计算机组成原理——外部设备
计算机组成原理——外部设备
计算机的外部设备分为四大类——I/O设备，终端设备，过程控制设备，辅助存储设备。
1：磁介质存储器的性能和原理。
通过正、负电流，“写”入0、1信息。
读出信息：读操作不通电流，磁通发生变化，产生感应电动势，根据波形变化，判断0，1。
8.2.2 磁介质存储器技术指标
1.记录密度
单位长度：道密度，位密度
单位面积：面密度
道密度：垂直于磁道方向上单位长度中的磁道数目，道密度的单位是道/英寸（TPI）或道/毫米（TPM）。（圆盘时，即是半径方向）
位密度：沿磁道方向上单位长度，二进制信息的位数。
位/英寸（bpi）,位/毫米（bpm）
面密度=道密度*位密度
2.存储容量
非格式化容量&格式化容量
非格式化容量：磁记录表面上可全部利用的磁化单元数
格式化容量： 用户实际可以使用的存储容量
格式化容量一般是非格式化容量的60%~80%
3.平均存取时间
磁头接到命令，从原来位置移动到指定位置，并完成读/写操作的时间叫存取时间。
对磁盘存储器，存取时间包括4部分：
一：磁头从原先位置移动到目的磁道的时间——定位时间、寻道时间
二：到达目的磁道后，等待被访问的记录块转到磁头下方的等待时间——旋转时间/等待时间
三：信息的读写操作时间——传输时间
四：磁盘控制器的开销
4：数据传输率
磁介质存储器在单位时间内向主机传送数据的位数或字节数，成为数据传输率Dr，单位为位/秒或字节/秒。
5：误码率
8.2.3数字磁记录方式
磁介质存储器如何进行二进制信息保存？
按照某种编码规律把它转变为介质上的磁记录方式。
1：直接记录*3种
当记录密度较低时。直接记录
（1）归零制（RZ）
记录“1”时，磁头线圈中通以正向脉冲电流；
记录“0”时，通以反向脉冲电流
由于脉冲电流均要回到零，故称为归零制。
归零制的两个脉冲之间，有一段间隔没有电流，相应的这段磁层未被磁化。
（2）不归零制（NRZ)
磁头电流不回0；当相邻两位不同时，才改变。
（3）不归零-1制
如果写1，则头线圈电流方向改变。
写0不翻转，保存电流方向不变。
见1就翻。（水平方向翻180度，也是对的）
2：按位编码的记录方式
（1）相位编码方式——调相制（PE）
记录1时，写电流在位周期中间由负变正；
记录0时，写电流在位周期中间由正变负；
当连续出现两个或以上1或0时，为了维持上述原则，在周期的边界上也要翻转一次。
（2）调频制（FM）
不归零-1制的演化。
根据写电流的变化频率，记录，1、0；
记录1时，写电流在位周期中间和边界各改变一次方向；
记录0时，写电流仅在位周期边界改变一次方向。
为此，记录1的磁化翻转频率为记录0时的两倍，故又称倍频制。
若以T表示位周期，则调频制的磁化翻转间距为0.5T和T。
（水平方向翻180度，也是对的）
（3）改进的调频制（MFM）
MFM制是在FM基础上改进的一种记录方式，又称延迟调制码或密勒码。
规则：
记录1时，电流在位周期中间改变方向，
记录独立一个0，写电流不改变方向；
记录连续两个0，写电流在位周期边界改变方向。
（水平方向翻180度，也是对的）
改进的调频制的磁化翻转间距有3种，T，1.5T，2T，对应三种不同的频率，所以又称为三频制。
（4）M（平方）FM
记录1时，电流在位周期中间改变方向，
记录独立一个0，写电流不改变方向；
记录连续两个0，写电流在位周期边界改变方向。
超过两个0，前两个0位周期边界处改变方向，以后每隔两个0的位周期边界处，写电流再改变一次方向，产生翻转翻转。
改进的改进型调频制的磁化翻转间距有4种，T，1.5T，2T，2.5T对应三种不同的频率，所以又称为四频制。
8.3.1硬盘存储器的基本结构与分类
硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆。
硬盘控制器对磁盘进行管理，在主机和硬盘之间传送数据。
硬盘驱动器内有多个盘片，他们被叠装在主轴上，构成一个盘组，每个盘片的两面都可以用作记录面。
硬盘存储器可分为温彻斯特盘和非温彻斯特盘。
温彻斯特盘的主要特点是，磁头、盘片、磁头定位机构、主轴、读写驱动电路等都被密封在一个盘盒内，构成一个头-盘组合体。不可随意拆卸，防尘性好可靠性高，对环境要求不高。
而非温彻斯特盘因为不是密封的，要求超净的使用环境。
硬盘存储器可分为固定头硬盘和活动头硬盘两类，
固定头硬盘机中，每个磁道对应一个磁头，省去了找磁道的时间，存取速度快。但由于磁头太多，使磁盘的道密度不可能很高。
移动头硬盘机则是每个盘面只有一个读写头。
8.3.2 硬盘驱动器
1磁头
接触启停式浮动磁头是指读/写操作时，磁头浮空，不与盘面记录区相接触。
而启动前和停止后，磁头将与盘面接触。设置一段启停区。
启示：我们要对自己的移动硬盘负责，不能直接插拔，要先弹出，因为工作时，其磁头在某一磁道上方，如果断电，会让它很受伤。
2：磁头定位系统
（1）步进电机定位机构
整个定位机构是开环控制，根据现行磁道号与目的的磁道号之差，求得步进脉冲数，每发一个步进脉冲，脉冲移动一个道距。步进电机定位机构结构紧凑、控制简单，但定位精度较低
（2）音圈电机定位机构
闭环系统，寻道快，精度高
8.3.3硬盘的信息分布和磁盘地址
1.硬盘的信息分布：记录面、圆柱面、磁道、扇区
（1）记录面
盘片*2，每一个记录面一个磁头
（2）磁道
最外圈为0号磁道，同心圆。
（3）圆柱面
虚拟的概念，将各记录面相同编号的磁道，如8个0号磁道，构成0号圆柱面。
写入顺序：0号记录面0号磁道1号记录面0号磁道2号…
（方便磁头管理）
（4）扇区一条磁道分为若干段
不同磁道的位密度是不一样的
2磁盘地址
磁盘地址一般表示为：驱动器号、圆柱面（磁道）号、记录面（磁头）号、扇区号
8.3.4
硬盘存储器技能参数
硬盘容量、主轴转速、道密度、平均存取时间、缓存、数据传输率
硬盘接口标准：IDE、SCSI、SATA
非格式化容量=最大位密度最内圈磁道周长总磁道数
格式化容量=每道扇区数扇区容量总磁道数
格式化实际上是在磁盘上划分记录区，写入各种标志信息和地址信息，占用了磁盘空间
8.3.5硬盘的分区域记录
传统硬盘驱动器，每一个磁道扇区数相同，因而储存的信息量也是相同的，这意味着在磁盘上位密度是变化的。因为内圈磁道的周长短，外圈磁道的周长长。所以，内圈磁道的位密度高，外圈磁道的位密度低。
最内圈磁道的位密度（最大位密度）决定了磁盘驱动器的容量。又因为每个磁道记录的信息量及转速是相同的，所以他们的信息传输率也是相同的。
由于外圈磁道比内圈长，但是存储信息量却一样，存在浪费。
采用分区域记录（等位密度）技术可以增加硬盘驱动器容量。由于外圈磁道有更长的周长，所以外层磁道要比内层磁道包含更多的扇区，即外圈磁道上保存的信息比内圈磁道多。
分区域记录使数据传输率随磁头所处的区域变化而变化。分区域驱动器以恒定速度旋转，外层的区域每磁道有更多扇区，数据传输率要快一些。
分区域记录技术的使用，大大提高了硬盘利用率。
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