计组学习笔记(10)：外围设备

基本概念

• 外围设备：
  • 存储介质；
  • 驱动装置：驱动存储介质移动；
  • 控制电路；

磁盘

磁盘（又称磁表面存储器，如硬盘等）：

• 优点：
  • 存储容量大；
  • 位成本低；
  • 记录介质可以重复使用；
  • 记录信息可长久保存；
  • 非破坏性读出；
• 缺点：
  • 存取速度较慢；
  • 机械结构复杂；

硬磁盘机，简称硬盘：

• 基本组成：
  • 磁盘驱动器；
  • 磁盘控制器；

1. 磁盘上信息分布

• 柱面是所有磁盘面上，相同编号磁道的集合。

• 存储密度：

  • 道密度：沿磁盘半径方向单位长度的磁道数，单位：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：位/英寸；
  • 面密度：位密度 $\times$ 道密度，单位：位/平方英寸；

• 存储容量：

  • 非格式化容量：磁记录表面可以利用的磁化单元总数 = 磁头数 $\times$ 磁道(柱面)数 $\times$ 每道扇区数 $\times$ 每道扇区字节数；
  • 格式化容量：由于需要对数据指定某种记录格式占去了一部分容量，所以这才是用户真正使用的容量，一般是非格式化容量的 60% ～ 70% ；

• 平均存取时间 $T_a$ ：从发出读/写命令开始，磁头移动至指定位置，读出/写入 1 个扇区的数据所需的总时间。$T_a = T_{avg\_seek} + T_{avg\_rotation} + T_{avg\_trans}$ 。

  • 寻道时间 $T_{seek}$ ：将磁头移动至所要求的磁道的时间，$T_{avg\_seek}=3 - 10ms$ ；
  • 旋转/等待时间 $T_{rotation}$ ：需要访问的扇区信息旋转到磁头下的时间，一般用平均时间表示，即旋转 1/2 圈所需的时间，用 RPM(Round Per Minute，每分钟圈数)表示磁盘转速，则 $T_{avg\_rotation}=\frac{RPM}{2}\times{60s}$ ；
  • 传送时间 $T_{trans}$ ：读出/写入 1 个扇区数据所需的时间，$T_{avg\_trans}=\frac{1}{BPM}\times\frac{1}{S}\times 60s$ ，$S$ 为每个磁道的平均扇区数；

• 数据传输率 = 每转传输的数据 $\times$ 转速；

• 磁盘地址格式 = 组号 + 柱面号 + 面号 + 扇区号，最小寻址单位是扇区（Sector）；

2. 提高磁盘 I/O 速度的手段

• 加快磁盘机主轴转速 $\rightarrow$ 旋转时间和传送时间均减小，平均存取时间减小；
• 提高 I/O 总线速度；
• 采用磁盘 Cache ：弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异；
  • 采用硬件和软件共同完成；
  • 采用 SRAM 或 DRAM ；

3. 磁盘阵列 RAID

RAID ，即 Redundant Arrays of Independent (Inexpensive) Disks），中文是独立磁盘冗余阵列，是将多个硬盘组合成一个逻辑磁盘，利用数据分块和并行处理技术，在多个磁盘上交错存放数据，使之可以并行存取。并且磁盘可存有冗余信息，一旦系统中某一磁盘失效，可以利用冗余信息重建用户信息。

• 优点：
  • 传输速率快；
  • 有容错功能；
  • 成本低；
• 一些级别：
  • RAID 0：数据条带方式；
    • 无冗余信息，无校验码；简单；
  • RAID 1：镜像方式；
    • 具有 100％ 数据冗余，提供最高的数据安全保障；
    • 空间利用率低；
  • 之后的基本都有校验码的功能，

磁带

了解其与磁盘的区别即可。

比较项	磁盘	磁带
读写方式	直接访问（DAM），即随机访问（任意位置可读写）	顺序访问（从头到尾依次读写）
速度	较快（可随机寻址）	较慢（需前进/倒带）

光盘

了解其读写原理即可：

• 光盘的记录信息以凹坑方式永久性存储，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；
• 信息记录的轨迹称为光道；
• 光道上划分出一个个扇区，扇区是光盘的最小可寻址单位；

显示设备

1. 基本概念

显示系统组成：

• 显示器；
• 显示适配器，即显卡；
  • 集成显卡：集成在主板 / CPU 上；
  • 独立显卡：单独插在总线插槽上；

2. CRT 显示器

• 刷新存储器：为刷新提供信号的存储器。容量取决于分辨率和灰度级；
  • 容量 = 分辨率 $\times$ 灰度级；
  • 带宽 = 分辨率 $\times$ 灰度级 $\times$ 刷新率；（存取周期必须满足刷新频率的要求）