第七章 外圍設備#
7.1 外圍設備概述#
- 外圍設備的功能是在計算機和其他機器之間，以及計算機與用戶之間提供聯繫。事實上，除了 CPU 和主存外，計算機系統的每一部分都可作為一個外圍設備來看待。
7.1.1 外圍設備的一般功能#
- 外圍設備的功能是在計算機和其他機器之間，以及計算機與用戶之間提供聯繫。
- 指標上：不斷採用新技術，向低成本、小體積、高速、大容量、低能耗等方面發展；
- 結構上：由初級的串行操作輸入 / 輸出方式，發展到有通道連接的多種外設並行操作方式。
- 種類上：由簡單的輸入 / 輸出裝置，發展到多種輸入 / 輸出裝置，隨機存取大容量外存、多種終端設備等。
- 性能上：信息交換速度大大提高，輸入輸出形態不僅有數字形式，還有直觀的圖像和聲音等形式。
外圍設備（磁盤）基本組成 （重點）#
- (1) 存儲介質，它具有保存信息的物理特徵。例如磁盤就是一個存儲介質的例子，它是用記錄在盤上的磁化元表示信息
- (2) 驅動裝置，它用於移動存儲介質。例如，磁盤設備中，驅動裝置用於轉動磁盤並進行定位。
- (3) 控制電路，它向存儲介質發送數據或從存儲介質接收數據。例如，磁盤讀出時，控制電路把盤上用磁化元形式表示的信息轉換成計算機所需要的電信號，並把這些信號用電纜送給計算機主機。
7.1.2 外圍設備的分類#
- 一個計算機系統配備什麼樣的外圍設備，是根據實際需要來決定的。
- 外圍設備可以分為輸入設備、輸出設備、外存設備、數據通信設備和過程控制設備幾大類。
- 每一種外圍設備，都是在它自己的設備控制器控制下進行工作，而設備控制器則通過I/O 接口和主機連接，並受主機控制。
7.2 磁盤存儲設備 （重點）#
- 1、磁盤的組成：
- 寫入時，將計算機並行送來的數據取至並串變換寄存器，變為串行數據，然後一位一位地由寫電流驅動器作功率放大並加到寫磁頭線圈上產生電流，從而在盤片磁層上形成按位的磁化存儲元。
- 讀出時，當記錄介質相對磁頭運動時，位磁化存儲元形成的空間磁場在讀磁頭線圈中產生感應電勢，此讀出信息經放大檢測就可還原成原來存入的數據。由於數據是一位一位串行讀出的，故要送至串並變換寄存器變換為並行數據，再並行送至計算機。
- 2、磁盤存儲器的技術指標
- 存儲密度：存儲密度分道密度、位密度和面密度。
- 道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數，單位為道 / 英寸。
- 位密度：磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數，單位為位 / 英寸。
- 面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位 / 平方英寸。
- 存儲容量：一個磁盤存儲器所能存儲的字節總數，稱為磁盤存儲器的存儲容量。
- 存取時間：存取時間是指從發出讀寫命令後，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或寫入信息加上傳送數據所需要的時間。
- 取決於以下三個因素：
- 第一個是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間，稱為找道時間；
- 第二個是找道完成後至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間，稱為等待時間，這兩個時間都是隨機變化的，因此往往使用平均值來表示，平均找道時間是最大找道時間與最小找道時間的平均值。平均等待時間和磁盤轉速有關，它用磁盤旋轉一周所需時間的一半來表示。
- 第三個是數據傳送時間。
- 磁盤總的平均存取時間：
- Ta = Ts + 1 / (2r) + b / (rN)
- Ts: 平均找道時間
- 1 /(2r)：平均等待時間
- b / (rN)：數據傳送時間
- r：磁盤旋轉速率，單位是轉 / 秒
- b：傳送的字節數
- N：每磁道字節數
- 數據傳輸率：磁盤存儲器在單位時間內向主機傳送數據的字節數，叫數據傳輸率
- 傳輸率與存儲設備和主機接口邏輯有關。從主機接口邏輯考慮，應有足夠快的傳送速度向設備接收 / 發送信息。從存儲設備考慮，假設磁盤旋轉速度為 n 轉 / 秒，每條磁道容量為 N 個字節，則數據傳輸率：
- Dr = nN (字節 / 秒) 或 Dr=D・v (字節 / 秒) ，其中，D 為位密度，v 為磁盤旋轉的線速度
- 存儲密度：存儲密度分道密度、位密度和面密度。
【例 1】磁盤組有 6 片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區域內徑 22cm，外徑 33cm，道密度為 40 道 /cm，內層位密度 400 位 /cm，轉速 6000 轉 / 分。問：
(1) 共有多少柱面？
(2) 盤組總存儲容量是多少？
(3) 數據傳輸率多少？
解：(1) 有效存儲區域 = 16.5-11=5.5 (cm)
因為道密度 = 40 道 /cm，所以 40×55=220 道，即 220 個圓柱面。
(2) 內層磁道周長為 2πR=2×3.14×11=69.08 (cm)
每道信息量 = 400 位 /cm×69.08cm=27632 位 = 3454B 每面信息量 = 3454B×220=759880B
盤組總容量 = 759880B×10=7598800B
(3) 磁盤數據傳輸率 Dr=rN
N 為每條磁道容量，N=3454B
r 為磁盤轉速，r=6000 轉 / 60 秒 = 100 轉 / 秒
Dr=rN=100×3454B=345400B/s
7.3 顯示設備#
有關概念（重點）#
- 分辨率：顯示器所能顯示的像素個數。像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。
- 它取決於顯像管螢光粉的粒度，螢光屏的尺寸以及 CRT 電子束的聚焦能力。
- 灰度級：在黑白顯示器中所顯示的像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現為顏色的不同 **。灰度級越多，圖像層次越清楚越逼真 **。
- 它取決於每個像素對應的刷新存儲器的位數以及 CRT 本身的性能。
- 刷新：電子束打在螢光粉上引起的發光只能維持幾十毫秒的時間。為了使人眼能看到穩定的圖像顯示，必須使電子束不斷地重複掃描整個屏幕，該過程稱為刷新。
- 刷新頻率越高，顯示越沒有閃爍。 根據人的視覺生理，刷新頻率大於 30 次 / 秒時才不會感到閃爍
- 刷新存儲器（視頻存儲器、顯存）：為刷新提供信號的存儲器。容量取決於分辨率和灰度級。
- 容量 M=rC r：分辨率 C：顏色深度
- 如分辨率為 1024×1024，256 級顏色深度的圖像，存儲容量 1024×1024×8bit=1MB，其存取週期必須滿足刷新頻率的要求。