9运算机外部设备.docx
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9运算机外部设备
第九章运算机外部设备
1.术语说明
图形图像
光栅扫描随机扫描
道密度位密度
2.磁表面存储器的特点有哪些？
答：
磁表面存储器有如下显著的特点：
（1）存储密度高，记录容量大，每位价钱低；
（2）记录介质能够重复利用；
（3）记录信息可长时刻保留而不致丢失；
（4）非破坏性读出，读出时不需再生信息；
（5）存取速度较低，机械结构复杂，对工作环境要求较严。
3.画出代码11001001在RZ、NRZ1、FM、PM及MFM记录方式时的写入电流波形，并说明它们有无自同步能力。
答：
请参考本章磁记录方式有关描述。
4.一台有6个盘片的磁盘组，转速为2400rpm（每分钟转速），盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为20cm，记录密度为640b/m（每毫米的位数），磁道间距为，盘片设有两个爱惜面，一个伺服面。
试计算：
（1）盘组的存储容量。
（2）数据传输率。
解：
（注意，需要统一单位）
（1）（2*6-3）*（30-20）/2/0.2*（2*20/2*PI*640）
（2）（2*20/2*PI*640）*2400/60
5.填空：
各类磁记录方式中，需要外同步的记录方式有__________，具有自同步能力的记录方式有__________，具有自同步记录方式的优势主若是__________。
答：
在RZ、NRZ、NRZ一、FM、PM、MFM磁记录方式中，需要外同步的记录方式有NRZ、NRZ1，具有自同步能力的记录方式有RZ、FM、PM、MFM。
直接从磁盘读出的信号中提取同步信号，这种方式称为自同步，即能从读出的数据（脉冲序列）中提取同步信号。
不需要外同步机制。
6.设磁盘组有11个盘片，每片有2个记录面。
存储区域内直径英寸，外直径英寸，道密度为1250TPI（TPI：
每英寸磁道数），位密度5240BPI（BPI：
每英寸位数），磁盘的转速是2400rpm。
试求：
（1）共有多少柱面？
（2）总容量是多少？
（3）计算数据传输率。
解：
（1）3300
（2）352386751B（3）194152B
7.IBMPC/AT运算机采纳5英寸双面高密度软磁盘，每面有80个磁道，每道有15个扇区，每扇区存储512个字节，请计算出它的格式化容量。
解：
8.试述软磁盘存储器的读写进程。
答：
请参考本章软磁盘存储器有关描述。
9.常见的硬盘操纵器接口有哪些？
答：
ST506/412接口、小型运算机系统接口（SCSI）、增强型小型设备接口（ESDI）、IDE和EIDE接口
10.比较光栅扫描的图形和图像显示器与光栅扫描的字符显示器的要紧异同点。
答：
请参考本章显示设备有关描述。
11.设某光栅扫描显示器的分辨率是800600，能够同时显示的颜色数是256色，那么VRAM的容量应是多少？
解：
480KB
12.在GB2312-80标准中概念了一级汉字3755个，二级汉字3008个，假设每一个汉字字模采纳16×16点阵，那么两级汉字各占多少存储器空间？
假设将汉字显示在屏幕上，共24行，每行80个字，为保留一屏信息，共需多大的存储空间？
解：
120160B96256B3840B（每个汉字仅需要保存2个字节的内码）
13.液晶显示器的工作原理是什么？
答：
请参考本章液晶显示设备有关描述。
14.写出点阵式打印机的特点和工作原理。
答：
请参考本章打印输出设备有关描述。
15.写出温切斯特磁盘的特点。
答：
温切斯特磁盘简称温盘，是一种可移动磁头固定盘片存储器，是应用最广，最具代表性的硬磁盘存储器。
温盘的一个要紧特点是密封组合式，将磁头，盘片，电机驱动部件，读写电路等制成一个不可随意拆卸的整体，称为“头盘组件”（HDA），防尘性能好，靠得住性高，对利用环境要求不高。
16.常见的通信与网络设备有哪些？
请参考本章通信与网络设备有关描述。
17.单项选择题
（1）带有处置器的终端一样称为__A____。
A.智能终端B.批处置终端C.远程终端D.会话型终端
（2）磁表面存储器不具有的特点是__C____。
A.存储密度高B.可脱机保留C.速度快D.容量大
（3）运算机的外部设备是指__D____。
A.输入/输出设备B.外存设备
C.远程通信设备D.除CPU和内存之外的其他设备
18.调制解调器有几种工作方式？
答：
调制解调器的通信方式有三种。
（1）单工方式 通信两边只能设定一个固定的方向传输数据，即一端固定为数据发送端，另一端那么固定为数据接收端。
（2）半双工方式 通信两边能够进行双向的数据传输，但各端不能同时发送和接收。
许诺各端既能够发送数据，又能够接收数据，但在发送数据时，不能接收数据。
（3）全双工方式 通信两边能够同时进行双向的数据传输，即一端在发送数据时，也能够接收数据。
目前的调制解调器都采纳全双工的通信方式。
19.网络接口卡有什么作用？
答：
网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）简称网卡，也叫网络适配器，是插在个人运算机或效劳器扩展槽内的扩展卡，与网络操作系统配合工作，操纵网络上的信息流。
网卡与网络传输介质（双绞线、同轴电缆或光纤）相连，网络传输介质与网络中的所有网卡相连。
20.查阅资料，结合IPV6、IPTV、HDTV和3G通信等新技术，谈谈运算机外部设备可能有哪些应用，对外部设备还有什么新的要求。
答：
略
21.外部设备有哪些要紧功能？
能够分为哪些大类？
各类中有哪些典型设备？
答：
外部设备的要紧功能有数据的输入、输出、成批存储和对信息的加工处置等。
外设能够分为五大类：
输入输出设备、辅助存储器、终端设备、进程操纵设备和脱机设备。
其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数/模转换器和键盘－软盘数据站等。
22.某磁盘组有六片磁盘，每片可有两个记录面，存储区域内径为22cm，外径为33cm，道密度40道/cm，位密度400b/cm，转速2400rpm。
试问：
（1）共有多少个存储面可用？
（2）共有多少个圆柱面？
（3）整个磁盘组的总存储总量有多少？
（4）数据传送率是多少？
（5）若是某文件长度超过一个磁盘的容量，应将它记录在同一存储面上仍是记录在同一圆柱面上？
什么缘故？
（6）若是采纳定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？
寻址命令中如何表示磁盘地址？
答：
（1）6×2＝12（面），共有12个存储面可用。
（2）40×（33－22）/2＝220（道），共有220个圆柱面。
（3）12×22π×400×220＝73×106（位）。
（4）数据传送率＝（22π×400）/（60/2400）＝1.1×106（b/s）＝0.138×106（B/s）。
（5）记录在同一圆柱面上。
因为如此安排存取速度快。
（6）若是采纳定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是扇区。
磁盘地址：
驱动器号、圆柱面号、盘面号、扇区号。
23.某磁盘存储器的转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288B，最小磁道直径为230mm,共有275道，问：
（1）磁盘存储器的存储容量是多少？
（2）最大位密度，最小位密度是多少？
（3）磁盘数据传输率是多少？
（4）平均等待时刻是多少？
给出一个磁盘地址格式方案。
答：
（1）每道记录信息容量=12288字节，每一个记录面信息容量=275×12288字节，共有4个记录面，因此磁盘存储器总容量为
4×275×12288字节=13516800字节
（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1=115mm）：
D1=12288字节/2πR1=17字节/mm
最低位密度D2按最大磁道半径R2计算
R2=R1+（275/5）=115+55=170mm
D2=12288字节/2πR2
（3）磁盘数据传输率
r=3000/60=50周/秒
N=12288字节（每道信息容量）
C=r×N=50×12288=614400字节/秒
（4）平均等待时刻=1/2r=1/2×50=1/100秒=10毫秒
（5）本地磁盘存储器假设只有一台。
有4个记录面，每一个记录面有275个磁道。
假设每一个扇区记录1024个字节，那么需要12288字节/1024字节=12个扇区。
由此可得如图9-29的地址格式：
1465430
柱面（磁道）号
盘面（磁头）号
扇区号
图9-29地址格式
24.刷新存储器（简称刷存）的重要性能指标是它的带宽。
实际工作中，显示适配器的几个功能部份要争取刷存的带宽。
假设总带宽50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。
（1）假设显示工作方式采纳分辨率为1024×768，颜色深度为3B，刷新频率为72Hz，计算刷存总带宽应为多少？
（2）为达到如此高的刷存带宽，应采取何种技术方法？
答：
（1）因为刷新所需带宽=分辨率×每一个像素点颜色深度×刷新速度
因此，1024×768×3B×72/S=165888KB/S=162MB/S
（2）刷新总带宽应为162MB/S×100/50=324MB/S，为达到如此高的刷存带宽，可采取如下技术方法：
利用高速DRAM芯片组成刷存；
刷存采纳多体交叉结构；
刷存至显示操纵器的内部总线宽度由32位提高到64位，乃至128位；
刷存采纳双端口存储器，将刷新端口与更新端口分开。
25.试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时刻的公式。
解：
设读写一块信息所需总时刻为Tb，平均找道时刻为Ts，平均等待时刻为Tl，读写一块信息的传输时刻为Tm，那么Tb=Ts+Tl+Tm，假设磁盘以每秒r转速度旋转，每条磁道容量为N个字，那么数据传输率=rN个字/秒，又假设每块的字数为n,因此一旦读写定位在该块始端，就能够在Tm≈（n/rN）秒的时刻中传输完毕。
Tl是磁盘旋转半周的时刻，Tl=（1/2r）秒。
由此可得：
Tb=Ts+1/2r+n/rN（秒）
26.一台活动头磁盘机的盘片组共有20个可用的盘面。
每一个盘面存储区域外径18英寸，内径10英寸，已明白密度为100道／英寸，位密度为1000位/英寸（最内道）并假定各磁道记录的信息位数相同。
试问：
（1）盘片组总容量是多少兆（106）位？
（2）假设要求数据传输率为1MB/s，磁盘机转速每分钟应多少转？
解：
（1）存储区域=18-10=8（英寸）
内层磁道周长=2××5=31.4（英寸）
每道的信息量=1000位/英寸×31.4英寸=31400位
每面的信息量=31400×100×8=25120000位
盘片组总容量=25120000×
（2）秒转速r=C/N
C为磁盘数据传输率，C=1MB/S
N为每条磁道容量，N=31400位
r=C/N=1000000/31400=32转/秒
幻灯片1
教学进程
9.1外部设备概述
9.2输入设备
9.3输出设备
9.4显示设备
9.5磁表面存储器
9.6光盘存储器
9.7通信与网络设备
幻灯片2
9.1运算机外部设备概述（1/3）
概念：
运算机系统中主机之外的硬设备，是运算机系统的重要组成部份，也称为输入输出设备。
功能：
外部设备是运算机与外部世界或运算机与人进行信息互换的设备，是人机联系的界面和桥梁，常见的输入输出设备有键盘，显示器，打印机等。
●
幻灯片3
9.1运算机外部设备概述（2/3）
所处位置：
在运算机系统中，CPU和内存组成主机，其它设备称为外部设备。
外部设备能够看成信息转换装置，
把需要处置的信息转换成电脉冲输入主机，
把主机处置后的信息转换为人们能够识别的字符，图形等。
如下图。
幻灯片4
9.1运算机外部设备概述（3/3）
分类：
从运算机接收信息和送出结果，能够分为：
输入设备
输出设备
从外部设备的功能，能够分为：
输入设备
输出设备
外存储器
数据通信设备
终端设备
进程式输入输出设备
幻灯片5
常见的外部设备
输入/输出设备
数据通信设备
输入输出处理机
外存储设备（硬磁盘、软磁盘、光盘）
多媒体
数/模、模/数转换
汉字处理设备
终端设备（键盘+显示器）
输入设备
输出设备
语音输出
语言与文字输入
光学字符识别
键盘
条形码
图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）
图象输入设备（摄象机、扫描仪、传真机）
绘图机（平板式、滚筒式）
打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）
显示器（字符、汉字、图形、图象、液晶、等离子）
幻灯片6
运算机外部设备分类（1/3）
（1）输入设备
输入设备是将程序，数据，命令，图形，图象等，按必然的要求转换成主性能够接收的代码信息，并送入主机内进行处置的设备。
包括纸介质输入设备、光介质、磁介质、光学识别、语音识别、键盘输入等设备。
最经常使用的是磁介质和键盘输入设备。
（2）输出设备
输出设备是将主机处置信息的中间结果和最后结果，以人们通常能识别的字符、图形等形式表示出来的设备。
包括显示设备、印刷设备、照相、语音、纸介质设备、磁介质设备、光介质设备。
其中显示和印刷是两种要紧的输出设备。
幻灯片7
运算机外部设备分类（2/3）
（3）外存储设备
外存储设备用来保留数据、程序和文挡、字库，以补充内存容量的不足，在需要某一部份数据时，可在处置机的操纵下，通过接口操纵把数据送到内存。
外存储设备以磁表面存储器为主，初期有磁鼓、磁带，此刻要紧用磁盘（硬盘、软盘）和光盘。
（4）数据通信设备
运算机网络是运算机技术和数据通信技术相结合的产物，数据通信设备指的是在运算机网络通信中利用的外部设备。
包括调制解调器，网络适配器，网络互连设备，通信操纵器，网络互换机终端设备等。
幻灯片8
运算机外部设备分类（3/3）
（5）终端设备
终端设备的大体组成是一些通用的输入输出设备，如各类键盘，不同类型的打印设备，显示设备，软磁盘机和通信设备。
通过传输操纵协议和传输介质与主机通信。
（6）进程式输入输出设备
通常多用于运算机操纵系统。
这种设备在现场搜集到的一样是模拟量，如电压、温度等，要通过从模拟量到数字量的转换（A/D）才能送给运算机，而运算机的输出也必需通过从数字量到模拟量的转换（D/A）才能去进行相应的操纵。
幻灯片9
运算机外部设备的特点
一、主机与外设间信息互换
（1） 数据信息
（2） 操纵信息
（3） 状态信息
（4） 联络信息
（5） 外设识别信息
二、主机与外设通过接口电路连接
外部设备一样由两部份组成，即设备本身和设备接口，设备接口也称为I/O操纵器（适配器）。
外部设备通过I/O操纵器与主机总线连接起来，不同的外部设备需要相应的I/O操纵器。
幻灯片10
9.2输入设备
9.2.1键盘
9.2.2鼠标器
9.2.3扫描仪
9.2.4数码相机
幻灯片11
9.3打印输出设备
点阵打印机
激光打印机
喷墨打印机
幻灯片12
9.3.1点阵针式打印机
应用最多的硬拷贝输出设备，可将打印的信息长期保留。
产生永久性记录的设备有打印机，画图机，静电印刷机和纸带穿孔机，卡片穿孔机等。
分类
按打印方式的不同，分为击打式和非击打式两类。
按操纵方式的不同，分为串行打印机和并行打印机两种。
按打印纸宽度不同，分为宽行打印机和窄行打印机。
幻灯片13
9.3.2激光打印机
硒鼓
图9-4激光打印机结构
记录鼓
激光源
清扫辊
带电器
输纸部分
接纸部分
预热板
加热辊
定影部分
印写,清扫，转写部分
转写
显象部分
激光部分
控制部分
幻灯片14
打印机中一些技术术语
（1）字模（Font）
由一组字符组成，通常包括字母，数字，标点符号及一些专用符号，每一个字模有特定大小、高度、宽度和倾斜度。
（2）字式样（FontStyles）
字模可划分为四大组：
文本组，显示组，装饰组和符号组。
文本组：
小型文本体能够作为文稿的正文，大型文本体能够作为文稿的题目。
显示组：
显示组的字母经常使用于广告和书名中。
装饰组：
不经常使用，草体属于此类。
符号组：
科技、工程、画图、音乐等领域中经常使用专门符号。
（3）字模存储器
字模可选择寄存在打印机内或主机的磁盘、磁带上。
幻灯片15
9.3.3喷墨打印机
喷墨技术可分为持续式和间歇式两大类，目前流行的喷墨打印机技术属于间歇式，它又分为“热泡式”和“压电式”两种。
喷墨技术的原理：
利用电阻迅速加热喷墨头，使喷墨头内的墨水汽化产动气泡，气泡膨胀将墨水喷出喷嘴，墨滴以每秒3000-6200点的速度喷射到纸上，当喷头与纸之间的距离很小时，即可在纸上形成精准的图案。
幻灯片16
9.4显示设备
图形与图象
图形（Graphics）指没有亮暗层次转变的线条图，如建筑，机械的工程设计图，电路图等。
图象（Image）指具有亮暗灰度层次的图画，如自然景物，新闻照片等。
经运算机处置与显示的图象称为数字图象。
依照利用的显示器件划分，显示设备分为
阴极射线管显示器（CathodeRayTubeDisplay）
发光二极管显示器（Light-emittingDiodeDisplay）
液晶显示器（LiquidCrystalDisplay）
等离子显示器（PlasmaDisplay）
幻灯片17
9.4显示设备
软拷贝设备：
不能生成持久性硬拷贝。
组成：
由监视器和显示适配器组成
作用：
将电信号转换成能够直接观看的字符，图形或图象
显示方式：
字符显示方式（A/N）
全点可寻址图象显示方式（APA）
显示模式
决定屏幕的显示格式（显示字符的个数，显示图形的分辨率，颜色数等）
行×列－A/N方式
每屏的行×行象素数－APA方式
幻灯片18
显示器的类型
显示器也称为监视器，能够分为单色监视器和彩色监视器。
单色监视器通经常使用于A/N方式，用于字符显示，字符颜色为绿色或琥珀色。
彩色监视器有三种大体类型：
RGB监视器；彩色视频监视器；彩色电视机。
其中RGB监视器又分为数字式和模拟式。
数字式RGB监视器要求显示适配器提供的信号是RGB数字信号，受信号位数的限制，能够显示的颜色的种数有限，模拟式RGB监视器要求显示适配器提供的信号是用电压表示的RGB模拟信号，是持续可变的，能够显示颜色的种数几乎没有限制。
幻灯片19
显示适配器
经常使用的的显示适配器有单色适配器MDA，彩色图形适配器CGA、EGA、VGA等。
幻灯片20
显示技术的术语（1/2）
（1）分辨率和灰度级
分辨率和灰度级是显示器的两个重要技术指标。
分辨率（Resolution）指显示设备所能表示的象素个数。
灰度级（GrayLevel）指的是所显示象素点的亮暗不同达到的层次，在彩色显示器中表现为颜色的种类。
灰度级取决于每一个象素对应刷新存储器单元的位数和CRT本身性能。
（2）刷新和刷新存储器
刷新（Refresh）：
重复扫描。
刷新频率：
每秒钟刷新的次数。
刷新存储器：
存储图象的存储器，也称“帧存储器”或“视频存储器”VRAM。
刷新存储器的容量由图象分辨率和灰度级决定。
如分辨率为512×512，256级灰度的图象，那么存储容量为5125128bit=256KB。
幻灯片21
显示技术的术语（2/2）
（3）随机扫描和光栅扫描
电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描（Scan）。
操纵电子束扫描轨迹的电路叫扫描偏转电路。
扫描方式有两种，随机扫描（RandomScan）和光栅扫描（RasterScan）。
随机扫描是操纵电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。
电子束只在需要作图的地址扫描，而没必要扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快，图象清楚。
光栅扫描是电视系统中采纳的扫描方式，也叫电视扫描。
要求图象充满整个画面，电子束要扫过整个屏幕。
光栅扫描是从上至下顺序扫描，有逐行扫描和隔行扫描两种方式。
幻灯片22
字符显示器
（1）字符显示原理
字符能够用点组成，也能够由线段组成，经常使用的产生字符的方式有点阵法和线段法。
显示字符的质量和字符块的大小取决于点阵的多少，字符块指的是每一个字符在屏幕上所占的点数，也称作字符窗口，它包括字符显示点阵和字符距离。
在IBM-PC系统中，屏幕上共显示80列×25行=2000个字符，字符窗口数量为80×25。
（2）单色字符显示操纵板（显示适配器）
显示板是主机与显示器之间的接口
显示板有操纵逻辑和视频存储器VRAM两个部份，操纵逻辑的核心是MC6845CRTC。
视频存储器有字符存储器和属性存储器两部份。
关于每一个显示字符，用一个字节存储字符的ASCII码，用另一个字节存储显示属性，属性字节表示字符的显示色，背景色（底色）和闪烁、下划线等属性。
关于80列×25行字符，字符存储器和属性存储器的容量均为2KB。
幻灯片23
图形与图象显示（1/2）
一、图形显示设备：
一样具有显示图形和显示字符的功能。
按扫描方式可分为：
（1）随机扫描刷新图形显示器
采纳矢量法组成图形。
由于一条曲线能够用许多首尾相接的短矢量来逼近，因此能够在屏幕上先给定一系列坐标点，操纵电子束按必然顺序逐个点亮相邻两点间的短矢量，从而取得近似的曲线。
（2）光栅扫描图形显示器
把对应于屏幕上每一个象素信息用存储器存起来，然后按地址顺序逐个地刷新显示在屏幕上，通过光栅扫描，使每一个象素具有某个灰度或某种颜色，串接起来就组成了不同的图形。
（3）存储管型图形显示器
存储管的样子像CRT，但它不需要刷新，无闪烁现象。
只要在屏幕上显示出图形，荧光粉就维持发光，直到整个屏幕的图形全数檫除为止。
由于不用刷新存储器，操纵简单，分辨率可达到4096×4096个象素。
幻灯片24
图形与图象显示（2/2）
二、图象显示设备
图象显示器采纳光栅扫描方式，其分辨率在256×256或512×512个象素，与图形显示兼容的图象显示器已达到1024×1024象素或更高，灰度级在64至256级。
图象显示器有两种规模，一种是简单的图象显示器，它仅仅显示由运算机送来的数字图象，图象处置操作在运算机中完成，显示器不做任何处置。
另一种是图象处置终端或图象处置子系统。
其硬件结构复杂的多，本身确实是一个具有并行处置功能的专用运算机。
幻灯片25
9.4.2液晶显示设备
液晶（LiquidCrystalDisplay）液态晶体的简称，在必然温度范围内，以液体与固体的中间状态—液晶状态存在。
优势：
具有体积小、重量轻、能耗低（每平方厘米1-10毫瓦）、工作电压低（1.5-6伏特）、图象精准等优势。
应用：
液晶显示普遍应用在腕表，计数器，液晶电视，笔记本电脑，投影屏幕上。
液晶显示的要紧技术指标为：
（1）电气参数：
工作电压4-10伏，工作电流1-6微米/平方厘米，工作频率30-2000赫兹，直流
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