《【北邮本科课件 计算机组成原理】第7章 IO设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【北邮本科课件 计算机组成原理】第7章 IO设备（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第第7章 外围设备章 外围设备 2 本章内容本章内容 外围设备概述外围设备概述 磁盘存储设备磁盘存储设备 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展 磁带存储设备磁带存储设备 显示设备显示设备 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 3 7.1 外围外围设备概述设备概述 4 外设在计算机系统中的地位外设在计算机系统中的地位 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 5 外围设备的发展趋势外围设备的发展趋势 低成本、小体积、高速、大容量、低功耗低成本、小体积、高速、大容量、低功耗 并行到串行并行到串行 单一到多种类型单一到多种类型 数字和字符到直观的图象和声音数字和字符到直观的图
2、象和声音 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 6 外围设备分类外围设备分类 输入/输出设备输入/输出设备 外存设备外存设备 数据通信设备数据通信设备 过程控制设备过程控制设备 主要功能 完成人机交互功能。是电子、机械、光学、化 学等多学科的交叉 主要功能 完成人机交互功能。是电子、机械、光学、化 学等多学科的交叉 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 77 外围设备一般功能外围设备一般功能 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。 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。 外围设备（以磁盘为例）基本组成外围设备（
3、以磁盘为例）基本组成 存储介质，它具有保存信息的物理特征。例如磁盘 就是一个存储介质的例子，它是用记录在盘上的磁 化元表示信息 存储介质，它具有保存信息的物理特征。例如磁盘 就是一个存储介质的例子，它是用记录在盘上的磁 化元表示信息 驱动装置，它用于驱动存储介质移动。例如，磁盘 设备中，驱动装置用于转动磁盘并进行定位 驱动装置，它用于驱动存储介质移动。例如，磁盘 设备中，驱动装置用于转动磁盘并进行定位 控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接 收数据。例如，磁盘读出时，控制电路把盘上用磁 化元形式表示的信息转换成计算机所需要的电信号， 并把这些信号用电缆送给计算机主机。 控制电路，它向存储
4、介质发送数据或从存储介质接 收数据。例如，磁盘读出时，控制电路把盘上用磁 化元形式表示的信息转换成计算机所需要的电信号， 并把这些信号用电缆送给计算机主机。 8 外围设备的分类外围设备的分类 一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需 要来决定的。如下图所示出了计算机的五大类外围设备， 这只是一个典型化了的计算机环境。 一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需 要来决定的。如下图所示出了计算机的五大类外围设备， 这只是一个典型化了的计算机环境。 9 7.2 磁盘存储设备磁盘存储设备 10 概述概述 磁表面存储是用某些磁性材料薄薄地涂在金属 铝或者塑料作载磁体来存放信息 磁表面存储
5、是用某些磁性材料薄薄地涂在金属 铝或者塑料作载磁体来存放信息 优点优点 存储量大，位价格低存储量大，位价格低 记录介质可以重复使用记录介质可以重复使用 记录信息可以长期保存而不丢失记录信息可以长期保存而不丢失 非破坏性读出非破坏性读出 缺点缺点 存取速度较慢存取速度较慢 机械结构复杂机械结构复杂 对工作环境要求较高对工作环境要求较高 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 11 磁记录原理磁记录原理 计算机的外存储器又称磁表面存储设备。所谓磁表面 存储，是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。磁盘存储器、磁带存储器均 属于磁表面存储器 计算机的外存储器又称磁表面存
6、储设备。所谓磁表面 存储，是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。磁盘存储器、磁带存储器均 属于磁表面存储器 磁表面存储器的优点：磁表面存储器的优点： 存储容量大，位价格低； 记录介质可以重复使用； 记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档； 非破坏性读出，读出时不需要再生信息。当然，磁表面存储器也有缺点， 主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。 存储容量大，位价格低； 记录介质可以重复使用； 记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档； 非破坏性读出，读出时不需要再生信息。当然，磁表面存储器也有缺点， 主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作
7、环境要求较高。 磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机 系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软 件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息 磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机 系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软 件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息 12 磁性材料的物理特性磁性材料的物理特性 13 磁表面存储器的读写原理磁表面存储器的读写原理 写操作：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。 写操作：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。 读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯 是良好的导
8、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。不同极性的磁化元在铁芯里的方向 是不同的。当磁头对磁载体做相对运动时，读出线圈中 能感应出相应的电动势 读操作：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。当磁头对磁载体做相对运动时，读出线圈中 能感应出相应的电动势 14 记录方式的写读波形图记录方式的写读波形图 通过电磁变换，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 的不同剩磁状态；反之，通过 磁电变换，利用磁头读出线圈， 可将由存储元的不同剩磁状态
9、 表示的二进制代码转换成电信 号输出。这就是磁表面存储器 存取信息的原理。 通过电磁变换，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 的不同剩磁状态；反之，通过 磁电变换，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电信 号输出。这就是磁表面存储器 存取信息的原理。 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 磁头把磁层上所记录的信息全 部抹去，称之为写“ 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 磁头把磁层上所记录的信息全 部抹去，称之为写“0”。通常， 写入
10、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。 。通常， 写入和读出是合用一个磁头， 故称之为读写磁头。每个读写 磁头对应着一个信息记录磁道。 15 磁盘的组成和分类磁盘的组成和分类 写入时，将计算机并行送来的 数据取至并串变换寄存器，变 为串行数据，然后逐渐位地由 写电流驱动器进行功率放大并 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。 写入时，将计算机并行送来的 数据取至并串变换寄存器，变 为串行数据，然后逐渐位地由 写电流驱动器进行功率放大并 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
11、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。由于数据是逐位串行读出 的，故要送至串并变换寄存器 变换为并行数据，再并行送至 计算机。 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。由于数据是逐位串行读出 的，故要送至串并变换寄存器 变换为并行数据，再并行送至 计算机。 16 硬盘的分类硬盘的分类 按盘片结构分为：可换盘式、固定盘式按盘片结构分为：可换盘式、固定盘式 按磁头分为：可移动磁头、固定磁头按磁头分为：可移动磁
12、头、固定磁头 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。 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。 可移动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。 ，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。 固定磁头磁盘机：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
13、快，省去磁头 找道时间，缺点是结构复杂。 固定磁头磁盘机：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，省去磁头 找道时间，缺点是结构复杂。 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 17 温彻斯特磁盘机温彻斯特磁盘机 简称温盘（简称温盘（Winchester） 可移动磁头固定盘片的密封组合式的硬磁盘机。 即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路 等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时， 高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。 优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要 求不高 可移动磁头固定盘片的密封组合式的硬磁盘机。 即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读
14、写电路 等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时， 高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。 优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要 求不高 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 18 硬磁盘机基本组成硬磁盘机基本组成 磁记录介质磁记录介质 记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。 驱动器驱动器 写入电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头与 磁头定位伺服系统 写入电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头与 磁头定位伺服系统 磁盘控制器磁盘控制器 控制逻辑与时序、数据并控制逻辑与时序、数据并-串变换电路和串串变换电路和串-并变换 电路 并变换 电路 计
15、算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 19 磁盘驱动器磁盘驱动器 磁盘驱动器（磁盘驱动器（Hard Drive）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。对温盘驱动器，还要求在超净环境 下组装。 ）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 本结构相同，主要包括： 各类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别，但基 本结构相同，主要包括： 定位驱动系统定位驱动系统 主轴系统主轴系统 数据转换系统数据转换系统 20 内部结构示意图内部结构示意图 计算机学院体系结构
16、中心计算机学院体系结构中心 21 内部结构图片内部结构图片 计算机学院体系结构中心计算机学院体系结构中心 Platters (12) Actuator Arm Head Spindle 2222 磁盘控制器磁盘控制器 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。磁盘存 储器是高速外存设备，与主机之间采用成批交换数据 方式。作为介于主机与驱动器之间的控制器，它有两 个接口： 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。磁盘存 储器是高速外存设备，与主机之间采用成批交换数据 方式。作为介于主机与驱动器之间的控制器，它有两 个接口： 与主机的接口：控制外存与主机总线之间交换数据与主机的接口：控制外存与主机总线之间交换数据 与设备的接口：根据主机命令控制设备的操作与设备的接口：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见图主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见图b。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，经 。磁盘 上的信息经读磁头读出以后
