11 计算机组成原理第七章 输入/输出系统 I/O系统基本概念 外部设备

文章目录

• • • 1 I/O系统基本概念
    • • 1.1 I/O系统演变过程
      • 1.2 I/O系统基本组成
      • 1.3 I/O方式简介
      • 1.4 I/O系统基本概念小结
    • 2 外部设备1-输入设备 输出设备
    • • 2.1 外部设备
      • 2.2 输入设备
      • 2.3 输出设备
      • • 2.3.1 显示器
        • 2.3.2 打印机
      • 2.4 输出设备小结
    • 3 外部设备2-外存储器
    • • 3.1 外存储器
      • 3.2 磁盘存储器
      • • 3.2.1磁盘设备的组成
        • 3.2.2 磁盘的性能指标
        • 3.2.3 磁盘地址
        • 3.2.4 硬盘的工作过程
        • 3.2.5 磁盘阵列
      • 3.3 光盘存储器
      • 3.4 固态硬盘
      • 3.5 外存储器小结

输入/输出系统框架：

CPU与I/O串行工作，依靠程序查询方式控制

程序查询方式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制l/O设备与主机交换信息。

2. 接口模块和DMA阶段 CPU和I/O并行工作，总线连接

I/O接口任务：把不同设备控制器产生的电信 转化为主机可识别的格式→电信 翻译
接口可以看作是两个部件之间的交接部分。
设备控制器任务：把机械部分的反馈转化为电信 交给I/O接口，也可以从接口这边接收电信 转化为控制信 控制机械运作

1.4 I/O系统基本概念小结

2. 图形显示器

将所显示图形的一组坐标点和绘图命令组成显示文件存放在缓冲存储器中，缓存中的显示文件传送给矢量（线段）产生器，产生相应的模拟电压，直接控制电子束在屏幕上的移动。为了在屏幕上保留持久稳定的图像，需要按一定的频率对屏幕进行反复刷新。

优点：分辨率高且显示的曲线平滑。目前高质量的图形显示器采用这种随机扫描方式。
缺点：当显示复杂图形时，会有闪烁感。

3. 图像显示器

按扫描方式不同可分为：

光栅扫描显示器
随机扫描显示器

2.3.2 打印机

打印机是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上。

1. 按印字原理不同可分为：

击打式打印机：利用机械动作使印字机构与色带和纸相撞而打印字符

优：设备成本低
印字质量好
缺：噪声大
速度慢

非击打式打印机：采用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法来印刷字符

优：速度快
噪声小
缺：成本高

2. 按打印机工作方式不同可分为：

串行打印机：逐字打印
速度慢
行式打印机：逐行打印
速度快

3. 按工作方式可分为

针式打印机

原理：在联机状态下，主机发出打印命令，经接口、检测和控制电路，间歇驱动纵向送纸和打印头横向移动，同时驱动打印机间歇冲击色带，在纸上打印出所需内容。
特点：针式打印机擅长“多层复写打印”，实现各种票据或蜡纸等的打印。它工作原理简单，造价低廉，耗材（色带）便宜，但打印分辨率和打印速度不够高。

喷墨式打印机

原理：带电的喷墨雾点经过电极偏转后，直接在纸上形成所需字形。彩色喷墨打印机基于三基色原理，即分别喷射3种颜色墨滴，按一定的比例混合出所要求的颜色。
特点：打印噪声小，可实现高质量彩色打印，通常打印速度比针式打印机快；但防水性差，高质量打印需要专用打印纸。

激光打印机

原理：计算机输出的二进制信息，经过调制后的激光束扫描，在感光鼓上形成潜像，再经过显影、转印和定影，便在纸上得到所需的字符或图像。
特点：打印质量高、速度快、噪声小、处理能力强；但耗材多、价格较贵、不能复写打印多份，且对纸张的要求高。激光打印机是将激光技术和电子显像技术相结合的产物。感光鼓（也称为硒鼓）是激光打印机的核心部件。

2.4 输出设备小结

编码方法：按某种方案（规律），把一连串的二进制信息变换成存储介质磁层中一个磁化翻转状态的序列，并使读/写控制电路容易、可靠地实现转换。

磁记录方式：通常采用调频制（FM）和改进型调频制（MFM）的记录方式。
外存储器既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。（既可以存数据，也可以读数据）

3.2 磁盘存储器

3.2.1磁盘设备的组成

2. 硬盘存储器
   硬盘存储器由磁盘驱动器、磁盘控制器和盘片组成。

磁盘驱动器：核心部件是磁头组件和盘片组件，温彻斯特盘是一种可移动头固定盘片的硬盘存储器。

3.2.2 磁盘的性能指标

1. 磁盘的容量：一个磁盘所能存储的字节总数称为磁盘容量。磁盘容量有非格式化容量和格式化容量之分。

非格式化容量是指磁记录表面可以利用的磁化单元总数。
格式化容量是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量。

2. 记录密度：记录密度是指盘片单位面积上记录的二进制的信息量，通常以道密度、位密度和面密度表示。

道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；
位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；
面密度是位密度和道密度的乘积。

假设磁盘转数为r（转/秒），每条磁道容量为N个字节，则数据传输率为D_r=rN

3.2.3 磁盘地址

主机向磁盘控制器发送寻址信息，磁盘的地址一般如表所示：

驱动器	柱面（磁道）	盘面	扇区

若系统中有4个驱动器，每个驱动器带一个磁盘，每个磁盘256个磁道、16个盘面，每个盘面划分为16个扇区，则每个扇区地址要18位二进制代码；

驱动器 （2 bit）	柱面（磁道） （8 bit）	盘面 （4 bit）	扇区 （4 bit）

3.2.4 硬盘的工作过程

硬盘的主要操作是寻址、读盘、写盘。每个操作都对应一个控制字，硬盘工作时，第一步是取控制字，第二步是执行控制字。

硬盘属于机械式部件，其读写操作是串行的，不可能在同一时刻既读又写，也不可能在同一时刻读两组数据或写两组数据。

特点：

存储密度高
携带方便
成本低
容量大
存储蝴限长
容易保存
等…

光盘的类型如下：

：只读型光盘，只能读出其中内容，不能写入或修改。
：只可写入一次信息，之后不可修改。
：可读可写光盘，可以重复读写。
：高容量的表示通用数字化多功能光盘。

3.4 固态硬盘

在微小型高档笔记本电脑中，采用高性能作为硬盘来记录数据，这种“硬盘”
固态硬盘除了需要外，还需要其他硬件和软件的支持。

注：闪存（）是在的基础上发展起来的，本质上是只读存储器。

3.5 外存储器小结

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