1、第第8章章 外部設(shè)備外部設(shè)備(wi b sh bi)1計算機(jī)組成(z chn)原理第一頁，共137頁。一個完整的計算機(jī)硬件系統(tǒng)由兩大部分組成：一是由中央處理器（CPU）和主存儲器（MM）組成的主機(jī)，二是外部設(shè)備。外部設(shè)備是指連接到主機(jī)上的任何設(shè)備，簡稱外設(shè)，又稱外圍設(shè)備。如果計算機(jī)系統(tǒng)沒有輸入輸出手段來支持是沒有用途的。而輸入輸出操作是通過外部設(shè)備來完成的，這些外部設(shè)備提供了外部環(huán)境和主機(jī)之間交換數(shù)據(jù)的手段。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，外部設(shè)備在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用越來越重要，所占價格的比重也越來越大。80年代后，以個人計算機(jī)和工作站為代表的微機(jī)迅速普及與提高：一方面，半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，使CPU和

2、主存的造價大大降低；另一方面，各種方便實用的文字處理設(shè)備，精密靈巧的繪圖機(jī)、打印機(jī)及種類繁多的機(jī)械、電子、光學(xué)設(shè)備的發(fā)展，使外設(shè)在計算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用大大提高了?，F(xiàn)代的外設(shè)已朝著智能化，功能復(fù)合化、高可靠性的方向發(fā)展，使智能計算機(jī)發(fā)展成為(chngwi)現(xiàn)實。2計算機(jī)組成(z chn)原理第二頁，共137頁。8.1 輸出設(shè)備(sh ch sh bi)輸出設(shè)備是將處理機(jī)處理的中間結(jié)果和最終結(jié)果，以人或其他設(shè)備可以識別的數(shù)字、字符、圖形等形式記錄(jl)或顯示出來，供用戶識別、分析、處理和保存。如各類打印機(jī)、顯示器、繪圖機(jī)等。3計算機(jī)組成(z chn)原理第三頁，共137頁。8.1.1 打印機(jī)打

3、印輸出是計算機(jī)系統(tǒng)最基本的輸出形式。打印機(jī)是將計算結(jié)果、程序等以人們能識別(shbi)的數(shù)字和字符形式印刷在記錄紙上的一種輸出設(shè)備。與顯示器相比，它可將打印在紙上的信息長期保存，所以有人將可以產(chǎn)生永久性記錄的設(shè)備統(tǒng)稱為硬拷貝設(shè)備，如打印機(jī)、繪圖機(jī)、靜電印刷機(jī)等。而顯示器是將輸出信息通過屏幕顯示出來，它雖有較強(qiáng)的人機(jī)對話功能，但只能供觀察，叫作軟拷貝設(shè)備。4計算機(jī)組成(z chn)原理第四頁，共137頁。打印設(shè)備的種類繁多，性能各異，結(jié)構(gòu)上的差別也很大，一般打印機(jī)可按印字方法和工作方法兩種方式進(jìn)行分類。按印字方法分類可分擊打式和非擊打式兩大類。擊打式打印機(jī)又分活字式打印和點陣式打印兩種。根據(jù)字模

4、結(jié)構(gòu)形狀不同，活字式打印有球形、鼓輪形、圓柱形、菊花瓣形和鏈形等。目前活字式打印機(jī)已不常使用。非擊打式打印是近年來出現(xiàn)的新型打印機(jī)，又稱印字機(jī)。它是采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符。如激光印字機(jī)等。其特點是非機(jī)械方式印字，所以速度快，噪音低，印字質(zhì)量好，但價格(jig)相對較貴。按工作方法分類可分為串行打印機(jī)和行式打印機(jī)。串行打印機(jī)是單字錘的，打印時將需要打印的字符逐字順序打印出來。行式打印機(jī)是多字錘的，一次可打印一行，打印速度快。5計算機(jī)組成(z chn)原理第五頁，共137頁。一點陣(din zhn)針式打印機(jī)點陣針式打印機(jī)的印字方法是由打印針印出n（橫）m（縱）個點陣組成字符

5、圖形。顯然(xinrn)，點越多，印字質(zhì)量越高。一般西文字符由57，77，79點陣等組成。而漢字一般由1616或者2424點陣等組成。圖8-1是57點陣針式打印機(jī)打印N字符的格式。點陣針式打印機(jī)的基本工作原理是用電磁鐵線圈中的電流驅(qū)動鋼針運動來印刷字符。點陣針式打印機(jī)中關(guān)鍵部件是針式打印頭。點陣式打印機(jī)由打印頭、字車機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)、輸紙機(jī)構(gòu)及控制電路組成，如圖8-2所示。6計算機(jī)組成(z chn)原理第六頁，共137頁。圖8-1 5*7點陣打印(d yn)機(jī)打印(d yn)”N”字符格式7計算機(jī)組成(z chn)原理第七頁，共137頁。圖8-2 針式打印機(jī)結(jié)構(gòu)(jigu)8計算機(jī)組成(z ch

6、n)原理第八頁，共137頁。二噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)是類似于墨水(mshu)寫字一樣的打印機(jī)，可直接將墨水(mshu)噴墨到普通紙上實現(xiàn)印刷。如噴射多種顏色墨水(mshu)可實現(xiàn)彩色硬拷貝輸出。噴墨原理是將墨水(mshu)分離成小水滴形成一定數(shù)量的均勻墨水(mshu)粒子。目前，噴墨記錄設(shè)備的種類很多，記錄機(jī)理各不相同。根據(jù)噴射方式不同，可分為連續(xù)噴射方式和間歇噴射方式兩種。9計算機(jī)組成(z chn)原理第九頁，共137頁。圖8-7 電荷(dinh)控制式噴墨打印機(jī)10計算機(jī)組成(z chn)原理第十頁，共137頁。三激光打印機(jī)隨著電子攝影技術(shù)和激光掃描技術(shù)的發(fā)展，一種新型的非擊打式打印輸出設(shè)備

7、激光打印機(jī)在七十年代中期問世了。這種新型的打印機(jī)是激光技術(shù)和電子照像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，具有打印速度快，印字質(zhì)量(zhling)好，分辨率高，噪聲小，能打印各種字符、圖形、漢字、圖表等優(yōu)點。特別是在半導(dǎo)體激光器和高靈活度感光材料研制成功之后，激光打印機(jī)的體積大大縮小，各種小型臺式、多功能、低價格的中、低速激光打印機(jī)相繼出現(xiàn)，并能夠與大、中、小、微型計算機(jī)配套，成為一種理想的辦公自動化設(shè)備和漢字輸出設(shè)備。激光打印機(jī)主要由激光掃描系統(tǒng)、電子攝影系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，如圖8-8所示。激光打印機(jī)利用激光掃描技術(shù)將經(jīng)過調(diào)制的、載有字符點陣信息或圖形信息的激光束掃描在光導(dǎo)材料上，并利用電子攝影技術(shù)讓激光照射過的

8、部分曝光，形成圖形的靜電潛象。再經(jīng)過墨粉顯影、電場轉(zhuǎn)印和熱壓定影，便在紙上印刷出可見的字符或圖形。11計算機(jī)組成(z chn)原理第十一頁，共137頁。圖8-8 激光打印機(jī)組成(z chn)框圖12計算機(jī)組成(z chn)原理第十二頁，共137頁。1主要(zhyo)組成部分（1）激光掃描系統(tǒng)激光掃描系統(tǒng)由激光器、調(diào)制部件、掃描部件和光學(xué)部件組成。它的功能是對激光器產(chǎn)生的激光按字符點陣信息或圖象信息進(jìn)行高頻調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)變成光信息。調(diào)制后的載有信息的激光束經(jīng)過(jnggu)光學(xué)部件整形、聚焦，由掃描部件控制在光導(dǎo)材料上逐行掃描，從而形成靜電潛象。激光掃描部件一般采用轉(zhuǎn)鏡掃描器，這是一種多面棱鏡

9、，由掃描馬達(dá)帶動勻速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)激光束照射在轉(zhuǎn)鏡的某一面上時，隨著鏡子的轉(zhuǎn)動，反射光便掃描成一條直線，如圖8-9所示。當(dāng)轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)到下一面時，反射光隨著鏡子的轉(zhuǎn)動又掃描成一條直線。因此，若轉(zhuǎn)鏡有n面（例如6面），旋轉(zhuǎn)一周，便掃描n條（6條）直線。13計算機(jī)組成(z chn)原理第十三頁，共137頁。圖8-9 轉(zhuǎn)鏡掃描(somio)原理14計算機(jī)組成(z chn)原理第十四頁，共137頁。（2）電子攝影系統(tǒng)電子攝影系統(tǒng)包括感光鼓、充電器、顯影磁刷、轉(zhuǎn)印分離部件、定影器及消電清潔裝置等。感光鼓是一個用鋁合金制成的圓筒，表現(xiàn)涂有一層光導(dǎo)材料（如硒）。這種光導(dǎo)材料在黑暗中為絕緣體，若被光照射，其電阻值下降，

10、成為導(dǎo)體。感光鼓預(yù)先在暗處充電，以便當(dāng)載有字符信息的激光束掃描鼓面時，其光照部分的電阻值降低，使電荷流失，而未照部分保持電荷，這樣便在鼓面形成字符的靜電潛象。顯影磁刷中裝有帶電荷（與靜電潛象極性相反）的墨粉，當(dāng)磁刷接觸鼓面時，墨粉被潛象吸附，形成可見圖象。充電器、轉(zhuǎn)印器、分離器和消電器一般均采用電暈絲，通過電暈放電實現(xiàn)(shxin)對感光鼓充電、將墨粉圖象轉(zhuǎn)印在紙上、將紙與感光鼓分離以及印刷完成后消除感光鼓表面殘留的電荷等等。墨粉轉(zhuǎn)印到紙上后容易被擦掉，需要經(jīng)過定影將墨粉圖象固定在紙上。可用熱輥作定影器將墨粉固定在紙上。當(dāng)紙接觸到熱輥時，墨粉受高溫立即溶化而粘附在紙上，并經(jīng)加壓形成固定圖象。1

11、5計算機(jī)組成(z chn)原理第十五頁，共137頁。（3）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)對激光打印機(jī)的整個打印過程進(jìn)行控制，包括控制激光器的調(diào)制；控制掃描電機(jī)驅(qū)動多面棱鏡勻速轉(zhuǎn)動；進(jìn)行行同步信號檢測，控制行掃描定位精度；控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動感光鼓等速旋轉(zhuǎn)，保證(bozhng)垂直掃描精度，使激光束每掃描一行都與前一行保持相等的間距。此外，還對顯影、轉(zhuǎn)印、定影、消電、走紙等操作進(jìn)行控制。接口控制部分接收和處理主機(jī)發(fā)來的各種信號，并向主機(jī)回送激光打印機(jī)的狀態(tài)信號。16計算機(jī)組成(z chn)原理第十六頁，共137頁。2激光(jgung)打印過程激光打印機(jī)的打印過程(guchng)如圖8-10所示。隨著感光鼓的旋轉(zhuǎn)，

12、整個過程(guchng)分7步進(jìn)行。圖8-10 激光打印(d yn)過程示意圖17計算機(jī)組成原理第十七頁，共137頁。（1）充電預(yù)先在暗處由充電電暈靠近感光鼓放電，使鼓面充以均勻電荷。（2）曝光主機(jī)輸出的字符代碼經(jīng)接口送入激光打印機(jī)的緩沖存儲器，通過字符發(fā)生器轉(zhuǎn)換為字符點陣信息。調(diào)制驅(qū)動器在同步信號控制下，用字符點陣信息調(diào)制半導(dǎo)體激光器，使激光器發(fā)出載有字符信息的激光束。這種激光束是發(fā)散的，經(jīng)透鏡整形成為準(zhǔn)直光束，并照射在多面轉(zhuǎn)鏡上，再通過聚焦鏡將反射光束聚焦成所需要的光點尺寸，然后光束沿感光鼓軸線方向勻速掃描成一條直線。當(dāng)充有電荷的鼓面轉(zhuǎn)到激光束照射處時，便進(jìn)行曝光。由于激光束已按字符點陣信

13、息調(diào)制，使鼓面上不顯示字符的部分(b fen)被光照射，而顯示字符的部分(b fen)不被光照射。光照部位電阻下降，電荷消失，其它部位仍然保持靜電荷，于是在鼓面形成一行靜電潛象。轉(zhuǎn)鏡每轉(zhuǎn)過一面，由同步信號控制重新調(diào)制激光束，并在旋轉(zhuǎn)的鼓面上再次掃描，形成下一行靜電潛象。（3）顯影當(dāng)載有靜電潛象的感光鼓面轉(zhuǎn)到顯影處時，磁刷中帶相反電荷的墨粉便按鼓面上靜電分布的情況被吸附在鼓面帶有電荷的部位，從而在鼓面顯影成可見的字符墨粉圖象。18計算機(jī)組成(z chn)原理第十八頁，共137頁。（4）轉(zhuǎn)印墨粉圖象隨鼓面轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)印處，在紙的背面用轉(zhuǎn)印電暈放電，使紙面帶上與墨粉極性相反的靜電荷，于是墨粉便靠靜電吸引而

14、粘附到紙上，完成圖象的轉(zhuǎn)印。（5）分離在轉(zhuǎn)印過程中，靜電引力使紙緊貼鼓面。當(dāng)感光鼓轉(zhuǎn)至分離電暈處時，用電暈不斷地向紙施放正、負(fù)電荷，消除紙與鼓面因正、負(fù)電荷所產(chǎn)生的相互(xingh)吸引力，使紙離開鼓面。（6）定影將分離后的紙送定影熱輥。墨粉中含有樹酯，紙接觸到熱輥時樹酯被加熱而溶化，使墨粉緊貼在紙上，同時使熱輥擠壓紙面。這樣，經(jīng)過熱壓處理，圖象便牢牢地定影在紙上。（7）消電、清潔完成轉(zhuǎn)印后，感光鼓表面還留有殘余的電荷和墨粉。當(dāng)鼓面轉(zhuǎn)到消電電暈處時，利用電暈向鼓面施放相反極性的電荷，使鼓面殘留的電荷被中和掉。感光鼓再轉(zhuǎn)到清掃刷處，刷去鼓面的殘余墨粉。這樣，感光鼓便恢復(fù)原來的狀態(tài)，可開始新的一次

15、打印過程。19計算機(jī)組成(z chn)原理第十九頁，共137頁。8.1.2 顯示(xinsh)設(shè)備以可見光的形式傳遞和處理信息的設(shè)備稱之為顯示設(shè)備。顯示設(shè)備是目前使用最為普遍的輸入輸出設(shè)備。它可以把計算機(jī)的輸出信息以字符、圖形或圖象(t xin)的形式在熒光屏上顯示出來；也允許操作人員通過鍵盤、光筆、鼠標(biāo)等將有關(guān)的數(shù)據(jù)和命令送入計算機(jī)，以便顯示設(shè)備能方便、直觀地實現(xiàn)人機(jī)對話，因此它在各類計算機(jī)系統(tǒng)中作為交互式終端設(shè)備。顯示器屏幕上的字符、圖形及圖象(t xin)不能永久記錄下來，一旦關(guān)機(jī)，屏幕上的信息也就消失了，所以顯示器又稱為“軟拷貝”裝置。20計算機(jī)組成(z chn)原理第二十頁，共137

16、頁。一顯示設(shè)備(shbi)分類顯示設(shè)備(shbi)種類繁多，一般可按幾種方式分類：按顯示設(shè)備(shbi)的器件分類，有陰極射線管（Cathode Ray Tube，簡稱CRT）顯示器，液晶顯示器（Liquid Crystal Display，簡稱LCD），等離子顯示器等。CRT顯示器和顯示部件即人們所熟悉的電視機(jī)顯象管，有黑白和彩色兩種。液晶和等離子顯示器是平板式顯示器件，它們的特點是體積小，功耗少，是很有發(fā)展前途的新型器件。按顯示的信息內(nèi)容分類，有字符顯示器、圖形顯示器和圖象顯示器三大類。在使用CRT的顯示設(shè)備(shbi)中，還經(jīng)常以掃描方式的不同，分成光柵掃描和隨機(jī)掃描兩種顯示器，以分辨率

17、不同劃分成高分辨率顯示器和低分辨率顯示器等。21計算機(jī)組成(z chn)原理第二十一頁，共137頁。二顯示技術(shù)中的有關(guān)(yugun)概念1圖形和圖象圖形和圖象是現(xiàn)代顯示技術(shù)中常用的術(shù)語，它們是既有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個概念。圖形（graphics）最初是指沒有亮暗層次變化的線條圖，如建筑、機(jī)械所用的工程設(shè)計圖、電路圖等。早期的圖形顯示和處理只是局限在二值化的范圍，只能用線條的有無來表示簡單的圖形。圖象（image）則最初就是指具有(jyu)亮暗層次的圖，如自然景物、新聞?wù)掌取＝?jīng)計算機(jī)所處理與顯示的圖象稱作數(shù)字圖象，就是將圖片上連續(xù)的亮暗變化變換為離散的數(shù)字量，并以點陣列的形式顯示輸出。22計算機(jī)

18、組成(z chn)原理第二十二頁，共137頁。從顯示的意義上講，圖形和圖象都是由稱作像素的光點(un din)組成的。光點(un din)的多少稱作分辨率，光點(un din)的深淺變化稱作灰度級（在黑白顯示器上表現(xiàn)為灰度級，在彩色顯示器上表現(xiàn)為顏色）。分辨率和灰度級決定了所顯示圖象的質(zhì)量。高分辨率多灰度級的光柵掃描的顯示器不僅可以顯示圖象，也可以顯示圖形。因此，目前的圖形顯示遠(yuǎn)不止簡單的二值化的線條圖，圖形也可以有顏色、深淺層次的變化，可以用來模擬自然景物和各種物體。圖象主要用攝象機(jī)輸入，經(jīng)數(shù)字化以后逐點存儲，因此圖象需要占用非常龐大的主存儲空間。而在計算機(jī)中表示圖形，則只需存儲繪圖命令和坐

19、標(biāo)點，沒有必要存儲每個像素點。23計算機(jī)組成(z chn)原理第二十三頁，共137頁。2陰極射線管（CRT）CRT是一個漏斗形的電真空器件，由電子槍、偏轉(zhuǎn)裝置和熒光屏構(gòu)成。（1）電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速陽極和聚焦極等組成。電子槍的功能是發(fā)射具有(jyu)足夠強(qiáng)度和速度的電子束。電子束強(qiáng)度由柵極控制，而陽極對電子束進(jìn)行加速，具有(jyu)一定強(qiáng)度和速度的電子束打到熒光屏上形成光點，由光點組成圖形（2）偏轉(zhuǎn)部件的作用是控制電子束的運動方向，以便使電子束能掃描到熒光屏的任何位置。電視掃描線就是靠在x、y偏轉(zhuǎn)板上分別加上一定頻率的鋸齒波電壓，從而控制電子束在熒光屏上水平方向和垂直方向的移動。（3

20、）在CRT玻璃屏的內(nèi)壁涂有熒光粉，它將電子束的動能轉(zhuǎn)換成光能，從而顯示出光點。24計算機(jī)組成(z chn)原理第二十四頁，共137頁。3分辨率和灰度級分辨率（Resolution）指的是顯示設(shè)備所能表示的像素個數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖象越清晰。顯示器的分辨率取決于顯像管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦(jjio)能力。同時刷新存儲器要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的存儲空間，用以存儲每個像素的信息?；叶燃墸℅ray Level）指的是所顯示像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同。灰度級越多，圖象層次越清楚逼真?；叶燃壢Q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。

21、如果用4位表示一個像素，則只有16級灰度或顏色，如果用8位表示一個像素，則有256級灰度或顏色。分辨率和灰度級是顯示器的兩個重要技術(shù)指標(biāo)。25計算機(jī)組成(z chn)原理第二十五頁，共137頁。4刷新和刷新存儲器CRT器件的發(fā)光是由電子束打在熒光粉上引起的。電子束掃過之后，其發(fā)光亮度只能維持短暫一瞬（大約幾十毫秒）便消失。為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖象，就必須在圖象消失之前使電子束不斷地重復(fù)掃描整個屏幕，這個過程(guchng)叫做刷新（Refresh）。每秒刷新的次數(shù)稱刷新頻率。結(jié)合人的視覺生理，刷新頻率應(yīng)大于30次秒，人眼才不會感到閃爍。顯示設(shè)備中通常選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，每秒刷新50幀（Fram

22、e）圖象。為了不斷提供刷新圖象的信號，必須把圖象存儲起來，存儲圖象的存儲器叫刷新存儲器，也叫“幀存儲器”或“視頻存儲器”VRAM（電視不用刷新存儲器也可以看到圖象，是因為電視接收機(jī)不斷接收從天線來的信號）。刷新存儲器的容量由圖象分辨率和灰度級決定。分辨率越高，灰度級越多，刷新存儲器的容量越大。如分辨率為512 512，256級灰度的圖象，存儲容量為 512 512 8 bit 256KB。刷新存儲器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。容量和存取周期是刷新存儲器的兩個重要技術(shù)指標(biāo)。刷新存儲器的發(fā)展直接影響顯示設(shè)備的發(fā)展。在VLSI出現(xiàn)以前，實現(xiàn)大容量高速刷新存儲器是困難的。所以早期的圖象、圖形設(shè)備

23、只能處理分辨率很低，灰度級很少的圖象。26計算機(jī)組成(z chn)原理第二十六頁，共137頁。5隨機(jī)掃描和光柵掃描電子束在熒光屏上按某種軌跡(guj)運動稱為掃描（Scan）。控制電子束掃描軌跡(guj)的電路叫掃描偏轉(zhuǎn)電路。掃描方式有兩種，隨機(jī)掃描（Random Scan）和光柵掃描（Raster Scan）。隨機(jī)掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機(jī)地運動，從而產(chǎn)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，圖象清晰。高質(zhì)量的圖形顯示器（如分辨率為 4096 X 4096像素）要用隨機(jī)掃描方式。但由于這種掃描方式的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)與電視標(biāo)準(zhǔn)不一致，驅(qū)動系統(tǒng)較

24、復(fù)雜，價格較貴。光柵掃描是電視中采用的掃描方法，因此也叫電視（光柵）掃描。在電視中，要求圖象充滿整個畫面，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。逐行掃描就是從屏幕頂部開始一行接一行地掃描，一直到底，反復(fù)進(jìn)行。27計算機(jī)組成(z chn)原理第二十七頁，共137頁。三CRT字符(z f)顯示器圖8-12 光柵掃描在熒光屏上的軌跡(guj)28計算機(jī)組成(z chn)原理第二十八頁，共137頁。圖8-13 “A”字符(z f)的點陣表示29計算機(jī)組成(z chn)原理第二十九頁，共137頁。圖8-14 字符顯示器的結(jié)構(gòu)(jigu)框圖30計算機(jī)組成

25、(z chn)原理第三十頁，共137頁。圖8-15 字符發(fā)生器的邏輯(lu j)框圖31計算機(jī)組成(z chn)原理第三十一頁，共137頁。圖8-16 字符顯示器的控制(kngzh)邏輯框圖32計算機(jī)組成(z chn)原理第三十二頁，共137頁。四CRT圖形(txng)顯示器圖形顯示器最初是為顯示線條圖而設(shè)計的。根據(jù)產(chǎn)主線條圖形的不同方法有兩種不同類型的圖形顯示器。1. 隨機(jī)掃描刷新型圖形顯示器2. 光柵掃描圖形顯示器光柵掃描顯示器的特點是把對應(yīng)于屏幕(pngm)上每個像素的信息都用存儲器存起來，然后按地址順序逐個地刷新顯示在屏幕(pngm)上。其硬件結(jié)構(gòu)如圖8-17所示。這里有兩個存儲器，一

26、個是程序段緩沖存儲器，另一個是刷新存儲器。程序段緩存中存儲存儲由計算機(jī)送來的顯示文件和交互式圖形操作命令，如圖形的局部放大、平移、旋轉(zhuǎn)、比例變換以及圖形的檢索等。這些操作在顯示器的控制部件中完成，比在主機(jī)中用軟件實現(xiàn)效率要高得多。刷新存儲器中存放了一幀圖形的形狀信息，和屏幕(pngm)上的像素一一對應(yīng)。33計算機(jī)組成(z chn)原理第三十三頁，共137頁。圖8-17 光柵掃描顯示器的硬件(yn jin)結(jié)構(gòu)34計算機(jī)組成(z chn)原理第三十四頁，共137頁。五液晶(yjng)顯示器CRT顯示器最大的缺點是體積大、笨重，耗電多，還需要高壓供電，這無疑會限制了它的應(yīng)用范圍。液晶顯示器有體積小

27、、重量輕、低壓供電、耗電少等優(yōu)點(yudin)，剛好彌補(bǔ)了CRT顯示器的缺陷。液晶是液態(tài)晶體的簡稱。液晶分子的排列不象晶體結(jié)構(gòu)那樣牢固，它柔軟易變形。因此，液晶分子受電場、磁場、溫度（熱）、應(yīng)力等外部條件作用時，液晶分子就會重新排列。基于液晶光學(xué)各向異性的各種特性也隨著變化。液晶的這種柔軟的分子排列特性是液晶器件的應(yīng)用基礎(chǔ)。此外，液晶的相態(tài)也很重要。有一種分子排列一致的液晶，稱為向列性液晶。它具有正光學(xué)特性，對偏振光有旋光性，具有電磁效應(yīng)等，因此，常用作數(shù)字顯示器件。目前，用液晶構(gòu)成的顯示器（LCD）可分為直視型和投影型兩大類。直視型是一種直接觀看液晶顯示器屏面的形式，例如手表、計算器、筆記本

28、電腦顯示器、各種儀表的小顯示器，皆屬于直視型的。投影型液晶顯示器件就是將寫入液晶元件內(nèi)的光學(xué)圖像放大并投影到大屏幕上，圖像的放大率，亮度可以通過增強(qiáng)投影光源來提高。目前大量用于教室、會議室、業(yè)務(wù)管理室和禮堂等處。35計算機(jī)組成(z chn)原理第三十五頁，共137頁。8.2 輸入(shr)設(shè)備輸入設(shè)備將各種原始信息（如數(shù)字、字符、文字、圖形、聲音等）轉(zhuǎn)換為計算機(jī)所能識別處理的信息形式，并輸入計算機(jī)。主要完成輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命令等功能，是進(jìn)行(jnxng)人一機(jī)對話的主要部件。當(dāng)實現(xiàn)人工輸入時，往往與顯示器聯(lián)用，以便及時檢查并修正輸入時的錯誤，也可利用軟盤、磁帶等可脫機(jī)錄入的介質(zhì)進(jìn)行(jnx

29、ng)輸入。36計算機(jī)組成(z chn)原理第三十六頁，共137頁。8.2.1 鍵盤(jinpn)鍵盤是目前應(yīng)用最普遍的一種輸入(shr)設(shè)備。通過鍵盤可以直接向計算機(jī)輸入(shr)信息。許多外設(shè)如控制臺或終端用顯示設(shè)備等都設(shè)有鍵盤輸入(shr)。鍵盤是由一組排列成矩陣方式的按鍵開關(guān)組成。鍵盤所具有鍵的種類和個數(shù)視具體結(jié)構(gòu)而定。通常有數(shù)字鍵、字母符號鍵、特殊符號鍵、控制鍵和功能鍵。按照鍵盤提供給主機(jī)的數(shù)據(jù)方式，可分為無編碼鍵盤和有編碼鍵盤兩類。有編碼鍵盤中的某一個鍵按下后，能夠由硬件編碼器產(chǎn)生與按下鍵相對應(yīng)的編碼信息。如果是ASCll鍵盤就能夠提供與該鍵相對應(yīng)的ASCll代碼。這種鍵盤稱為通用

30、鍵盤。無編碼器鍵盤省掉了硬件編碼電路，用來代替硬件編碼器功能的是專用軟件鍵掃描程序，用它來識別按下鍵的位置，并提供與按下鍵相對應(yīng)的中間代碼，然后再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的編碼。37計算機(jī)組成(z chn)原理第三十七頁，共137頁。一無編碼(bin m)鍵盤設(shè)某鍵盤有64個鍵，由排列成8行8 列的矩陣構(gòu)成。按鍵開關(guān)跨接在行線和列線的交叉點上。矩陣式無編碼鍵盤如圖8-24所示。這種矩陣式無編碼鍵盤共需要16根引出(yn ch)線，其中8根行線與接口電路中的8位輸出寄存器和8條輸出數(shù)據(jù)線相接。8根列線與接口中的8位輸入寄存器和輸入數(shù)據(jù)線（8條）相連接。鍵盤在未按鍵時8行、8列線均為高電平。鍵盤在向主機(jī)輸入信息

31、時，CPU首先要判斷此刻是否有鍵被按下。38計算機(jī)組成(z chn)原理第三十八頁，共137頁。方法是由主機(jī)送出一個8位全零碼至輸出寄存器，并通過輸出數(shù)據(jù)線與行線連接。此時列線上的電位由輸人寄存器送主機(jī)。由主機(jī)判斷8位列線上電平是否有一根為低電平。只要有一根列線為低電平就說明當(dāng)前一定有健被接下；如沒有一條列線為低電平，則程序循環(huán)掃描等待。當(dāng)有鍵被按下時，則進(jìn)一步識別哪一個鍵被按下，即識別鍵號。用鍵盤軟件掃描法進(jìn)行識別的方法是：首先將行線中的行0線（K0）接地，其余行線均為高電位，然后順序(shnx)掃描檢查各列線中哪條是低電位，若列1線為低電位，則行0線與列1線交叉處的1鍵被按下。如果從列0線

32、到列7線都沒有低電平，說明被按下的鍵不在行0線上，則再改變掃描模式。改為行1線接地，而其余的行線都接高電平，再順次檢查各列線，直到找到被按下的鍵為止。這種無編碼鍵盤在硬件結(jié)構(gòu)上較簡單，而且由軟件來轉(zhuǎn)換按下鍵所對應(yīng)的編碼，為系統(tǒng)軟件定義鍵盤的某些操作提供了更大的靈活性。但因它依靠軟件手段進(jìn)行健掃描，因此工作速度較慢。在很多復(fù)雜鍵盤中均采用編碼式鍵盤。39計算機(jī)組成(z chn)原理第三十九頁，共137頁。圖8-24 矩陣式無編碼(bin m)鍵盤40計算機(jī)組成(z chn)原理第四十頁，共137頁。二電子編碼(bin m)式鍵盤在編碼式鍵盤中，每按下一個鍵則由硬件(yn jin)線路產(chǎn)生與該鍵相

33、對應(yīng)的編碼。如 ASCII鍵盤，每個字符編碼用七位二進(jìn)制代表，可表示128個鍵，鍵盤矩陣由8行16列組成。在無編碼鍵盤中，對行列掃描由軟件實現(xiàn)。而在循環(huán)掃描式電子鍵盤中，用一個七位計數(shù)器進(jìn)行循環(huán)計數(shù)，分別把計數(shù)器狀態(tài)送到行線和列線上，實現(xiàn)對鍵盤上字鍵的掃描，其原理圖如圖8-25所示。鍵盤矩陣中的128鍵與七位計數(shù)器狀態(tài)相對應(yīng)，未按鍵時，行、列線均為高電平。掃描方法是將七位計數(shù)器的高四位送入4-16譯碼器中，對鍵盤中16條列線進(jìn)行掃描；而七位計數(shù)器的低三位作為8選一多路器的選擇端，對鍵盤矩陣中8條行線進(jìn)行檢測。因此當(dāng)七位計數(shù)器不斷循環(huán)計數(shù)時，鍵盤上每一個字鍵被依次訪問。若某個字鍵閉合，而且掃描到

34、該鍵所在的行與列時，譯碼器在此列上加的低電平便經(jīng)過該鍵傳到此鍵所在行，經(jīng)8選一電路輸出的低電平去封鎖七位計數(shù)器的計數(shù)脈沖，停止計數(shù)。此時七位計數(shù)器的內(nèi)容則是該鍵的編碼，并送輸出寄存器，作為鍵碼輸出。等該鍵被釋放后，再恢復(fù)計數(shù)，并繼續(xù)掃描。41計算機(jī)組成(z chn)原理第四十一頁，共137頁。圖8-25 電子(dinz)譯碼式鍵盤42計算機(jī)組成(z chn)原理第四十二頁，共137頁。8.2.2 鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器（Mouse）是一種手持式的坐標(biāo)定位部件，簡稱鼠標(biāo)。從鼠標(biāo)發(fā)展的歷史來看，鼠標(biāo)器可以(ky)分為機(jī)械式鼠標(biāo)、光電機(jī)械式鼠標(biāo)（光機(jī)式鼠標(biāo)）和光電式鼠標(biāo)。43計算機(jī)組成(z chn)原理第四十

35、三頁，共137頁。一機(jī)械式鼠標(biāo)機(jī)械式鼠標(biāo)的工作原理很簡單，如圖8-26所示。它采用一個小滑球和桌面(zhumin)接觸，當(dāng)滑球移動的時候，滑球推動壓力滾軸滾動，滾軸的另一邊連著編碼器，在每個編碼器上呈圓形排列的觸點。當(dāng)滑球滾動時，經(jīng)過傳導(dǎo)，使觸點會依次碰到接觸條，從而產(chǎn)生計算機(jī)容易辨認(rèn)的，“接通”和“斷開”，也就是“0”和“1”信號。通常鼠標(biāo)內(nèi)部有一個芯片會根據(jù)這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成“X”和“Y”軸的位移，從而使光標(biāo)移動。44計算機(jī)組成(z chn)原理第四十四頁，共137頁。圖8-26 機(jī)械式鼠標(biāo)原理圖45計算機(jī)組成(z chn)原理第四十五頁，共137頁。二光機(jī)式鼠標(biāo)光機(jī)鼠標(biāo)是在純機(jī)械式鼠標(biāo)基礎(chǔ)上

36、進(jìn)行改良，通過引入光學(xué)技術(shù)來提高鼠標(biāo)的定位精度。與純機(jī)械式鼠標(biāo)一樣，光機(jī)鼠標(biāo)同樣擁有一個膠質(zhì)的小滾球，并連接著X、Y轉(zhuǎn)軸，所不同的是光機(jī)鼠標(biāo)不再有圓形的譯碼輪，代之的是兩個帶有柵縫的光柵碼盤，并且增加了發(fā)光二極管和感光芯片。當(dāng)鼠標(biāo)在桌面上移動時，滾球會帶動X、Y轉(zhuǎn)軸的兩只光柵碼盤轉(zhuǎn)動，而X、Y發(fā)光二極管發(fā)出的光便會照射在光柵碼盤上，由于光柵碼盤存在柵縫，在恰當(dāng)時機(jī)二極管發(fā)射出的光便可透過柵縫直接照射在兩顆感光芯片組成的檢測頭上(tu shn)。如果接收到光信號，感光芯片便會產(chǎn)生“1”信號，若無接收到光信號，則將之定為信號“0”。接下來，這些信號被送入專門的控制芯片內(nèi)運算生成對應(yīng)的坐標(biāo)偏移量，確

37、定光標(biāo)在屏幕上的位置。光機(jī)鼠標(biāo)有一個致命的缺點：在鼠標(biāo)使用一段時間后，一般都會出現(xiàn)光標(biāo)移動緩慢、光標(biāo)定位不準(zhǔn)、鼠標(biāo)移動時有疙疙瘩瘩的感覺，這是因為在接編碼器的轉(zhuǎn)軸上附有很多污垢，一般需要我們把滑球和轉(zhuǎn)軸徹底的清洗。46計算機(jī)組成(z chn)原理第四十六頁，共137頁。三光電式鼠標(biāo)與光機(jī)鼠標(biāo)發(fā)展的同一時代，出現(xiàn)一種完全沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)字化光電鼠標(biāo)。設(shè)計這種光電鼠標(biāo)的初衷是將鼠標(biāo)的精度提高到一個全新的水平，使之可充分滿足專業(yè)應(yīng)用的需求。這種光電鼠標(biāo)沒有傳統(tǒng)的滾球、轉(zhuǎn)軸等設(shè)計，其主要部件為兩個發(fā)光二極管、感光芯片、控制芯片和一個帶有網(wǎng)格的反射板（相當(dāng)于專用途的鼠標(biāo)墊）。如圖8-27所示。工作時，光

38、電鼠標(biāo)必須在反射板上移動，X發(fā)光二極管和Y發(fā)光二極管會分別發(fā)射出光線照射在反射板上，接著(ji zhe)光線會被反射板反射回去，經(jīng)過鏡頭組件傳遞后照射在感光芯片上。感光芯片將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的數(shù)字信號后將之送到定位芯片中專門處理，進(jìn)而產(chǎn)生X-Y坐標(biāo)偏移數(shù)據(jù)。47計算機(jī)組成(z chn)原理第四十七頁，共137頁。圖8-27 第一代光電鼠標(biāo)原理圖48計算機(jī)組成(z chn)原理第四十八頁，共137頁。這種光電鼠標(biāo)在精度指標(biāo)上的確有所進(jìn)步，但它在后來的應(yīng)用中暴露出大量的缺陷。首先，光電鼠標(biāo)必須依賴反射板，它的位置數(shù)據(jù)完全依據(jù)反射板中的網(wǎng)格信息來生成。倘若反射板有些弄臟或者磨損，光電鼠標(biāo)便無法判斷光

39、標(biāo)的位置所在；倘若反射板不慎被嚴(yán)重?fù)p壞或遺失，那么整個鼠標(biāo)便就此報廢。其次，光電鼠標(biāo)使用非常不人性化，它的移動方向必須與反射板上的網(wǎng)格紋理(wnl)相垂直，用戶不可能快速地將光標(biāo)直接從屏幕的左上角移動到右下角。第三，光電鼠標(biāo)的造價頗為高昂。由于存在大量的弊端，這種光電鼠標(biāo)并未得到流行，充其量也只是在少數(shù)專業(yè)作圖場合中得到一定程度的應(yīng)用，但隨著光機(jī)鼠標(biāo)的全面流行，這種光電鼠標(biāo)很快就被市場所淘汰。雖然第一代光電鼠標(biāo)在市場中慘遭失敗，但全數(shù)字的工作方式、無機(jī)械結(jié)構(gòu)以及高精度的優(yōu)點讓業(yè)界仍然為之矚目。如果能夠克服其先天缺陷必可將其優(yōu)點發(fā)揚光大，制造出集高精度、高可靠性和耐用性的產(chǎn)品在技術(shù)上完全可行。4

40、9計算機(jī)組成(z chn)原理第四十九頁，共137頁。1999年，微軟推出一款“IntelliMouse Explorer”的第二代光電鼠標(biāo)，這款鼠標(biāo)所采用的是微軟與安捷倫合作開發(fā)的IntelliEye光學(xué)引擎。光學(xué)引擎（Optical Engine）是光學(xué)鼠標(biāo)的核心部件，它的作用就好比是人的眼睛，不斷地攝取所見到的圖像并進(jìn)行分析。光學(xué)引擎由CMOS圖像感應(yīng)器和光學(xué)定位DSP（數(shù)字信號處理器）所組成，前者負(fù)責(zé)圖像的收集并將其同步為二進(jìn)制的數(shù)字圖像矩陣，而DSP則負(fù)責(zé)相鄰圖像矩陣的分析比較，并據(jù)此計算出鼠標(biāo)的位置偏移。光學(xué)鼠標(biāo)主要有分辨率和刷新頻率兩項指標(biāo)，二者均是由CMOS感應(yīng)器所決定。第二代

41、光學(xué)鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)與上述(shngsh)所有產(chǎn)品都有很大的差異，它的底部沒有滾輪，也不需要借助反射板來實現(xiàn)定位，其核心部件是發(fā)光二極管、微型攝像頭、光學(xué)引擎和控制芯片。工作時發(fā)光二極管發(fā)射光線照亮鼠標(biāo)底部的表面，同時微型攝像頭以一定的時間間隔不斷進(jìn)行圖像拍攝。鼠標(biāo)在移動過程中產(chǎn)生的不同圖像傳送給光學(xué)引擎進(jìn)行數(shù)字化處理，最后再由光學(xué)引擎中的定位DSP芯片對所產(chǎn)生的圖像數(shù)字矩陣進(jìn)行分析。由于相鄰的兩幅圖像總會存在相同的特征，通過對比這些特征點的位置變化信息，便可以判斷出鼠標(biāo)的移動方向與距離，這個分析結(jié)果最終被轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)偏移量實現(xiàn)光標(biāo)的定位。50計算機(jī)組成(z chn)原理第五十頁，共137頁。鼠標(biāo)內(nèi)部

42、發(fā)光二極管，主要用于照明，以便使微型攝像頭拍攝(pish)到鼠標(biāo)底部畫面，進(jìn)而傳送到光學(xué)處理芯片。第二代光學(xué)鼠標(biāo)的各項指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計初衷。它既保留了光電鼠標(biāo)的高精度、無機(jī)械結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，又具有高可靠性和耐用性，并且使用過程中勿須清潔亦可保持良好的工作狀態(tài)，在誕生之后迅速引起業(yè)界矚目。51計算機(jī)組成(z chn)原理第五十一頁，共137頁。8.2.3 觸摸屏觸摸屏是一種對物體的接觸或靠近能產(chǎn)生反應(yīng)的定位(dngwi)設(shè)備。按觸摸原理的不同，大致可分為電阻式、電容式、表面超聲波式、掃描紅外線式和壓感式五類。電阻式觸摸屏是由顯示屏上加一個兩層高透明度的并涂有導(dǎo)電物質(zhì)的薄膜組成。在兩層薄膜之間絕緣隔開，

43、其間隙為00001英寸，如圖8-28所示。當(dāng)用戶觸摸塑料薄膜片時，涂有金屬導(dǎo)電物質(zhì)的第一層塑料片與挨著玻璃罩上的第二層塑料片（也涂有金屬導(dǎo)電物）接觸，這樣根據(jù)其接觸電阻的大小求得觸摸點所在的x和y坐標(biāo)位置。52計算機(jī)組成(z chn)原理第五十二頁，共137頁。圖8-28 電阻式觸摸屏原理(yunl)1-玻璃罩；2、3-金屬涂層；4-柔軟塑料片；5-絕緣支點53計算機(jī)組成(z chn)原理第五十三頁，共137頁。8.3 輔助存儲器輔助存儲器用于存放當(dāng)前不需要立即使用的信息，一旦需要，則與主存成批地交換數(shù)據(jù)。它作為主存的后備和補(bǔ)充，是主機(jī)的外部設(shè)備，因此又稱為外存儲器、后備存儲器、二級存儲器等。

44、輔助存儲器既可看作是輸入設(shè)備，也可看作是輸出設(shè)備。輔助存儲器的特點是容量(rngling)大，成本低，通常在斷電后仍然保存信息，是“非易失性”存儲器，其中大部分存儲介質(zhì)還能脫機(jī)保留信息。54計算機(jī)組成(z chn)原理第五十四頁，共137頁。8.3.1 輔助存儲器的種類(zhngli)與技術(shù)指標(biāo)一輔助存儲器的種類輔助存儲器主要分為磁表面存儲器和光存儲器兩大類。磁表面存儲器是將磁性材料沉積在載磁基體上形成記錄介質(zhì)，而以磁頭(ctu)與記錄介質(zhì)的相對運動來寫入（磁頭(ctu)線圈加入一定方向的電流波形）或讀取信息。現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中使用的磁表面存儲器又有數(shù)字式磁記錄和模擬式磁記錄兩種。數(shù)字式磁記錄主

45、要有硬盤、軟盤和磁帶、磁卡及磁鼓等，目前常用的是硬盤和磁帶。模擬磁記錄是指錄音和錄象設(shè)備，過去多用于家電設(shè)備。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，在多媒體計算機(jī)中，錄音機(jī)與錄像機(jī)已經(jīng)成為計算機(jī)的新配置。磁表面存儲器是歷史最久，應(yīng)用最廣的輔助存儲器，它存儲一位二進(jìn)制信息價格（稱為位價格）最低。光存儲器在計算機(jī)中使用的主要是光盤。它是利用激光束在具有感光特性材料的表面上存儲信息。按照性能和用途的不同，常用的有只讀型光盤，只寫一次型光盤，可讀寫光盤三種類型。55計算機(jī)組成(z chn)原理第五十五頁，共137頁。二技術(shù)指標(biāo)1存儲密度存儲密度是指單位長度或單位面積的磁層表面所能存儲的二進(jìn)制信息量。對于磁盤存儲器，可

46、用道密度和位密度表示，也可用二者的乘積，即面密度表示。對于磁帶存儲器，一般用位密度表示。磁道是指磁頭(ctu)寫入磁場在介質(zhì)表面上形成的磁化“軌跡”。以磁盤為例，由于磁盤旋轉(zhuǎn)，而磁頭(ctu)可處在不同的半徑上，于是在磁盤表面上形成了許多相隔一定距離的同心圓，每個同心圓稱為一條磁道。沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)稱為道密度。道密度的單位是道/in，通常用英文TPI（TRACK PER INCH）表示，或者是道/毫米，用TPMM（TRACK PER MILLIMETRE）表示。56計算機(jī)組成(z chn)原理第五十六頁，共137頁。磁道所占有的寬度稱為道寬。其寬度取決于磁頭的工作間隙長度和磁頭

47、與載磁體之間的定位精度等。為記錄信息可靠，磁道與磁道之間需保持一定距離，相鄰兩條磁道中心線之間的距離稱為道距。道密度Dt與道距P的關(guān)系(gun x)為：磁道的單位長度所能記錄二進(jìn)制信息的位數(shù)稱為位密度或線密度。單位是位/英寸，通常用bpi（BIT PER INCH）表示，或位/毫米，通常用bpmm（BITS PER MILLIMETRE）表示。磁帶存儲器主要用位密度來衡量，例如，800bpi、1600bpi和6250bpi等是常用的三種磁帶存儲器。PDt157計算機(jī)組成(z chn)原理第五十七頁，共137頁。2存儲容量磁表面存儲器的存儲容量，即為它所能存儲的二進(jìn)制信息總量，一般以字節(jié)表示(b

48、iosh)。磁盤存儲器有格式化容量和非格式化容量兩個指標(biāo)。格式化容量指按某種特定的記錄模式所能存儲信息的總量，它是用戶真正可使用的容量；非格式化容量指磁記錄表面全部可利用的磁化單元總數(shù)。新磁盤在使用之前必須先進(jìn)行格式化操作，然后才能記錄信息及讀取操作等。顯然，格式化的容量比非格式化容量要小，一般格式化容量相當(dāng)于非格式化容量的70%左右。58計算機(jī)組成(z chn)原理第五十八頁，共137頁。3尋址時間磁表面存儲器的尋址時間，指磁頭從起始位置移動到要求讀寫的位置所經(jīng)歷的全部時間。磁帶存儲器是順序(shnx)序取方式，不必尋找磁道，但需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時間。這個等待時間指磁帶空轉(zhuǎn)到要求訪

49、問的記錄區(qū)所經(jīng)歷的時間，每次訪問的等待時間隨磁頭的起始位置不同而不同。磁盤存儲器是直接存取方式，尋址時間包括兩部分：一部分是磁頭尋找目標(biāo)磁道所需的找道時間ts；另一部分是磁頭從目的道等待需要訪問的區(qū)段（扇區(qū)）恰好旋轉(zhuǎn)到它的正下方所經(jīng)歷的等待時間tw。由于磁頭與目的道的相對起始位置不同，因而每次尋找磁道所需的時間也不同；同理，磁頭在目的道上等待不同區(qū)段所需的時間也不同。通常取它們的平均值作為平均尋址時間ta其中，tsa為平均找道時間，twa為平均等待時間，tsmax為最大找道時間，tsmin為最小找道時間，twmax為最大等待時間，twmin為最小等待時間。平均尋址時間是磁盤存儲器的一個重要指標(biāo)

50、。硬磁盤存儲器比軟磁盤存儲器速度快很多，主要原因是硬磁盤存儲器的平均尋址時間比軟磁盤的平均尋址時間要短得多。22minmaxminmaxwwsswasaattttttt59計算機(jī)組成(z chn)原理第五十九頁，共137頁。4數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率Dr指磁表面存儲器在單位時間內(nèi)能向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)或字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸率與存儲設(shè)備及主機(jī)的接口邏輯有著密切關(guān)系。對于存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸率與記錄密度D和記錄介質(zhì)的運動(yndng)速度V成正比，即DrDV（為正比符號）它等于在單位時間內(nèi)從記錄表面所讀、寫的信息量。對于主機(jī)接口邏輯，應(yīng)確保有足夠快的傳送速度并正確無誤地實現(xiàn)主機(jī)與輔存之間接收或發(fā)送信息

51、。60計算機(jī)組成(z chn)原理第六十頁，共137頁。5誤碼率誤碼率是衡量磁表面存儲器出錯概率的參數(shù)，它指的是從輔存讀出時出錯的信息位數(shù)與所讀出的總信息位數(shù)之比。6價格就設(shè)備整體而言，輔助存儲器的價格要比主存儲器的價格高，但通常用位價格來衡量各種存儲器的價格指標(biāo)(zhbio)。位價格是把設(shè)備價格除以存儲容量。61計算機(jī)組成(z chn)原理第六十一頁，共137頁。8.3.2 磁記錄原理(yunl)磁記錄原理(yunl)是利用磁性材料在不同方向的磁場作用下，具有兩種剩磁狀態(tài)（+Br和-Br）來記錄信息的。62計算機(jī)組成(z chn)原理第六十二頁，共137頁。一磁表面存儲器的主要(zhyo)讀

52、寫元件1記錄介質(zhì)（磁層）將磁性材料涂敷在金屬合金（硬質(zhì)載體）或塑料（松質(zhì)載體）的基體上，形成厚度1-5m的磁層。這種可用來記錄信息的磁層被稱為記錄介質(zhì)或信息載體?？捎米餍纬纱艑拥拇判圆牧先缪趸F和鎳鈷合金等。如將三氧化鐵的粉末用樹脂粘合后，涂敷在盤狀的輕鋁合金基體上，就制成磁盤，而涂敷在聚酯塑料帶上，就制成磁帶；用電鍍方法將鎳鈷合金電鍍到拋光鋁（通常外嵌銅配套）的圓柱面上，就制成磁鼓等。從使用的觀點(gundin)出發(fā)，希望磁層記錄信息的密度愈高愈好，為此，信/雜比愈大愈好。對磁層的電磁性能及物理特性都應(yīng)有較嚴(yán)格的要求。如要讀出信號幅度增大，就要求磁性材料有較大的剩磁Br，但其值也不能過大，否

53、則將使記錄密度下降；如要求磁化狀態(tài)穩(wěn)定可靠，則要求磁層具有較大的矯頑力HC，否則抗干擾能力低；為提高記錄密度，要求磁層的厚度較薄，然而磁層也不能太薄，否則會降低磁通量的變化，從而使讀出信號幅度減少；要求磁層表面光滑均勻，機(jī)械附著性好等等。63計算機(jī)組成(z chn)原理第六十三頁，共137頁。2讀寫記錄的元件（磁頭）磁頭是對磁層進(jìn)行信息讀寫的元件。制作磁頭的鐵芯常用片狀的坡莫合金疊合而成，或用高頻特性較好的鐵淦氧材料。鐵芯的形狀為圓形或馬蹄形。鐵芯中的間隙用非磁性材料，如玻璃、黃銅片等來填充。此間隙稱為磁頭縫隙(fngx)或頭隙。磁頭的結(jié)構(gòu)如圖8-29所示。磁頭的技術(shù)關(guān)鍵之一是頭隙的形狀和尺寸

54、，因為它直接關(guān)系到磁層的記錄密度和讀出的信號幅度。磁頭可分為寫磁頭，讀磁頭及復(fù)合磁頭塊三種。寫磁頭是從磁圈通入寫電流，使磁頭中產(chǎn)生磁力線，通過頭隙對磁層進(jìn)行磁化，即寫入信息。讀磁頭是磁層上的磁化單元移動到讀磁頭的正下方而形成磁通回路，由于磁通的變化，在讀出線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，即為讀出信息。復(fù)合磁頭塊是用一個磁頭，一組線圈，經(jīng)讀寫開關(guān)切換而作為讀磁頭及寫磁頭使用。64計算機(jī)組成(z chn)原理第六十四頁，共137頁。圖8-29 磁頭(ctu)結(jié)構(gòu)簡圖65計算機(jī)組成(z chn)原理第六十五頁，共137頁。二磁表面(biomin)的讀/寫過程1寫入過程磁層的寫入過程如圖8-30所示。為了解釋

55、清楚，又分為靜態(tài)寫入和動態(tài)寫入兩種情況。靜態(tài)寫入指的是在靜止?fàn)顟B(tài)下的磁層上，存儲（記錄）一位二進(jìn)制代碼的過程。磁層的初始狀態(tài)可以是退磁狀態(tài)（B=0），或者是反向磁化狀態(tài)（BM）。圖8-30中的（a）、（b）表示磁層初始為退磁狀態(tài)。當(dāng)向?qū)懭氪蓬^線圈加入正向電流脈沖時，磁頭中便產(chǎn)生逆時針磁力線，頭隙的邊緣磁通將將其正對準(zhǔn)的一小段磁層進(jìn)行磁化，形成磁通回路，進(jìn)入磁層的一端為S極，出磁層的一端為N極。已被磁化的磁層小段一般(ybn)用+Br表示磁層的磁化強(qiáng)度它的方向是由S指向N，即由左指向右。當(dāng)向?qū)懭氪蓬^線圈加入負(fù)向電流脈沖時，同樣道理也用對準(zhǔn)頭隙的磁層小段磁化，一般(ybn)用-Br表示磁層的磁化強(qiáng)

56、度，它的方向則是由右指向左。圖8-30的（c）、（d）分別表示靜態(tài)寫入一位代碼的磁化單元長度。其中X稱為轉(zhuǎn)變區(qū)，它表示磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)所需要的磁層間距。X值的大小主要與磁層的磁滯回線垂直邊的傾斜相關(guān)（磁滯回線已在物理學(xué)中學(xué)過），垂直邊愈陡，X值愈小。66計算機(jī)組成(z chn)原理第六十六頁，共137頁。圖8-30 磁層靜態(tài)寫入(a) 加正脈沖(michng)；(b) 加負(fù)脈沖(michng)；(c) 正磁化單元；(d) 負(fù)磁化單元67計算機(jī)組成(z chn)原理第六十七頁，共137頁。靜態(tài)寫入只是為了說明其原理，實際使用中的磁表面存儲器，磁層總是運動的，在這種情況下，寫入電流可以是窄脈沖，也可以

57、是開關(guān)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)電流，遍常將這樣的寫入過程叫做動態(tài)寫入，如圖8-31所示。圖中畫出磁層向左運動時，在磁頭中加入開關(guān)電流，磁層向左運動時已經(jīng)(y jing)加了一段時間的負(fù)電流。即有-Br區(qū)存在。在T=0時，電流由負(fù)翻轉(zhuǎn)為正，產(chǎn)生一個+Br的位單元。當(dāng)磁層向左移動時刻，電流仍保持為正，盡管S極也向左移動，但由于磁場依然存在，所以N極相對磁頭保持不動，位單元的長度Xb1取決于電流的維持時間。假如在某一時刻 （由于磁層是勻速運動，故V為常數(shù)），電流由正翻轉(zhuǎn)為負(fù)，這就產(chǎn)生另一個位單元Br。在負(fù)電流維持期內(nèi)，S極相對于磁頭也保持不動。用Xb2表示此位單元長度。在這種開關(guān)電流的作用下，磁化極性相反的兩個相

58、鄰位單元公用一個轉(zhuǎn)變區(qū)N。這就意味著位單元長度Xb1的定義應(yīng)加以修改，即 ，把L作為位單元長度。L的長短取決于電流的跳變時間t1，磁層運轉(zhuǎn)速度V和磁頭縫隙尺寸等因素。68計算機(jī)組成(z chn)原理第六十八頁，共137頁。圖8-31 磁層動態(tài)(dngti)寫入69計算機(jī)組成(z chn)原理第六十九頁，共137頁。2讀出過程當(dāng)磁層被寫入（磁化）之后，每個位單元一直保持在Br或者Br的剩磁狀態(tài)，由于空氣的磁阻很大，只有極少量的磁力線分布在位單元附近。當(dāng)磁層中的某一位單元恰好運動到讀磁大縫隙的正下方時，由于磁頭鐵芯的磁阻遠(yuǎn)比空氣的小，所以就使磁頭中流過的磁通有很大的變化，于是在讀出線圈的兩端勢必產(chǎn)

59、生感應(yīng)電壓，即讀出的位單元信號。位單元的讀出波形見圖8-32。假定某個位單元已經(jīng)磁化為（寫入為）Br，磁層向左運動進(jìn)行(jnxng)讀出，在t0時刻，S極剛好對準(zhǔn)讀頭縫隙，在磁頭鐵芯中產(chǎn)生磁通增量，于是在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓dtde70計算機(jī)組成(z chn)原理第七十頁，共137頁。磁層繼續(xù)向左移動，在磁化單元長度內(nèi)，磁通量一直維持不變，即磁通增量為零，于是無感應(yīng)電壓。到t1時刻，N極離開讀頭縫隙，使磁頭鐵芯中的磁通從有到無，又產(chǎn)生磁通量變化，于是在線圈兩端出現(xiàn)極性相反的感應(yīng)電壓。由圖8-32可見，一個位單元的讀出信號出現(xiàn)兩個不同極性的波形，只需取其中一個作為數(shù)據(jù)信號。選取有效讀出信號的方法

60、是加選通定時脈沖。從上述的讀/寫過程可歸納(gun)出磁表面存儲器的一些特點：非破性讀出，不需要再生；記錄的信息可長期保存和重復(fù)讀出使用，斷電后不丟失信息，可脫機(jī)存放；寫入或讀出是在記錄介質(zhì)運動過程中進(jìn)行的，記錄的位單元不易區(qū)分，需要比較復(fù)雜的定時、尋址系統(tǒng)；存取方式有順序式的，如磁帶存儲器；有直接式的，如磁盤存儲器。71計算機(jī)組成(z chn)原理第七十一頁，共137頁。8.3.3 編碼方式為了提高磁表面存儲器的性能，擴(kuò)大其存儲容量，加快(ji kui)存取速度，除了研究和分析磁記錄的物理過程及記錄介質(zhì)與磁頭的性能、結(jié)構(gòu)外，還要研究磁記錄方式對提高記錄密度及可靠性的影響。磁記錄方式就是編碼的