1、2022-3-281計算機組成原理任課教師：石磊鄭州大學信息工程學院計算機系Email: Tel: 136769868632第一章第一章 概述概述第二章第二章 計算機中的數據表示計算機中的數據表示第三章第三章 運算方法和運算器運算方法和運算器第四章第四章 存儲器及存儲系統存儲器及存儲系統第五章第五章 指令系統指令系統 第六章第六章 中央處理器中央處理器 第七章第七章 系統總線系統總線第八章第八章 輸入輸出系統輸入輸出系統第九章第九章 計算機外部設備計算機外部設備 第十章第十章 計算機系統結構計算機系統結構目錄計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-2

2、8第3頁第第9章章 計算機外部設備計算機外部設備計算機組成原理計算機組成原理 清華大學出版社清華大學出版社教學目標教學重點教學過程計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第4頁教學目標教學目標l了解計算機的外部設備了解計算機的外部設備l理解并掌握外部設備的基本工作原理理解并掌握外部設備的基本工作原理計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第5頁教學重點教學重點l計算機外部設備的功能計算機外部設備的功能l計算機外部設備的分類計算機外部設備的分類l計算機外部設備的特點計算機外部設備的特點l顯示設備基本原

3、理顯示設備基本原理l磁記錄原理與記錄方式磁記錄原理與記錄方式計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第6頁教學過程教學過程l9.1 外部設備概述外部設備概述l9.2 輸入設備輸入設備l9.3 輸出設備輸出設備l9.4 顯示設備顯示設備l9.5 磁表面存儲器磁表面存儲器l9.6 光盤存儲器光盤存儲器l9.7 通信與網絡設備通信與網絡設備計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第7頁9.1 計算機外部設備概述計算機外部設備概述 （1/3） l定義：計算機系統中主機以外的硬設備，定義：計算機系統中主機以外

4、的硬設備，是計算機系統的重要組成部分，也稱為輸是計算機系統的重要組成部分，也稱為輸入輸出設備。入輸出設備。l功能：外部設備是計算機與外部世界或計功能：外部設備是計算機與外部世界或計算機與人進行信息交換的設備，是人機聯算機與人進行信息交換的設備，是人機聯系的界面和橋梁，常見的輸入輸出設備有系的界面和橋梁，常見的輸入輸出設備有鍵盤，顯示器，打印機等。鍵盤，顯示器，打印機等。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第8頁9.1 計算機外部設備概述計算機外部設備概述 （2/3）l所處位置：在計算機系統中，所處位置：在計算機系統中，CPU和內存組成主機，其

5、它和內存組成主機，其它設備稱為外部設備。外部設備可以看成信息轉換裝置，設備稱為外部設備。外部設備可以看成信息轉換裝置， 把需要處理的信息轉換成電脈沖輸入主機，把需要處理的信息轉換成電脈沖輸入主機， 把主機處理后的信息轉換為人們可以識別的字符，圖把主機處理后的信息轉換為人們可以識別的字符，圖形等。如圖形等。如圖9.1所示。所示。電脈沖信息電脈沖信息還原，轉換還原，轉換主機主機外部設備外部設備用戶可識別的信息用戶可識別的信息加工處理信息加工處理信息文字文字/聲音聲音/圖形圖形/圖象等圖象等圖圖9-1 外部設備所處的位置外部設備所處的位置計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機

6、外部設備2022-3-28第9頁9.1 計算機外部設備概述計算機外部設備概述 （3/3）l分類：分類：從計算機接收信息和送出結果，可以分為：從計算機接收信息和送出結果，可以分為： 輸入設備輸入設備 輸出設備輸出設備從外部設備的功能，可以分為：從外部設備的功能，可以分為： 輸入設備輸入設備 輸出設備輸出設備 外存儲器外存儲器 數據通信設備數據通信設備 過程式輸入輸出設備過程式輸入輸出設備計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第10頁常見的外部設備常見的外部設備輸入輸入/輸出輸出設備設備數據通信設備數據通信設備輸入輸出處理機輸入輸出處理機外存儲設備

7、（硬磁盤、軟磁盤、光盤）外存儲設備（硬磁盤、軟磁盤、光盤）多媒體多媒體數數/模、模模、模/數轉換數轉換漢字處理設備漢字處理設備終端設備（鍵盤終端設備（鍵盤+顯示器）顯示器）輸入輸入設備設備輸出輸出設備設備語音輸出語音輸出語言與文字輸入語言與文字輸入光學字符識別光學字符識別鍵盤鍵盤條形碼條形碼圖形輸入設備（鼠標器、圖形板、跟蹤球、操縱桿、光筆）圖形輸入設備（鼠標器、圖形板、跟蹤球、操縱桿、光筆）圖象輸入設備（攝象機、掃描儀、傳真機）圖象輸入設備（攝象機、掃描儀、傳真機）繪圖機（平板式、滾筒式）繪圖機（平板式、滾筒式）打印設備（點陣式打印機、激光打印機、噴墨打印機）打印設備（點陣式打印機、激光打印

8、機、噴墨打印機）顯示器（字符、漢字、圖形、圖象、液晶、等離子）顯示器（字符、漢字、圖形、圖象、液晶、等離子）計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第11頁計算機外部設備分類計算機外部設備分類 （1/3）（1）輸入設備）輸入設備輸入設備是將程序，數據，命令，圖形，圖象等，按輸入設備是將程序，數據，命令，圖形，圖象等，按一定的要求轉換成主機能夠接收的代碼信息，并送入主機一定的要求轉換成主機能夠接收的代碼信息，并送入主機內進行處理的設備。包括紙介質輸入設備、光介質、磁介內進行處理的設備。包括紙介質輸入設備、光介質、磁介質、光學識別、語音識別、鍵盤輸入

9、等設備。最常用的是質、光學識別、語音識別、鍵盤輸入等設備。最常用的是磁介質和鍵盤輸入設備。磁介質和鍵盤輸入設備。（2）輸出設備）輸出設備輸出設備是將主機處理信息的中間結果和最后結果，輸出設備是將主機處理信息的中間結果和最后結果，以人們通常能識別的字符、圖形等形式表示出來的設備。以人們通常能識別的字符、圖形等形式表示出來的設備。包括顯示設備、印刷設備、照相、語音響應、紙介質設備、包括顯示設備、印刷設備、照相、語音響應、紙介質設備、磁介質設備、光介質設備。其中顯示和印刷是兩種主要的磁介質設備、光介質設備。其中顯示和印刷是兩種主要的輸出設備。輸出設備。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設

10、備第九章計算機外部設備2022-3-28第12頁計算機外部設備分類計算機外部設備分類 （2/3）（3）外存儲設備）外存儲設備外存儲設備用來保存數據、程序和文擋、字庫，以補外存儲設備用來保存數據、程序和文擋、字庫，以補充內存容量的不足，在需要某一部分數據時，可在處理機充內存容量的不足，在需要某一部分數據時，可在處理機的控制下，通過接口控制把數據送到內存。外存儲設備以的控制下，通過接口控制把數據送到內存。外存儲設備以磁表面存儲器為主，早期有磁鼓、磁帶，現在主要用磁盤磁表面存儲器為主，早期有磁鼓、磁帶，現在主要用磁盤（硬盤、軟盤）和光盤。（硬盤、軟盤）和光盤。（4）數據通信設備）數據通信設備計算機網

11、絡是計算機技術和數據通信技術相結合的產計算機網絡是計算機技術和數據通信技術相結合的產物，數據通信設備指的是在計算機網絡通信中用的外部設物，數據通信設備指的是在計算機網絡通信中用的外部設備。包括調制解調器，網絡適配器，網絡互連設備，通信備。包括調制解調器，網絡適配器，網絡互連設備，通信控制器，網絡交換機終端設備等。控制器，網絡交換機終端設備等。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第13頁計算機外部設備分類計算機外部設備分類 （3/3）（5）終端設備）終端設備終端設備的基本構成是一些通用的輸入輸出終端設備的基本構成是一些通用的輸入輸出設備，如有各

12、種鍵盤，不同類型的打印設備，顯設備，如有各種鍵盤，不同類型的打印設備，顯示設備，軟磁盤機和通信設備。通過傳輸控制協示設備，軟磁盤機和通信設備。通過傳輸控制協議和傳輸介質與主機通信。議和傳輸介質與主機通信。（6）過程式輸入輸出設備）過程式輸入輸出設備通常多用于計算機控制系統。這類設備在現通常多用于計算機控制系統。這類設備在現場采集到的一般是模擬量，如電壓、溫度等，要場采集到的一般是模擬量，如電壓、溫度等，要經過從模擬量到數字量的轉換（經過從模擬量到數字量的轉換（A/D）才能送給）才能送給計算機，而計算機的輸出也必須經過從數字量到計算機，而計算機的輸出也必須經過從數字量到模擬量的轉換（模擬量的轉換

13、（D/A）才能去進行相應的控制。）才能去進行相應的控制。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第14頁計算機外部設備的特點計算機外部設備的特點1、主機與外設間信息交換、主機與外設間信息交換（1） 數據信息數據信息（2） 控制信息控制信息（3） 狀態信息狀態信息（4） 聯絡信息聯絡信息（5） 外設識別信息外設識別信息2、主機與外設通過接口電路連接、主機與外設通過接口電路連接外部設備一般由兩部分組成，即設備本身和設備接口，外部設備一般由兩部分組成，即設備本身和設備接口，設備接口也稱為設備接口也稱為I/O控制器（適配器）。外部設備通過控制器（適配器）

14、。外部設備通過I/O控制器與主機總線連接起來，不同的外部設備需要相應的控制器與主機總線連接起來，不同的外部設備需要相應的I/O控制器。控制器。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第15頁9.2 輸入設備輸入設備 l9.2.1 鍵盤鍵盤l9.2.2 鼠標器鼠標器l9.2.3 掃描儀掃描儀l9.2.4 數碼相機數碼相機計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第16頁9.3 打印輸出設備打印輸出設備 l點陣打印機點陣打印機l激光打印機激光打印機l噴墨打印機噴墨打印機計算機組成原理計算機組成原理 第九章

15、計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第17頁9.3.1 點陣針式打印機點陣針式打印機l應用最多的硬拷貝輸出設備，可以將打印在紙上的信息長應用最多的硬拷貝輸出設備，可以將打印在紙上的信息長期保存。可以產生永久性記錄的設備有打印機，繪圖機，期保存。可以產生永久性記錄的設備有打印機，繪圖機，靜電印刷機以及紙帶穿孔機，卡片穿孔機等。靜電印刷機以及紙帶穿孔機，卡片穿孔機等。l分類 按打印方式的不同，分為擊打式和非擊打式兩大類。按打印方式的不同，分為擊打式和非擊打式兩大類。按控制方式的不同，可分為串行打印機和并行打印機按控制方式的不同，可分為串行打印機和并行打印機兩種。兩種。 按打印紙的寬

16、度不同，可分為寬行打印機和窄行打印按打印紙的寬度不同，可分為寬行打印機和窄行打印機。機。 計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第18頁9.3.2 激光打印機激光打印機硒鼓硒鼓 圖圖9-4 激光打印機結構激光打印機結構記錄鼓記錄鼓激光源激光源清掃輥清掃輥帶電器帶電器輸紙部分輸紙部分接紙部分接紙部分預熱板預熱板加熱輥加熱輥定影部分定影部分印寫印寫, 清掃，轉寫部分清掃，轉寫部分轉寫轉寫顯象部分顯象部分激光部分激光部分控制部分控制部分計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第19頁打印機中一些技術術語

17、打印機中一些技術術語（1）字模（）字模（Font） 由一組字符組成，通常包括字母，數字，標點符號及一由一組字符組成，通常包括字母，數字，標點符號及一些專用符號，每個字模有特定大小、高度、寬度和傾斜度些專用符號，每個字模有特定大小、高度、寬度和傾斜度（2）字式樣（）字式樣（Font Styles） 可將字模劃分為四大組：文本組，顯示組，裝飾組和符可將字模劃分為四大組：文本組，顯示組，裝飾組和符號組。號組。 文本組：小型文本體可以作為文稿的正文，大型文本體可文本組：小型文本體可以作為文稿的正文，大型文本體可以作為文稿的標題。以作為文稿的標題。 顯示組：顯示組的字母常用于廣告和書名中。顯示組：顯示組

18、的字母常用于廣告和書名中。 裝飾組：不常用，草體屬于此類。裝飾組：不常用，草體屬于此類。 符號組：科技、工程、繪圖、音樂等領域中常用專門符號符號組：科技、工程、繪圖、音樂等領域中常用專門符號（3）字模存儲器）字模存儲器 字模可選擇存放在打印機內或主機的磁盤、磁帶上。字模可選擇存放在打印機內或主機的磁盤、磁帶上。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第20頁9.3.3 噴墨打印機噴墨打印機l噴墨技術可分為連續式和間歇式兩大類，目前流噴墨技術可分為連續式和間歇式兩大類，目前流行的噴墨打印機技術屬于間歇式，它又分為行的噴墨打印機技術屬于間歇式，它又分

19、為“熱熱泡式泡式”和和“壓電式壓電式”兩種。兩種。l噴墨技術的原理：利用電阻迅速加熱噴墨頭，使噴墨技術的原理：利用電阻迅速加熱噴墨頭，使噴墨頭內的墨水汽化產生氣泡，氣泡膨脹將墨水噴墨頭內的墨水汽化產生氣泡，氣泡膨脹將墨水噴出噴嘴，墨滴以每秒噴出噴嘴，墨滴以每秒3000-6200點的速度噴射點的速度噴射到紙上，當噴頭與紙之間的距離很小時，便可在到紙上，當噴頭與紙之間的距離很小時，便可在紙上形成精確的圖案。紙上形成精確的圖案。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第21頁9.4 顯示設備顯示設備l圖形與圖象圖形與圖象 圖形圖形(Graphics）指

20、沒有亮暗層次變化的線條圖，如建）指沒有亮暗層次變化的線條圖，如建筑，機械的工程設計圖，電路圖等。筑，機械的工程設計圖，電路圖等。 圖象圖象(Image)指具有亮暗灰度層次的圖畫，如自然景物，指具有亮暗灰度層次的圖畫，如自然景物，新聞照片等。經計算機處理與顯示的圖象稱為數字圖新聞照片等。經計算機處理與顯示的圖象稱為數字圖象。象。l按照使用的顯示器件劃分，顯示設備分為按照使用的顯示器件劃分，顯示設備分為 陰極射線管顯示器（陰極射線管顯示器（Cathode Ray Tube Display） 發光二極管顯示器（發光二極管顯示器（Light-emitting Diode Display） 液晶顯示器（

21、液晶顯示器（Liquid Crystal Display） 等離子顯示器（等離子顯示器（Plasma Display）。）。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第22頁9.4 顯示設備顯示設備l軟拷貝設備：不能生成持久性硬拷貝。軟拷貝設備：不能生成持久性硬拷貝。l組成：由監視器和顯示適配器組成組成：由監視器和顯示適配器組成l作用：將電信號轉換成可以直接觀察的字符，圖形或圖象作用：將電信號轉換成可以直接觀察的字符，圖形或圖象 l顯示方式：顯示方式： 字符顯示方式（字符顯示方式（A/N） 全點可尋址圖象顯示方式（全點可尋址圖象顯示方式（APA）l

22、顯示模式顯示模式決定屏幕的顯示格式（顯示字符的個數，顯示圖形的分決定屏幕的顯示格式（顯示字符的個數，顯示圖形的分辨率，顏色數等）辨率，顏色數等） 行行列列A/N方式方式 每屏的行每屏的行行象素數行象素數APA方式方式計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第23頁顯示器的類型顯示器也稱為監視器，可以分為單色監視器顯示器也稱為監視器，可以分為單色監視器和彩色監視器。單色監視器通常用于和彩色監視器。單色監視器通常用于A/N方式，方式，用于字符顯示，字符顏色為綠色或琥珀色。彩色用于字符顯示，字符顏色為綠色或琥珀色。彩色監視器有三種基本類型：監視器有三種

23、基本類型：RGB監視器；彩色視頻監視器；彩色視頻監視器；彩色電視機。其中監視器；彩色電視機。其中RGB監視器又分為數監視器又分為數字式和模擬式。字式和模擬式。數字式數字式RGB監視器要求顯示適配器提供的信監視器要求顯示適配器提供的信號是號是RGB數字信號，受信號位數的限制，可以顯數字信號，受信號位數的限制，可以顯示的顏色的種數有限，模擬式示的顏色的種數有限，模擬式RGB監視器要求顯監視器要求顯示適配器提供的信號是用電壓表示的示適配器提供的信號是用電壓表示的RGB模擬信模擬信號，是連續可變的，可以顯示顏色的種數幾乎沒號，是連續可變的，可以顯示顏色的種數幾乎沒有限制。有限制。計算機組成原理計算機組

24、成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第24頁顯示適配器常用的的顯示適配器有單色適配器常用的的顯示適配器有單色適配器MDA，彩色圖形適配器彩色圖形適配器CGA、EGA、VGA等。等。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第25頁顯示技術的術語顯示技術的術語 （1/2）（1） 分辨率和灰度級分辨率和灰度級分辨率和灰度級是顯示器的兩個重要技術指標。分辨率和灰度級是顯示器的兩個重要技術指標。 分辨率（分辨率（Resolution）是指顯示設備所能表示的象素個數。）是指顯示設備所能表示的象素個數。 灰度級（灰度級（Gray

25、Level）指的是所顯示象素點的亮暗差別達到的層）指的是所顯示象素點的亮暗差別達到的層次，在彩色顯示器中表現為顏色的種類。灰度級取決于每個象素次，在彩色顯示器中表現為顏色的種類。灰度級取決于每個象素對應刷新存儲器單元的位數和對應刷新存儲器單元的位數和CRT本身的性能。本身的性能。（2） 刷新和刷新存儲器刷新和刷新存儲器 刷新（刷新（Refresh）：重復掃描。）：重復掃描。 刷新頻率：每秒鐘刷新的次數。刷新頻率：每秒鐘刷新的次數。刷新存儲器：存儲圖象的存儲器，也稱刷新存儲器：存儲圖象的存儲器，也稱“幀存儲器幀存儲器”或或“視頻存儲器視頻存儲器”VRAM。刷新存儲器的容量由圖象分辨率。刷新存儲器

26、的容量由圖象分辨率和灰度級決定。如分辨率為和灰度級決定。如分辨率為512512，256級灰度的圖象，級灰度的圖象，則存儲容量為則存儲容量為512 512 8bit=256KB。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第26頁顯示技術的術語顯示技術的術語 （2/2）（3） 隨機掃描和光柵掃描隨機掃描和光柵掃描電子束在熒光屏上按某種軌跡運動稱為掃描電子束在熒光屏上按某種軌跡運動稱為掃描（Scan）。控制電子束掃描軌跡的電路叫掃描偏轉電路。）。控制電子束掃描軌跡的電路叫掃描偏轉電路。掃描方式有兩種，隨機掃描（掃描方式有兩種，隨機掃描（Random Sc

27、an）和光柵掃）和光柵掃描（描（Raster Scan）。）。隨機掃描是控制電子束在隨機掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從屏幕上隨機地運動，從而產生圖形和字符。電子束只在需要作圖的地方掃描，而而產生圖形和字符。電子束只在需要作圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕，所以這種掃描方式畫圖速度快，圖象清不必掃描全屏幕，所以這種掃描方式畫圖速度快，圖象清晰。晰。光柵掃描是電視系統中采用的掃描方法，也叫電視掃光柵掃描是電視系統中采用的掃描方法，也叫電視掃描。要求圖象充滿整個畫面，電子束要掃過整個屏幕。光描。要求圖象充滿整個畫面，電子束要掃過整個屏幕。光柵掃描是從上至下順序掃描，有逐行掃描和隔行掃描兩

28、種柵掃描是從上至下順序掃描，有逐行掃描和隔行掃描兩種方式。方式。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第27頁字符顯示器（1） 字符顯示原理字符顯示原理字符可以用點組成，也可以由線段組成，常用的產生字符的方字符可以用點組成，也可以由線段組成，常用的產生字符的方法有點陣法和線段法。法有點陣法和線段法。顯示字符的質量和字符塊的大小取決于點陣的多少，字符塊指的是每顯示字符的質量和字符塊的大小取決于點陣的多少，字符塊指的是每個字符在屏幕上所占的點數，也稱作字符窗口，它包括字符顯示點陣個字符在屏幕上所占的點數，也稱作字符窗口，它包括字符顯示點陣和字符間隔

29、。在和字符間隔。在IBM-PC系統中，屏幕上共顯示系統中，屏幕上共顯示80列列25行行=2000個個字符，字符窗口數目為字符，字符窗口數目為80 25。（2） 單色字符顯示控制板（顯示適配器）單色字符顯示控制板（顯示適配器）顯示板是主機與顯示器之間的接口顯示板是主機與顯示器之間的接口顯示板有控制邏輯和視頻存儲器顯示板有控制邏輯和視頻存儲器VRAM兩個部分，控制邏輯的核兩個部分，控制邏輯的核心是心是MC6845 CRTC。視頻存儲器有字符存儲器和屬性存儲器兩部分。視頻存儲器有字符存儲器和屬性存儲器兩部分。對于每一個顯示字符，用一個字節存儲字符的對于每一個顯示字符，用一個字節存儲字符的ASCII碼

30、，用另一個字碼，用另一個字節存儲顯示屬性，屬性字節表示字符的顯示色，背景色（底色）以及節存儲顯示屬性，屬性字節表示字符的顯示色，背景色（底色）以及閃爍、下劃線等屬性。對于閃爍、下劃線等屬性。對于80列列25行字符，字符存儲器和屬性存行字符，字符存儲器和屬性存儲器的容量均為儲器的容量均為2KB。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第28頁 圖形與圖象顯示 （1/2）1、圖形顯示設備：、圖形顯示設備：一般具有顯示圖形和顯示字符的功能。按掃描方法一般具有顯示圖形和顯示字符的功能。按掃描方法可分為：可分為：（1）隨機掃描刷新圖形顯示器）隨機掃描刷新圖

31、形顯示器采用矢量法構成圖形。由于一條曲線可以用許多首尾相接的短采用矢量法構成圖形。由于一條曲線可以用許多首尾相接的短矢量來逼近，因此可以在屏幕上先給定一系列坐標點，控制電子束矢量來逼近，因此可以在屏幕上先給定一系列坐標點，控制電子束按一定順序逐個點亮相鄰兩點間的短矢量，從而得到近似的曲線。按一定順序逐個點亮相鄰兩點間的短矢量，從而得到近似的曲線。（2）光柵掃描圖形顯示器）光柵掃描圖形顯示器把對應于屏幕上每個象素信息用存儲器存起來，然后按地址順把對應于屏幕上每個象素信息用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕上，通過光柵掃描，使每個象素具有某個序逐個地刷新顯示在屏幕上，通過光柵掃描，使

32、每個象素具有某個灰度或某種顏色，串接起來就構成了不同的圖形。灰度或某種顏色，串接起來就構成了不同的圖形。（3）存儲管型圖形顯示器）存儲管型圖形顯示器存儲管的樣子像存儲管的樣子像CRT，但它不需要刷新，無閃爍現象。只要在，但它不需要刷新，無閃爍現象。只要在屏幕上顯示出圖形，熒光粉就保持發光，直到整個屏幕的圖形全部屏幕上顯示出圖形，熒光粉就保持發光，直到整個屏幕的圖形全部檫除為止。由于不用刷新存儲器，控制簡單，分辨率可達到檫除為止。由于不用刷新存儲器，控制簡單，分辨率可達到40964096個象素。個象素。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第29

33、頁圖形與圖象顯示 （2/2）2、 圖象顯示設備圖象顯示設備圖象顯示器采用光柵掃描方式，其分辨率在圖象顯示器采用光柵掃描方式，其分辨率在256 256或或512 512個象素，與圖形顯示兼容的個別圖象顯個象素，與圖形顯示兼容的個別圖象顯示器已達到示器已達到1024 1024象素，灰度級在象素，灰度級在64至至256級。級。圖象顯示器有兩種規模，一種是簡單的圖象顯示器，圖象顯示器有兩種規模，一種是簡單的圖象顯示器，它僅僅顯示由計算機送來的數字圖象，圖象處理操作在計它僅僅顯示由計算機送來的數字圖象，圖象處理操作在計算機中完成，顯示器不做任何處理。算機中完成，顯示器不做任何處理。另一種是圖象處理終端或

34、圖象處理子系統。其硬件結另一種是圖象處理終端或圖象處理子系統。其硬件結構復雜的多，本身就是一個具有并行處理功能的專用計算構復雜的多，本身就是一個具有并行處理功能的專用計算機。機。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第30頁9.4.2 液晶顯示設備l液晶液晶（Liquid Crystal Display）液態晶體的簡稱，在一定液態晶體的簡稱，在一定溫度范圍內，以液體與固體的中間狀態溫度范圍內，以液體與固體的中間狀態液晶狀態存在。液晶狀態存在。l優點：具有體積小、重量輕、能耗低（每平方厘米優點：具有體積小、重量輕、能耗低（每平方厘米1-10毫毫瓦

35、）、工作電壓低（瓦）、工作電壓低（1.5-6伏特）、圖象精確等優點。伏特）、圖象精確等優點。l應用：液晶顯示廣泛應用在手表，計數器，液晶電視，筆應用：液晶顯示廣泛應用在手表，計數器，液晶電視，筆記本電腦，投影屏幕上。記本電腦，投影屏幕上。l液晶顯示的主要技術指標為：液晶顯示的主要技術指標為：（1）電氣參數：工作電壓）電氣參數：工作電壓4-10伏，工作電流伏，工作電流1-6微米微米/平方厘平方厘米，工作頻率米，工作頻率30-2000赫茲，直流電阻赫茲，直流電阻5-10兆歐兆歐/平方厘米，平方厘米，電容電容600-1200微微法微微法/平方厘米，功耗平方厘米，功耗100微瓦微瓦/平方厘米；平方厘米

36、；（2）電光參數：閥值電壓）電光參數：閥值電壓1.5-2.5伏。飽和電壓伏。飽和電壓3-4伏，分辨伏，分辨率為幾十條線率為幾十條線/每毫米，響應時間每毫米，響應時間30-150毫秒，余輝毫秒，余輝300-500毫秒，壽命為毫秒，壽命為1萬小時以上。萬小時以上。 計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第31頁9.5 磁表面存儲器磁表面存儲器l種類：種類： 磁表面存儲器：例如，磁盤，磁帶磁表面存儲器：例如，磁盤，磁帶 光存儲器：光盤（光存儲器：光盤（Optical Disk）l特點：特點： 存儲密度高，記錄容量大，每位價格低；存儲密度高，記錄容量大

37、，每位價格低； 記錄介質可以重復使用；記錄介質可以重復使用； 記錄信息可長時間保存而不致丟失；記錄信息可長時間保存而不致丟失； 非破壞性讀出，讀出時不需再生信息；非破壞性讀出，讀出時不需再生信息； 存取速度較低，機械結構復雜，對工作環境要求較嚴。存取速度較低，機械結構復雜，對工作環境要求較嚴。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第32頁外部存儲器的主要性能指標外部存儲器的主要性能指標 （1/4）l存儲密度：存儲密度： 單位長度或單位面積所存儲的二進制信息量。單位長度或單位面積所存儲的二進制信息量。 磁盤的存儲密度：磁盤的存儲密度：(a)道密度

38、：指沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數道密度：指沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(b)位密度：指沿磁道的單位長度上記錄的二進制信息位數位密度：指沿磁道的單位長度上記錄的二進制信息位數 (c) 面密度：以上兩個乘積。面密度：以上兩個乘積。l存儲容量存儲容量 以字節為單位以字節為單位,指存儲器所能存儲的二進制信息總量。指存儲器所能存儲的二進制信息總量。 磁盤存儲器有格式化容量和非格式化容量兩個指標：磁盤存儲器有格式化容量和非格式化容量兩個指標： 格式化容量：指按照特定的記錄格式存儲信息的總量格式化容量：指按照特定的記錄格式存儲信息的總量 非格式化容量：磁記錄表面可以利用的磁化單元總數非格式化容量：磁

39、記錄表面可以利用的磁化單元總數計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第33頁外部存儲器的主要性能指標外部存儲器的主要性能指標 （2/4）l尋址時間：對磁盤存儲器，尋址時間尋址時間：對磁盤存儲器，尋址時間=尋道時間尋道時間+等待時間等待時間等待時間與磁盤轉速有關，可用磁盤旋轉一周所需要時間等待時間與磁盤轉速有關，可用磁盤旋轉一周所需要時間的一半來表示平均等待時間。的一半來表示平均等待時間。例：磁盤的轉速為例：磁盤的轉速為3600r/min，則，則平均等待時間平均等待時間=0.560/3600=8.3ms。l讀寫周期：讀出讀寫周期：讀出/寫入一個字

40、的時間稱為讀寫時間，兩次讀寫入一個字的時間稱為讀寫時間，兩次讀出出/寫入操作之間的時間間隔稱為讀寫周期或存取周期寫入操作之間的時間間隔稱為讀寫周期或存取周期計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第34頁外部存儲器的主要性能指標外部存儲器的主要性能指標 （3/4）l數據傳輸率：單位時間內向主機傳送數據的位數或字節數。數據傳輸率：單位時間內向主機傳送數據的位數或字節數。 對磁盤存儲器，單磁頭串行讀對磁盤存儲器，單磁頭串行讀/寫半徑寫半徑R0已知，數據傳輸已知，數據傳輸率計算如下：率計算如下：每道信息量每道信息量=位密度位密度 2 R0，（，（R0為

41、內半徑）為內半徑）數據傳輸率數據傳輸率(bps)= 每道信息量每道信息量 轉速轉速r，（，（r是每秒轉速）是每秒轉速） =位密度位密度 2 R0 轉速轉速 例例8-2 某盤組共某盤組共9塊盤片，有塊盤片，有16個盤面來記錄數據，每面分個盤面來記錄數據，每面分256個磁道，每道有個磁道，每道有16個扇區，每個扇區存儲個扇區，每個扇區存儲512個字節，個字節，假設磁盤旋轉速度為每分鐘假設磁盤旋轉速度為每分鐘3600轉，求數據傳輸率。轉，求數據傳輸率。解：每秒鐘的的轉速解：每秒鐘的的轉速=3600/60=60轉；轉；數據傳輸率數據傳輸率=每一磁道容量每一磁道容量每秒鐘轉速每秒鐘轉速 =1651260

42、 =480KB/S計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第35頁外部存儲器的主要性能指標外部存儲器的主要性能指標 （4/4）l誤碼率：是衡量出錯概率的參數，等于出錯位數與讀寫總誤碼率：是衡量出錯概率的參數，等于出錯位數與讀寫總信息位數之比。信息位數之比。l價格：通常用位價格來比較各種外存儲器。位價格是用設價格：通常用位價格來比較各種外存儲器。位價格是用設備價格除以存儲器二進制位總容量。備價格除以存儲器二進制位總容量。l一個常識：一個常識：每面信息量每面信息量=每道信息量每道信息量 柱面數柱面數 =每道信息量每道信息量 道密度道密度 （外半徑（外

43、半徑-內半徑）內半徑）總容量總容量=每面信息量每面信息量 面數面數計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第36頁磁表面存儲器的磁記錄原理（1）磁表面存儲器的讀寫過程）磁表面存儲器的讀寫過程通過磁頭和記錄介質的相對運動完成寫入和讀出。任通過磁頭和記錄介質的相對運動完成寫入和讀出。任何一個磁記錄過程都可以看成一個電磁轉換過程。何一個磁記錄過程都可以看成一個電磁轉換過程。（2） 磁記錄介質磁記錄介質 軟性介質（磁帶和軟磁盤片）軟性介質（磁帶和軟磁盤片） 硬性介質（硬磁盤片）。硬性介質（硬磁盤片）。（3）磁頭）磁頭磁頭是實現電磁頭是實現電-磁轉換的裝置

44、。從工作方式上可分為：磁轉換的裝置。從工作方式上可分為： 接觸式磁頭：讀寫時磁頭與磁記錄介質直接接觸。常用接觸式磁頭：讀寫時磁頭與磁記錄介質直接接觸。常用于磁帶機和軟磁盤機中。于磁帶機和軟磁盤機中。 浮動式磁頭：由介質高速運動產生的氣流在磁頭和介質浮動式磁頭：由介質高速運動產生的氣流在磁頭和介質表面之間形成一層極薄的空氣薄膜（氣墊），使磁頭與表面之間形成一層極薄的空氣薄膜（氣墊），使磁頭與介質表面脫離接觸而浮動。硬磁盤采用浮動式磁頭。介質表面脫離接觸而浮動。硬磁盤采用浮動式磁頭。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第37頁 磁記錄方式磁記錄方

45、式 （1/4）磁記錄方式是一種編碼方法，將數字信息轉換成磁化單元磁記錄方式是一種編碼方法，將數字信息轉換成磁化單元l歸零制（歸零制（RZ）：）：Return to Zero 正脈沖電流表示正脈沖電流表示“1”，負脈沖電流表示，負脈沖電流表示“0”； 不論記錄不論記錄“0”或或“1”，在記錄下一信息前，記錄電流，在記錄下一信息前，記錄電流恢復到零電流恢復到零電流 簡單易行，記錄密度低，改寫磁層上的記錄比較困難，簡單易行，記錄密度低，改寫磁層上的記錄比較困難，一般是先去磁后寫入。一般是先去磁后寫入。 具有自同步能力（能從磁頭讀出信號中分離獲得同步具有自同步能力（能從磁頭讀出信號中分離獲得同步/選通

46、信號）選通信號）l不歸零制（不歸零制（NRZ）：）：NonReturn to Zero Change 磁頭線圈始終有電流磁頭線圈始終有電流 對連續記錄的對連續記錄的“1”和和“0”，寫電流的方向是不改變的。，寫電流的方向是不改變的。 無自同步能力。無自同步能力。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第38頁磁記錄方式磁記錄方式 （2/4）l見見“1”就翻的不歸零制（就翻的不歸零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One 磁頭線圈始終有電流通過。磁頭線圈始終有電流通過。 在記錄在記錄“1”時，電流改變方向，寫時，

47、電流改變方向，寫“0”電流保持不變。電流保持不變。 不具備自同步能力，需要引用外同步信號不具備自同步能力，需要引用外同步信號l調相制（調相制（PM）：又稱相位編碼（）：又稱相位編碼（PE）Phase Mudulation 記錄數據記錄數據“0”時，規定磁化翻轉的方向由負變為正，記時，規定磁化翻轉的方向由負變為正，記錄數據錄數據“1”時從正變為負時從正變為負 “0”，“1”的讀出信號相位不同，抗干擾能力強（磁帶的讀出信號相位不同，抗干擾能力強（磁帶多用此）。多用此）。 具有自同步能力具有自同步能力計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第39頁磁記

48、錄方式磁記錄方式 （3/4）l調頻制（調頻制（FM）Frequency Modulation 記錄記錄“1”時，不僅在位周期的中心產生磁化翻轉，而且在位與位時，不僅在位周期的中心產生磁化翻轉，而且在位與位之間的邊界處要翻轉一次。記錄之間的邊界處要翻轉一次。記錄“0”時，位周期中心不產生磁化時，位周期中心不產生磁化翻轉，但位與位之間的邊界處要翻轉一次。翻轉，但位與位之間的邊界處要翻轉一次。 具有自同步能力。具有自同步能力。l改進調頻制（改進調頻制（MFM）Modified Frequency Modulation 記錄數據記錄數據“1”時在位周期中心磁化翻轉一次，記錄數據時在位周期中心磁化翻轉一

49、次，記錄數據“0”時不時不翻轉。翻轉。 連續兩個或兩個以上連續兩個或兩個以上“0”時，在位周期的起始位置翻轉一次，而時，在位周期的起始位置翻轉一次，而不是在每個位周期的起始處都翻轉。不是在每個位周期的起始處都翻轉。 具有自同步能力具有自同步能力計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第40頁磁記錄方式磁記錄方式 （4/4）位周期位周期T11111000MFMFMPMNRZ1NRZRZ數字序列數字序列圖圖 9-18常見的幾種磁記錄方式波形常見的幾種磁記錄方式波形圖圖計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-

50、28第41頁磁記錄方式評價的技術指標磁記錄方式評價的技術指標 （1/2）（1）可靠性）可靠性可靠性是首要指標，一般以誤碼率來表示，要求誤碼可靠性是首要指標，一般以誤碼率來表示，要求誤碼率小于率小于10-6，磁表面存儲器的故障多為漏碼，即丟，磁表面存儲器的故障多為漏碼，即丟“1”。誤碼率與系統的信噪比有關，也常用抗干擾能力來表示。誤碼率與系統的信噪比有關，也常用抗干擾能力來表示。（2）自同步能力）自同步能力是指從單個磁道讀出的脈沖序列中提取同步時鐘脈沖是指從單個磁道讀出的脈沖序列中提取同步時鐘脈沖的難易程度。從磁表面存儲器讀出信號時，為了分離出數的難易程度。從磁表面存儲器讀出信號時，為了分離出數

51、據信息必須要有時間基準信號，稱為同步信號，可以從專據信息必須要有時間基準信號，稱為同步信號，可以從專門設置用來記錄同步信號的磁道中取得，這種方法稱為外門設置用來記錄同步信號的磁道中取得，這種方法稱為外同步，也可以直接從磁盤讀出的信號中提取同步信號，這同步，也可以直接從磁盤讀出的信號中提取同步信號，這種方法稱為自同步，即能從讀出的數據（脈沖序列）中提種方法稱為自同步，即能從讀出的數據（脈沖序列）中提取同步信號。取同步信號。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第42頁磁記錄方式評價的技術指標磁記錄方式評價的技術指標 （2/2）（3）編碼效率）編碼

52、效率 是指位密度與磁化翻轉密度之比，即：位密度是指位密度與磁化翻轉密度之比，即：位密度/最大磁最大磁化翻轉密度。編碼效率高低是指每次磁層狀態翻轉所存儲化翻轉密度。編碼效率高低是指每次磁層狀態翻轉所存儲的數據信息位的多少的數據信息位的多少 （4）信息的相關性）信息的相關性 信息的相關性，指漏讀或錯讀一位，是否能傳播誤碼信息的相關性，指漏讀或錯讀一位，是否能傳播誤碼（5）信道帶寬）信道帶寬 帶寬窄選擇性好，抗干擾能力強，讀寫放大器的頻率帶寬窄選擇性好，抗干擾能力強，讀寫放大器的頻率響應容易滿足。信道帶寬直接與磁化翻轉的間隔變化有關，響應容易滿足。信道帶寬直接與磁化翻轉的間隔變化有關，磁化翻轉間隔的

53、最大值和最小值之比稱為翻轉間隔比磁化翻轉間隔的最大值和最小值之比稱為翻轉間隔比R，R越小，信道帶寬越窄。越小，信道帶寬越窄。R也可以表示自同步能力。也可以表示自同步能力。PM和和FM方式的方式的R值為值為2，信道帶寬較窄，可以提取同步時鐘信，信道帶寬較窄，可以提取同步時鐘信號，而號，而NRZ1方式的方式的R值為值為，頻帶較寬，無法提取同步的，頻帶較寬，無法提取同步的時鐘信號。時鐘信號。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第43頁9.5.2 軟磁盤存儲器軟磁盤存儲器l軟磁盤存儲器由三個部分組成：軟磁盤存儲器由三個部分組成：（1）軟磁盤片，為存儲

54、介質，在上面記錄數據信息。）軟磁盤片，為存儲介質，在上面記錄數據信息。（2）軟盤驅動器（）軟盤驅動器（FDD），為讀寫裝置，又稱為軟磁盤機），為讀寫裝置，又稱為軟磁盤機或軟盤子系統，軟盤驅動器的電路機械部件包括：磁頭及或軟盤子系統，軟盤驅動器的電路機械部件包括：磁頭及讀寫電路；盤片驅動機構；磁頭定位機構；整機控制系統。讀寫電路；盤片驅動機構；磁頭定位機構；整機控制系統。（3）軟盤控制器（）軟盤控制器（FDC），又稱為軟盤驅動適配器，為與），又稱為軟盤驅動適配器，為與主機的接口，完成主機與軟盤驅動器之間數據的交換及控主機的接口，完成主機與軟盤驅動器之間數據的交換及控制。制。l軟盤存儲器的種類軟盤

55、存儲器的種類（1）按所用盤片尺寸不同，有）按所用盤片尺寸不同，有5.25寸、寸、3.5寸和寸和2.5寸等。寸等。（2）按使用的磁記錄表面（磁頭個數）不同和記錄密度不）按使用的磁記錄表面（磁頭個數）不同和記錄密度不同，分為單面單密度，單面雙密度，雙面雙密度。單密度同，分為單面單密度，單面雙密度，雙面雙密度。單密度采用采用FM記錄方式，雙密度采用記錄方式，雙密度采用MFM記錄方式。記錄方式。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第44頁軟磁盤片的技術指標與規格軟磁盤片的技術指標與規格（1）面數（）面數（Side），磁盤的兩個表面都可以記錄信息，分）

56、，磁盤的兩個表面都可以記錄信息，分別稱作別稱作“0”面和面和“1”面。面。（2）磁道（）磁道（Tracter），以盤片中心為圓心的一些同心圓，），以盤片中心為圓心的一些同心圓，每一圓周為一個磁道，各磁道距中心的距離不等，數據是每一圓周為一個磁道，各磁道距中心的距離不等，數據是存儲在盤片的磁道內。存儲在盤片的磁道內。（3）扇區（）扇區（Sector），或稱區段，將每個磁道分成若干的），或稱區段，將每個磁道分成若干的區域，每個區域稱為一個扇區，每個扇區又稱為一個記錄。區域，每個區域稱為一個扇區，每個扇區又稱為一個記錄。每個磁道上的扇區數可為每個磁道上的扇區數可為8，9，15或或18。扇區編號從。扇

57、區編號從01開始，每個扇區的容量為開始，每個扇區的容量為512字節，每個磁道上的扇區數字節，每個磁道上的扇區數目一般是相同的。目一般是相同的。軟盤容量軟盤容量 = （字節數（字節數/扇區）扇區）（扇區數（扇區數/道）道）（磁道數（磁道數/面）面）面數。面數。例：例：3 .5英寸軟盤為雙面，英寸軟盤為雙面，80個磁道，每磁道劃分個磁道，每磁道劃分18個扇個扇區，則該軟盤的容量等于：區，則該軟盤的容量等于：51218802=1.44MB計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第45頁硬盤存儲器概述 （1/2）l組成：驅動器（組成：驅動器（HDD），控

58、制器（），控制器（HDC）和盤片。）和盤片。l種類（1）按磁頭的工作方式，可以分成移動頭和固定頭）按磁頭的工作方式，可以分成移動頭和固定頭 移動頭在存取數據時磁頭在磁盤盤面上徑向移動，磁頭與盤面不移動頭在存取數據時磁頭在磁盤盤面上徑向移動，磁頭與盤面不接觸，且隨氣流浮動，稱為浮動磁頭，存儲器由一個或多個盤片接觸，且隨氣流浮動，稱為浮動磁頭，存儲器由一個或多個盤片組成，裝在主軸上，盤片的每面都有一個磁頭，其典型結構是溫組成，裝在主軸上，盤片的每面都有一個磁頭，其典型結構是溫切斯特磁盤。切斯特磁盤。 固定頭磁盤存儲器的磁頭位置固定，磁盤的每一個磁道都對應一固定頭磁盤存儲器的磁頭位置固定，磁盤的每一

59、個磁道都對應一個磁頭，盤片也不可更換。其特點是存取速度快，省去了磁頭沿個磁頭，盤片也不可更換。其特點是存取速度快，省去了磁頭沿盤面徑向運動尋找磁道的時間，磁頭處于工作狀態即可開始讀寫。盤面徑向運動尋找磁道的時間，磁頭處于工作狀態即可開始讀寫。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第46頁硬盤存儲器概述 （2/2）（2）按磁盤可換與否，分可換盤存儲器和固定盤存儲器。）按磁盤可換與否，分可換盤存儲器和固定盤存儲器。 可換盤存儲器是指磁盤不用時可以從驅動器中取出脫機保存。可可換盤存儲器是指磁盤不用時可以從驅動器中取出脫機保存。可以在兼容的磁盤存儲器間

60、交換數據，而且存儲容量是不受限制的。以在兼容的磁盤存儲器間交換數據，而且存儲容量是不受限制的。為了達到可靠交換數據的目的，磁盤的道密度要適當的降低。為了達到可靠交換數據的目的，磁盤的道密度要適當的降低。（3）溫切斯特磁盤）溫切斯特磁盤溫切斯特磁盤簡稱溫盤，是一種可移動磁頭固定盤片溫切斯特磁盤簡稱溫盤，是一種可移動磁頭固定盤片存儲器，是應用最廣、最具代表性的硬磁盤存儲器。主要存儲器，是應用最廣、最具代表性的硬磁盤存儲器。主要特點是密封組合式。特點是密封組合式。計算機組成原理計算機組成原理 第九章計算機外部設備第九章計算機外部設備2022-3-28第47頁磁盤控制器磁盤控制器主機與磁盤驅動器之間的