《计算机组成原理》复习第七章—外围设备
第七章 外围设备
7.1 外围设备概述
- 外围设备的一般功能
- 外围设备的功能是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
- 外围设备的基本组成
- 存储介质，保存信息的物理特征
- 驱动装置，用于移动存储介质
- 控制电路，向存储介质发送数据或从存储介质接收数据
- PC中的外存储器
- CD-ROM
- 软盘
- 硬盘
思考：为什么外围设备不能直接连接到CPU上？
看PPT或者课本可以发信，各式各样的设备是通过不同的控制器与CPU进行交互。因为不同的外围设备其功能不同、控制方式不同、数据格式不同、传输速度不同等。我们需要一个适配器，将不同的外围设备转换为能被CPU处理的相同的逻辑抽象。
7.2 磁盘相关内容
这一部分在操作系统学过，感觉两部分内容也差不多。就简单总结一下。
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
7.2.1 磁盘概述
磁记录原理
磁头和磁性记录介质相对运动时，通过电磁转换完成读\写操作。通常采用调频制（FM）和改进型调频制（MFM）的记录方式。
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。
7.2.2 磁盘属性与指标
磁盘的上下两面都能记录信息，磁盘的上下两面被称为记录面。
一块磁盘有若干记录面，每个记录面划分为若干磁道（同心圆），而每条磁道又划分为若干扇区（一小条蓝色），扇区（块）是磁盘读写的最小单位，即磁盘按块读取。图中1-18对应的是扇面（一堆蓝条叠在一起）。
- 磁头数：即记录面数，硬盘有多少个磁头就有多少个记录面。
- 柱面数：表示磁盘每面盘片上有多少条磁道。在一个盘组中，不同记录面的相同位置的磁道构成一个圆柱面。
- 扇区数：表示每条磁道上有多少个扇区
磁盘的地址
思考：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?
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。即最先是第0号磁道的第0号磁头下（也就是第1盘面的第一磁道）的所有扇区。然后，是同一柱面的 下一磁头，一个柱面存储满后就推进到下一个柱面，直到把文件内容全部写入磁盘
这样做也决定了磁盘的地址访问：当一个磁道读取完，磁头会读取下一个盘面，所以是盘面号+1而不是扇区号+1。
记录密度
- 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
平均存取时间
所有磁头同步寻道（由柱面号控制）→ 选择磁头（由磁头号控制） → 被选中的磁头等待扇区到达磁头下方 （由扇区号控制） → 读写该扇区中的数据。磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均读取时间为
T = 寻道时间（磁道定位到目的磁道）+ 旋转等待时间（在磁道上定位到对应扇区）+ 数据传输时间
我们规定旋转等待时间为旋转一周所需的时间的一半表示。假设r为磁盘旋转速率（转/秒），b为传送的字节数，N为每磁道字节数，则平均存取时间可以表示
Ta=Ts+12r+brNTs为平均寻道时间，通常是固定时间。T_a=T_s+\frac{1}{2r}+\frac{b}{rN} \\ T_s为平均寻道时间，通常是固定时间。 Ta=Ts+2r1+rNbTs为平均寻道时间，通常是固定时间。平均存取时间主要取决于磁盘的转速，也就是旋转等待时间
数据传输率
单位时间向主机传送数据的字节数称为数据传输率。假设磁盘旋转速度为n转/秒，每条磁道容量为N个字 节，则数据传输率：
Dr=nN或Dr=D⋅v其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度D_r=nN \quad或 \quad D_r=D·v \\ 其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度 Dr=nN或Dr=D⋅v其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度
7.2.3 磁盘阵列RAID
RAID称独立磁盘冗余阵列，它是用多台磁盘存储器组成的大容量外存系统。
RAID是将多个独立操作的磁盘按某种方式组织成磁盘阵列（Disk Array），以增加容量，利用类似于主存中的多体交叉技术，将数据存储在多个盘体上，通过使这些盘并行工作来提高数据传输速度，并用冗余磁盘技术来进行错误恢复以提高系统可靠性。
- RAID0是无冗余和无校验的磁盘阵列，适用于容量和速度要求高的非关键数据存储的场合
- RAID1-5是有冗余或者有校验的磁盘阵列，能够恢复数据，从而提高了磁盘的可靠性
7.2.4 光盘
记住几个概念即可
光道：信息记录的轨迹（类似于磁道）
扇区：光盘最小的可寻址单位
- CD-ROM：只读型光盘
- CD-R：只可写入一次信息，之后不可修改
- CD-RW：可读可写，可以重复读写
- DVD-ROM：高容量的CD-ROM
- 固态硬盘：需要Flash Memory和其他硬件软件支持
7.3 显示、输入、打印设备
7.3.1 显示设备
显示设备有CRT（阴极射线管），LCD（液晶显示器），LED（发光二极管）等。其有以下主要参数：
扫描方式：光栅扫描和随机扫描
分辨率：所能表示的像素的个数，屏幕上一个光电就是一个像素
灰度级：像素点的亮暗差别。灰度级越多，图像层次越清楚越逼真。它取决于每个像素对应的刷新存储器的位数以及CRT本身的性能
刷新频率：单位时间内扫描整个屏幕内容的次数。最少大于30Hz
计算刷新带宽：
带宽=分辨率×灰度级位数×刷新频率带宽=分辨率×灰度级位数×刷新频率 带宽=分辨率×灰度级位数×刷新频率
7.3.2 打印机
- 点阵式打印机
- 喷墨打印机
- 激光打印机
7.3.3 输入设备
- 图形输入设备（键盘、鼠标、光笔）
- 图像输入设备（摄像机）
- 语音输入设备
本章小结
- 外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备五大类
- 每一种设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过I/O接口模块和主机相连，并受主机控制
- 磁盘、磁带属于磁表面存储器，特点是存储容量大，位价格低，记录信息永久保存，但存取速度较慢，因此在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用
- 磁盘存储器的主要技术指标有：存储密度（道密度，位密度，面密度）、存储容量（注意记录面数）、平均存取时间、数据传输速率
- 磁盘阵列RAID是多台磁盘存储器组成的大容量外存系统，它实现数据的并行存储、交叉存储， 单独存储，改善了I/O性能，增加了存储容量，是一种先进的硬磁盘体系结构。（要知道RAID各级的特性）
- 光盘的种类和描述
- 常用的计算机输入设备有图形输入设备(键盘、鼠标）、图像输入设备、语音输入设备（计算带宽）
- 常用的打印设备有激光打印机、彩色喷墨打印机等，它们都属于硬拷贝输出设备
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