计算机组成技术第9章.ppt

《计算机组成技术第9章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成技术第9章.ppt（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2022/10/291第9章 计算机外部设备哈尔滨工业大学 计算机科学与技术学院2022/10/292第第9 9章章 计算机的外部设备计算机的外部设备9 9.1.1计算机的辅助存储器系统计算机的辅助存储器系统计算机的辅助存储器系统计算机的辅助存储器系统9 9.2.2计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理9 9.3.3打印机的基本原理打印机的基本原理打印机的基本原理打印机的基本原理9 9.4.4计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备显示器显示器打印机打印机2022/10/2

2、93计算机的外部设备计算机的外部设备主机主机输入输入输入输入/输出接口输出接口输出接口输出接口（InterfaceInterface）设备设备控制器控制器设备设备执行机构执行机构 中央处理器和主存构成了主机，除主机外的大部分硬件设备都中央处理器和主存构成了主机，除主机外的大部分硬件设备都可称为外部设备，或外围设备，简称外设。可称为外部设备，或外围设备，简称外设。以各种外部形式描述的程序、数据等信息通过外设输入计算机；以各种外部形式描述的程序、数据等信息通过外设输入计算机；计算机把各种信息和处理结果以一定的物理载体反映出来，通过外计算机把各种信息和处理结果以一定的物理载体反映出来，通过外设进行输

3、出。设进行输出。2022/10/294 9.1 9.1 计算机的辅助存储器系统计算机的辅助存储器系统外外部部存存储储器器又又称称作作辅辅助助存存储储器器，它它是是主主存存的的后后援援设设备备，与与主主存存、缓缓存存一一起起组组成成了了存存储储器器的的层层次次系系统统。计计算算机机系系统统的的辅辅助助存存储储器器有有硬硬盘盘、软软盘盘、磁磁带带、光光盘盘等等，其其特特点点是是容容量量大大、成成本本低低，具备非易失性。具备非易失性。在在计计算算机机存存储储系系统统中中，主主存存是是半半导导体体存存储储器器，以以供供直直流流电电维维持持信信息息，一一旦旦断断电电，信信息息立立即即丢丢失失，这这称称为

4、为易易失失性性或或挥挥发发性性。虽虽然然主主存存存存在在易易失失性性，但但由由于于只只存存放放当当前前使使用用的的信信息息，影影响不大。响不大。2022/10/295磁表面存储元的存储原理磁表面存储元的存储原理 磁磁表表面面存存储储器器通通过过磁磁头头和和记记录录介介质质的的相相对对运运动动完完成成读读写写操操作作，写写入入时时，记记录录介介质质在在磁磁头头下下面面匀匀速速通通过过，根根据据写写入入代代码码的的要要求求，对对写写入入线线圈圈输输入入一一定定方方向向和和大大小小的的电电流流使使磁磁头头导导磁磁体体磁磁化化，磁磁层层表表面面被被磁磁化化的的极极性性方方向向不不同同，可可以以区别记录

5、区别记录“0”或或“1”。读读出出时时，读读线线圈圈通通过过电电流流，让让载载磁磁体体在在磁磁头头下下运运动动时时存存储储元元中中的的剩剩磁磁便便会会在在读读出出电电路路中中感应出信号感应出信号。硬盘系统的组成与工作原理硬盘系统的组成与工作原理N写线圈S铁芯磁层读线圈2022/10/296硬盘存储器硬盘存储器 硬硬盘盘存存储储器器一一般般由由硬硬盘盘驱驱动动器器（HardDiskDriver，HDD）、硬硬盘盘控控制制器器（Hard DriveController，HDC）和和盘盘片片组组成成。硬硬盘盘驱驱动动器器HDD，又又称称磁磁盘盘机机，通通常常是是一一个个完完整整独独立立的的设设备。备

6、。2022/10/297硬盘存储器硬盘存储器 硬硬盘盘驱驱动动器器HDD，包包括括磁磁记记录录介介质质使使用用的的磁磁盘盘和和驱驱动动磁磁盘盘匀匀速速旋旋转转的的动动力力与与驱驱动动部部件件(主主轴轴及及驱驱动动系系统统)，完完成成读读/写写功功能能的的磁磁头头和和驱驱动动磁磁头头沿沿磁磁盘盘径径向向方方向向运运动动和和准准确确定定位位的的部部件件(磁磁头头及及定定位位系系统统)，以以及及其其他他一一些些控控制制逻逻辑辑电路构成的设备控制器等部件。电路构成的设备控制器等部件。2022/10/298硬盘存储器硬盘存储器 磁头支架 盘片 磁头磁道 扇区 硬盘的结构 硬盘的盘片由硬质铝合金材料制成，

7、其表面硬盘的盘片由硬质铝合金材料制成，其表面涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。硬盘的盘片2022/10/299硬盘存储器硬盘存储器HDC是是主主机机与与HDD之之间间的的接接口口电电路路。在在早早期期的的微微型型计计算算机机系系统统中中，HDC是是插插在在主主机机总总线线插插槽槽中中的的一一块块电电路路板板，用用于于把把HDD与与计计算算机机主主机机连连接接为为一一体体。为为了了使使硬硬盘盘机机具具有有通通用用性性和和互互换换性性，硬硬盘盘生生产产厂厂商商制制定定了了主主机机与与HDD的的接接口口标标准准，经经过过若若干干年年的的演演变变，HDC的的功功能能全全部

8、部转转入入到到硬硬盘盘设设备备中中，这这样样主主机机与与硬硬盘盘存存储储器器之之间间可可采采用用标标准准通通用用接接口口。随随着着计计算算机机系系统统的的发发展展，硬硬盘盘接接口口标标准准形形成成了了标标准准系系列列。计计算算机机常常用用的的硬硬盘盘接接口口标标准准有有ST506/412，ESDI，IDE，SCSI等等，其其中中，近近几几年年在在PC机机中中使使用用最最广广泛的是泛的是IDE和和SATA接口标准。接口标准。硬盘控制器硬盘控制器HDC2022/10/2910硬盘存储器硬盘存储器IDE（IntegratedDriveElectronics）即即“电电子子集集成成驱驱动动器器”，本本

9、意意是是指指把把“硬硬盘盘控控制制器器”与与“盘盘体体”集集成成在在一一起起的的硬硬盘盘驱驱动动器器，由由美美国国WesternDigital和和Compaq公公司司开发，当前通用的一种硬盘和光驱接口标准。开发，当前通用的一种硬盘和光驱接口标准。IDE和和SATA 目目 前前 使使 用用 的的 SATA（Serial Advanced TechnologyAttachment）即即串串行行高高级级技技术术附附件件，是是一一种种基基于于行行业业标标准准的的串串行行硬硬件件驱驱动动器器接接口口，使使用用SATA接接口口的的硬硬盘盘又又叫叫串串口口硬硬盘盘，其其特特点点是是支支持持热热插插拔拔，传传

10、输输速速率率快快，执执行行效效率率高高，相相对对于于并并行行ATA来来说说它它具具有有很很多多优优势势，有有希希望望成成为为并并行行ATA的廉价替代方案。的廉价替代方案。2022/10/2911低级格式化Format格式化硬盘的分区新硬盘新硬盘可使用 低级格式化是对盘片上的扇区进行定义，以便驱动器能识别指定的扇区，并且还要规定扇区的交错因子。分区是将硬盘分为若干个存储区域。一是为了能在同一台机器中可以建立不同的分区，使用不同的操作系统。再有，早期的DOS管理外存空间的能力有限。DOS分区的分区的FORMAT格式化格式化分分区区后后的的硬硬盘盘空空间间由由两两部部分分组组成成：主主引引导导扇扇区

11、区和和供供不不同同操操作系统使用的区域。作系统使用的区域。FORMAT格式化的作用是格式化的作用是：对硬盘进行初始化，使其记录格式能为对硬盘进行初始化，使其记录格式能为DOS所接受。所接受。检出硬盘有缺陷的磁道和扇区。检出硬盘有缺陷的磁道和扇区。建立目录、文件分配表。建立目录、文件分配表。硬盘存储器硬盘存储器2022/10/29129.1.2 9.1.2 光盘系统的组成与工作原理光盘系统的组成与工作原理光光盘盘（OpticalDisk）是是利利用用光光学学方方式式进进行行读读写写信信息息的的圆圆盘盘。光光盘盘存存储储器器是是在在激激光光视视频频唱唱片片和和数数字字音音频频唱唱片片基基础础上上发

12、发展展起起来来的的。应应用用激激光光在在某某种种介介质质上上写写入入信信息息，然然后后再再利利用用激激光光读读出出信信息息，这这种种技技术术叫叫光光存存储储技技术术。如如果果光光存存储储使使用用的的介介质质是是磁磁性性材材料料，即即利利用用激激光光在在磁磁记记录介质上存储信息，就叫作磁光存储。录介质上存储信息，就叫作磁光存储。光盘的特点光盘的特点:最主要的特点是它的容量大最主要的特点是它的容量大,一般都在一般都在650650兆以上。兆以上。可靠性高可靠性高,非接触式读非接触式读/写写,成本低成本低,易复制。误码率易复制。误码率极低极低,与总位数相比在与总位数相比在1010-10-101010-

13、17-17以下。以下。种类种类 只读型只读型只写一次型只写一次型可擦写型可擦写型 2022/10/29139.1.2 9.1.2 光盘系统的组成与工作原理光盘系统的组成与工作原理写一次型光盘的组成结构与工作原理写一次型光盘的组成结构与工作原理2022/10/2914光盘的几种标准光盘的几种标准:1.CD-DA(CompactDisc-DigitalAudio)规规范及格式。范及格式。2.CD-ROM规规范及格式范及格式。3.VCD（VideoCompactDisc）。）。4.PhotoCD。5.DVD光光盘盘。9.1.2 9.1.2 光盘系统的组成与工作原理光盘系统的组成与工作原理2022/1

14、0/29159 9.2.2 计算机常用显示设备及其基本原理计算机常用显示设备及其基本原理 像素。它是屏幕像素。它是屏幕像素。它是屏幕像素。它是屏幕显显显显示（按像素点示（按像素点示（按像素点示（按像素点扫扫扫扫描）的最小描）的最小描）的最小描）的最小单单单单位，像素点的排列位，像素点的排列位，像素点的排列位，像素点的排列组组组组成了字符和成了字符和成了字符和成了字符和图图图图像。像。像。像。分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用分辨率。它是屏幕每行每列的像素点数，用“水平点数水平点数水平点数水平点数 垂直点数垂直点数垂

15、直点数垂直点数”表示。例如表示。例如表示。例如表示。例如VGAVGA，SVGASVGA，XGAXGA，SXGASXGA，UXGAUXGA的分辨率分的分辨率分的分辨率分的分辨率分别别别别是是是是640480640480，800600800600，10247681024768，1280102412801024，1600120016001200。点距（点距（点距（点距（栅栅栅栅距）。指距）。指距）。指距）。指荫荫荫荫罩型罩型罩型罩型显显显显示器屏幕上点的距离，示器屏幕上点的距离，示器屏幕上点的距离，示器屏幕上点的距离，栅栅栅栅距指光距指光距指光距指光栅栅栅栅型型型型显显显显示器屏幕上光示器屏幕上光示

16、器屏幕上光示器屏幕上光栅栅栅栅的距的距的距的距离。点距（离。点距（离。点距（离。点距（栅栅栅栅距）越小越清晰，其数距）越小越清晰，其数距）越小越清晰，其数距）越小越清晰，其数值值值值取决于所采用的取决于所采用的取决于所采用的取决于所采用的显显显显像管。点距范像管。点距范像管。点距范像管。点距范围围围围一般是。一般是。一般是。一般是。点点点点时钟时钟时钟时钟。它决定光点出。它决定光点出。它决定光点出。它决定光点出现现现现的速率，是的速率，是的速率，是的速率，是显显显显像管所能承受的像管所能承受的像管所能承受的像管所能承受的电电电电子束最大开关速度。例如，子束最大开关速度。例如，子束最大开关速度。

17、例如，子束最大开关速度。例如，XGAXGA的点的点的点的点时钟为时钟为时钟为时钟为60MHz60MHz。水平水平水平水平扫扫扫扫描描描描频频频频率。指一秒率。指一秒率。指一秒率。指一秒钟扫钟扫钟扫钟扫描的行数，也称行描的行数，也称行描的行数，也称行描的行数，也称行频频频频，用点，用点，用点，用点时钟时钟时钟时钟（频频频频率）除以水平分辨率率）除以水平分辨率率）除以水平分辨率率）除以水平分辨率（即水平点数）来表示。例如，（即水平点数）来表示。例如，（即水平点数）来表示。例如，（即水平点数）来表示。例如，XGAXGA的行的行的行的行频为频为频为频为。垂直垂直垂直垂直扫扫扫扫描描描描频频频频率。指一

18、秒率。指一秒率。指一秒率。指一秒钟钟钟钟刷新屏幕的次数，也称刷新刷新屏幕的次数，也称刷新刷新屏幕的次数，也称刷新刷新屏幕的次数，也称刷新频频频频率、率、率、率、帧频帧频帧频帧频或或或或场频场频场频场频，用水平，用水平，用水平，用水平扫扫扫扫描描描描频频频频率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新率除以垂直分辨率（即垂直点数）来表示，刷新频频频频率越高率越高率越高率越高图图图图像越像越像越像越稳稳稳稳定。例如，定。例如，定。例如，定。例如，XGAXGA的的的的刷新刷新刷新刷新频频频频率率率率为为为为70Hz70

19、Hz。色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有色彩数。指每个像素点可具有的色彩数目，也称色分辨率。色彩数有1616色、色、色、色、256256色、色、色、色、64K64K色、增色、增色、增色、增强强强强色（色（色（色（1616位）和真彩色（位）和真彩色（位）和真彩色（位）和真彩色（3232位）等。位）等。位）等。位）等。经过经过经过经过数字化数字化数字化数字化处处处处理的像素点理的像素点理的像素点理的像素点颜颜颜颜色用位（色用位（色用位（色用位（bitbi

20、t）数）数）数）数表示，例如，表示，例如，表示，例如，表示，例如，1616色色色色为为为为4 4位，位，位，位，256256色色色色为为为为8 8位，增位，增位，增位，增强强强强色色色色为为为为1616位，真彩色位，真彩色位，真彩色位，真彩色为为为为3232位。位。位。位。显示器和视频标准涉及的基本概念：显示器和视频标准涉及的基本概念：2022/10/29169 9.2.2.1.1 阴极射线管显示器的基本原理阴极射线管显示器的基本原理CRT(CathodeRayTube)显示器结构示意图：显示器结构示意图：2022/10/2917CRT显示适配器（显示卡）显示适配器（显示卡）:MDA(Mono

21、chromeDisplayAdapter)显示卡显示卡CGA(ColorGraphicsAdapter)显示卡显示卡EGA(EnhancedGraphicsAdapter)显示卡显示卡VGA(VideoGraphicsArray)显示卡显示卡9 9.2.2.1.1 阴极射线管显示器的基本原理阴极射线管显示器的基本原理2022/10/2918 液晶液晶液晶液晶显显显显示器示器示器示器LCDLCD（LiquidCrystalLiquidCrystalDisplayDisplay）是平面）是平面）是平面）是平面显显显显示示示示设备设备设备设备,LCDLCD具有体具有体具有体具有体积积积积小、重量小、

22、重量小、重量小、重量轻轻轻轻、低低低低压压压压供供供供电电电电、耗、耗、耗、耗电电电电少等少等少等少等优优优优点，点，点，点，在便携式在便携式在便携式在便携式仪仪仪仪器器器器仪仪仪仪表、笔表、笔表、笔表、笔记记记记本本本本计计计计算机等得以广泛算机等得以广泛算机等得以广泛算机等得以广泛应应应应用用用用,目前也广泛目前也广泛目前也广泛目前也广泛应应应应用于台式用于台式用于台式用于台式PCPC机系机系机系机系统统统统中。中。中。中。9 9.2.2.2 .2 液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理LCD组成结构示意图2022/10/29199.3 9.3 打印机的基本原理打印机的基本原理打印机是最

23、常用的输出设备，它把计算机运行结果打印机是最常用的输出设备，它把计算机运行结果输出打印在纸上，可以较长时间保存。输出打印在纸上，可以较长时间保存。打印机的种类有很多种划分方法，按印字的原理划打印机的种类有很多种划分方法，按印字的原理划分，把打印机分成击打式和非击打式，击打式又分为点分，把打印机分成击打式和非击打式，击打式又分为点阵针式和活字式两种打印机。击打式打印机打印速度慢，阵针式和活字式两种打印机。击打式打印机打印速度慢，噪声大，打印质量一般。噪声大，打印质量一般。非击打式打印机则是通过静电、喷墨等非机械撞击非击打式打印机则是通过静电、喷墨等非机械撞击方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低

24、，印字质量方式完成在纸上着色，打印速度快，噪声低，印字质量高。普及型的喷墨打印机和激光打印机得到了广泛应用，高。普及型的喷墨打印机和激光打印机得到了广泛应用，高档的激光打印机在电子照排印刷系统中也得到了普遍高档的激光打印机在电子照排印刷系统中也得到了普遍应用。应用。2022/10/29209.3.1 9.3.1 激光打印机的基本原理激光打印机的基本原理激光打印激光打印机是激光技术机是激光技术和电子照相技和电子照相技术相结合的产术相结合的产物，它由走纸物，它由走纸机构、激光扫机构、激光扫描系统、电子描系统、电子照相部分、印照相部分、印字字形发生器字字形发生器和控制器等几和控制器等几部分组成：部分

25、组成：2022/10/29219.3.2 9.3.2 喷墨打印机的基本原理喷墨打印机的基本原理2022/10/29229.3.3 9.3.3 针式打印机的基本原理针式打印机的基本原理针式打印机由走纸机构、色带机构、打印头和控制针式打印机由走纸机构、色带机构、打印头和控制逻辑电路等几部分组成。逻辑电路等几部分组成。2022/10/29239 9.4 4.计算机常用的输入设备计算机常用的输入设备9.4.1 键盘的基本原理键盘的基本原理:键盘键盘(Keyboard)可输入汉字、外文、数字等。键盘可输入汉字、外文、数字等。键盘由一组排列成阵列形式的按键开关组成。用户使用键盘由一组排列成阵列形式的按键开

26、关组成。用户使用键盘输入数据，首先按下一个键，键盘查出按下的是哪个键，输入数据，首先按下一个键，键盘查出按下的是哪个键，将此键翻译成将此键翻译成ASCII码传给计算机。码传给计算机。目前使用的键盘主要有机械触点式、电容式和薄膜目前使用的键盘主要有机械触点式、电容式和薄膜式等类型。按照计算机系统的需要，可以选择不同的键式等类型。按照计算机系统的需要，可以选择不同的键盘。盘。2022/10/29249 9.4 4.2 2 鼠标的基本原理鼠标的基本原理鼠标器鼠标器(Mouse)是一种手持式的坐标定位部件，是一种手持式的坐标定位部件，鼠标器有两种：一种是机械式的，另一种是光电式鼠标器有两种：一种是机械

27、式的，另一种是光电式鼠标器。机械式鼠标造价便宜，但寿命短、定位精鼠标器。机械式鼠标造价便宜，但寿命短、定位精度低、可靠性差。光电式鼠标器比机械式鼠标器可度低、可靠性差。光电式鼠标器比机械式鼠标器可靠性高，但需增加一块金属板，造价较高。靠性高，但需增加一块金属板，造价较高。现在使用的光电式鼠标必须配有发光二极管、现在使用的光电式鼠标必须配有发光二极管、光学透镜和光学感应器，这样的技术统称为光眼技光学透镜和光学感应器，这样的技术统称为光眼技术。这种鼠标分辨率高、可靠性高，不需要专门的术。这种鼠标分辨率高、可靠性高，不需要专门的鼠标垫。鼠标垫。2022/10/29259 9.4 4.3 3 触摸屏的

28、基本原理触摸屏的基本原理触摸屏（触摸屏（Touchscreen）是一种对物体的接触）是一种对物体的接触或靠近能产生反映的定位设备。按触摸原理不或靠近能产生反映的定位设备。按触摸原理不同，大致分为同，大致分为5类：电阻式、电容式、表面超声类：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。波式、扫描红外线式和压感式。电阻式触摸屏是由电阻式触摸屏是由显示屏上加一个两层高显示屏上加一个两层高透明度的、并涂有导电透明度的、并涂有导电物质的薄膜组成。在两物质的薄膜组成。在两层薄膜之间绝缘隔开，层薄膜之间绝缘隔开，其间隙为英寸。其间隙为英寸。2022/10/29269 9.4 4.4 4 光笔的基本原

29、理光笔的基本原理光光笔笔（LightPen）的的外外形形与与钢钢笔笔相相似似，头头部部装装有有一一个个透透镜镜系系统统，能能把把进进入入的的光光会会聚聚成成一一个个光光点点。在在透透镜镜的的聚聚焦焦处处是是光光导导纤纤维维，连连入入光光电电二二极极管管。光光线线由由透透镜镜入入，通通过过光光导导纤纤维维，由由光光电电二二极极管管转转换换为为电电信信号号，整整形形后后转转化化为为电电脉脉冲冲。光光笔笔的的后后端端用用导导线线连连到到计计算算机机输输入入接接口口电电路路上上，光光笔笔头头部部附附有有开开关关，当当按按下下开开关关时时，进进行行光光检检测测，产产生生的的光光电电信信号号经经计计算算机机处处理理便便可可拾拾取取显显示示屏屏上上的的绝绝对对坐坐标标。光光笔笔将将荧荧光光屏屏当当作作图图形形平平板板，屏屏上上的的象象素素矩矩阵阵能能够够发发光光，光光笔笔与与屏屏幕幕的的光光标标配配合合，可可使使光光标标跟跟踪踪光光笔笔移移动动，在在屏屏幕幕上上画画出出图图形形或或修修改改图图形形，类类似似人人们们用用钢钢笔笔画画图图的过程。的过程。