计算机组成原理(白中英)第章

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1、计算机组成原理 第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器第三章存储系统第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统第九章并行组织 目录 教材白中英 计算机组成原理 网络版 科学出版社 2002参考书石磊 计算机组成原理 第2版 清华大学出版社 2006钱晓捷 微型计算机原理及应用 清华大学出版社 2006王爱英 计算机组成与结构 第3版 清华大学出版社 2001白中英邝坚 计算机组织与结构 网络版 科学出版社 2003 第七章外围设备 除了CPU和主存外 计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待 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

2、 外围设备的基本组成部分 存储介质 驱动装置 控制电路 第7章外围设备 接口 7 2显示设备 液晶显示器LCDLiquidCrystalDisplay 阴极射线管显示器CRTCathodeRayTube 显示设备分类 显示器件CRTLED等离子显示信息字符显示图形显示图像显示扫描方式光栅扫描随机扫描 如按分辨率 颜色 显示器对角线长度分类呢 像素 组成图像的最小单位 显示器上的发光点点距 相邻像素的距离 相同色彩点的距离 0 31mm 0 28mm 0 25mm 分辨率 显示器所能表示的像素个数分辨率 水平点数 垂直点数640 480800 6001024 7681280 1024 像素和分辨

3、率 点距越小 显示的图像越细腻分辨率越高 所能表达的图像信息越多 图像越清晰 灰度级 黑白显示器所显示的像素点的亮暗差别 彩色显示器所能表现的颜色数量 彩色深度 单色显示器 只有两级灰度的显示器黑白显示器 具有多种灰度级的黑白显示器彩色显示器 红 绿 蓝三色发光点组成灰度和彩色深度与显示存储器有关 如果使用8个二进制位表达一个像素的灰度 则可以有256种不同的亮度 如果红 绿 蓝三色都用8个二进制位表达 则彩色图像就具有224 16M 种颜色 被成为真彩色灰度级越多 图像层次感越强 色彩数越多 图像越清楚逼真 灰度和色彩 刷新 使电子束不断地重复扫描整个屏幕的过程不感到闪烁的刷新频率 30次

4、秒模拟电视标准 每秒刷新50帧图像 刷新和扫描 光栅扫描 光栅扫描是从上至下顺序扫描整个屏幕逐行扫描隔行扫描 扫描频率 完成一帧所花时间的倒数 也叫刷新频率 每个像素在一秒内被刷新次数 刷新频率越高 图像越稳定 感觉越舒服 7 3输入设备和打印设备 输入设备图形输入 键盘 鼠标器 手写笔图像输入 扫描仪 摄像头声音输入 麦克风打印设备针式打印机喷墨打印机激光打印机 7 4硬磁盘存储设备 磁记录方式 磁记录方式是一种编码方法 将数字信息转换成磁化单元归零制 RZ ReturntoZero正脉冲电流表示 1 负脉冲电流表示 0 不论记录 0 或 1 在记录下一信息前 记录电流恢复到零电流简单易行

5、记录密度低 改写磁层上的记录比较困难 一般是先去磁后写入 不归零制 NRZ NonReturntoZeroChange磁头线圈始终有电流对连续记录的 1 和 0 写电流的方向是不改变的 无自同步能力 磁记录方式 见 1 就翻的不归零制 NRZ1 NonReturntoZeroChangeOnOne磁头线圈始终有电流通过 在记录 1 时 电流改变方向 写 0 电流保持不变 不具备自同步能力 需要引用外同步信号调相制 PM 又称相位编码 PE PhaseMudulation记录数据 0 时 规定磁化翻转的方向由负变为正 记录数据 1 时从正变为负 0 1 的读出信号相位不同 抗干扰能力强 磁带多用

6、此 具有自同步能力 磁记录方式 调频制 FM FrequencyModulation记录 1 时 不仅在位周期的中心产生磁化翻转 而且在位与位之间的边界处要翻转一次 记录 0 时 位周期中心不产生磁化翻转 但位与位之间的边界处要翻转一次 具有自同步能力 改进调频制 MFM ModifiedFrequencyModulation记录数据 1 时在位周期中心磁化翻转一次 记录数据 0 时不翻转 连续两个或两个以上 0 时 在位周期的起始位置翻转一次 而不是在每个位周期的起始处都翻转 具有自同步能力 记录方式 代码0或1的写入电流波形 磁盘存储器的主要技术指标 1 4 存储密度 单位长度或单位面积所

7、存储的二进制信息量 磁盘的存储密度 a 道密度 指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数 b 位密度 指沿磁道的单位长度上记录的二进制信息位数 c 面密度 以上两个乘积 存储容量以字节为单位 指存储器所能存储的二进制信息总量 磁盘存储器有格式化容量和非格式化容量两个指标 格式化容量 指按照特定的记录格式存储信息的总量非格式化容量 磁记录表面可以利用的磁化单元总数 磁盘存储器的主要技术指标 2 4 寻址时间 对磁盘存储器 寻址时间 寻道时间 等待时间等待时间与磁盘转速有关 可用磁盘旋转一周所需要时间的一半来表示平均等待时间 例 磁盘的转速为3600r min 则平均等待时间 0 5 60 3600 8

8、 3ms 读写周期 读出 写入一个字的时间称为读写时间 两次读出 写入操作之间的时间间隔称为读写周期或存取周期 磁盘存储器的主要技术指标 3 4 数据传输率 单位时间内向主机传送数据的位数或字节数 对磁盘存储器 单磁头串行读 写半径R0已知 数据传输率计算如下 每道信息量 位密度 2 R0 R0为内半径 数据传输率 bps 每道信息量 转速r r是每秒转速 位密度 2 R0 转速例某盘组共9块盘片 有16个盘面来记录数据 每面分256个磁道 每道有16个扇区 每个扇区存储512个字节 假设磁盘旋转速度为每分钟3600转 求数据传输率 解 每秒钟的的转速 3600 60 60转 数据传输率 每一

9、磁道容量 每秒钟转速 16 512 60 480KB S 磁盘存储器的主要技术指标 4 4 误码率 是衡量出错概率的参数 等于出错位数与读写总信息位数之比 位价格 通常用位价格来比较各种外存储器 位价格是用设备价格除以存储器二进制位总容量 一个常识 每面信息量 每道信息量 柱面数 每道信息量 道密度 外半径 内半径 总容量 每面信息量 面数 磁盘上信息的分布 盘片的上下两面都能记录信息 通常把磁盘片表面称为记录面 磁面 记录面上一系列同心圆称为磁道 每个盘片表面通常有几十到几百个磁道柱面指的就是多个盘片上具有相同编号的磁道 它的数目和磁道是相同的每个磁道又分为若干个扇区 它是磁盘上的最小记录单

10、位PC机中每个扇区的标准容量是512个字节 7 5软磁盘存储设备 7 6磁带存储设备7 7光盘存储设备CD ROM DVD ROM CD R CD RW 廉价磁盘冗余阵列RAID 1988年 Patterson教授首先提出廉价磁盘冗余阵列RAIDRedundantArrayofInexpensiveDisks独立磁盘冗余阵列RAIDRedundantArrayofIndependentDisks简称磁盘阵列技术磁盘阵列将数据分布存放在多个磁盘驱动器 代替一个大容量磁盘 提高性能 添加冗余磁盘存放校验信息 提高可靠性优点 容量大 速度快 可靠性高 造价低廉 RAID的主要类型 主要有7个RAID

11、级别RAID0 RAID6 有些研究人员也定义了其他级别RAID各级别具有不同结构 但有如下共性 RAID由一组物理磁盘驱动器组成 操作系统视之为一个逻辑驱动器数据分布在一组物理磁盘上冗余信息被存储在冗余磁盘空间中 保证磁盘在万一损坏时可以恢复数据其中第2 3个特性在不同的RAID级别中的表现不同 RAID0不支持第3个特性 RAID0 数据分块 即把数据分布在多个盘上非冗余阵列 无冗余信息严格地说 它不属于RAID系列 RAID1 亦称镜像盘 使用双备份磁盘每当数据写入一个磁盘时 将该数据也写到另一个冗余盘 形成信息的两份复制品 RAID2 位交叉式海明编码阵列各个数据盘上的相应位计算海明校

12、验码 编码位被存放在多个校验 Ecc 磁盘的对应位上 RAID3 位交叉奇偶校验盘阵列单盘容错并行传输 数据以位或字节交叉存储 奇偶校验信息存储在一台专用盘上 RAID4 专用奇偶校验独立存取盘阵列数据以块 块大小可变 交叉的方式存于各盘 奇偶校验信息存在一台专用盘上 RAID5 块交叉分布式奇偶校验盘阵列数据以块交叉的方式存于各盘 无专用冗余盘 奇偶校验信息均匀分布在所有磁盘上 RAID6 双维奇偶校验独立存取盘阵列数据以块 块大小可变 交叉方式存于各盘 检 纠错信息均匀分布在所有磁盘上 7 7光盘存储设备 光盘 OpticalDisk 是利用光学原理读写信息的存储器 特点容量大速度快密度高

13、介质寿命长不易受干扰能够进行非接触读写和高速随机存取 7 7光盘存储设备 只读式光盘只读式光盘 ReadOnly 盘片由厂家预先写入数据或程序 出厂后用户只能读取 不能写入和修改 只写一次光盘只写一次光盘 WriteOnceOnly 可以由用户写入信息 不过只能写一次 写入后不能修改 可以多次读出 相当于PROM 在盘片上留有空白区 可以把要修改和重写的的数据追记在空白区内 可檫写式光盘可檫写式光盘 Rewriteable 利用磁光效应存取信息 采用特殊的磁性薄膜作记录介质 用激光束来记录 再现和删除信息 又称为磁光盘 类似于磁盘 可以重复读写 7 7光盘存储设备 光盘存储器的性能的改进 1

14、增大存储容量 研制短波长激光器 研制高密度磁光记录新材料 改进信息记录方式和数据处理技术 2 缩短存取时间 提高传输效率 3 研制快速存取光学头 4 提高盘片转速 第7章教学要求 掌握像素 点距 分辨率 灰度级 彩色深度 刷新 扫描的概念 以及对显示效果的影响理解NRZ PM FM MFM各记录方式的特点了解磁面 磁道 磁柱 扇区的概念 以及磁盘信息的分布特点 第七章小结 本章小结 外围设备可以分为输入设备 输出设备 外存设备 网络通信设备等 每一种设备 都是在它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 接口 和主机相连 并受主机控制 常用的计算机输入设备有图形输入设备 图像输入设备 语音输入设备 本章介绍的是键盘 鼠标 扫描仪 数码相机等 除此之外 还有光笔 图形板和游动标等 常用的打印设备有点阵式打印机 激光打印机 喷墨打印机等 它们都属于硬拷贝输出设备 显示设备是目前应用最广泛的人 机通讯设备 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 光盘 OpticalDisk 是利用光学原理读写信息的存储器 由于光盘的容量大 速度快 不易受干扰等特点 光盘的应用越来越广泛 计算机必然要实现网络化 网络就是计算机 网络和通讯设备是计算机实现网络化所必须的外部设备