《外围设备》ppt课件

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1、第七章 外围设备,返回,第七章 外围设备,外围设备概述 磁盘存储设备 磁盘存储设备的技术发展 磁带存储设备 显示设备 输入设备和打印设备,7.1外围设备概述,7.1外围设备概述,外围设备的特点,外围设备的工作速度 工作速度都比主机慢的多 外围设备的信息类型和机构格式 各种外围设备的信息类型和结构格式均不相同。 外围设备的电气特性 信号类型、电平的极性、高低不一等等。,7.1外围设备概述,7.2磁盘存储设备,一、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。,7.2磁盘存储设

2、备,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。,7.2磁盘存储设备,磁性材料的物理特性 见图,7.2磁盘存储设备,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。 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。,7.2磁盘存储设备,通过电、磁变换，

3、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。,读出过程波形图,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,对磁盘的直观认识 硬盘内部的主要组成部分有：记录数据的磁片；马达；磁头及定位系统；电子线路。,硬磁盘机的基本组成 硬磁盘机是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器。它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成。 磁盘存储器逻辑结构图,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,硬磁盘机的基本组成 磁盘

4、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。 磁记录介质,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,磁记录介质,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,磁记录介质,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,硬磁盘机分类 (按盘片结构分) 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。 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。,7.2.2 硬磁盘机的组成和

5、分类,可移动磁头可换盘片的磁盘机 ：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。,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,温彻斯特磁盘机 ：简称温盘，是一种可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，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。,7.2.2 硬磁盘机的组成和分类,7.2.3 硬盘驱动器和控制器,磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。,磁盘驱动器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

6、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，主要由定位驱动系统、主轴系统、数据转换系统组成。如下图是磁盘驱动器外形和结构示意图。,7.2.3 硬盘驱动器和控制器,7.2.3 硬盘驱动器和控制器,硬盘按其接口类型，主要有IDE、SCSI等种类。IDE接口有40/80针，最初是为AT结构的电脑设计的，又称为ATA接口。,7.2.3 硬盘驱动器和控制器,SATA接口的硬盘传输速度，抗干扰能力更强，具备的热插拨功能。,7.2.3 硬盘驱动器和控制器,磁盘片由一组绕轴旋转的盘片组成，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。,1

7、、硬盘的磁道与柱面,7.2.4 磁盘上信息的分布,2、记录面、磁道、扇区 记录面：记录信息的磁盘片的上下两面。 磁道（每一个盘片有5002500条磁道）。 扇区，所有磁道具有相同数目的扇区。每个扇区512字节,7.2.4 磁盘上信息的分布,2、记录面、磁道、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。 每个扇区记录定长的数据,7.2.4 磁盘上信息的分布,7.2.4 磁盘上信息的分布,3、磁盘上信息的地址 信息地址由盘面号(或磁头号)、磁道号（或柱面号）和扇区号组成。,盘面号：磁道号：扇区号,磁道号：盘面号：扇区号

8、,7.2.4 磁盘上信息的分布,4、数据在磁盘上的记录格式： 一个扇区(一记录块)由头部空白段、序标段、数据段、校验字段及尾部空白段组成。其中空白段用来留出一定的时间作为磁盘控制器的读写准备时间。,7.2.4 磁盘上信息的分布,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。 1、存储密度： 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数， 单位为位/英寸。 面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。,2、存储容量 ：磁盘存储器所能存储的字节总数。 存储容量分为：非格式化容量和

9、格式化容量 非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。 非格式化容量=记录面数*柱面数*内圆周长*位密度,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,2、存储容量 ： 格式化容量是指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。 格式化容量=记录面数*柱面数*扇区数*扇区容量 格式化容量一般是非格式化容量的6070%,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,3、存取时间 磁盘读写数据过程包括： 定位：磁头从当前位置移动到要读写的数据块的始端。 传输：传输当前磁头下的一块位流（扇区）,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,磁盘存取时间=寻道时间+？,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,

10、磁盘存取时间=寻道时间+旋转时间+？,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,磁头定位时间包括两部分： 寻道时间：将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间； 等待时间：寻道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间。,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,平均存取时间 平均存取时间：等于平均寻道时间与平均等待时间之和。 平均寻道时间：最大找道时间与最小找道时间的平均值。 平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,等待时间平均延迟是磁盘转半圈的时间，转速一般在每分钟360

11、0转到12000转之间。所以对大部分磁盘的平均旋转时间TAR为：,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,平均定位时间Ta由平均寻道时间Tsa和平均等待时间Twa组成。计算公式如下： 工业界报告的平均寻道时间约为：5ms-10ms 平均等待时间约为：3ms-6ms,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,日立公司近日宣布面向全球发售15000rpm转数的世界最大的4503.5英寸,提供目前15000转企业级硬盘产品中最高的存储容量450。 该硬盘的平均寻道时间只有33毫秒，快速旋转速度将平均延迟时间缩短到2毫秒，从而使客户能够更迅速、高效地访问数据。,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,4、数据传输率 外部

12、数据传输率：指主机接口从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度。例如采用Ultra DMA/66接口的外部传输率可达66.6MB/s。 内部数据传输率：指读写磁头定位在要读写的数据块的始端后，连续从磁道中读出或写入数据的速度。一般在20MB/s到30MB/s之间。,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,内部数据传输率：Dr=D*V=rm (D-存储密度，V-磁介质与磁头相对运动速度，r-转速，m-道容量),7.2.5 磁盘存储器的技术指标,举例1 有一个磁盘组，外径355.6mm(14英寸)，20个记录面，每面有51mm区域用于记录信息，道密度为3.92道/mm，位密度为90B/mm，则：,-每面磁

13、道数：51x3.92=200道 最内圈周长：3.14x(355.6-2x51)=796.71mm -每磁道信息量：796.71x90=71904位 -盘组信息总量：20x200x71904 =2.868x108位,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,举例2 某磁盘存储器转速2400转/分，共有4个记录面，每道记录信息为12288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。问： 1、磁盘存储器的存储容量是多少？ 122882754=33792004=13516800B 2、磁盘存储器的数据传输率是多少？ N为每条磁道容量，r为磁盘转速=3000转/60秒=50转/秒 数据传输率Dr=rN= 122

14、8850=614400B/s 3、平均等待时间是多少？ t=1/50 1/2=10ms,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,举例3 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2400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?,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,(1)有效存

15、储区域=16.5-11=5.5(cm) 因为道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220个圆柱面 (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=rN, N为每条磁道容量， N=3454B,r为磁盘转速， r=2400转/60秒=40转/秒 Dr=rN=403454B=13816B/s,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,(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

16、扇区)，每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，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。,7.2.5 磁盘存储器的技术指标,7.3磁盘存储设备的技术发展,一、磁盘cache 随着微电子技术的飞速发展，CPU的速度每年增长1倍左右，主存芯片容量和磁盘驱动器的容量每15年增长1倍左右。但磁盘驱动器的存取时间没有出现相应的下降，仍停留在毫秒(ms)级。而主存的存取时间为纳秒(ns)级，两者速度差别十分突出，因此磁盘I/O系统成为整个系统的瓶颈。为了减少存取时间，可采取的措施有：提高磁盘机主轴转速，提高I/O总线速度，采用磁盘cache等。主存和CPU