白中英计算机组成原理第7章-外围设备课件.ppt
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1、第7章 外围设备目录目录7.1 外围设备概述外围设备概述了解了解7.2 磁盘存储设备磁盘存储设备掌握掌握7.3 磁盘存储设备的技术发展磁盘存储设备的技术发展了解了解7.4 磁带存储设备磁带存储设备了解了解7.5 光盘和磁光盘存储设备光盘和磁光盘存储设备理解理解7.6 显示设备显示设备理解理解7.7 输入设备和打印设备输入设备和打印设备理解理解1/2/20232考研大纲要求考研大纲要求七、输入输出系统七、输入输出系统(一)(一)I/O系统基本概念系统基本概念(二)外部设备(二)外部设备1.输入设备:键盘,鼠标输入设备:键盘,鼠标2.输出设备:显示器、打印机输出设备:显示器、打印机3.外存储器:外
2、存储器:硬盘存储器、硬盘阵列、光盘存储器硬盘存储器、硬盘阵列、光盘存储器1/2/202337.1 外围设备概述外围设备概述l7.1.1 外围设备的一般功能外围设备的一般功能l7.1.2 外围设备的分类外围设备的分类1/2/202347.1.1 外围设备的一般功能外围设备的一般功能l外围设备的定义:外围设备的定义:计算机系统中,计算机系统中,除除CPU和主存和主存之外的部件都可看作外设;之外的部件都可看作外设;l外围设备的功能:外围设备的功能:在计算机和其他机器,或与用户之间提供联系。在计算机和其他机器,或与用户之间提供联系。l外围设备的基本组成:外围设备的基本组成:存储介质存储介质u用于信息的
3、保存;用于信息的保存;驱动装置驱动装置u用于移动存储介质,使之正常工作;用于移动存储介质,使之正常工作;控制电路控制电路u用于使该外设与外界(如用于使该外设与外界(如CPU)的信息传递。)的信息传递。以硬盘为例以硬盘为例盘片组盘片组定位驱动器定位驱动器读写控制读写控制1/2/202357.1.2 外围设备的分类外围设备的分类l分类分类输入输入/出设备;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;l外设都是通过外设都是通过适配器适配器与与主机连接的;主机连接的;适配器控制所连外设适配器控制所连外设的具体工作;的具体工作;动画动画演示:演示:7-1.swf1
4、/2/202367.2 磁盘存储设备磁盘存储设备l7.2.1 磁记录原理磁记录原理l7.2.2 硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机的基本组成和分类 l7.2.3 硬磁盘驱动器和控制器硬磁盘驱动器和控制器l7.2.4 磁盘上信息的分布磁盘上信息的分布l7.4.5 磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的技术指标 重点掌握重点掌握1/2/202377.2.1 磁记录原理磁记录原理l磁表面存储器磁表面存储器用用磁性材料磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。储信息。l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;存储容量大,位价格低;记录介质
5、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,读出时不需要再生信息。非破坏性读出,读出时不需要再生信息。l磁表面存储器的缺点:磁表面存储器的缺点:存取速度较慢,机械结构复杂;存取速度较慢,机械结构复杂;非接触式读写,对工作环境要求较高。非接触式读写,对工作环境要求较高。如:磁带、磁盘如:磁带、磁盘要求防尘、防震要求防尘、防震1/2/20238磁表面存储器的读写原理磁表面存储器的读写原理l在磁表面存储器中,信息的读写是利用在磁表面存储器中,信息的读写是利用磁头磁头来进行的;来进行的;磁头:由软磁材料做铁芯,绕有读写线圈的电磁铁。磁头
6、:由软磁材料做铁芯,绕有读写线圈的电磁铁。l写操作写操作原理:原理:电电-磁变换磁变换;利用磁头写线圈中的脉冲电流,在磁表面每个存储元上形利用磁头写线圈中的脉冲电流,在磁表面每个存储元上形成不同的磁化状态;成不同的磁化状态;l读操作读操作原理:原理:磁磁-电变换电变换;利用磁头读线圈,利用磁头读线圈,将磁表面每个存储将磁表面每个存储元上的不同剩磁状元上的不同剩磁状态转换成电信号读出;态转换成电信号读出;1/2/202397.2.2 磁盘的组成和分类磁盘的组成和分类l硬盘的逻辑结构组成硬盘的逻辑结构组成磁记录介质磁记录介质磁盘控制器磁盘控制器磁盘驱动器磁盘驱动器动画演示:动画演示:7-5.swf
7、7-5.swf硬质圆形盘片硬质圆形盘片磁头、磁头、小车、小车、传送带传送带读写控制电路读写控制电路1/2/202310硬磁盘的分类硬磁盘的分类l按盘片结构分按盘片结构分可换盘片式、固定盘片式可换盘片式、固定盘片式 l按磁头分按磁头分可移动磁头、固定磁头可移动磁头、固定磁头l温彻斯特磁盘机温彻斯特磁盘机可移动磁头可移动磁头固定盘片固定盘片的磁盘机;的磁盘机;密封组合式的硬磁盘;密封组合式的硬磁盘;u磁头、盘片、电机等部件组装成一个不可随意拆卸的整体。磁头、盘片、电机等部件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。工作时,高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮
8、起。优点:防尘性能好,可靠性高,对使用环境要求不高。优点:防尘性能好,可靠性高,对使用环境要求不高。组合组合 可移动磁头固定盘片可移动磁头固定盘片固定磁头固定盘片固定磁头固定盘片可移动磁头可换盘片可移动磁头可换盘片固定磁头可换盘片固定磁头可换盘片简称温盘简称温盘1/2/202311硬磁盘外观硬磁盘外观1/2/202312硬磁盘内部构成硬磁盘内部构成1/2/2023137.2.3 硬磁盘驱动器和控制器硬磁盘驱动器和控制器l磁盘驱动器磁盘驱动器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l磁盘控制器磁盘控制器 主机与磁盘驱动主机与磁盘驱动器之间的接口。器之间的接口。1/2/20
9、2314硬磁盘的驱动器硬磁盘的驱动器1/2/202315现代硬盘结构示意图现代硬盘结构示意图1/2/2023167.2.4 磁盘上信息的分布磁盘上信息的分布l记录面记录面磁盘片表面;磁盘片表面;一个盘片有上下两个记录面。一个盘片有上下两个记录面。l磁道磁道 记录面上一系列同心圆;记录面上一系列同心圆;最外圈为最外圈为0磁道磁道,依次为,依次为1、2、N磁道;磁道;每个磁道的存储容量均相同;每个磁道的存储容量均相同;不同盘片的相同磁道构成一个不同盘片的相同磁道构成一个柱面柱面;l扇区扇区同心圆上的一段磁道区域;同心圆上的一段磁道区域;每个扇区的存储容量也相同。每个扇区的存储容量也相同。1/2/2
10、02317磁盘上的信息记录方式磁盘上的信息记录方式l一个硬盘由多个盘片构成的磁盘组来记录信息;一个硬盘由多个盘片构成的磁盘组来记录信息;每个盘片包括两个记录面(除最上面和最下面);每个盘片包括两个记录面(除最上面和最下面);每个记录面表面通常有几十到几百个磁道来记录信息;每个记录面表面通常有几十到几百个磁道来记录信息;每个磁道又分为若干个扇区。每个磁道又分为若干个扇区。l磁盘组的信息记录顺序是按照柱面来组织的:磁盘组的信息记录顺序是按照柱面来组织的:第第0面第面第0道道第第1面第面第0道道第第N面第面第0道道第第0面第面第1道道第第1面第面第1道道第第N面第面第1道道l硬盘上信息地址由记录面号
11、、磁道号、扇区号三个部分组成。硬盘上信息地址由记录面号、磁道号、扇区号三个部分组成。l索引索引:磁道的起始位置。:磁道的起始位置。为便于进行读为便于进行读/写操作;写操作;1/2/2023187.4.5 磁盘存储器的技术指标磁盘存储器的技术指标l存储密度存储密度有道密度、位密度、面密度三个不同的指标;有道密度、位密度、面密度三个不同的指标;相关概念相关概念u道距:相邻两磁道中心线之间的距离;道距:相邻两磁道中心线之间的距离;u道宽:磁化轨迹的宽度。道宽:磁化轨迹的宽度。l存储容量存储容量一个磁盘存储器所能存储的字节总数;一个磁盘存储器所能存储的字节总数;l平均存取时间平均存取时间从发出读写命令
12、后,磁头从某一起始位置移动至新的记录位从发出读写命令后,磁头从某一起始位置移动至新的记录位置,到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。置,到开始从盘片表面读出或写入信息所需要的时间。l数据传输率数据传输率磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数;磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数;1/2/202319存储密度存储密度l道密度道密度沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数;沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数;单位:道单位:道/英寸。英寸。l位密度位密度磁道单位长度上能记录的二进制代码位数;磁道单位长度上能记录的二进制代码位数;单位:位单位:位/英寸。英寸。注意:每个磁道的位密度均不相同,
13、有最高、最低位密度。注意:每个磁道的位密度均不相同,有最高、最低位密度。u0 0磁道的位密度为最低位密度;磁道的位密度为最低位密度;l面密度面密度位密度和道密度的乘积;位密度和道密度的乘积;单位:位单位:位/平方英寸。平方英寸。1/2/202320存储容量存储容量l存储容量存储容量=记录面数记录面数每面磁道数每面磁道数磁道容量磁道容量l非格式化容量非格式化容量磁记录表面可以利用的磁化单元总数。磁记录表面可以利用的磁化单元总数。l格式化容量格式化容量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。可以真正使用的容量。格式
14、化容量一般是非格式化容量的格式化容量一般是非格式化容量的60%70%。1/2/202321平均存取时间平均存取时间l平均存取时间等于平均找道时间与平均等待时间之和;平均存取时间等于平均找道时间与平均等待时间之和;定位时间(找道时间)定位时间(找道时间)u将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间;将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间;等待时间等待时间u找道完成后,盘片将所要访问信息转到磁头下方的时间;找道完成后,盘片将所要访问信息转到磁头下方的时间;l平均找道时间平均找道时间最大与最小找道时间的平均值,约为最大与最小找道时间的平均值,约为1020ms;l平均等待时间平均等待时间与磁盘转速有关,是磁盘
15、旋转一周时间的一半。与磁盘转速有关,是磁盘旋转一周时间的一半。硬盘转速为硬盘转速为7200转转/分,故平均等待时间约为分,故平均等待时间约为4ms。1/2/202322数据传输率数据传输率l数据传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。数据传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。l设磁盘旋转速度为每秒设磁盘旋转速度为每秒n转,磁道容量为转,磁道容量为N个字节个字节数据传输率数据传输率Dr=n N(字节(字节/秒)秒)l设某磁道位密度为设某磁道位密度为D字节字节/英寸,磁盘转速为英寸,磁盘转速为v英寸英寸/秒,秒,则数据传输率则数据传输率Dr=D v(字节(字节/秒)秒)1/2/202323课本课本P21
16、7【例例1】磁盘组有磁盘组有6片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。存储区域内径存储区域内径22cm,外径,外径33cm,道密度为,道密度为40道道/cm,内层,内层位密度位密度400位位/cm,转速,转速6000转转/分。问:分。问:共有多少柱面共有多少柱面?柱面数柱面数=每面的磁道数每面的磁道数盘面上的有效存储区域盘面上的有效存储区域=33/2 22/2 =16.5-11=5.5(cm)道密度道密度=40道道/cm 磁道数磁道数=405.5=220道,即道,即220个柱面个柱面1/2/202324课本课本P217【例例1】磁盘组有磁盘组
17、有6片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。存储区域内径存储区域内径22cm,外径,外径33cm,道密度为,道密度为40道道/cm,内层位,内层位密度密度400位位/cm,转速,转速6000转转/分。问:分。问:盘组总存储容量是多少盘组总存储容量是多少?存储容量存储容量=记录面数记录面数每面磁道数每面磁道数磁道容量磁道容量内层磁道周长为内层磁道周长为2R=23.1411=69.08(cm)道容量道容量=400位位/cm69.08cm=27632位位=3454B盘组总容量盘组总容量=10220 3454B =7598800B622220位密度位
18、密度磁道周长磁道周长1/2/202325课本课本P217【例例1】磁盘组有磁盘组有6片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。片磁盘,每片有两个记录面,最上最下两个面不用。存储区域内径存储区域内径22cm,外径,外径33cm,道密度为,道密度为40道道/cm,内层,内层位密度位密度400位位/cm,转速,转速6000转转/分。问:分。问:数据传输率多少数据传输率多少?每磁道容量每磁道容量N=3454B磁盘转速磁盘转速r=6000转转/60秒秒=100转转/秒秒 磁盘数据传输率磁盘数据传输率Dr=rN=1003454B=345400B/s1/2/202326课本课本P217【例例1】磁盘组有
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