系列文章目录

第一章 计算系统概论
第二章 运算方法和运算器
第三章 多层次的存储器
第四章 指令系统
第五章 中央处理器
第六章 总线系统
第七章 外围设备
第八章 输入输出系统

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前言

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第七章 外围设备

7.1 外围设备概述

• 外围设备的一般功能
  • 外围设备的功能是在计算机和其他机器之间，以及计算机与用户之间提供联系。
• 外围设备（磁盘）基本组成
  • 存储介质：它具有保存信息的物理特征。例如磁盘就是一个存储介质的例子，它是用记录在盘上的磁化元表示信息。
  • 驱动装置：它用于移动存储介质。例如，磁盘设备中，驱动装置用于转动磁盘并进行定位。
  • 控制电路：它向存储介质发送数据或从存储介质接收数据。
    • 例：磁盘读出时，控制电路把盘上用磁化元形式表示的信息转换成计算机所需要的电信号，并把这些信号用电缆送给计算机主机

7.1.1 外围设备的一般功能

7.1.2 外围设备的分类

• 一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需要来决定的。如下图所示出了计算机的五大类外围设备，这只是一个典型化了的计算机环境。

7.2 磁盘存储设备

• 一个计算机系统配备什么样的外围设备，是根据实际需要来决定的。
• 如下图所示出了计算机的五大类外围设备，这只是一个典型化了的计算机环境。
  

7.3 磁盘存储设备的技术发展

• 计算机的外存储器又称磁表面存储设备。所谓磁表面存储，是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器。磁表面存储器的优点：
  ①存储容量大，位价格低；
  ②记录介质可以重复使用；
  ③记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；
  ④非破坏性读出，读出时不需要再生信息。当然，磁表面存储器也有缺点，主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
  磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据信息。

7.2.1 磁记录原理

• 1、磁性材料的物理特性（见图）
  
• 2、磁表面存储器的读写原理（见图）
  • 写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁芯内就产生一定方向的磁通。
  • 读操作：
    • 当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而形成闭合磁通回路。
    • 不同极性的磁化元在铁芯里的方向是不同的。
      
• 记录方式的写读波形图
  • 通过电磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；反之，通过磁电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。这就是磁表面存储器存取信息的原理。
  • 磁层上的存储元被磁化后，它可以供多次读出而不被破坏。当不需要这批信息时，可通过磁头把磁层上所记录的信息全部抹去，称之为写“0”。通常，写入和读出是合用一个磁头，故称之为读写磁头。每个读写磁头对应着一个信息记录磁道。
    

7.2.2 磁盘的组成和分类

• 磁盘的组成：见图

  • 写入时，将计算机并行送来的数据取至并串变换寄存器，变为串行数据，然后一位一位地由写电流驱动器作功率放大并加到写磁头线圈上产生电流，从而在盘片磁层上形成按位的磁化存储元。
  • 读出时，当记录介质相对磁头运动时，位磁化存储元形成的空间磁场在读磁头线圈中产生感应电势，此读出信息经放大检测就可还原成原来存入的数据。由于数据是一位一位串行读出的，故要送至串并变换寄存器变换为并行数据，再并行送至计算机。
    

• 硬磁盘按盘片结构，分成可换盘片式与固定盘片式两种；磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种。

  • 可移动磁头固定盘片的磁盘机的特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换。盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。可移动磁头可换盘片的磁盘机：盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。
  • 固定磁头磁盘机特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换。优点是存取速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。

• 温彻斯特磁盘机简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。工作时，高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高，成为最有代表性的硬磁盘存储器。而普通的硬磁盘要求具有超净环境，只能用于大型计算机中。

7.2.3 磁盘驱动器和控制器

• 磁盘驱动器是一种精密的电子和机械装置，因此各部件的加工安装有严格的技术要求。
  • 对温盘驱动器，还要求在超净环境下组装。
  • 各类磁盘驱动器的具体结构虽然有差别，但基本结构相同，主要由定位驱动系统、主轴系统和数据转换系统组成。
• 如下图是磁盘驱动器外形和结构示意图。
  
• 磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口，电路板实物见下图(a)所示。
  • 由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主机之间采用成批交换数据方式。
  • 作为主机与驱动器之间的控制器，它需要有两个方面的接口：一个是与主机的接口，控制外存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机命令控制设备的操作。
  • 前者称为系统级接口，后者称为设备级接口。
• 主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见下图(b)。
  • 磁盘上的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与时钟的分离，再进行串并变换、格式变换，最后送入数据缓冲器，经DMA(直接存储器传送)控制将数据传送到主机总线。
    

7.2.4 磁盘上信息的分布

7.2.5 磁盘存储器的技术指标

7.4 磁带存储设备

7.5 光盘和磁光盘存储设备

7.6 显示设备

7.7 输入设备和打印设备

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总结