7.2 外部设备

7.2.1 输入设备

1、键盘

1. 查出按下的是哪个键

2. 将该键翻译成能被主机接收的编码，如ASCII码

3. 将编码传送给主机

2、鼠标

将运动的方向和距离检测出来，从而控制光标做相应运动

7.2.2 输出设备

1、显示器

显示器的参数

• 屏幕大小：显示器对角线长度

• 分辨率：所能表示的像素个数

• 灰度级：用于黑白显示器，n位可以表示$2^{n}$种不同的亮度或颜色

• 刷新率：单位时间内扫描整个屏幕内容的次数

• 显存（刷新存储器、VRAM）：为了刷新图像，需要将一帧图像信息存储在VRAM中

  • $\text{VRAM}容量=分辨率\times位数$：（MB）存储一张图片所需的大小

  • $\text{VRAM}带宽=分辨率\times位数\times帧频$：（MB/S）一秒内需要向VRAM中写入多少数据

当显示字符时，ASCII码存放在VRAM中，而字符的点阵放在由ROM构成的字符发生器中

显示器的类型

• 阴极射线管CRT

• 液晶显示器LCD

• 发光二极管显示器LED

2、打印机

• 击打式打印机：防伪性好，速度慢、噪声大

• 非击打式打印机：数度快、噪声小

  • 喷墨打印机

  • 激光打印机

7.2.3 外部存储器

1、磁盘存储器

（1）磁盘存储器的组成

磁盘存储器的组成：

• 磁盘驱动器：核心部件是磁头组件和盘片组件，温彻斯特盘是一种可移动头固定盘片的硬盘存储器

• 磁盘控制器：是硬盘存储器和主机的接口，主流的标准有IDE、SCSI、SATA等

数据存储区域的组成：

• 磁头数：表示硬盘总共有多少个磁头

• 柱面数：表示硬盘每一面盘片上有多少条磁道

• 扇区数：表示每一条磁道上有多少个扇区

（2）磁盘的性能指标

• 容量

  • 格式化容量

  • 非格式化容量

• 记录密度：盘片单位面积上记录的二进制的信息量

  • 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数

  • 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数

    • 内外圈磁道上记录的信息量是相等的

    • 越靠内的磁道，位密度越大

  • 面密度：位密度和道密度的乘积

• 平均存取时间：寻道时间+旋转延迟时间+传输时间

• 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

  • 磁盘转速为r（转/s）

  • 每条磁道的容量为N个字节

  • 数据传输速率：$\text{D}_{r}=r\cdot N$

（3）磁盘地址

• 驱动器号：使用哪个磁盘

• 柱面号：磁头臂移动到哪里

• 盘面号：使用哪个磁头

• 扇区号：写入哪个扇区

（4）磁盘存储器的特点

• 优点

  • 存储容量大，位价格低

  • 记录介质可以重复使用

  • 记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档

  • 非破坏性读出，读出时不需要再生

• 缺点

  • 存取速度慢，每次存取1bit，串行读写

  • 机械结构复杂

  • 对工作环境要求较高

2、磁盘阵列

RAID：（Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列）将多个独立的物理磁盘组成一个独 立的逻辑盘，数据在多个物理盘上分割交叉存储、并行访问，具有更好的存储性能、可靠性和安全性

• RAID0：无冗余，无校验

• RAID1：镜像磁盘阵列

• RAID2：使用海明码校验纠错

  • 逻辑上连续的几个bit物理上分散存储在各个盘中

  • 这几个bit的校验码也分散的存储在额外的磁盘中

  • 例如4bit数据+3bit校验，共7块盘

• RAID3：使用位交叉奇偶校验

• RAID4：使用块交叉奇偶校验

• RAID5：无独立校验的奇偶校验

越向后，冗余信息占比越少，可靠性越高

3、光存储器

类似磁盘，使用光盘作为介质

（1）特点

• 存储密度高

• 携带方便

• 成本低

• 容量大

• 存储期限长

• 容易保存

（2）分类

• CD-ROM：只读光盘

• CD-R：只可写入一次

• CD-RW：可读可写光盘，可重复读写

• DVD-ROM：高容量的CD-ROM，只读

4、固态硬盘

采用高性能Flash Memory作为硬盘

• 原理：闪存技术，闪存（Flash Memory）是在EEPROM的基础上发展起来的，本质上还是ROM

• 组成

  • 闪存翻译层：翻译块号，找到对应的页

  • 存储介质：由多个闪存芯片组成，每个闪存芯片内分为多个块，每个块内又分为多个页

    • SSD的页：磁盘的扇区

    • SSD的块：磁盘的磁道

• 读写特性

  • 系统对SSD的读写以页为单位进行，OS中的逻辑块对应SSD中的一个页

  • 系统对SSD的擦除以块为单位，擦除干净的块，每个页都可以被写一次、读无限次

  • 支持随机访问

  • 读快、写慢：当要写入的页存在数据时，将该块内其他的内容全部复制到一个擦除干净的新块中，之后再写入新的页

• 与机械硬盘相比

  • SSD读写速度快，随机访问性能高

  • SSD安静、耐震、造价高

  • SSD一个块被擦除次数过多会损坏

• 磨损均衡技术

• 思想：将擦除操作平均分布到各个块上

• 动态磨损均衡：写入时优先选择擦除次数少的块

• 静态磨损均衡：让老旧的块承担读为主的任务，让新的块承担更多的写技术