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计算机组成原理:计算机系统概论 第七章 外围设备 本章主要内容 主要内容 外围设备概述 磁介质存储器 光盘存储器 常用输入设备 打印输出设备 显示输出设备 一、外围设备概述 中央处理器和主存储器构成计算机的主机。除主机之外,计算机系统的其它部分都可作为外围设备来看待。外围设备简称外设。 1、外设的一般功能 外设在计算机和其它机器之间、以及计算机和用户之间提供联系。外设的作用如下: 人机对话的通道 完成数据变换的设备 软件和信息的驻留地 计算机在各领域应用的桥梁 外设种类很多,归纳起来具有以下特点: 由信息载体、驱动装置和控制电路组成 工作速度比主机慢得多 信息类型和结构各不相同 电气特性也不相同 2、外设的分类 二、磁介质存储器(磁表面存储器) 磁介质存储器主要用作外存储器,磁盘、磁带均属于磁介质存储器。在磁介质存储器中,用涂在金属铝片或塑料薄膜表面的某些磁性材料(如氧化铁掺入少量钴)来存储信息的。所涂的磁性材料层称为磁层,被涂的金属铝片或塑料薄膜称为载体(载磁体),而磁层和载体合在一起称为记录介质。 磁介质存储器的特点是容量大、位成本低,通常在断电后仍能保存信息,是非易失性存储器,能够脱机保存信息;主要缺点是存取速度慢,机械结构复杂,对工作环境要求较高。 1、磁记录原理 读写磁头:磁头是读写的关键部件,由它进行电磁或磁电转换。写入信息时进行电磁转换,读出信息时进行磁电转换。磁头由高导磁材料制成,上面绕有线圈。磁头面向记录介质的部分开有间隙,称为头隙。如果没有这个头隙,磁通将在闭合磁路中流过,对记录介质没有任何影响,也就无法记录信息。 磁记录原理(续) 写入原理:写“1”和写“0”时分别在写线圈中通以不同方向的脉冲电流,当磁头相对于磁层运动时就在磁层的表面留下不同方向的磁化单元,分别代表“1”和“0”。 读出原理:当磁头相对于磁层运动时,磁层表面不同磁化单元在读线圈中感应出不同方向的感应电动势,分别代表“1”和“0”。 2、信息的记录方式 在实际应用中,磁性材料写入二进制0或1是靠不同的写入电流波形来实现的。形成不同写入电流波形的方式称为记录方式。 3、硬磁盘的基本结构与分类 硬盘主要由磁记录介质、硬盘控制器、硬盘驱动器三部分组成。 记录介质为硬质圆形盘片或盘片组; 硬盘控制器包括控制逻辑与时序电路、串并转换电路与并串转换电路; 硬盘驱动器包括读写电路、读写转换开关、读写磁头、主轴电机、磁头定位机构等。 逻辑结构下图所示。 硬磁盘的基本结构与分类(续一) 硬磁盘的基本结构与分类(续二) 硬盘有不同的分类方法,一般分为: 根据磁头运动与否可分为:固定磁头磁盘和活动磁头磁盘。固定磁头磁盘,每个磁道对应一个磁头。活动磁头磁盘的每个盘面只有一个磁头,也是目前使用最多的一种。 根据盘片固定与否可分为:可换盘片磁盘和固定盘片磁盘。 根据密封与否可分为:温彻斯特盘和非温彻斯特盘。温彻斯特盘简称温盘、根据温彻斯特技术设计制造。该技术的主要特点是将磁头、盘片、磁头定位机构、主轴、读写驱动电路都密封在一个盘盒内,构成一个组合体。温盘可靠性高,环境要求低。非温彻斯特磁盘的磁头和盘片是不密封的,因此要求有超净化的使用环境。 硬磁盘的基本结构与分类(续三) 补充说明: 活动磁头的硬盘,驱动磁头沿盘面径向移动,来寻找目标磁道的机构叫磁头定位系统。驱动电机有步进电机(脉冲驱动)和音圈电机(直线运动)两种。 硬盘在读写过程中,盘片高速旋转,盘面形成的气垫将磁头托起,所以磁头与盘面并不接触,减少了磨损,提高了寿命。 硬盘在启动前和停止后,磁头停放在记录区和轴心之间的空白区,该空白区为着陆区,此时磁头接触盘面。 4、磁盘的信息分布 以下介绍几个概念: 记录面:磁盘片表面称为记录面,一个盘片有两个记录面。 磁道:记录面上的一系列同心圆称为磁道。磁道从外向内编址,最外一个同心圆叫做0磁道。 扇区:一条磁道划分成若干个小段,每个小段称为一个扇区,一个扇区存放一个定长的记录块,如512个字节。 柱面:磁盘可能有多个盘片,即盘片组,所有半径相等的磁道的集合称为圆柱面,一个盘片组的圆柱面数等于其中一个记录面上的磁道数。(为什么引入柱面?) 数据在磁盘上的记录格式 5、磁盘存储器的主要技术指标 存储容量:磁介质存储器可以存储的总字节数,分为格式化容量和非格式化容量。格式化容量是用户能够使用的容量。非格式化容量指磁记录表面可以利用的磁化单元数。 存储密度:存储密度是指磁盘单位面积能记录的二进制信息量,分为道密度和位密度。道密度是指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位为TPI(道/英寸)、TMP(道/毫米)。位密度是指单位长度磁道上可以记录的二进制位数,bpi(位/英寸)、bpm(位/毫米)。现在道密度达38000TPI。 平均存取时间:从发出读写命令到磁盘
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