計(jì)算機(jī)組成原理第8章

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1、第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備 8. 1.1 鍵盤 8. 1.2 鼠標(biāo) 8. 2 輸出設(shè)備 8. 2.1 陰極射線管顯示器 8. 2.2 平板顯示器 8. 2.3 打印機(jī) 8. 3 輔存設(shè)備 8. 3.1 硬盤 8. 3.2 光盤,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備,8. 1.1 鍵盤,鍵盤，作為幫助人們向機(jī)器輸入字符的工具，在電子計(jì)算機(jī)發(fā)明之前，就已經(jīng)在廣泛使用的打字機(jī)上出現(xiàn)了。不過，時(shí)至今日，鍵盤的功能仍然局限于輸入英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字。 鍵盤設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題是鍵位設(shè)計(jì)，即字母和數(shù)字在鍵盤上的布局。最常見的鍵位設(shè)計(jì)方案是Christopher

2、于1868年提出的。該方案最明顯的特征是第一行的前6個(gè)字母是QWERTY，所以采用該方案的鍵盤稱為“柯蒂(QWERTY)”鍵盤。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備,8. 1.1 鍵盤,由于習(xí)慣的影響，134年前提出的、以放慢敲鍵速度為目的的柯蒂鍵盤延續(xù)至今。這是一個(gè)典型的“先入為主”的例子。 微機(jī)鍵盤的按鍵數(shù)經(jīng)歷了83鍵（面向IBM PC/XT），84鍵（面向IBM PC/XT），101鍵和102鍵（面向386和486）、104鍵（面向Pentium）、108鍵等。其中，目前主流的108鍵的鍵盤是在104鍵鍵盤的基礎(chǔ)上，為WINDOWS 98平臺(tái)增加了“Pow

3、er”、“Sleep”、“Wake UP”和“FN”等4個(gè)功能鍵，方便用戶操作。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備,8. 1.1 鍵盤,根據(jù)發(fā)送給主機(jī)的是否是能直接處理的機(jī)內(nèi)信息編碼（如ASCII碼），鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 編碼鍵盤識(shí)別出所按下鍵的位置后，直接由編碼電路產(chǎn)生一個(gè)唯一對(duì)應(yīng)的信息編碼 (如ASCII碼)送給主機(jī)。它的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。 非編碼鍵盤中，鍵盤內(nèi)部的單片機(jī)通過執(zhí)行固化在其ROM中的鍵盤管理程序，掃描是否有鍵被按下。若有，則將其位置碼（也叫掃描碼）發(fā)送給主機(jī)。收到位置碼后，主機(jī)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)內(nèi)編碼(如ASC

4、II碼)。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,非編碼鍵盤的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且通過軟件能為某些鍵的功能進(jìn)行重定義。目前，絕大多數(shù)鍵盤是非編碼鍵盤。 為了更好地利用擊鍵狀態(tài)來表達(dá)用戶的意愿，每個(gè)鍵的掃描碼又分為接通掃描碼（簡(jiǎn)稱通碼）和斷開掃描碼（簡(jiǎn)稱斷碼）。當(dāng)鍵被按下時(shí)，發(fā)送通碼；松開時(shí)，發(fā)送斷碼。主流微機(jī)鍵盤PS/2的通碼為1字節(jié)，斷碼為2字節(jié)。斷碼的第一個(gè)字節(jié)是F0H，第二個(gè)字節(jié)是該鍵的通碼。 例如從鍵盤輸入大寫英文字母“A”時(shí)，其按鍵過程是，按下左Shift鍵按下A鍵松開A鍵松開Shift鍵。鍵盤發(fā)往主機(jī)的數(shù)據(jù)是：左Shift鍵的通碼12H，A鍵的通碼1CH，A鍵的斷碼F01CH，

5、左Shift鍵的斷碼F012H。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備,8. 1.1 鍵盤,鼠標(biāo)是由美國(guó)科學(xué)家恩格爾巴特博士于1968年發(fā)明的。由于鼠標(biāo)極大地改善人機(jī)交互，ACM將1997年的圖靈獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了恩格爾巴特博士。 可見，改善人機(jī)交互永遠(yuǎn)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)正確的發(fā)展方向。,2020/9/13,8. 1.2 鼠標(biāo),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1.2 鼠標(biāo),根據(jù)工作原理和內(nèi)部構(gòu)造的不同，鼠標(biāo)分為： （1）機(jī)械式鼠標(biāo)：目前已淘汰。 （2）光機(jī)式鼠標(biāo)：正逐漸淘汰。 （3）光電式鼠標(biāo)：最常用。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1.2 鼠標(biāo),

6、評(píng)價(jià)鼠標(biāo)性能最重要的指標(biāo)是DPI(Dots Per Inch)，它表示鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸所能檢測(cè)出的點(diǎn)數(shù)，DPI小，用來定位的點(diǎn)數(shù)就少，定位精度就低。反之，DPI大，用來定位的點(diǎn)數(shù)就多，定位精度就高。通常鼠標(biāo)的DPI為400或800。 評(píng)價(jià)新型光電鼠標(biāo)還有一個(gè)專用的性能指標(biāo)幀速率（也稱為掃描頻率或刷新頻率）。它表示DSP每秒鐘能夠處理的圖像幀數(shù)。幀速率越高，鼠標(biāo)的靈敏度越好。 按鼠標(biāo)上的按鍵數(shù)量分，鼠標(biāo)分為兩鍵鼠標(biāo)、三鍵鼠標(biāo)、五鍵鼠標(biāo)和新型的多鍵鼠標(biāo)。 鼠標(biāo)與主機(jī)的接口主要有PS/2和USB兩種。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備 8. 2 輸出設(shè)備,8

7、. 2.1 陰極射線管(Cathode Ray Tube, CRT)顯示器,1CRT顯示器的組成與工作原理 由燈絲、陰極、控制柵、聚焦系統(tǒng)、加速電極、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、屏幕等組成。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,一屏完整的圖像稱為一幀（Frame）或一場(chǎng)。由于熒光在屏幕上的存留時(shí)間很短，為了維持一個(gè)穩(wěn)定的畫面，就需要重復(fù)顯示同一個(gè)圖像，這個(gè)過程稱為刷新（Refresh）。電子束每秒重繪屏幕圖像的次數(shù)，稱為刷新頻率、幀頻或場(chǎng)頻。CRT顯示器的刷新頻率通常在60幀/s (Hz)120幀/s (Hz)，最好在75Hz以上，否則屏幕會(huì)有閃爍感。視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)V

8、ESA規(guī)定85Hz為無閃爍的刷新頻率。 CRT顯示器的規(guī)格通常用其屏幕對(duì)角線的長(zhǎng)度來表示，常見的CRT顯示器有14、15、17、19或21英寸等。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,2光柵掃描顯示器 按掃描方式的不同，CRT顯示器分為光柵掃描顯示器和隨機(jī)掃描顯示器。 隨機(jī)掃描顯示器中，電子束就像一支快速移動(dòng)的畫筆，可隨意移動(dòng)，只掃描熒屏上要顯示的部分。 光柵掃描顯示器中，電子束在水平同步信號(hào)和垂直水平同步信號(hào)的控制下，在屏幕的左上角開始，按“從左向右、從上到下”原則（也叫行優(yōu)先原則），逐行形成光點(diǎn)。這樣在屏幕上形成的一條條水平掃描線，稱

9、為光柵。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,屏幕上的每個(gè)點(diǎn)稱為一個(gè)像素。在光柵掃描顯示器中，一幀圖形對(duì)應(yīng)一個(gè)像素矩陣，即整個(gè)屏幕上的所有像素點(diǎn)的強(qiáng)度值。存儲(chǔ)像素矩陣的部件是刷新緩沖存儲(chǔ)器、幀緩沖存儲(chǔ)器或視頻存儲(chǔ)器（Visual RAM, VRAM），俗稱顯存。在每一輪掃描中，根據(jù)像素矩陣，控制電子束的有/無和強(qiáng)/弱，借助于熒光的余輝，就可以在屏幕生成一幅完整的圖形。 水平掃描周期的倒數(shù)稱為行頻，垂直掃描周期的倒數(shù)稱為幀頻。幀頻就是刷新頻率。,2020/9/13,2光柵掃描顯示器,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,3顯示器的分辨

10、率與點(diǎn)間距 分辨率（Resolution）是指屏幕單位面積上所能夠顯示的最大光點(diǎn)數(shù)，也叫物理分辨率。光點(diǎn)數(shù)越多，每個(gè)光點(diǎn)的面積就越小，描繪圖形的精細(xì)程度就越高。 在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往用整個(gè)屏幕所能容納的光點(diǎn)數(shù)（像素個(gè)數(shù)）來描述，例如稱某個(gè)顯示器的分辨率為640480，這叫邏輯分辨率。但是這種描述并不嚴(yán)密，因?yàn)轱@示器的大小不同，即便邏輯分辨率相同，大屏幕的光點(diǎn)面積當(dāng)然就大，其顯示圖形的精細(xì)程度就差。 通常，15英寸的顯示器采用800600或1024768的分辨率，17英寸的顯示器采用1024768的分辨率。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,

11、點(diǎn)間距（Dot Pitch）表示兩個(gè)相鄰光點(diǎn)中心的距離，這也稱為行距。這個(gè)距離越小，就說明光點(diǎn)面積越小，分辨率越高，圖像越細(xì)膩。目前常用顯示器的點(diǎn)間距為0.25mm0.28mm。,2020/9/13,3顯示器的分辨率與點(diǎn)間距,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,4單色CRT和彩色CRT 若屏幕上只涂有一種熒光粉，在電子束的作用下只能發(fā)一種光色，則這種CRT稱為單色CRT或黑白CRT。若CRT的屏幕上涂有多種熒光粉，在電子束的作用下可以發(fā)多種光色，則這種CRT稱為彩色CRT。 對(duì)于單色CRT顯示器，每個(gè)像素的濃淡效果（即亮度），稱為灰度等級(jí)或灰度值，它是從零到某一正整

12、數(shù)的一種整數(shù)值編碼。比如幀緩沖器的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為2的，則有00、01、10和11等4級(jí)灰度。即幀緩沖器的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為n，則其灰度等級(jí)為2n種。 彩色CRT采用RGB（Red、Green、Blue）顏色模型 。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,彩色CRT分穿透型和影孔板型（也叫多槍型）。 穿透型的原理是，在屏幕內(nèi)表面涂有兩層熒光涂層，一般是紅色和綠色。不同速度電子束穿透熒光層的深淺決定所產(chǎn)生的顏色，速度低的電子只能激活外層的紅色熒光粉發(fā)光顯示紅色，高速電子可以穿透紅色熒光粉涂層而激活內(nèi)層的綠色熒光粉發(fā)光顯示綠色，中速電子則可以激活兩種熒光粉發(fā)出紅光和綠光組

13、合而顯示橙色和黃色兩種顏色。 穿透型的成本較低，但是只能產(chǎn)生有限的幾種顏色，一般應(yīng)用于隨機(jī)掃描顯示器中。,2020/9/13,4單色CRT和彩色CRT,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,影孔板型應(yīng)用于光柵掃描系統(tǒng)，能產(chǎn)生更寬范圍的色彩。這種顯示屏的內(nèi)表面涂有很多呈三角形排列的熒光粉，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)由三個(gè)熒光點(diǎn)按三角形排列構(gòu)成的光點(diǎn)組。當(dāng)每個(gè)光點(diǎn)組被激勵(lì)時(shí)，分別發(fā)出不同亮度的紅、綠、藍(lán)三種基色，這三種基色“混合”出該像素的顏色。 若電子束只有發(fā)射和關(guān)閉兩種狀態(tài)，則只能混合出8種顏色。若每支電子槍發(fā)出的電子束的強(qiáng)度有256個(gè)等級(jí)，則能顯示256256 256=1677

14、7216=16M種顏色，稱為真彩色系統(tǒng)。,2020/9/13,4單色CRT和彩色CRT,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,正常情況下，電子束是自頂向下逐行掃過整個(gè)屏幕，這樣的掃描過程稱為逐行掃描。有的顯示器為了降低對(duì)顯存的帶寬要求，其電子束采用“隔一行掃描一行”的方式，先掃過奇數(shù)行，垂直回掃后，再掃描偶數(shù)行，這樣的掃描過程稱為隔行掃描。 隔行掃描是把一幀完整的畫面分成奇數(shù)場(chǎng)（由1、3、5等奇數(shù)行組成）與偶數(shù)場(chǎng)（由0、2、4等偶數(shù)行組成）。每個(gè)掃描過程所需刷新周期是順序掃描的一半。,2020/9/13,5逐行掃描與隔行掃描,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線

15、管顯示器,例如，順序掃描一幀所需的時(shí)間是1/30s，那么采用隔行掃描后只需1/60s即可顯示一屏畫面，場(chǎng)頻提高了一倍，而且相鄰兩行的像素在1/2個(gè)周期內(nèi)有相互加強(qiáng)的作用，這樣可避免了由于熒光粉發(fā)光強(qiáng)度衰減而造成的圖形閃爍效應(yīng)。此外，還因降低了對(duì)掃描頻率的要求而降低了成本。存儲(chǔ)于幀緩沖器中的數(shù)據(jù)量也比逐行掃描減少一半，降低了對(duì)視頻控制器存取幀緩沖器的速度及數(shù)據(jù)傳輸帶寬的要求。 計(jì)算機(jī)顯示器大都采用逐行掃描方式，電視顯示器大都采用逐行掃描方式。,2020/9/13,5逐行掃描與隔行掃描,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,顯示器的工作模式有兩種：字符模式和圖形模式。 字

16、符模式下，顯存中存放的是字符編碼（如ASCII碼或漢字的機(jī)內(nèi)碼）以其屬性（如加亮或閃爍等），屏幕被劃分為若干行和列（如80列25行），字符只能顯示在規(guī)定的行、列位置。 圖形模式下，顯存中存放的是字符的字模碼（即顯示點(diǎn)陣），字符的顯示可以定位于屏幕上的任一點(diǎn)。 顯示彩色或單色多級(jí)灰度圖像時(shí)，每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位稱為顏色深度。例如欲表現(xiàn)真彩色（16M種顏色），需要24位顏色深度（即紅色8位、綠色8位、藍(lán)色8位） 。,2020/9/13,6顯示器的工作模式與顏色深度,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,CPU發(fā)出的繪圖命令要最終在屏幕上顯示出來，還需要一塊圖形適配器卡

17、，俗稱顯卡。顯卡主要是由圖形處理芯片GPU、隨機(jī)存取數(shù)模轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器、顯存組成。 GPU的任務(wù)是將應(yīng)用程序中定義的圖形數(shù)字化成圖像（面向光柵顯示器的離散的像素顏色值），存放在顯存中。盡管這些任務(wù)可以由CPU來完成，但引入GPU，一則可以減輕CPU的負(fù)擔(dān)，二則專門設(shè)計(jì)的GPU處理圖形的性能要大大高于通用的CPU，可加速圖形的處理。,2020/9/13,7顯卡與顯示器標(biāo)準(zhǔn),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 2.1 陰極射線管顯示器,由于CRT顯示器接受的顯示信號(hào)為模擬量（電壓值或電流強(qiáng)度），所以顯存中的數(shù)字量需要轉(zhuǎn)換成為模擬量輸出。這個(gè)任務(wù)就由RAMDAC來完成。 顯存中的存儲(chǔ)單元與屏幕上的像素是

18、一一對(duì)應(yīng)的，即顯存中單元數(shù)目等于顯示器的像素?cái)?shù)目。單元的字長(zhǎng)決定了顯示顏色的種類，單元的數(shù)值對(duì)應(yīng)像素的顏色或灰度。顯存容量一般有4MB、16MB等。顯存容量越大，可以支持的分辨率越高，可顯示的顏色種類越多。 目前，顯卡/顯示器的標(biāo)準(zhǔn)有MDA ，CGA ，EGA ，VGA ，TVGA ，SVGA、XGA 等。 。,2020/9/13,7顯卡與顯示器標(biāo)準(zhǔn),第6章 控制器,2020/9/13,2010年研究生入學(xué)統(tǒng)一考試計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試試題 假定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示存儲(chǔ)器用DRAM芯片實(shí)現(xiàn)，若要求顯示分辨率為16001200，顏色深度為24位，幀頻為85Hz，顯示總帶寬的50% 用來刷新屏幕，則

19、需要的顯存總帶寬至少約為 。 A. 245 Mbps B. 979 Mbps C. 1958 Mbps D. 7834Mbps,答：顯示帶寬 = 每幀的數(shù)據(jù)總量幀頻/50% = (1600120024) 85/50% = 7834Mbps。 故選D。 注：顯示總帶寬的50% 用來刷新屏幕， 另外50% 用來寫入下一幀。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備 8. 2 輸出設(shè)備,8. 2.1 CRT顯示器,按照顏色的種類分，打印機(jī)分為單色（通常為黑色）打印機(jī)和彩色打印機(jī)。依照印字原理的不同，打印機(jī)分為擊打式和非擊打式。擊打式打印機(jī)是最早使用的打印機(jī)。 擊打式打印機(jī)是以機(jī)械力量

20、擊打字錘（也叫字模），使字錘隔著色帶在紙張上打印出字形。根據(jù)字模的構(gòu)成方式不同，擊打式打印機(jī)分為整字形擊打式打印機(jī)和點(diǎn)陣式擊打式打印機(jī)（也稱針式打印機(jī)）。,2020/9/13,8. 2.2 平板顯示器,8. 2.3 打印機(jī),請(qǐng)同學(xué)們自行閱讀學(xué)習(xí)。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,任何字符都可以看成由一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)、有規(guī)律分布的許多點(diǎn)（即字模）構(gòu)成。用鋼針打印出點(diǎn)陣，就可形成字符。針式打印機(jī)就是依據(jù)這個(gè)原理研制的。 針式打印機(jī)的核心部件是字車和打印頭。打印頭內(nèi)部是沿縱向排列的打印針。打印針數(shù)量有單列的7針或9針，雙列的14針或24針。打印頭在字車帶動(dòng)下向左橫向移動(dòng)。移動(dòng)過程中，打印針撞擊色帶，在打印

21、紙上印出字符。 文件每一行的末尾都是一個(gè)不可見的字符“回車”。打印這個(gè)字符時(shí)，打印針不動(dòng)，字車將從當(dāng)前位置做向右橫向移動(dòng)，回到最左端初始位置，打印紙沿縱向運(yùn)動(dòng)一行的距離，使打印頭對(duì)準(zhǔn)新一行的起點(diǎn)。,2020/9/13,8. 2.3 打印機(jī),1針式打印機(jī),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,打印機(jī)由打印控制器和打印裝置組成。 打印控制器通過I/O總線與CPU相連，接收CPU發(fā)來的命令和打印數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)打印裝置工作。 打印裝置由微處理器、打印行緩沖器、字符發(fā)生器、地址計(jì)數(shù)器、列計(jì)數(shù)器和打印頭驅(qū)動(dòng)電路組成。打印行緩沖器的容量等于存儲(chǔ)一行字符所需的最大容量。字符發(fā)生器中存儲(chǔ)不同字體、不同字模格式的字模庫

22、。 字模格式用mn表示，英文字符的字模格式有57、77、79等，漢字字模格式是2424。字模的點(diǎn)陣越大，字形就越細(xì)膩，但占用的存儲(chǔ)空間越多。,2020/9/13,8. 2.3 打印機(jī),1針式打印機(jī),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,打印裝置工作時(shí)，其中的微處理器從打印行緩沖器中取出打印字符的ASCII碼，經(jīng)過計(jì)算得到該字符對(duì)應(yīng)的字模存儲(chǔ)區(qū)的首地址。按地址取出首列的點(diǎn)陣碼，驅(qū)動(dòng)打印針，撞擊色帶，在打印紙上打印出第一列的點(diǎn)陣。然后，列計(jì)數(shù)器增1，字車向右橫移一列的距離，打印下一列，直至打印出一個(gè)完整的字符。然后，地址計(jì)數(shù)器增1，開始打印下一個(gè)字。當(dāng)打印完一行后，緩沖器撤銷“打印機(jī)忙”信號(hào)，開始新的打印過程

23、。 可見，針式打印機(jī)是逐列、逐字、逐行，由左向右，由上而下地，打印文本。,2020/9/13,8. 2.3 打印機(jī),1針式打印機(jī),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,激光打印機(jī)的核心部件是表面鍍有一層半導(dǎo)體感光材料的感光鼓。常用的感光材料是硒，所以俗稱硒鼓。 激光打印機(jī)的工作流程是： 充電曝光顯像轉(zhuǎn)印 定影清除 除像 。 激光打印機(jī)分為黑白打印機(jī)和彩色打印機(jī)，它們的成像原理相同。黑白激光打印機(jī)只有一種黑色墨粉，彩色激光打印機(jī)使用青（Cyan）、品紅（Magenta）、黃（Yellow）顏色模型。又由于CMY配出來的黑色打印效果不理想，所以增加了專門的黑色（blacK）墨粉。因此，彩色打印機(jī)的實(shí)

24、際顏色模型為CMYK。,2020/9/13,8. 2.3 打印機(jī),1針式打印機(jī),2激光打印機(jī),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,噴墨打印機(jī)的關(guān)鍵部件是噴墨頭。噴墨頭分為連續(xù)式噴墨頭和隨機(jī)式噴墨頭。 連續(xù)式噴墨頭持續(xù)地發(fā)射的墨滴。墨滴在通過充電電極時(shí)，被加上適量的電荷。帶電荷的墨滴在通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)會(huì)改變飛行方向，最終射著在紙張上的某個(gè)位置上。 隨機(jī)式噴墨頭帶有多個(gè)噴嘴。每個(gè)噴嘴噴出墨滴的飛行方向是固定的?？刂齐娐房刂频氖亲屇膫€(gè)噴嘴噴射墨滴，受控噴嘴噴出的墨滴，直接在紙張上形成字符或圖案。,2020/9/13,8. 2.3 打印機(jī),1針式打印機(jī),3噴墨打印機(jī),2激光打印機(jī),第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8

25、. 1 輸入設(shè)備 8. 1.1 鍵盤 8. 1.2 鼠標(biāo) 8. 2 輸出設(shè)備 8. 2.1 陰極射線管顯示器 8. 2.2 平板顯示器 8. 2.3 打印機(jī) 8. 3 輔存設(shè)備 8. 3.1 硬盤 8. 3.2 光盤,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,硬盤屬于旋轉(zhuǎn)的磁表面存儲(chǔ)設(shè)備，由磁盤盤片、磁頭、磁盤驅(qū)動(dòng)器和磁盤控制器組成。,2020/9/13,第一塊硬盤是1973年IBM研制的“溫徹斯特”盤，俗稱“溫盤”?，F(xiàn)代硬盤技術(shù)基本上來源于溫盤。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,2020/9/13,溫盤的特點(diǎn)是： （1）包含若干繞固定主軸高速旋轉(zhuǎn)的表面平整光滑且涂有磁性材料的金

26、屬盤片，盤片和可以沿半徑方向移動(dòng)的磁頭共同密封在一個(gè)盒子里面，磁頭能從旋轉(zhuǎn)的盤片上讀出磁信號(hào)的變化。 （2）不工作時(shí)，磁頭?？吭谖挥诒P片圓心處的著陸區(qū)，與磁盤是接觸的。著陸區(qū)不存放任何數(shù)據(jù)，磁頭在此區(qū)域啟停，不會(huì)損傷數(shù)據(jù)。工作時(shí)，盤片的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)空氣，使磁頭處于“飛行狀態(tài)”，懸停于離盤面0.20.5微米的高度。這樣，磁頭既不會(huì)劃傷盤面，又能穩(wěn)定地讀取數(shù)據(jù)。 （3）磁盤以恒定的角速度 CAV旋轉(zhuǎn)。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,每個(gè)盤片的上下兩面都可以進(jìn)行磁記錄，每個(gè)盤面都分別設(shè)置一個(gè)磁頭，盤面號(hào)就是磁頭號(hào)。 磁盤上，磁頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的圓形軌跡稱為磁道。一個(gè)盤面上，有多個(gè)同心

27、圓形狀的磁道。磁道由外向里編號(hào)，最外邊為0號(hào)，磁道按磁道號(hào)來訪問。 不同盤面的同號(hào)磁道形成一個(gè)柱面，柱面號(hào)就是磁道號(hào)。每個(gè)磁道又分成若干扇區(qū)。磁頭以扇區(qū)為單位對(duì)磁盤進(jìn)行讀/寫，扇區(qū)的典型存儲(chǔ)容量為512B。主機(jī)訪問硬盤控制命令中的地址由柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)構(gòu)成。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,硬盤的性能指標(biāo)有：記錄密度、容量、平均存取時(shí)間。 記錄密度分為道密度和位密度。道密度是指盤面徑向上單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)目，位密度是指磁道上單位長(zhǎng)度存儲(chǔ)的二進(jìn)制位的數(shù)目。道密度的單位是tpi（磁道數(shù)/英寸），位密度的單位是bpi（位/英寸）。 磁盤的存儲(chǔ)方式分為低密

28、度和高密度。低密度時(shí)，所有磁道上的扇區(qū)數(shù)目相同，每個(gè)磁道上所存儲(chǔ)的位數(shù)相同，所以內(nèi)道的位密度比外道的位密度高。高密度時(shí)，每個(gè)磁道的位密度相同，所以外道的扇區(qū)數(shù)目比內(nèi)道的扇區(qū)數(shù)目多。因此，高密度磁盤容量比低密度磁盤容量大。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,硬盤使用前，需要進(jìn)行格式化（通常由廠商完成）。格式化后的硬盤容量較之前會(huì)有所降低。格式化后的硬盤容量為數(shù)據(jù)總?cè)萘浚雌渲袛?shù)據(jù)區(qū)的實(shí)際容量）。目前，硬盤的容量普遍在500GB以上，個(gè)別高達(dá)2TB。,2020/9/13,平均存取時(shí)間為尋道時(shí)間、旋轉(zhuǎn)延遲和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間之合。其中，尋道時(shí)間是把磁頭移到目標(biāo)磁道所需時(shí)間。旋

29、轉(zhuǎn)延遲是指將磁道上的目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所花費(fèi)的時(shí)間。 尋道時(shí)間和旋轉(zhuǎn)延遲取統(tǒng)計(jì)平均值。尋道時(shí)間的具體值由廠商提供。平均旋轉(zhuǎn)延遲取為磁盤旋轉(zhuǎn)一周所花時(shí)間的一半。傳送時(shí)間是指磁盤與內(nèi)存間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送所花時(shí)間。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,一個(gè)磁道上的全部數(shù)據(jù)必須在硬盤旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)傳送完畢，單位時(shí)間內(nèi)傳送的字節(jié)數(shù)量C等于一個(gè)磁道的字節(jié)總數(shù)N乘以旋轉(zhuǎn)速度R。傳送B個(gè)字節(jié)所需時(shí)間就是B除以C。,2020/9/13,例 在一個(gè)平均尋道時(shí)間為4ms、轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘的磁盤系統(tǒng)中，每個(gè)磁道有18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512B。請(qǐng)問讀取一個(gè)完整扇區(qū)需要多少時(shí)間？,答：尋道時(shí)間TS

30、=4ms，旋轉(zhuǎn)延遲TR=(60/10000)/2=3ms。 旋轉(zhuǎn)速度R=10000/60=166.7轉(zhuǎn)/秒 傳送一個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)間 TA=B/(RN)=512/(166.718512)=0.33ms 讀取一個(gè)完整扇區(qū)花費(fèi)時(shí)間T=TS+TR+TA=7.33ms。 。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,典型的硬盤與主機(jī)的接口為：面向PC機(jī)的IDE（Integrated Drive Electronics，電子集成驅(qū)動(dòng)器）、面向服務(wù)器的SCSI（Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）和面向帶多硬盤系統(tǒng)的高端服務(wù)器的光纖通道（Fi

31、ber Channel） 。,2020/9/13,目前，IDE已發(fā)展成為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持熱插拔的SATA（Serial ATA）。使用SATA接口的硬盤稱為串口硬盤。 SCSI具有帶寬大、多任務(wù)、CPU占用率低及熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高，且與IDE不兼容。 SCSI的新發(fā)展是兼容SATA的“SAS（Serial Attached SCSI，串行連接SCSI）”。,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,磁盤陣列是“冗余的獨(dú)立磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）”的簡(jiǎn)稱。引入RAID的目的是用多個(gè)價(jià)格較便宜、容量較小、速度較慢的

32、磁盤（硬盤），組合成一個(gè)大型的磁盤陣列，借助操作系統(tǒng)OS的管理，為用戶提供大容量、高吞吐率、高可靠性（容錯(cuò)性）的存儲(chǔ)服務(wù)。 大容量是通過OS把RAID整合成單一的邏輯磁盤呈現(xiàn)給用戶來實(shí)現(xiàn)的；高吞吐率是由于數(shù)據(jù)分布在不同的磁盤上，針對(duì)不同磁盤的訪問請(qǐng)求可以同時(shí)進(jìn)行；由于存在冗余的磁盤，所以在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)，還存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息。一旦某個(gè)磁盤出錯(cuò)，可利用存儲(chǔ)在其它磁盤上的校驗(yàn)信息來恢復(fù)數(shù)據(jù)，保證了整個(gè)磁盤系統(tǒng)的可靠性。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 3.1 硬盤,常見的RAID方案有RAID0RAID5。其中，RAID0無任何冗余，只能提高容量和吞吐率；RAID1采用鏡像冗

33、余，可靠性很高，但成本也很高。RAID2采用海明碼校驗(yàn)，需要的校驗(yàn)盤較多，成本也很高。RAID3采用奇偶校驗(yàn)，只需一個(gè)校驗(yàn)盤。RAID4采用數(shù)據(jù)塊級(jí)的奇偶校驗(yàn)。 RAID5與RAID4采用相同的校驗(yàn)方案，不同的是把校驗(yàn)信息均勻地分布在各個(gè)磁盤上，不存在專門存儲(chǔ)校驗(yàn)信息的“校驗(yàn)磁盤”，各個(gè)磁盤的地位是相同的。既提高可靠性，又避免了訪問單一校驗(yàn)盤帶來的I/O瓶頸。RAID5成本不高但效率高，應(yīng)用廣泛。,2020/9/13,第8章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,8. 1 輸入設(shè)備 8. 1.1 鍵盤 8. 1.2 鼠標(biāo) 8. 2 輸出設(shè)備 8. 2.1 陰極射線管顯示器 8. 2.2 平板顯示器 8. 2.3 打印機(jī) 8. 3 輔存設(shè)備 8. 3.1 硬盤 8. 3.2 光盤,2020/9/13,請(qǐng)同學(xué)們自行閱讀學(xué)習(xí)。,