【知识强化】第七章 输入/输出系统 7.2 外部设备

那么我们进入第二节的内容，我们在这一节课将要讲解输入输出设备。

 

 

那么首先我们再来回顾一下我们第七章将要讲一些什么内容。在上一节课呢我们已经把输入输出系统的基本概念，它的一个演变过程，以及I/O系统的它的组成给大家讲完了。那么我们今天就进入外部设备它的讲解。那么我们分两节课给大家讲一下，那么这一节课呢我们讲的是输入设备和输出设备，那么下一节课呢我们讲外存储器。那么这一节的内容呢重点在于显存的计算，其他东西大家就当是一个科普节目一样，大家看一下过一下就行了，不需要做太过深入的了解。同样的下一节课也是的，重点在于磁盘存储时间的计算，它的一些原理啊什么的不需要做重点掌握。

 

 

好的我们首先来看一下我们的外部设备是什么。外部设备呢也称为外围设备，它呢是除了主机以外的，那么什么是主机啊，主机就是我们的主存和CPU对吧。所以除了主存和CPU它以外的那些东西，能够直接或者间接地和计算机交换信息的这一些装置呢，都把它称为外部设备。它呢分为三块内容，也就是输入设备、输出设备和我们的外存储器。那么外存储器呢我们在第三章讲这个存储系统的时候已经说过了，那么内存是在那一节课讲的，那么外存我们就放到我们的第七章来讲了。那么什么是输入设备啊，输入设备就是说输入嘛，就是向我们的计算机系统输入这样的命令啊，这样的文本、这样的数据，这一些东西是输入的，那么这个设备呢就是输入设备。那么最基本的输入设备，我们也是最经常使用的鼠标和键盘，它是最基本的输入设备。那么输出设备呢是和它相反的，是计算机系统当中的信息输出到计算机的外部进行一个显示、进行一个交换的这样的部件呢我们就把它称为输出设备。那么常见的输出设备呢就是显示器和打印机，这是最基本的输出设备。那么外存，我们之前也已经说过了，就是说除了计算机的内存，还有CPU的缓存，它们以外的这一些存储器，包括磁盘、包括光盘这些呢都是外存的设备。外部设备呢就分为这三大种，输入设备、输出设备和外存。

那么我们首先来看一下输入设备。

 

那么我们进入外存的学习。

 

 

那么上一讲呢我们已经把外部设备前两个部分也就是输入设备和输出设备都给大家讲完了，其中重点在于显存的计算，那个计算公式大家要了解，是用我们的分辨率去乘以它的灰度级的位数。那么这个一定要记住，然后它的那个显存的带宽也是要求掌握的。那么呢就是在我们的显存容量的基础上再乘以一个帧平就可以了，那么这个大家要做重点的掌握。其余的部分呢稍微重点的就是我们的字符显示器那部分的内容。那么再其他的呢，大家只要做一个简单的了解，有一个基本的印象，过一下就可以了，其实基本上还算是常识性的内容了。那么这一部分内容呢同样的它的原理啊都不要求掌握，大家还是听一下过一下就行了。它的重点就在于磁盘存取时间的计算，这个公式大家是要重点掌握的。我们可以看到在我们书上的课后题当中，基本上出题部分呢还是在于这个时间的计算，那么大家对这部分内容有一个这个主次之分就可以了。

那么什么是外存啊？那么之前我们在第三章的时候讲存储系统的时候就已经说过，那么我们的存储系统呢分为主存和外存。那么主存和外存呢，一起构成了我们存储器系统的这样一个主存辅存的层次，所以我们的外存储器把它简称为外存，又可以把它称为辅助存储器，也可以把它简称为辅存。那么它和主存相比呢，它的最明显的一个特征就是说它的容量大对吧，只是为了解决这一个容量的问题的。但是它的速度显然是没有主存快的，而且呢它的价格相较于主存来说它是比较低的，并且可以脱机地保存信息。所以呢，这就是我们的主存辅存的层次的这样的一个外存。那么现在用的比较多的这样的外存呢，主要还是磁表面的这样的存储器。什么叫做磁表面的存储器呢？就比如我们的磁盘还有磁带，还有我们提过但是现在已经退出历史舞台的这样的磁鼓，它都属于磁表面的存储器。那么它之所以称为磁表面的存储器呢，是因为它是用这样的载磁体，也就是作为这样的载磁体呢来储存信息的，所以呢把它称为磁表面存储器。当然是在不同形状的，比如盘状的，或者呢磁带像那样的带状的这样的一个载体上。它呢载体主要是金属铝，或者呢是塑料。在上面呢涂上一层薄薄的一层磁性材料，那么工作的时候呢就可以靠这样的载磁体的高速运动，然后让磁头在这样的磁表面上面进行一个读写的操作，所以这就是一个磁表面存储器。

 

 

那么它的工作的方式是怎样的呢？我们来看这一幅图。是这样的，上面的那一块东西呢叫做磁头，下面的那一部分呢叫做载磁体。然后这个载磁体主要的就是金属，或者呢塑料，上面呢涂了薄薄的一层用灰色阴影标出来的这部分呢，就是这样的薄薄的磁性材料，把它作为一个载磁体来储存信息的。那么在写入的时候，这样的记录的介质就在磁头下面做一个匀速的运动，那么根据写入代码的要求呢，被写入线圈输入一定方向和大小的电流，然后有了电流之后通过一些电磁感应使得磁头的这样的导磁体磁化，然后产生一定方向和强度的磁场。所以，由于这样的磁头和磁表面之间的这样的间距啊是非常小的，那么磁力线就直接穿透磁层表面，对对应的这样的磁头下方的微小区域进行一个磁化，那么这个微小区域呢就把它称为磁化单元。那么根据写入的这样的驱动电流的不同方向，我们在高中物理学选修3-2的时候就已经说过，这样的磁表面的磁化的极限方向不同，就可以把它分为南级和北极，也就是S极和N极，那么就可以对应的分别记录0和1，所以这样呢就可以把我们的信息加以保存。读出的时候呢还是和它差不多的，这样读出的时候呢同样的记录介质在磁头下方匀速地通过，那么磁头呢就相对于一个个被读出的磁化单元做一个切割磁力线的运动，从而呢就在这样的磁头读线圈中产生一个感应电势，那么感应电势它的方向正好和这个磁通的变化方向是相反的。那么由于我们的磁化单元的这样的渗磁通的方向是不同的，感应电动势的方向也是不同，所以呢就可以读出1和0两种不同的信息。这一部分内容听不懂没关系，只要知道一下就可以了，过一下好的。那么这就是我们这样的磁表面的存储读入方式和读出方式，大家就知道了，反正就是用一个电磁感应，通过这个电流产生磁场，然后磁场进行一个磁化。磁化呢就有S极和N极，那么就可以保留0和1这样的信息。那么就足够了，知道这些就足够了。具体原理不需要掌握，因为我们的重点不在于这儿，我们不是学物理的，也不是学材料的。

那么它的优点在于，刚才已经说过了，是为了解决我们主存的容量不够的一个问题，所以呢它的最大的优点就是说它的容量是非常大，而且呢它的这样的价格是比较低的，并且记录介质是可以重复使用的，因为它是通过这样的一个磁化来进行工作的，所以它是可以重复使用的，并且可以长期保存而不丢失的。甚至断电之后可以脱机存档。同时它的读出方式是非破坏性读出的，我们可以看到刚才也讲过了，只不过就通过这样一个磁头产生一个电流，电流呢产生一个磁场然后产生一个电动势，所以这样呢就是一个写入和读出的一个方式。所以它的读出是不对这个磁性材料做任何破坏的，所以它是非破坏性读出的，并且呢读出时不需要再生。这些东西呢都是在第三章稍微提过的，这是它的所有的一个优点。那么它的缺点是什么？缺点就是说速度是慢的，并且我们可以看到它的一些过程都是非常复杂的，而且对工作环境的要求是比较高的，这都是它的一个缺点。那么主要的优点大家记住是容量大、价格低、并且可以重复使用、可以脱机保存，并且是一个非破坏性的读出就可以了。缺点大家知道一下就是说它的速度是比较慢的，而且结构复杂而且对于它的工作环境有一个较强的要求。还是一样的，过一下就可以了。

 

那么，刚才也已经说过了，原理我就不再说了，这个编码方式呢大家也是看一下就可以了，不做重点要求。如果大家实在对它有一个很强烈的一个求知欲的话，大家可以看一下哈工大的这一个计算机组成原理，就是唐朔飞版本的第127页，有它的这个编码方式的一个要求，大家只要看一下就行了，其实不做重点要求，你不掌握也没关系。那么磁记录方式呢通常采用调频制和改进型调频制的记录方式。外存呢既可以作为一个输入设备，也可以作为一个输出设备。也就是说它既可以存数据，也可以读数据。好的，那么这页PPT我们就过了。

 那么我们来看一下磁盘，磁盘这部分要做重点要求。磁盘是怎么储存的呢？磁盘呢，一块磁盘有若干个记录面，啊有一个面。然后每一个记录面又可以划分为若干个磁道，磁道就是那个一圈一圈的那个东西，就是磁道。一个面可以划分为若干个磁道，也就是划分为若干个圆。然后每一个磁道呢，又划分为了若干个扇区。注意扇区不是扇形，扇区是磁道的一部分。磁道刚才说过了磁道是一个圆形，所以扇区就是圆上的一部分，也就是一段弧。一段弧啊，不是一个扇形。如果是扇形的话它就是一个面了，不是的，它是磁道的一部分，所以呢它是一段弧。啊注意是圆的一部分。每一个扇区又可以把它称为块，这个块呢是磁盘读写的最小单位，也就是说我们磁盘读取的时候不是按位读取的，而是按块读取的。所以我们再来复习一下，一个磁盘，磁盘可以有若干个面，面就是那个圆了，那个圆面。然后每一个面呢又可以划分为若干个磁道，磁道就是一个个的圆。然后每一个磁道又划分为若干个扇区，这个扇区都说了不是扇形，扇形如果是扇形它是面的一部分，不是的它是这个圆的一部分，圆的一部分就是一条线，一条弧线，啊弧线，那个叫做扇区。扇区是磁盘读写的最小单位，啊是以一个扇区一个扇区进行读取的。不是按字读取，而是按块存取。这个块就是扇区。

 

 

那么这一个磁盘的一些技术指标呢有什么呢？有磁头数，有柱面数，和扇区数。那么什么是磁头数呢？我们看到这是一个磁盘的示意图。那么它有若干个这样的磁面，这样的记录面。然后这个面，有多少个面就有多少个磁头数。那么就是左边的那个东西，就是磁头数。磁头数的数量就是磁盘的记录面的数量。

 

 

 

那么这部分就是磁头数。