計算機組成原理第七章外圍設(shè)備

第 七 章 外 圍 設(shè) 備 7.2 顯示設(shè)備7.2.1 顯示設(shè)備的分類與有關(guān)概念 按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類，有陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器等。按所顯示的信息內(nèi)容分類，有字符顯示器、圖形顯示器、圖像顯示器三大類。 1.分辨率和灰度級分辨率是指顯示器所能表示的像素個數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。分辨率取決于顯象管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。 刷新存儲器要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的存儲空間，用來存儲每個像素的信息。 例如：640*480；1024*768 灰度級是指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(xiàn)為顏色的不同。 灰度級取決于每個像素對應(yīng)刷新存儲器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。圖像顯示器的灰度級一般在256級以上?；叶燃壴蕉?，圖像層次越清楚逼真。 2.刷新和刷新存儲器 為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像顯示，必須使電子束不斷地重復(fù)掃描整個屏幕，這個過程叫做刷新。 按人的視覺生理，刷新頻率大于30次/秒時才不會感到閃爍。顯示設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新50幀圖像。 例如：分辨率為1024*1024，256級灰度，則存儲容量為1024*1024*8bit=1MB 存儲容量和存取周期是刷新存儲器的重要指標(biāo)。 3.隨機掃描和光柵掃描 隨機掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機地運動，從而產(chǎn)生圖形和字符。電子束只在需要做圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕，因此這種掃描方式畫圖速度快，圖像清晰。 光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中圖像充滿整個畫面，因此要求電子束掃過整個屏幕。光柵掃描是從上至下順序掃描，采用逐行掃描和隔行掃描兩種方式。光柵掃描的缺點是冗余時間多，分辨率不如隨機掃描方式，大部分字符、圖形、圖像顯示器都采用光柵掃描方式。 7.2.2字符/圖形顯示器1.字符顯示（1）顯示字符的方法以點陣為基礎(chǔ)。點陣是由mn個點組成的陣列，并以此來構(gòu)造字符。將點陣存入由ROM構(gòu)成的字符發(fā)生器中，在CRT進行光柵掃描的過程中，從字符發(fā)生器中依次讀出某個字符的點陣，按照點陣中0和1代碼不同控制掃描電子束的開或關(guān)，從而在屏幕上顯示出字符。 （2）字符窗口是指每個字符在屏幕上所占的點數(shù)，它包括字符顯示點陣和字符間隔。 （3）視頻存儲器VRAM中存放所需顯示字符的ASCII代碼，以備刷新。字符發(fā)生器ROM的高位地址來自VRAM的ASCII代碼，低位地址來自光柵地址計數(shù)器的輸出RA3RA0，它具體指向這個字形點陣中的某個字節(jié)。在顯示過程中，按照VRAM中的SACII碼和光柵地址計數(shù)器訪問ROM。字符的點陣表示，字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)以及字符顯示器的原理框圖見文字教材圖7.2。 例：某CRT顯示器可顯示64種ASCII字符，每幀可顯示64字25排；每個字符字形采用78點陣，即橫向7點，字間間隔1點，縱向8點，排間間隔6點；幀頻50Hz，采取逐行掃描方式 。問： (1)緩存容量有多大? (2)字符發(fā)生器(ROM)容量有多大? (3)緩存中存放的是ASCII代碼還是點陣信息? (4)緩存地址與屏幕顯示位置如何對應(yīng)? (5)設(shè)置哪些計數(shù)器以控制緩存訪問與屏幕掃描之間的同步?它們的分頻關(guān)系如何? (1)緩存容量為64258bit=1600字節(jié)(2)ROM容量為6488=512字節(jié)。 (3)緩存中存放的是待顯示字符的ASCII代碼。(4)顯示位置自左至右，從上到下，相應(yīng)地緩存地址由低到高，每個地址碼對應(yīng)一個字符顯示位置。(5)點計數(shù)器8 1分頻；字計數(shù)器(64+12) 1分頻；行計數(shù)器(8+6) 1分頻；排計數(shù)器(25+10) 1分頻。 7.4 硬磁盤存儲設(shè)備7.4.1 磁記錄原理與記錄方式計算機的外存儲器又稱磁表面存儲設(shè)備。磁表面存儲器的優(yōu)點：(1)存儲容量大，位價格低；(2)記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；(3)記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機存檔；(4)非破壞性讀出，讀出時不需要再生信息 。磁表面存儲器的缺點：存取速度較慢，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。 1.磁性材料的物理特性磁性材料的磁滯回線請參見CAI演示2.記錄方式形成不同寫入電流波形的方式，稱為記錄方式。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 在磁表面存儲器中，由于寫入電流的幅度、相位、頻率變化不同，從而形成了不同的記錄方式。常用記錄方式可分為不歸零制(NRZ)，調(diào)相制(PM)，調(diào)頻制(FM)，改進調(diào)頻制(MFM)幾大類。這些記錄方式中代碼0或1的寫入電流波形見教材的P252圖7.11。 評價一種記錄方式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：編碼效率、自同步能力、 檢讀分辨力、信息相關(guān)性、抗干擾能力、信道帶寬、編碼譯碼電路的復(fù)雜性等。 磁表面存儲器的讀寫原理在磁表面存儲器中，利用一種稱為磁頭的裝置來形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。 (1)寫操作:通過電-磁變換，利用磁頭寫線圈中不同的脈沖電流，可把載磁體中的磁化元磁化成不同的極性。每個磁化元中存儲一位二進制信息。例如：規(guī)定正電流寫入的為“1”，則負電流寫入的就為“0”。 (2)讀操作 不同極性的磁化元在鐵芯里的方向是不同的。不同的磁化狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向 不同。這樣，不同方向的感應(yīng)電勢經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是“1”還 是“0”。 7.4.2 硬磁盤機的基本組成和分類硬磁盤機其邏輯結(jié)構(gòu)請參見CAI演示。 它主要由磁記錄介質(zhì)、磁盤控制器、磁盤驅(qū)動器三大部分組成。 磁盤控制器包括控制邏輯與時序、數(shù)據(jù)并-串變換電路和串-并變換電路。 磁盤驅(qū)動器包括寫入電路與讀出電路、讀寫轉(zhuǎn)換開關(guān)、讀寫磁頭與磁頭定位伺服系統(tǒng)等。 硬磁盤機通常按以下方法分類：按盤片結(jié)構(gòu)分成可換盤片式與固定盤片式兩種；磁頭也分為可移動磁頭和固定磁頭兩種。 (1)可移動磁頭固定盤片的磁盤機 特點是一片或一組盤片固定在主軸上，盤片不可更換 。盤片每面只有一個磁頭，存取數(shù)據(jù)時磁頭沿盤面徑向移動。(2)固定磁頭磁盤機 特點是磁頭位置固定，磁盤的每一個磁道對應(yīng)一個磁頭，盤片不可更換。優(yōu)點是存取速度快，省去磁頭找道時間，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 (3)可移動磁頭可換盤片的磁盤機 盤片可以更換，磁頭可沿盤面徑向移動。優(yōu)點是盤片可以脫機保存，同種型號的盤片具有互換性。 (4)溫徹斯特磁盤機 溫徹斯特磁盤簡稱溫盤，是一種采用先進技術(shù)研制的可移動磁頭固定盤片的磁盤機。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機等驅(qū)動部件乃至讀寫電路等組裝成一個不可隨意拆卸的整體。 7.4.3 硬磁盤驅(qū)動器和控制器1.磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器主要由定位驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。 2.磁盤控制器 磁盤控制器接口 7.4.4 磁盤上信息的分布 盤片的上下兩面都能記錄信息，通常把磁盤片表面稱為記錄面。記錄面上一系列同心圓稱為磁道。每個盤片表面通常有幾十到幾百個磁道，每個磁道又分為若干個扇區(qū)。 磁盤地址是由記錄面號(也稱磁頭號)、磁道號和扇區(qū)號三部分組成。 數(shù)據(jù)在磁盤上的記錄格式如下： 7.4.5 磁盤存儲器的技術(shù)指標(biāo)磁盤存儲器的主要指標(biāo)包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。 存儲密度 存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度是磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)， 單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。 平均存取時間 這段時間由兩個數(shù)值所決定： 1.定位時間或找道時間:是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間； 2.等待時間:是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間. 這兩個時間都是隨機變化的， 因此往往使用平均值來表示。 目前平均找道時間約為1020ms。平均等待時間約為5ms。 數(shù)據(jù)傳輸率 磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲設(shè)備和主機接口邏輯有關(guān)。從主機接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收 /發(fā)送信息。從存儲設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒n轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN(字節(jié)/秒)。 也可以寫成Dr=Dv(字節(jié)/秒)，其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達幾十兆字節(jié)/秒。 【例4】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(qū)域內(nèi)徑22cm ，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問： (1)共有多少柱面? (2)盤組總存儲容量是多少? (3)數(shù)據(jù)傳輸率多少? (4)采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址? (5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上? 【解】(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm) 因為道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220個圓柱面(2)內(nèi)層磁道周長為2R=23.1411=69.08(cm) 每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B 每面信息量=3454B220=759880B 盤組總?cè)萘?759880B10=7598800B( 3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN, N為每條磁道容量， N=3454B, r為磁盤轉(zhuǎn)速， r=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒 Dr=rN=403454B=13816B/s (4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式： 此地址格式表示有4臺磁盤，每臺有16個記錄面，每面有256個磁道，每道有16個扇區(qū)。 (5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快。 選擇題1.的顏色數(shù)為色，則刷新存儲器每個單元的字長是 。 A. 256位 B. 16位 C. 8位 D. 7位2.的分辨率為1024*1024像素，像素的顏色數(shù)為色，則刷新存儲器的容量是 。 A. 512KB B. 1MB C. 256KB D. 2MB 3.具有自同步能力的磁記錄方式是 。 A. NRZ0 B. NRZ1 C. PM D. MFM4.磁盤驅(qū)動器向盤片磁層記錄數(shù)據(jù)時采用 方式寫入. A.并行 B. 串行 C. 并串行 D. 串并行5.磁盤的記錄方式一般采用 。 A. 調(diào)頻制 B.調(diào)相制 C. 不歸零制 6.下列說法中正確的是 。A.硬盤系統(tǒng)和軟盤系統(tǒng)均可分為固定磁頭和可移動磁頭兩種。B.高數(shù)據(jù)傳輸率的CD_ROM驅(qū)動器運行速度快，但要求很高的容錯性和糾錯能力。C.隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，外部設(shè)備在硬件系統(tǒng)中的價格中所占的比重越來越低。D.在字符顯示器中，點陣存儲在VRAM中。 7.活動磁頭的磁盤存儲器的平均尋址時間是指 。 A.平均尋道時間 B.平均尋道時間加上平均等待時間 C.平均等待時間8.若磁盤的轉(zhuǎn)速提高一倍，則 。 A.平均等待時間和數(shù)據(jù)傳送時間減半 B.平均定位時間不變 C.平均尋道時間減半 謝 謝！