外圍設備計算機組成與體系結構外圍設備與輸入輸出系統系統互連存儲器接口外圍設備CPU計算機的外圍設備概念：具有一定操作功能的比較完整和相對獨立的精密機械電子裝置功能：進行人機交互，完成輸入輸出功能特點：種類繁多，功能多樣，組成與運行原理各不相同發展：智能化、高可靠性、小型廉價常用的外圍設備鍵盤圖形輸入設備鼠標、數位板、操縱桿、手寫筆圖像輸入設備掃描儀、傳真機、數碼相機/攝像機條形碼閱讀器語音與文字輸入顯示器（字符、圖形、圖像）打印機（針式、噴墨、激光）繪圖儀語音輸出輸入設備輸出設備矩陣鍵盤原理1101...并行接口并行接口+5V10KΩ0列1列m-1列0行1行n-1行鍵盤鍵.....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。…...011A鍵110...。1101...二極管鼠標機械式光電式觸摸屏常用輸出設備顯示器陰極射線管顯示器液晶顯示器等離子顯示器打印機針式打印機噴墨打印機激光打印機點陣式設備把字形、圖形、圖像等信息以不同的點陣布局方式表現出來軟拷貝(softcopy)顯示設備硬拷貝(hardcopy)打印設備點陣式表示舉例以十六進制數的形式把平面上點陣布局寫出來點陣式設備需要解決的問題點陣布局規律確定形狀的對象（保存對象的布局）無確定規律對象（保存所有點信息）點陣的密度更密的點陣可以把要表示的形狀呈現得更精細準確表示同樣大小的形狀，點陣密則所用數據數量更多點陣越密則對輸入輸出設備的處理精度要求也越高點陣中點的屬性二值表示（0、1表示點的有、無）單色表示（灰度級表示不同亮度）彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）發光二極管(LED)Lighting-EmittingDiode陰極射線管(CRT)燈絲陰極聚焦極石墨層熒光屏顯示屏陽極帽偏轉線圈柵極陽極電子槍電子束Cathode-RayTube液晶顯示(LCD)Liquid-CrystalDisplay有機發光顯示(OLED)OrganicLight-EmittingDisplayEInkEInk(electronicink)針式打印機打印紙導軌打印針永磁鐵

鐵芯銜鐵

線圈色帶色帶保護片滾筒激光打印機激光部分打印機控制部分光導鼓顯象部分…..定形部分

加熱輥預熱板輸紙用輥轉寫清掃輥帶電器印寫部分清掃部分轉寫部分接紙

部分紙激光噴墨打印機墨水槽噴墨頭過濾器收集槽高壓電源振蕩發生器字形發生器打印紙充電電極壓電陶瓷偏轉電極墨水泵回收器墨滴偏轉方向噴墨頭移動方向組成與打印原理字符打印過程（充了電的墨滴偏轉射向打印紙，不帶電的墨滴射入回收器被回收）(以7*5點陣為例)熱敏和熱轉印Thermalprinting外部存儲器/輔存主要技術指標存儲密度：單位長度或單位面積上存儲的二進制信息數量。存儲容量：一臺設備能存儲的總信息量，一般以字節為單位。尋址時間：找到數據存儲位置所需要的時間。數據傳輸率：單位時間內傳送數據的數量，單位b/s或者B/s。誤碼率：出錯信息位數與讀出信息的總位數之比。價格：總價格和存儲單位信息的平均價格。概述從功能上講，外部存儲器是存儲體系的一部分從結構上說，外部存儲器又是屬于外圍設備的范疇目前，磁表面存儲器是常用的外部存儲器之一，在磁表面存儲器中最常用的是磁盤磁性材料的物理特性磁記錄原理前間隙后間隙鐵氧體線圈電流磁記錄介質磁頭，軟磁材料導磁率高，飽和磁感應強度大矯頑力小，剩余磁感應強度小

磁記錄材料，硬磁材料記錄密度高，記錄信息時間長輸出信號幅度大，噪聲低表面組織緊密、光滑、無麻點薄厚均勻，溫度、濕度影響小磁表面存儲器的讀操作磁表面存儲器的寫操作磁表面存儲器存取信息的原理通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中的脈沖電流，可把一位二進制代碼轉換成載磁體存儲元的不同剩磁狀態反之，通過磁-電變換，利用磁頭讀出線圈，可將由存儲元的不同剩磁狀態表示的二進制代碼轉換成電信號輸出磁表面存儲器的優點存儲密度高，記錄容量大，每位價格低；記錄介質可重復利用（通過改變剩磁狀態）；無需能量維持信息，掉電信息不丟失，記錄信息可長久保持；利用電磁感應讀出信號，非破壞性讀寫。磁表面存儲器的缺點只能順序存取，不能隨機存取；讀寫時要靠機械運動，存取速度慢；讀寫可靠性差，必須加校驗碼；由于使用機械結構，對工作環境要求高。磁記錄方式磁記錄方式：是指一種編碼方法，即如何將一串二進制信息，通過讀寫電路變換成磁層介質中的磁化翻轉序列編碼方法要求：更高的編碼效率：編碼效率：指記錄密度與最大磁化翻轉密度之比，即為記錄一位信息所用的最多磁化翻轉次數的倒數；FM、PM編碼效率50％，MFM、NRZ、NRZ1編碼效率100％更高的自同步能力：自同步能力：指從讀出的數據信息中提取出同步時鐘信號的難易程度，可以用最小磁化翻轉間隔與最大翻轉間隔的比值來衡量；NRZ、NRZ1沒有自同步能力，PM、FM、MFM有自同步能力更高的讀寫可靠性：采用能檢查錯誤，甚至自動糾正錯誤的措施磁盤的物理組織（1）

磁頭運動固定磁頭（每磁道一個）可移動磁頭（每個面一個）磁盤可更換性不可更換磁盤可更換磁盤盤片單面雙面磁頭機制接觸（軟盤）固定間隙空氣動壓氣隙（溫氏磁盤）磁盤的物理組織（2）溫徹斯特磁盤結構磁盤的數據組織-磁道磁盤的每一個記錄面被劃分為若干個同心圓，被稱為磁道(tracks)磁道編號順序：由外向內為什么？磁盤的數據組織-扇區每個磁道又被劃分為若干個數據塊，稱為扇區(sectors)扇區是磁盤能夠尋址到的最小單位磁盤的數據組織-柱面當一個磁盤系統有多個記錄面時，不同記錄面的同一磁道被稱為柱面(cylinder)磁盤的數據組織磁盤的尋址傳統CHS(cylinders-heads-sectors)方式：臺號、柱面號、磁頭號、扇區號邏輯區塊地址(LogicalBlockAddress,LBA)磁盤的格式化：使磁盤帶有標識信息，用于區分各個扇區

磁盤的性能參數(1)存儲密度

道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數位密度：沿磁道圓周方向單位長度上所能記錄的二進制位數存儲容量：指一個磁盤裝置所能存儲二進制信息的總量非格式化容量＝位密度×內圈磁道周長×磁道總數格式化容量＝扇區容量×每道扇區數×磁道總數

磁盤的性能參數(2)平均存取時間尋道時間：磁頭定位到要求的磁道所花費的時間。旋轉延遲：磁道上待訪問的信息旋轉到磁頭下方所需要的時間。數據傳輸率＝磁盤轉速×每條磁道的容量(B/s)傳送時間＝要傳送的字節數÷數據傳輸率

例：磁盤參數計算一臺有3個盤片的磁盤組，共有4個記錄面，轉速為7200/分，盤面有效記錄區域外徑為30cm，內徑為20cm，記錄位密度為110位/mm，磁道密度為8道/mm，磁道分16個扇區，每扇區512字節，設磁頭移動速度為2m/s。（1）計算盤組的非格式化容量和格式化容量。（2）計算該磁盤的數據傳輸率，平均尋道時間和平均旋轉等待時間。（3）若一個文件超出一個磁道的容量，余下部分是存于同一個盤面還是存于同一柱面上？并給出一個合理的磁盤地址方案。例題解答（1）每個記錄面共有磁道數為：（（30－20）/2）×10×8＝400道非格式化容量＝（3.14×200×110×400×4）/8=13816000B格式化容量＝512×16×400×4＝13107200B（2）數據傳輸率＝512×16×（7200/60）＝983040B/s，平均尋道時間＝半徑/磁頭移動速度/2＝0.0125s，平均旋轉等待時間＝磁盤旋轉一周時間/2＝4.2ms（3）存于同一柱面。磁盤地址：（臺號，柱面號，磁頭號，扇區號）磁盤陣列技術RAID最初的稱謂：RedundantArraysofInexpensiveDisks工業界修改：RedundantArraysofIndependentDisksRAID原理和特點多個統一管理的磁盤組成磁盤陣列，數據分塊交叉存儲在多個磁盤上，提高讀寫并行性，性能好陣列中的一部分磁盤存放冗余信息，一旦某一磁盤失效，利用冗余信息重建數據，可靠性高單個小盤徑磁盤成本低、功耗小、性能好，磁盤陣列需要RAID卡的支持，但總體成本也不高磁盤陣列示意圖RAID卡標準RAID等級SNIA、Berkeley等組織機構把RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6七個等級定為標準的RAID等級，這也被業界和學術界所公認。RAID的工作模式6級容錯：RAID0~RAID5，其中RAID2與RAID3要求各個驅動器嚴格同步，不實用RAID0：數據散放，并發讀寫，沒有容錯，可靠性差RAID1：磁盤鏡像，冗余備份，可靠性高，成本較高RAID4：數據保護，對數據散放改進，增加專用的奇偶校驗盤，出故障恢復數據費時RAID5：分布式數據保護，是對RAID4的改進，減少校驗盤的負載，將校驗位循環均勻地分布到所有的驅動器上RAID0RAID1RAID4&5RAID5RAID6RAID01和RAID10RAID50JBODJustaBunchOfDisks不是標準的RAID等級，它將多個物理磁盤串聯起來，提供一個巨大的邏輯磁盤。光盤設備光盤特點存儲密度高，容量大，非接觸式讀寫可靠性好，價格便宜，廣泛使用光盤類型只讀型光盤CD-ROM(CD-ReadOnlyMemory)標準容量650M寫一次型光盤WORM(writeonce,readmany)CD-R(CD-Recordable)可擦寫型光盤CD-RWCD-RW(CD-ReWritable)基本原理CD-R光學系統示意圖光盤旋轉臺He-Ne激光器10%光束分離器90%調制器光束分離器調制信號聚焦系統，物鏡徑向跟蹤反射鏡寫光束讀出信號光敏管CD、DVD、HDDVD和BD單層與雙層光盤固態硬盤SolidStateDisk或SolidStateDrive，簡稱SSD是用固態電子存儲芯片陣列而制成的硬盤優點讀寫速度快、防震抗摔性、低功耗、無噪音、工作溫度范圍大、輕便缺點容量、壽命限制、售價SSD的結構FLASH基本存儲單元NORFLASHNAN