第七章 外围设备第一节 外围设备概述
1,外围设备的一般功能外围设备的定义：
这个术语涉及到相当广泛的计算机部件。除了
CPU和主存外，计算 机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。
外围设备的功能：
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。
外围设备的基本组成：
(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。
(2)驱动装置，它用于移动存储介质。
(3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。
2,外围设备的分类外围设备可分为,
输入设备、
输出设备、
外存设备、
数据通信设备过程控制设备每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，
而设备控制器则通过适配器和主机连接，
并受主机控制。
中央部分是 CPU和主存，通过总线与第二层的适配器
(接口 )部件相连，第三层是各种外围设备控制器，最外层则是外围设备。
第二节 硬磁盘存储设备
1,磁记录原理与记录方式磁表面存储 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 。
磁表面存储器的缺点,
存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
作用,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。
2,磁性材料的物理特性当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，
就像触发器电路有两个稳定的状态一样。
如果规定用 +Br状态表示代码,1”,-Br状态表示代码
,0”，
那么要使磁性材料记忆,1”，就要加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料记忆,0,，则要加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。
磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个 磁化元 或 存储元,它是记录一个二进制信息位的最小单位。
3.磁表面存储器的读写原理
(1)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。由于铁芯是高导磁 率材料，而铁芯空隙处为非磁性材料，故在铁芯空隙处集中很强的磁场。 在这个磁场作用下，载磁体就被磁化成相应极性的磁化位或磁化元。若在写线圈里通入相反方向的脉冲电流，就可得到相反极性的磁化元。如果我们规定按图中所示电流方向为写,1,，那么写线圈里通以相反方向的电流时即为写,0”。上述过程称为 写入 。
显然，一个磁化元就是一个存储元，一个磁化元中存储一位二进制信息。当载磁体相对于磁头运动时,就可以连续写入在磁表面存储器中，利用一种称为 磁头 的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态。磁头实际上是由软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁。
磁表面存储器存取信息的原理,
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
(2)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。当磁头对载磁体作相对运动时，由于磁头铁芯中磁通的变化，使读出线圈中感应出相应的电动势 e，其值为 负号表示感应电势的方向与磁通的变化方向相反。不同的磁化状态，
所产生的感应电势方向 不同。这样，不同方向的感应电势经读出放大器放大鉴别，就可判知读出的信息是,1”还 是,0”。
4,记录方式形成不同写入电流波形的方式，称为 记录方式 。
记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写控制电路实现这种转换。
在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。
常用记录方式可分为 不归零制 (NRZ)，调相制 (PM)，调频制
(FM)几大类。
这些记录方式中代码 0或 1的写入电流波形见文字教材的图
4.52 (p119)
不归零制 (NRZ0) 其特点是磁头线圈中始终有电流,不是正向电流 (代表 1)就是反向电流 (代表 0)，因此不归零制记录方式的抗干扰性能较好。
见,1”就翻不归零制 (NRZ1) 与 NRZ0制的相同处：磁头线圈中始终有电流通过。
不同处：记录,0”时电流方向不变，只有遇到 1时才改变方向。
调相制 (PM)其特点是在一个位周期的中间位置，电流由负到正为 1，由正到负为 0，即利用电流相位的变化进行写,1”和,0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次，这种记录方式中,1”和,0”的读出信号相位不同，
抗干扰能力较强。另外读出信号经分离电路可提取自同步定时脉冲，所以具有自同步能力。 磁带存储器中一般调频制 (FM)其特点如下：
(1)无论记录的代码是 1或 0，或者连续写,1”或写,0”，在相邻两个存储元交界处电流都要改变方向；
(2)记录 1时电流一定要在位周期中间改 变方向，写,1”电流的频率是写,0”电流频率的 2倍，故称为倍频法。
这种记录方式的优 点是记录密度高，具有自同步能力。 FM
可用于单密度磁盘存储器。
改进调频制 (MFM) 与调频制的区别 在于只有连续记录两个或两个以上,0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转，因而进一步提高了记录密度。 MFM
5.评价一种记录方式优劣的标准,
编码效率、自同步能力,检读分辨力、信息相关性、抗干编码效率 是指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次磁层状态翻转 所存储的数据信息位的多少。
自同步能力 是指从读出数据 (脉冲序列 )中自动提取同步信号
( 时间基准信号 )的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值 R来衡量。 R越大,自同步能力越高。
检读分辨力 是指磁记录系统对读出信号的分辨能力。
信息相关性 是指漏读或错读一位是否会传播误码，所以是衡量精度的指标。
6,硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机 是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器 。
它主要由,
磁记录介质磁盘控制器磁盘驱动器三大部分组成
:控制逻辑与时序、
数据并 -串变换电路串 -并变换电路
:写入电路与读出电路读写转换开关读写磁头与磁头定位伺服系统写入时,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。
7.硬磁盘机通常按以下方法分类,
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。
(1)可移动磁头固定盘片的磁盘机 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。
(2)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。
(3)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
(4)温彻斯特磁盘机 温彻斯特磁盘简称温盘，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。
8,硬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。
磁盘控制器 是主机与磁盘驱动器之间的接口。
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如图所示,
磁盘控制器接口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。
9,磁盘上信息的分布盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为 记录面 。记录面上一系列同心圆称为 磁道 。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，每个磁道又
1,外围设备的一般功能外围设备的定义：
这个术语涉及到相当广泛的计算机部件。除了
CPU和主存外，计算 机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。
外围设备的功能：
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。
外围设备的基本组成：
(1)存储介质，它具有保存信息的物理特征。
(2)驱动装置，它用于移动存储介质。
(3)控制电路，它向存储介质发送数据或从存储介质接受数据。
2,外围设备的分类外围设备可分为,
输入设备、
输出设备、
外存设备、
数据通信设备过程控制设备每一种外围设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，
而设备控制器则通过适配器和主机连接，
并受主机控制。
中央部分是 CPU和主存，通过总线与第二层的适配器
(接口 )部件相连，第三层是各种外围设备控制器，最外层则是外围设备。
第二节 硬磁盘存储设备
1,磁记录原理与记录方式磁表面存储 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 。
磁表面存储器的缺点,
存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。
作用,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。
2,磁性材料的物理特性当磁性材料被磁化后，会形成两个稳定的剩磁状态，
就像触发器电路有两个稳定的状态一样。
如果规定用 +Br状态表示代码,1”,-Br状态表示代码
,0”，
那么要使磁性材料记忆,1”，就要加正向脉冲电流，使磁性材料正向磁化；要使磁性材料记忆,0,，则要加负向脉冲电流，使磁性材料反向磁化。
磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个 磁化元 或 存储元,它是记录一个二进制信息位的最小单位。
3.磁表面存储器的读写原理
(1)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。由于铁芯是高导磁 率材料，而铁芯空隙处为非磁性材料，故在铁芯空隙处集中很强的磁场。 在这个磁场作用下，载磁体就被磁化成相应极性的磁化位或磁化元。若在写线圈里通入相反方向的脉冲电流，就可得到相反极性的磁化元。如果我们规定按图中所示电流方向为写,1,，那么写线圈里通以相反方向的电流时即为写,0”。上述过程称为 写入 。
显然，一个磁化元就是一个存储元，一个磁化元中存储一位二进制信息。当载磁体相对于磁头运动时,就可以连续写入在磁表面存储器中，利用一种称为 磁头 的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态。磁头实际上是由软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁。
磁表面存储器存取信息的原理,
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
(2)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。当磁头对载磁体作相对运动时，由于磁头铁芯中磁通的变化，使读出线圈中感应出相应的电动势 e，其值为 负号表示感应电势的方向与磁通的变化方向相反。不同的磁化状态，
所产生的感应电势方向 不同。这样，不同方向的感应电势经读出放大器放大鉴别，就可判知读出的信息是,1”还 是,0”。
4,记录方式形成不同写入电流波形的方式，称为 记录方式 。
记录方式是一种编码方式，它按某种规律将一串二进制数字信息变换成磁层中相应的磁化元状态，用读写控制电路实现这种转换。
在磁表面存储器中，由于写入电流的幅度、相位、频率变化不同，从而形成了不同的记录方式。
常用记录方式可分为 不归零制 (NRZ)，调相制 (PM)，调频制
(FM)几大类。
这些记录方式中代码 0或 1的写入电流波形见文字教材的图
4.52 (p119)
不归零制 (NRZ0) 其特点是磁头线圈中始终有电流,不是正向电流 (代表 1)就是反向电流 (代表 0)，因此不归零制记录方式的抗干扰性能较好。
见,1”就翻不归零制 (NRZ1) 与 NRZ0制的相同处：磁头线圈中始终有电流通过。
不同处：记录,0”时电流方向不变，只有遇到 1时才改变方向。
调相制 (PM)其特点是在一个位周期的中间位置，电流由负到正为 1，由正到负为 0，即利用电流相位的变化进行写,1”和,0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次，这种记录方式中,1”和,0”的读出信号相位不同，
抗干扰能力较强。另外读出信号经分离电路可提取自同步定时脉冲，所以具有自同步能力。 磁带存储器中一般调频制 (FM)其特点如下：
(1)无论记录的代码是 1或 0，或者连续写,1”或写,0”，在相邻两个存储元交界处电流都要改变方向；
(2)记录 1时电流一定要在位周期中间改 变方向，写,1”电流的频率是写,0”电流频率的 2倍，故称为倍频法。
这种记录方式的优 点是记录密度高，具有自同步能力。 FM
可用于单密度磁盘存储器。
改进调频制 (MFM) 与调频制的区别 在于只有连续记录两个或两个以上,0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转，因而进一步提高了记录密度。 MFM
5.评价一种记录方式优劣的标准,
编码效率、自同步能力,检读分辨力、信息相关性、抗干编码效率 是指位密度与最大磁化翻转密度之比，也就是指每次磁层状态翻转 所存储的数据信息位的多少。
自同步能力 是指从读出数据 (脉冲序列 )中自动提取同步信号
( 时间基准信号 )的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值 R来衡量。 R越大,自同步能力越高。
检读分辨力 是指磁记录系统对读出信号的分辨能力。
信息相关性 是指漏读或错读一位是否会传播误码，所以是衡量精度的指标。
6,硬磁盘机的基本组成和分类硬磁盘机 是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储器 。
它主要由,
磁记录介质磁盘控制器磁盘驱动器三大部分组成
:控制逻辑与时序、
数据并 -串变换电路串 -并变换电路
:写入电路与读出电路读写转换开关读写磁头与磁头定位伺服系统写入时,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。
7.硬磁盘机通常按以下方法分类,
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。
(1)可移动磁头固定盘片的磁盘机 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。
(2)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。
(3)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
(4)温彻斯特磁盘机 温彻斯特磁盘简称温盘，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。
8,硬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。
磁盘控制器 是主机与磁盘驱动器之间的接口。
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如图所示,
磁盘控制器接口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。
9,磁盘上信息的分布盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为 记录面 。记录面上一系列同心圆称为 磁道 。每个盘片表面通常有几十到几百个磁道，每个磁道又
