计算机组成与结构chap07

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1、第七章第七章 外围设备外围设备Department of Computer 覃 颖 Tel: 6392292 Email: 7.1 外围设备概述7.1.1 外围设备的一般功能 o外围设备的定义：这个术语涉及到相当广泛的计 算机部件。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。o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。o外围设备的基本组成：n(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。n(2)驱动装置，它用于移动存储介质。n(3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质 接受数据。7.1 外围设备概述7.1.1 外围设备的分类 o外围设

2、备可分为输入设备、输出设备、外存设备 、数据通信设备和过程控制设备几大类。o CAI演示：计算机的五大类外围设备 7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 o以可见光的形式传递和处理信息的设备叫显示设 备，是目前计算机系统中应用最广泛的人机界面 设备。o按显示设备所用的显示器件分类，有阴极射线管 (CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、等离子显示 器等。o按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形 显示器、图像显示器三大类。7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 o在CRT显示设备中，以扫描方式不同，分成光栅 扫描和随机扫描两种显示器；以分辨率不同 ， 分成高分辨率显

3、示器和低分辨率显示器；以显示 的颜色分类，有单色(黑白)显示器和彩色显示器 。以CRT荧光屏对角线的长度分类，有12英寸、 14英寸、16英寸、19英寸等多种。7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 o1.分辨率和灰度级o分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨 率越高，图像越清晰。分辨率取决于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。同时刷新存储 器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像 素的信息。o灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在 彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层 次越清楚逼真。灰度级取决于每个像素对应

4、刷新存储器单 元的位数和CRT本身的性能。字符显示器只用“0”“1”两级 灰度表示字符的有无，这种只有两级灰度的显示器称为单 色显示器。具有多种灰度级的黑白显示器为多灰度级黑白 显示器。图像显示器的灰度级一般在256级以上。 7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 o2.刷新和刷新存储器oCRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的。电子束扫过之 后其发光亮度只能维持几十毫秒便消失。为了使人眼能看 到稳定的图像显示，必须使电子束不断地重复扫描整个屏 幕，这个过程叫做刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于 30次/秒时才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的 标准，每秒刷新50帧图像。 o

5、为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储 在刷新存储器，也叫视频存储器。其存储容量由图像分辨 率和灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器 容量越大。刷新存储器的存取周期必须满足刷新频率的要 求。容量和存取周期是刷新存储器的重要技术指标。 7.2 显示设备7.2.1 显示设备的分类与有关概念 o3.随机扫描和光栅扫描 o随机扫描是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产 生图形和字符。电子束只在需要做图的地方扫描，而不必 扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快，图像清晰。 高质量的图形显示器(如分辨率为40964096)采用随机扫 描方式。由于这种扫描方式的偏转系统与电视标准

6、不一致 ，驱动系统较复杂，价格较贵。 o光栅扫描是电视中采用的扫描方法。光栅扫描是从上至下 顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。光栅扫描 的缺点是冗余时间多，分辨率不如随机扫描方式，但由于 电视技术业已成熟，计算机系统中除高质量图形显示器外 ，大部分字符、图形、图像显示器都采用光栅扫描方式。7.2 显示设备7.2.2 字符/图形显示器o1.字符显示o显示字符的方法以点阵为基础。点阵是由mn个 点组成的阵列，并以此来构造字符。将点阵存入 由ROM构成的字符发生器中，在CRT进行光栅 扫扫的过程中，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 子束的开或关，从而

7、在屏幕上显示出字符。o点阵的多少取决于显示字符的质量和字符窗口的 大小。字符窗口是指每个字符在屏幕上所占的点 数，它包括字符显示点阵和字符间隔。7.2 显示设备7.2.2 字符/图形显示器o2.图形显示o图形显示是指用计算机手段表示现实世界的各种 事物，并形象逼真地加以显示。根据产生图形的 方法，分随机扫描图形显示器和光栅扫描图形显 示器。7.2 显示设备7.2.2 字符/图形显示器o(1)随机扫描图形显示器 o工作原理是将所显示图形的一组坐标点和绘图命 令组成显示文件存放在缓冲存储器，缓存中的显 示文件送矢量(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。为了在屏 幕上保

8、留持久稳定的图像，需要按一定的频率对 屏幕反复刷新。o这种显示器的优点是分辨率高(可达40964096 个像素)，显示的曲线平滑。目前高质量图形显 示器采用这种随机扫描方式。缺点是当显示复杂 图形时，会有闪烁感。7.2 显示设备7.2.2 字符/图形显示器o(2)光栅扫描图形显示器 o产生图形的方法称为相邻像素串接法，即曲线是 由相邻像素串接而成。因此光栅扫描图形显示器 的原理是：把对应于屏幕上每个像素的信息都用 存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示 在屏幕上。o光栅扫描图形显示器的优点是通用性强，灰度层 次多，色调丰富，显示复杂图形时无闪烁现象； 所产生的图形有阴影效应、隐藏面消除、涂

9、色等 功能。7.2 显示设备7.2.3 图象显示设备 o图形是用计算机表示和生成的图，称作主观图像 。在计算机中表示图形，只需存储绘图命令和坐 标点，没有必要存储每个像素点。而图像所处理 的对象多半来自客观世界，即由摄像机摄取下来 存入计算机的数字图像，这种图像称为客观图像 。 7.2 显示设备7.2.3 图像显示设备 o图像显示器有两种类型： o1.简单图像显示器：它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，显示器不做任何处理。 I/O接口、图象存储器(刷新存储器)、A/D与D/A变换等组成 单独的一个部分，称为图像输入控制板或视频数字化仪。 o2.图形处理子系统：其硬件

10、结构较前一种复杂得多。它本 身就是一个具有并行处理功能的专用计算机，不仅能完成 显示操作，同时由于子系统内部有容量很大的存储器和高 速处理器，可以快速执行许多图像处理算法，减轻主计算 机系统的运算量。这种子系统可以单独使用，也可以联到 通用计算机系统。目前流行的图形工作站就属于图形处理 子系统。7.3 输入设备与打印设备7.3.1 输入设备 o常用的计算机输入设备分为图形输入、图像输入、声音输 入等几类： o1.图形输入设备o(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

11、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。 o(2)鼠标器输入：光笔和图形板两种输入方式都可以输入某 一点的绝对坐标，而鼠标器只要输入相对坐标。 o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。7.3 输入设备与打印设备7.3.1 输入设备 o2.图像输入设备o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、任何环境的自然景物和物体，直接 将数字图像存入磁盘。o由于一帧数字图像要占很大的存储空间，图像数 据的传输与存储问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。 7.3 输入设备与打印设备7.

12、3.1 输入设备 o3.语音输入设备o利用人的自然语音实现人机对话是新一代多媒体 计算机的重要标志之一。o语音识别器作为输入设备，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。而计算机处理的结果又可以通过语 音合成器变成声音输出，以实现真正的“人机对 话”。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。 7.3 输入设备与打印设备7.3.2 打印设备 o打印输出是计算机最基本的输出形式。与显示器 输出相比，打印输出可产生永久性记录， 因此 打印设备又称为硬拷贝设备。o打印设备按印字原理分，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

13、色 带和纸相撞击而打印字符。因此习惯上称为“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，因此习惯上称为“印字 机”。7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式 o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。 o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 。o磁表面存

14、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。 7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式 o1.磁记录原理：磁表面存储器通过磁头与记录介 质的相对运动完成读写操作。写线圈写线圈磁层磁通铁芯磁载体局部磁化单元NNSS7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式 o2.记录方式：形成不同写入电流波形的方式，称 为记录方式。记录方式是一种编码方式，它按某 种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应 的磁化元状态，用读写控制电路实现这种转换。7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式 0 1 1 0 0 1 0 数据序列位周期RZNRZNRZ1PMF

15、MMFM常用的记录方式有6种： 归零制（RZ） 不归零制（NRZ） 见“1”就翻的不归零制（ NRZ1） 调相制（PM） 调频制（FM） 改进调频制（MFM）CAI演示7.4 硬磁盘存储设备7.4.1 磁记录原理与记录方式 o评价一种记录方式优劣的标准：编码效率、自同步能力、 检读分辨力、信息相关性、抗干扰能力、信道带宽、编码 译码电路的复杂性等。o编码效率：是指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是 指每次磁层状态翻转 所存储的数据信息位的多少。 o自同步能力：是指从读出数据(脉冲序列)中自动提取同步 信号( 时间基准信号)的能力。自同步能力的大小可以用最 小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比

16、值R来衡量。R越 大，自同步能力越高。o检读分辨力：是指磁记录系统对读出信号的分辨能力。o信息相关性：是指漏读或错读一位是否会传播误码，所以 是衡量精度的指标。7.4 硬磁盘存储设备7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类o硬磁盘机是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面 存储器。主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘 驱动器三大部分组成。磁盘控制器包括控制逻辑 与时序、数据并/串变换电路和串/并变换电路。 磁盘驱动器包括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等。oCAI演示：硬磁盘机的逻辑结构图7.4 硬磁盘存储设备7.4.2 硬磁盘机的基本组成和分类o硬磁盘机通常按以下方法分类：按盘片结构分成 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。 o温彻斯特磁盘简称温盘，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。它是一种密