记录介质为硬质圆形盘片或盘片组;硬盘控制器包括控制逻辑与时序电路、串并转换电路与并串转换电路;硬盘驱动器包括读写电路、读写转换开关、读写磁头、主轴电机、磁头定位机构等。
7、逻辑结构下图所示。,11,硬磁盘的基本结构与分类(续一),12,硬磁盘的基本结构与分类(续二),硬盘有不同的分类方法,一般分为:根据磁头运动与否可分为:固定磁头磁盘和活动磁头磁盘。固定磁头磁盘,每个磁道对应一个磁头。活动磁头磁盘的每个盘面只有一个磁头,也是目前使用最多的一种。根据盘片固定与否可分为:可换盘片磁盘和固定盘片磁盘。根据密封与否可分为:温彻斯特盘和非温彻斯特盘。温彻斯特盘简称温盘、根据温彻斯特技术设计制造。该技术的主要特点是将磁头、盘片、磁头定位机构、主轴、读写驱动电路都密封在一个盘盒内,构成一个组合体。温盘可靠性高,环境要求低。非温彻斯特磁盘的磁头和盘片是不密封的,因此要求有超净化
8、的使用环境。,13,硬磁盘的基本结构与分类(续三),补充说明:活动磁头的硬盘,驱动磁头沿盘面径向移动,来寻找目标磁道的机构叫磁头定位系统。驱动电机有步进电机(脉冲驱动)和音圈电机(直线运动)两种。硬盘在读写过程中,盘片高速旋转,盘面形成的气垫将磁头托起,所以磁头与盘面并不接触,减少了磨损,提高了寿命。硬盘在启动前和停止后,磁头停放在记录区和轴心之间的空白区,该空白区为着陆区,此时磁头接触盘面。,14,4、磁盘的信息分布,以下介绍几个概念:记录面:磁盘片表面称为记录面,一个盘片有两个记录面。磁道:记录面上的一系列同心圆称为磁道。磁道从外向内编址,最外一个同心圆叫做0磁道。扇区:一条磁道划分成若干
9、个小段,每个小段称为一个扇区,一个扇区存放一个定长的记录块,如512个字节。柱面:磁盘可能有多个盘片,即盘片组,所有半径相等的磁道的集合称为圆柱面,一个盘片组的圆柱面数等于其中一个记录面上的磁道数。(为什么引入柱面?),15,数据在磁盘上的记录格式,16,5、磁盘存储器的主要技术指标,存储容量:磁介质存储器可以存储的总字节数,分为格式化容量和非格式化容量。格式化容量是用户能够使用的容量。非格式化容量指磁记录表面可以利用的磁化单元数。存储密度:存储密度是指磁盘单位面积能记录的二进制信息量,分为道密度和位密度。道密度是指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位为TPI(道/英寸)、TMP(道/毫米)
10、。位密度是指单位长度磁道上可以记录的二进制位数,bpi(位/英寸)、bpm(位/毫米)。现在道密度达38000TPI。平均存取时间:从发出读写命令到磁盘信息读出或写入的时间,包括寻道时间和等待时间。寻道时间是指将磁头定位到所要求的磁道上所需要的时间;等待时间是等待磁道上所需要访问的信息到达磁头的时间。平均存取时间等于平均寻道时间加平均等待时间。数据传输率:磁盘存储器在单位时间内向主机传送的字节数。传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。,17,三、光盘存储器,光盘存储器简称光盘,是近几年来很受重视的一种外存设备,更是多媒体计算机不可缺少的设备。光盘采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息,
11、以介质材料的光学特性(如反射率)的变化来表示所存储信息(0或1)。光盘的优点是记录密度高,不足是存取时间长。,18,1、光盘分类,光盘分为以下几类:只读型:CD-ROM、DVD-ROM。一次写入型:CD-R,用刻录机向CD-R盘写入数据。重写型:可进行随机写入、擦除或重写信息。只读型、一次写入型属于形变型光盘,重写型又分为磁光盘和相变光盘。,19,2、光盘的存取原理,形变型光盘的读写原理形变型光盘写入时,将激光束聚焦成直径小于1微米的光点,通过照射、并融化盘表面上的光介质薄膜,在薄膜上形成小凹坑,有坑表示1,无坑表示0。若是只写一次型光盘,到此写入操作完成。若是只读型光盘,这时得到的是母盘。由
12、母盘取反,得到副盘,也叫“模”。再由这个模取反就可得到大量的与母盘一致的只读型光盘了。读出时,在激光束的照射下,有凹坑处和无凹坑处反射的光强和方向是不同的,利用这种差别来区分1或0。,20,光盘的存取原理(续一),磁光盘(MO)的读写原理磁光盘利用热磁效应写入数据。当激光束将磁光介质的记录点加热到居里点(280左右)温度时,外加磁场能够改变记录点的磁化方向,而不同的磁化方向可表示数字1或0。当读出数据时,用弱激光束照射记录点,记录点的磁化方向不同,会引起反射光的偏振面发生左旋或右旋,从而检测出所记录的数据1或0。擦除时,和记录信息的原理一样,在外加磁场的作用下,对已记录信息的介质用激光照射,使
13、照射区反方向磁化,从而恢复到记录前的状态。,21,光盘的存取原理(续二),相变盘(PC)的读写原理相变盘利用相变材料的晶态和非晶态来记录信息。写入时,强弱不同的激光对记录点加热、再快速冷却后,记录点分别呈现晶态或非晶态。读出时,用弱激光扫描相变盘,晶态反射率高,非晶态反射率低,根据反射光的强弱来检测出1或0。擦除时,用中等强度的激光较长时间地照射光介质,在冷却后使所有二进制位都恢复到原有的结晶状态,全部成为0,信息被擦除。无论磁光盘还是相变盘,介质材料发生的物理特性的改变都是可逆的,因此可重写。,22,四、常用输入设备,输入设备是将人们熟悉的信息形式变换成计算机能接受并识别的信息形式的设备。常
14、见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机、数字摄像设备、语音输入设备等。,23,1、键盘,PC机的键盘分为三部分:外壳、按键和电路板。按键分为触点式(机械式)和无触点式(电容式)。大多数键盘的按键被排列成矩阵结构,每个键位于行列的交叉处。触点式键盘需要用消抖电路或软件延时(20ms)的办法进行处理,防止出现一次按键多次输入的现象,称为消抖。键盘分为编码键盘和非编码键盘。编码键盘是用硬件电路来识别按键代码的,当某键按下时,相应电路给出一组编码信息(如ASCII码),并送主机进行识别和处理。非编码键盘是用较为简单的硬件和专用的键盘扫描软件来识别按键的位置,提供位置代码,再由处理器将位置码转换为A
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