矿大计算机体系结构7
计算机体系结构与组织
计算机体系结构与组织计算机体系结构与组织是计算机科学中的一个重要概念，它涉及到计算机硬件的组成和设计原则，以及计算机系统的层次结构和功能划分。
本文将介绍计算机体系结构与组织的基本概念、主要组成部分以及其在计算机科学中的应用。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构指的是计算机硬件组成和相互连接的方式，以及指令和数据在计算机系统中的传输和处理方法。
计算机体系结构包括计算机的组成部分、其功能和性能，以及与软件系统的接口。
计算机体系结构的主要目标是提供一种良好的计算机工作环境，以便用户可以方便地使用计算机。
它还包括处理器的类型和数量、内存的组织和容量、输入输出设备的种类和接口等。
二、计算机体系结构的主要组成部分1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机体系结构的核心部分，负责执行计算机的指令和控制计算机的操作。
CPU包括运算器（ALU）和控制单元。
运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制单元负责控制指令的执行顺序和操作。
2. 存储器：计算机的存储器用来存储指令和数据。
存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机内存的一部分，用来存储正在执行的程序和相关的数据。
辅助存储器则用来存储大量的数据和程序，如硬盘、光盘等。
3. 输入输出设备：输入输出设备是计算机与用户进行信息交互的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入设备用于将用户的指令和数据输入计算机系统，输出设备用于将计算机处理结果输出给用户。
4. 总线：计算机体系结构中的总线负责将数据和指令在各个部件之间传输。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输存储器或设备的地址信息，控制总线用于传输控制信号。
三、计算机体系结构的应用计算机体系结构在计算机科学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 计算机系统设计：计算机体系结构的设计是计算机系统设计的重要环节。
在设计计算机体系结构时，需要考虑到系统的性能需求、硬件限制和成本等因素。
计算机体系结构与组成
计算机体系结构与组成计算机体系结构与组成是指计算机系统的硬件和软件组成部分以及它们的相互关系。
理解计算机体系结构与组成对于学习和应用计算机科学和工程至关重要。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念、组成要素以及相关的技术发展。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构定义了计算机硬件和软件之间的接口、数据的表示和操作以及指令的执行方式。
它是计算机系统的基础架构，决定了计算机系统的性能和能力。
计算机体系结构一般包括指令集架构和微体系结构两个层次。
指令集架构是计算机系统对外展示的接口，也被称为计算机的“机器语言”。
常见的指令集架构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)两种。
RISC指令集架构以精简的指令集和固定长度的指令格式为特点，执行效率高；CISC指令集架构则有复杂的指令和丰富的操作功能，面向高级应用。
微体系结构是计算机系统内部的实现方式，包括处理器、存储器、总线和输入输出设备等组成部分。
微体系结构的设计对计算机的性能和功耗有重要影响。
当前主流的微体系结构包括单指令多数据流(SIMD)和多指令多数据流(MIMD)等。
二、计算机组成要素计算机系统由多个基本组成要素构成，每个组成要素都承担着特定的功能和任务。
1. 中央处理器(CPU)：是计算机的核心部件，负责执行指令、处理数据和控制计算机系统的运行。
CPU包括算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器等部分。
2. 存储器：用于存储程序和数据。
主存储器(RAM)是计算机的主要工作空间，用于存储正在执行的程序和数据；辅助存储器(如硬盘、固态硬盘)则用于长期存储数据和文件。
3. 输入输出设备：用于与外部世界进行信息的输入和输出。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等；输出设备包括显示器、打印机、音频设备等。
4. 总线：负责计算机内部各个组件之间的信息传输。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线三种类型，分别用于传输数据、地址和控制信号。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构和组成都经历了多次变革和创新，在不同的发展阶段出现了各种不同的体系结构和组成方案。
计算机体系结构笔记
计算机体系结构笔记计算机体系结构是计算机科学中的一个重要分支，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机内部各个组成部分之间的交互和协作。
计算机体系结构的研究对于计算机的设计、优化和性能提升都具有重要意义。
计算机体系结构主要包括以下几个方面：1.指令集架构（ISA）：指令集架构是计算机硬件和软件之间的接口，它定义了计算机的指令集和寄存器等基本组成部分。
ISA的设计直接影响计算机的性能和可编程性。
2.处理器架构：处理器架构是计算机中最重要的组成部分之一，它负责执行指令集中的指令。
处理器架构的设计直接影响计算机的性能和功耗。
3.存储器层次结构：存储器层次结构是计算机中存储器的组织方式，包括主存、缓存、硬盘等。
存储器层次结构的设计直接影响计算机的访存速度和容量。
4.总线结构：总线结构是计算机中各个组成部分之间进行数据传输的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线等。
总线结构的设计直接影响计算机的数据传输速度和可靠性。
5.IO系统：IO系统是计算机中负责输入输出的组成部分，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
IO系统的设计直接影响计算机的用户体验和外设的兼容性。
计算机体系结构的研究不仅涉及到硬件方面的设计和优化，还包括软件方面的优化和编程模型的设计。
计算机体系结构的发展历程中，不断涌现出新的技术和理论，如超标量处理器、多核处理器、GPU 计算、云计算等，这些技术和理论的出现都为计算机体系结构的研究和发展带来了新的思路和挑战。
计算机体系结构是计算机科学中的一个重要分支，它对于计算机的设计、优化和性能提升都具有重要意义。
随着计算机技术的不断发展，计算机体系结构的研究也将不断推陈出新，为计算机科学的发展做出更大的贡献。
计算机体系(系统)结构
例如： 传统机器程序员所看到计算机的主要属性是该 机指令系统的功能特性。 高级语言虚拟机所看到计算机的主要属性是该 机所配置的高级语言所具有的功能特性。
（2）并行性的发展 并行性概念乃是推动计算机体系结构发展的重要因素，为 了达到高性能的要求并满足大量计算应用领域的需要，一方面 可在单处理内广泛采取多种并行性措施，沿着时间重叠、资源 重复和资源共享三条技术途径向现代并行处理领域发展，另一 方面把多台计算机连接起来、相互配合、各尽其能，沿着功能 专门化、多机群和网络化这三种基本技术途径向现代并行处理 领域发展。 时间重叠：在并行性概念中引入时间因素，即多个处理过程在时 间上相互错开轮流重叠使用同一套硬件的各个部件以加快部件 的周转而提高速度。 资源重复：在并行性概念中引入空间因素，根据以数量取胜的原 则，重复设置硬件资源以大幅度提高计算机系统的性能。 资源共享：利用软件的方法，使多个用户分时使用同一个计算机 系统，以提高计算机系统资源的利用率。
功能专用化
松散耦合系统 专用外围机
紧密耦 合系统
可重构 多处 容错 理机
局部计 算机网络 分布处 理系统
高级语言 数据库
处 理 机
同构型 多处理机
异构型 多处理机
多计算机机系统朝并行处理领域发展
练习
1. 计算机体系结构近年来有那些进展?
2. 流水线结构
流水线技术在60年代中开始用于计算机系统， 该技术采用时间上重叠的方法来实现并行性，因而 可以用较少的设备取得较高的性能。目前，几乎所 有的计算机系统都采用了流水线技术。
考研计算机体系结构知识点梳理
考研计算机体系结构知识点梳理计算机体系结构是计算机科学与技术中的重要分支，涵盖了计算机硬件和软件之间的接口设计、计算机系统的层次结构、指令集架构等内容。
考研中，对计算机体系结构的掌握是非常重要的，本文将对考研计算机体系结构的知识点进行梳理和总结。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构（Computer Architecture）是指计算机硬件与软件之间接口规格定义的集合，它包括计算机硬件的组成和工作原理，以及指令集架构和计算机系统的层次结构。
1.1 计算机硬件的组成计算机硬件由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入输出设备（I/O）等组成。
其中，中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。
1.2 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构包括硬件层次结构和软件层次结构。
硬件层次结构包括处理器、存储器、总线等组成部分；软件层次结构包括操作系统、编译系统、应用软件等。
1.3 指令集架构指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）定义了计算机系统的指令集合和指令的编码格式。
常见的指令集架构包括精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
二、计算机的性能指标在计算机体系结构中，常用的性能指标有时钟周期、时钟频率、执行时间和吞吐量等。
2.1 时钟周期和时钟频率时钟周期是指计算机系统中最小的时间单位，是计算机进行一次简单操作所需要的时间。
时钟频率是指计算机系统每秒钟进行时钟周期的次数。
2.2 执行时间执行时间是指计算机完成一个程序的时间，它等于指令执行的总周期数乘以时钟周期。
执行时间是衡量计算机性能的重要指标，通常以秒为单位。
2.3 吞吐量吞吐量是指计算机系统在单位时间内完成的任务数量。
吞吐量大表示计算机系统的处理能力强，可以同时处理更多的任务。
三、指令的执行流程计算机处理器执行指令的流程包括指令获取、指令译码、指令执行和结果写回等步骤。
3.1 指令获取指令获取是指计算机从存储器中获取指令的过程。
计算机体系结构与组成
计算机体系结构与组成计算机体系结构与组成是计算机科学和工程中一个重要的领域，研究的是计算机系统的基本组成和工作原理。
本文将介绍计算机体系结构与组成的相关概念和原理，并探讨其在现代计算机科学中的应用和发展。
一、引言计算机体系结构与组成是计算机科学与工程领域中的基础知识，其涉及了计算机系统的硬件和软件层面。
理解计算机体系结构与组成对于学习计算机科学和工程非常重要，因为它涵盖了计算机系统内部各个组件之间的相互作用和工作原理，以及计算机系统如何执行指令和处理数据。
二、计算机体系结构1. 冯·诺伊曼体系结构冯·诺伊曼体系结构是计算机体系结构的一种基本模型，由冯·诺伊曼于1945年提出。
其主要特点是将程序和数据存储在同一存储器中，并通过控制器对存储器进行访问。
冯·诺伊曼体系结构为现代计算机的设计奠定了基础。
2. 存储器层次结构计算机系统中的存储器层次结构将存储器按照访问速度和容量划分为多个层次，从高速缓存到主存再到外部存储器。
不同层次的存储器在性能和成本之间进行权衡，以提供高效的数据访问。
3. 指令系统指令系统定义了计算机系统支持的指令集和指令的操作方式。
常见的指令系统包括精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)等。
指令系统直接影响了计算机系统的性能和可编程性。
三、计算机组成1. 中央处理器(CPU)中央处理器是计算机系统的核心组件，负责执行指令和处理数据。
CPU包括运算单元和控制单元，运算单元执行算术和逻辑运算，控制单元协调各个组件的操作。
2. 存储器存储器包括主存储器和辅助存储器，用于存储程序和数据。
主存储器是CPU直接访问的存储空间，而辅助存储器如硬盘和闪存则用于长期存储数据。
3. 输入输出设备输入输出设备负责计算机系统与外部世界的信息交换。
常见的输入设备包括键盘和鼠标，输出设备包括显示器和打印机。
四、现代计算机体系结构与组成的应用1. 并行计算并行计算利用多个处理器同时执行任务，以提高计算速度和问题解决能力。
计算机体系结构课程介绍和教学大纲
《计算机体系结构》课程简介课程内容：《计算机体系结构》是为计算机科学与技术专业学生开设的一门选修课程。
这门课程既是计算机体系结构设计的入门课，又是计算机专业的总结型专业核心课程，体现了计算机组成原理、计算机操作系统、数据结构、微机原理等课程的综合运用。
其主要任务是较为全面系统地讲述计算机体系结构的基本概念、基本原理、量化分析和优化方法。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机组织和系统结构的基本知识，熟悉现代计算机中各种典型系统结构的原理、组织、关键技术和定量的分析方法；了解体系结构设计的基本方法；学会分析、评价和优化计算机系统的整体性能，具有一定的选择和使用计算机系统的能力，能够正确选择和匹配应用领域与计算机系统结构，并且具备进入高性能计算领域进一步学习和深入研究的初步能力。
Brief Introduction Computer ArchitectureCourse Description:This course is the elective subject for the college students of the major of the computer science and technology. It is the prerequisite course of the computer architecture, and it is the summary of the computer curriculum. The course embodies the principle of computer composition theory, operating system, data structure and the principle of microcomputer. The basic task of this course is to introduce the basic concepts, principles, quantitative analysis and optimization methods relatively systematically.Through the study of the course, the students will master the basic knowledge of the computer organization and computer architecture, familiar with the principle, organization, key technology and quantitative analysis method of the typical architecture in modern computer. The student will understand the method of design the computer architecture, master to analysis, evaluation and optimization of computer architecture, having the ability of selection and using the computer. At last, the course will cultivate the ability of learning and research in the domain of high performance computing.《计算机体系结构》课程教学大纲一、教学内容第一章计算机系统结构的基础知识1.1 引言1.2 计算机系统结构的基本概念1.3 计算机系统的设计1.4 计算机系统的性能评测1.5 计算机系统结构的发展1.6 计算机系统结构中并行性的发展1.7 小结教学难点：计算机体系结构概念的建立、层次模型的建立。
计算机体系结构(计算机软、硬件的系统结构)
计算机体系结构发展的第四代从20世纪80年代中期开始，一直持续到现在。这个阶段，人们感受到的是硬件 和软件的综合效果。由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网，与先进的应用软件相配合，已经成 为当前的主流。计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器(或浏览器/服务器)环境。 世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件。软件产业在世界经济中已经占有举足轻重 的地位。随着时代的前进，新的技术也不断地涌现出来。面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件 开发方法。
概念性结构与功能特性，这是从程序设计者角度所看到的计算机属性。它包括机器内的数据表示、寻址方式 以及对这些数据的运算和控制这些运算的执行等(即指令系统)。对于通用型机器，一般包括数据表示、寻址方式、 寄存器定义、指令系统、中断机构、机器工作状态的定义和状态切换、机器级的输入、输出结构以及对信息保护 的支持等 。
计算机体系结构
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指机器语言程序的设计者或是编译程序设计者所看到的计算机系统的概念性结构和功能特性。
Amdahl所定义的体现结构是指程序员面对的是硬件的系统。
所关心的是如何合理的进行软硬件功能的分配。
计算机系统结构是指机器语言级的程序员所了解的计算机的属性，即外特性。
可以包含数据表示，寄存器定义、数量、使用方式，指令系统，中断系统，存存储系统，IO系统等。
计算机组成是计算机结构的逻辑实现。
可以包含数据通路宽度，专用部件设置，缓冲技术，优化处理等。
计算机的实现是指其计算机组成的物理实现。
包括处理机，主存部件的物理结构，器件的集成度，速度的选择，模块、硬件、插件底板的划分和连接。
从使用语言的角度，可以把计算机系统按功能从高到低分为7级：0应用语言机器级、1高级程序语言机器级、2汇编语言机器级、3操作系统机器级、4传统机器语言机器级、5微程序机器级和6电子线路级。
3～6级为虚拟机，其语言功能均由软件实现。
硬件功能分配的基本原则：（1）功能要求。
首先是应用领域对应的功能要求，其次是对软件兼容性的要求；（2）性能要求。
如运算速度，存储容量，可靠性，可维护性和人机交互能力等；（3）成本要求。
体系结构设计的方法有三种：由上而下－从考虑如何满足应用要求开始设计；由下而上－基于硬件技术所具有的条件；由中间开始的方法。
体系设计的步骤：需求分析、需求说明、概念性设计、具体设计、优化和评价。
计算机体系结构的分类：（1）弗林FLYNN分类法：按指令流和数据流将计算机分为4类：①单指令流、单数据流－Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD。
计算机，即传统的单处理机，通常用的计算机多为此类，如脉动阵列计算机systolic array；②单指令流、多数据流－Multiple，SIMD。
典型代表是并行处理机。
其并行性在于指令一级。
如ILLIAC、PEPE、STARAN、MPP等；③MISD计算机；④MIMD计算机。
计算机体系结构与工作原理
计算机体系结构与工作原理计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，而计算机工作原理则是指计算机是如何执行指令并完成各种任务的。
本文将依据该题目，从计算机体系结构和工作原理两个方面进行论述，帮助读者更好地了解计算机的运行机制。
一、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口规范，它决定了计算机系统的功能和性能。
常见的计算机体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
冯·诺依曼体系结构是最早提出的计算机体系结构，它将计算机划分为五个重要组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
其中，运算器负责进行算数和逻辑运算，控制器负责指令的解析和执行，存储器用于存储数据和指令，输入设备和输出设备用于与外部环境进行交互。
哈佛体系结构则是在冯·诺依曼体系结构的基础上提出的改进方案。
它将指令和数据分别存储在不同的存储体中，分别由独立的总线进行访问。
这种设计可以并行读取指令和数据，从而提高了计算机的运行效率。
除了冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构，还有一些其他的计算机体系结构，如更高级的超标量体系结构和载波多路访问存储体系结构等。
这些体系结构都有各自的特点和适用场景，可以根据实际需要进行选择。
二、计算机工作原理计算机工作原理是指计算机是如何执行指令并完成各种任务的。
它包括指令的执行过程、数据的处理过程和计算机的运行方式等方面。
在计算机工作原理中，指令的执行过程是核心。
当计算机接收到一条指令时，首先需要将指令从存储器中取出并解码，确定需要执行的操作类型和操作数。
然后，计算机通过运算器对操作数进行运算，并将结果存储到存储器或寄存器中。
整个指令的执行过程是由控制器控制和协调完成的。
数据的处理过程是指计算机对指令中的数据进行操作。
计算机采用二进制的形式来表示和处理数据，通过运算器执行不同的算术和逻辑操作。
例如，加法操作是通过将两个二进制数对应位相加，然后根据进位进行进一步处理的。
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数据传送时间。
• 数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送 数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备 和主机接口逻辑有关。
复习
• 总线接口
链式查询方式、计数器定时查询方式、 独立请求方式
• 总线的定时
同步定时、异步定时
复习
• 外围设备的功能、分类 • 磁表面存储器的读写原理 • 磁盘上信息的分布 磁道、扇区 • 磁盘存储器的技术指标 存储密度、存储容量、平均存取时间、数 据传输率
•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。
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7.3.1 磁盘Cache
磁盘cache的原理
• 当一个I/O请求送到磁盘驱动时，首先搜索驱动器上的 高速缓冲行是否已写上数据？如果是读操作，且要读 的数据已在cache中，则为命中，可从cache行中读出数 据，否则需从磁盘介质上读出。 写入操作和CPU中的cache类似，有“直写”和“写回” 两种方法。 磁盘cache利用了被访问数据的空间局部性和时间局部 性原理。空间局部性是指当某些数据被存取时，该数 据附近的其他数据可能也将很快被存取；时间局部性 是指当一些数据被存取后，不久这些数据还可能再次 存取。
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7.2磁盘存储设备
7.2.4 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百到几千个 磁道，每个磁道又分为若干个扇区。磁盘上的 这种磁道和扇区的排列称为格式。磁道从外向 内依次编号，扇区可以连续编号，也可间隔编 号。可用 n 磁道 m 扇区的磁盘地址找到实际 磁盘上与之相对应的记录区。
7.3 磁盘存储设备的技术发展
7.3.1 磁盘Cache
随着微电子技术的飞速发展，CPU的速度每年增 长1倍左右，但磁盘驱动器的存取时间没有出现相应 的下降，仍停留在毫秒(ms)级。而主存的存取时间为 纳秒(ns)级，两者速度差别十分突出，因此磁盘I/O系 统成为整个系统的瓶颈。为了减少存取时间，可采取 的措施有：提高磁盘机主轴转速，提高I/O总线速度， 采用磁盘cache等。主存和CPU之间设置高速缓存 cache是为了弥补主存和CPU之间速度上的差异。同 样，磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度 上的差异。
• 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。
7.1.1 外围设备的一般功能
功能：
在计算机和其他机器之间，及计算机与用户之间 提供联系。
（1）是人机对话的通道。 （2）是完成数据媒体变换的设备。 （3）是计算机系统软件和信息的驻存地。 （4）是计算机在各领域应用的桥梁。 基本组成： （1）存储介质：具有保存信息的物理特征。 （2）驱动装置：用于移动存储介质的装置。 （3）控制电路：向存储介质发送/接收数据。
7.2磁盘存储设备
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。
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7.2.3 磁盘驱动器和控制器
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7.2.2 磁盘的组成和分类
• 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。
•
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7.5.2 磁光盘存储设备
• 磁光盘的基本工作原理是：利用热磁效应写入数 据：当激光束将磁光介质上的记录点加热到居里 点温度以上时，外加磁场作用改变记录点的磁化 方向，而不同的磁化方向可表示数字“0”和 “1”。利用磁光克尔效应读出数据：当激光束 照射到记录点时，记录点的磁化方向不同，会引 起反射光的偏振面发生不同结果，从而检测出所 记录的数据“1”或“0”。
7.1.2 外围设备的分类
较常用的输入设备：键盘、鼠标、图像输入设备 （扫描仪，数字摄像机）、纸带输入机、语音输 入设备（麦克风）。 较常用的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、 传真机和语音输出设备（音箱）
外存储器：磁盘（软盘、硬盘）、磁带、光盘。 每一种外围设备都是在自己的设备控制器下进行 工作，而设备控制器则通过适配器（接口）和主机 连接，并受主机控制。
7.1.1 外围设备的一般功能
发展趋势： 指标上：低成本、小体积、高速度、大容量、低功耗。 结构上：初级串行操作—有通道的多种外设并行操作。 种类上：简单I/O装置—多种I/O装置、随机存取大容量 外存、多种终端设备等。 性能上：交换速度渐高，I/0形态趋于多样化。
7.1.2 外围设备的分类
（1）输入设备 （2）输出设备 （3）外存设备 （4）数据通信设备 （5）过程控制设备
第七章 外围设备
外围设备概述 磁盘存储设备 磁盘存储设备的技术发展 光盘和磁光盘存储设备
7.1 外围设备概述
7.1.1 外围设备的一般功能
界定1： 除了CPU和主存（主机）以外的硬件设备。 界定2：
计算机中围绕主机设置的、与主机进行信息交 换，并改变信息形态的装置。
特点：
种类繁多，结构复杂，功能众多，速度各异。
7.2磁盘存储设备
7.2.5 磁盘存储器的技术指标
• 磁盘存储器的主要技术指标
– 存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度
• 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位 为道/英寸； • 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数， 单位为位/英寸； • 面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。
•
记录方式的写读过程波形图
7.2磁盘存储设备
7.2.2 磁盘的组成和分类
1、磁盘的组成： 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，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，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。送至串-并变换 寄存器变换为并行数据，再 并行送至计算机。
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7.5 光盘和磁光盘存储设备
7.5.1 光盘存储设备
只读型光盘系统都基于一个共同原理，即光盘上的 信息以坑点形式分布，有坑点表示为“1”，无坑点表示 为“0”，一系列的坑点(存储元)形成信息记录道。对数 据存储用的CD-ROM光盘来讲，这种坑点分布作为数 字“1”、“0”代码的写入或读出标志。为此必须采 用激光作为光源，并采用良好的光学系统才能实现。 光盘的记录信息以凹坑方式永久性存储。读出时，当 激光束聚焦点照射在凹坑上时将发生衍射，反射率低； 而聚焦点照射在凸面上时大部分光将返回。根据反射 光的光强变化并进行光-电转换，即可读出记录信息。
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7.2.1 磁记录原理
• 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。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。
•
•
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
• 磁表面存储器的读写原理 （见右图） 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， 载磁体被磁化成相应极性的 磁化元； 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。当磁头 对载磁体作相对运动时，铁 芯中的磁通发生变化，线圈 产生电动势，依据电动势方 向判断不同的磁化状态。
7.2磁盘存储设备
7.2.1 磁记录原理
• 计算机的外存储器又称磁表面存储设备（磁盘存储器、 磁带存储器） 。所谓磁表面存储，是用某些磁性材料涂 在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息。 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。
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– 存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数， 称为磁盘存储器的存储容量。
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7.2.5 磁盘存储器的技术指标
• 存取时间：存取时间是指从发出读写命令后，磁 头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始 从盘片表面读出或写入信息加上传送数据所需要 的时间。取决于以下三个因素决定：