1.輸入輸出設備
從計算機的角度出發，向計算機輸入信息的外部設備稱爲輸入設備；接受計算機輸出的外部設備稱爲輸出設備。
輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描器之類。輸出設備：顯示器、打印機等。還有一些兼顧輸入和輸出的複合型輸入輸出設備。
2.輔助存儲器
輔助存儲器是指除了主機以外的存儲設備。存儲器的讀寫實質上來說就是輸入和輸出，因此可以認爲輔助存儲器就是一種複合型輸入輸出設備。
輔助存儲器：硬磁盤存儲器、磁帶存儲器以及光盤存儲器等。
3.終端設備
終端設備由輸入設備、輸出設備和終端控制器組成，當然他就具備這些設備的功能了，除此之外，終端設備通過一根通信線與主機相連接。
終端設備一般分爲：專用和通用（分爲會話型終端和遠地批處理終端和只能終端）。
4.過程控制設備
當計算機運算的時候，他需要一些外部數據的運算結果，但是一些運算結果大部分爲模擬信號，此時就需要一個模數轉換器，因爲計算機中處理的是數字信號。同理，當計算機將內部的數字信號輸出的時候，就要經過數模轉換器，將數字信號轉換爲模擬信號。而在這其中的數模、模數轉換都是過程控制設備，有關的檢測設備也是過程控制器。

8.1.2外部設備的地位和作用

外部設備是計算機和外界聯繫的藉口、界面和紐帶。

1.外部設備是人機對話的通道
計算機需要通過外部設備才能將數據從外界送進去，同理，也需要通過外部設備將計算機內部的數據輸出。因此稱外部設備是人機對話的通道。
2.外部設備是是完成數據媒體變換的設備
人們習慣用字符、漢字、圖形等來表達，但是計算機只認二進制啊，因此在人機對話的時候，就需要將外界的各種信息轉換成計算機能識別的二進制代碼，這個就有點類似於我們編程語言的作用了。同樣，外部設備也能將計算機中的二進制代碼給轉換成我們熟知的字符、漢字、圖形了。
3.外部設備是計算機系統軟件和信息的駐在地
由於計算機的發展，現在的軟件處理的信息量太大了，主存裝不完，就需要大部分放到輔助存儲器中（參考第五章存儲系統和結構-還沒寫0.0）,需要的話，就調用到主存中。這就是爲啥稱他未軟件和信息的駐在地。
4.外部設備是計算機在各領域應用的橋樑
正是爲了適應個領域的應用，計算機才新增了各種各樣的外部設備，例如：打印店配備了打印機，就可以將計算機應用在打印這個領域了(好牽強，但總體就是這個意思)。

8.2 磁介質存儲器的性能和原理

磁介質存儲器的存儲過程其實是電磁轉換的過程。常見的磁介質存儲器：磁盤、磁帶。

8.2.1 磁介質存儲器的讀寫

1.磁記錄介質和磁頭
（1）.磁記錄介質：
在磁介質存儲器中，信息是紀錄在磁層(一層薄薄的磁性材料)上的，磁層和所附着的載體(軟質載體和硬質載體)稱爲記錄介質或記錄媒體
（2）.磁頭：
是一種電磁轉換設備：電(電脈衝表示的二進制代碼)–>磁(磁記錄介質上的磁化狀態),磁–>電。
根據讀寫的時候磁頭是否與磁記錄介質之間接觸可分爲：接觸式的磁頭和浮動式的磁頭。在軟盤和磁帶中，由於使用了軟質載體，就必須要用接觸式磁頭(個人認爲是因爲軟嘛，導致不均勻，必須緊貼住才能保證讀寫正確)；而在硬盤中，使用的是硬質載體，爲了減少磨損，只能使用浮動式磁頭了。浮動的原因：硬盤讀寫時候，盤片高速旋轉，帶動氣流，在盤面和磁頭之間形成了一層氣墊，使磁頭飄起來了。
一般在讀寫的過程中，磁頭不動，磁記錄介質一直在轉。
2.寫入過程
大致上就是給磁頭通電流，然後再磁記錄介質上留下剩磁，由於通入的正負兩個不同方向的電流，就會產生兩種不同的剩磁，剛好對應二進制信息中的1和0。

3.讀出過程
磁頭不通外加電流，通過剩磁的不同來讀出0和1的信號。

8.2.2 磁介質存儲器的技術指標

1.記錄密度
又稱爲存儲密度，可以用：道密度、位密度以及面密度(道密度×位密度)來表示。

（1）.道密度：
是指垂直於磁道方向上單位長度中磁道數目，單位：道/in 或道/mm
（2）.位密度：
是指沿磁道方向上單位長度中所記錄的二進制信息的位數，單位：位/in 或位/mm
2.存儲容量
存儲容量指的是整個磁介質存儲器所能存儲的二進制信息總量，存儲容量這種東西和存儲密度直接相關。
存儲容量有兩種：格式化存儲和非格式化存儲。這裏的格式化和我平時熟知的不一樣，這裏的格式化是指存儲的時候要存儲一些其他信息，比如位置信息啊啥都的。格式化存儲的容量比非格式化的要少。
3.平均存儲時間
顧名思義，就是存儲時間取平均，我們這裏有兩種存取的方式：
（1）.第一種是順序存儲方式多道並行的讀寫的磁帶存儲器來說，他就沒有尋找磁道這麼一說，就好像他每個磁道上都有一個磁頭，然後他的存取時間的就只有等待轉到讀寫位置的時間和讀寫操作時間。
（2）.第二種是單道的直接存儲的磁盤存儲器，他的話就不像磁帶那樣了，他的時間分爲四部分：1.磁頭到達指定位置的時間，稱爲定位時間。2.到達指定位置之後，等待讀寫位置轉到磁頭位置的時間，稱爲旋轉時間。3.磁頭讀寫時間，也稱爲傳輸時間。4.磁盤控制器的開銷。

其中T_a爲平均存取時間，T_s爲平均尋道時間，而T_w是平均等待時間，由於傳輸時間和控制器的開銷時間太少了，可以不用算。

4.數據傳輸率
磁介質存儲器在單位時間內向主機傳送數據的位數或字節數，用D_r來表示，單位：b/s 或 B/s。
D_r = D × v
其中D爲記錄密度，對於單道存取的存儲器(磁盤)就是位密度；對於多道存儲器(磁帶)就是位密度與磁道數的乘積。
v是速度，磁帶的話，就是走帶速度；磁盤的話就是記錄介質通過磁頭的線速度。
5.誤碼率
誤碼率 = 出錯信息位數/ 讀出總信息位數

8.2.3 數字磁記錄方式

也就是用磁記錄數字的方式：直接記錄方式和按位編碼記錄方式
1.直接記錄方式：當記錄密度低的時候，直接記錄0、1
直接記錄方式也就是不編碼制，也就是正是1，負是0：
（1）歸零制(RZ)：如果是1，就通讓脈衝達到1，如果是0，就讓脈衝達到-1，中間爲0，所以稱他爲歸零制。
（2）不規零制(NRZ)：如果是1，就讓脈衝達到1，遇到0就讓脈衝反向爲-1，中間保持。
（3）不歸零-1制(NRZ-1)(見1就翻的不歸零制)：碰到1就翻，碰到0保持。

2.按位編碼記錄方式
（1）調相制(PE)：記錄1的時候，在週期中間由負變正；記錄0的時候，在週期中間由正變成負。當出現連續1或連續0的時候，在週期結束的時候，都要翻轉一次，保證前面的原則。
（2）調頻制(FM)：記錄1的時候，在週期中間和週期邊界各翻轉一次；記錄0的時候，在週期邊界翻轉一次。簡單點：記錄1，一個週期翻轉兩次；記錄0，一個週期翻轉一次。
（3）改進的調頻制(MFM)：記錄1的時候，週期中間翻轉，記錄單獨0的時候，不做改變，記錄兩個連續0的時候，在兩個0中間的週期邊界改變方向。
（4）改進的改進型調頻制(M²FM)：記錄1的時候，週期中間翻轉；記錄單獨一個0的時候，不做改變，記錄兩個0的時候，在兩個0的中間的週期邊界翻轉，記錄多個0的時候，在1和2之間翻轉的同時以後每隔兩個0，翻轉一次（在第4個週期邊界處）。

3.成組編碼記錄方式
（1）.羣碼制(GCR)
（2）.三位調製碼(3PM)
（3）.遊程長度受限碼(RLL)

8.3 磁介質存儲設備

磁介質存儲器主要包括硬盤存儲器、軟盤存儲器和磁帶存儲器。

8.3.1 硬盤存儲器的基本結構與分類

硬盤存儲器的硬件包括：硬盤控制器(適配器)、硬盤驅動器以及連接電纜。
硬盤控制器(HDC)：對硬盤進行管理，並在主機和硬盤之間傳送數據。
硬盤驅動器(HDD)；包括盤片、磁頭、主軸電機(驅動盤片旋轉的東西)、磁頭定位機構、讀寫電路和控制邏輯。
根據頭-盤是否爲一個密封的整體分爲：溫徹斯特盤和非溫徹斯特盤。溫徹斯特盤的主要特點是磁頭、盤片、磁頭定位機構、主軸甚至驅動電路都密封在一個盤盒內。非溫徹斯特盤需要超淨的使用環境。
根據磁頭是否可轉動可分爲：固定頭硬盤和活動頭硬盤。固定頭硬盤每個磁道上一個磁頭。活動頭硬盤每個盤面上只有一個讀寫頭。

8.3.2 硬盤驅動器

目前常用的硬盤驅動器都是活動頭的溫徹斯特盤，簡稱溫盤

1.磁頭
採用接觸啓停式，在記錄去和軸心之間有一段空白區，用來啓動和着陸的，最外圍的磁道爲0號磁道。
2.磁頭定位系統
實現的功能：
（1）.磁盤驅動器啓動或者出錯的時候，能將磁頭精確的定位到0號磁道，以便等待尋道指令。
（2）.要能快速、準確地將磁頭定位到磁道中心位置
（3）.當硬盤驅動器發生故障或者斷電的時候，能夠將磁頭迅速退出記錄去，保護盤面數據。
目前的磁頭定位系統有兩種：
（1）.步進電機定位機構
（2）.音圈電機定位機構

8.3.3 硬盤的信息分佈和磁盤地址

1.硬盤的信息分佈
硬盤中信息分佈在呈以下層次：記錄面、圓柱面、磁道和扇區。
（1）記錄面：一個盤有兩個記錄面
（2）.磁道：一條條磁道形成一組同心圓，最外圈的磁道爲0號。
（3）.圓柱面：同一編號的磁道構成的面稱爲圓柱面，作用是爲了存儲大容量的文件，此時的話因爲每個磁頭都在同一個磁道的同一個位置，只需要換道就可以了。
（4）.扇區：將一個磁道劃分爲若干段，每一段稱爲一個扇區或者扇段，每個扇區可以存放一個定長的信息塊。
2.磁盤地址
主機向磁盤控制器送出有關尋址信息，磁盤地址一般表示爲：驅動器號、圓柱面號(通過驅動號和圓柱面號就已經可以確定磁道號了)、記錄面號、扇區號以及扇區數。

8.3.4 硬盤存儲器的技術參數

1.硬盤的主要性能指標
（1）.硬盤容量
（2）.硬盤轉速
（3）.道密度
（4）.平均存取時間
（5）.緩存
（6）.數據傳輸率
2.硬盤的藉口標準
（1）.IDE接口（ATA）
（2）.SCSI
（3）.SATA接口
3.硬盤參數的計算
例如：一個盤面直徑爲18in的磁盤組有20個記錄面，每面有5in的區域用於記錄信息，記錄密度爲100道/in和1000b/in，轉速爲2400r/min，道間移動時間爲0.2ms，求盤組的容量、數據傳輸率和平均存取時間。
我們老師經常說的一句話：這些題都是小學計算題…我卻…
盤組容量=面數 ×每面的容量 = 面數 × （道數 × 每道上的容量）= 面數 ×（（道密度×道寬度）×（位密度×周長(此處選取最內側的周長算出的是非格式化容量)））= 20×（（100×5）×（(18-5×2)×π×1000））=2.512×10⁸b
數據傳輸率=每一道的容量/旋轉一圈的時間=25120/25=1004.8b/ms
平均存取時間爲：T_s=[平均尋道時間+平均等待時間]=[(0+0.2×499)/2+(0+25)/2]=62.4ms
從中可以得到非格式化容量=最大位密度×最內圈磁道周長×總磁道數
新的磁盤在使用前必須要進行格式化，格式化實際上就是在磁盤上劃分記錄區，寫入各種標誌信息和地址信息，這些信息佔用的空間，所以格式化之後，容量要小了。
格式化的容量=每道扇區數×扇區容量×總磁道數

8.3.5 硬盤的分區域記錄

分區域記錄技術的作用：
（1）.可以增加20%~50%的容量(相較於傳統方式)。

（2）.數據傳輸率會隨着磁道所到的區域變化，雖然驅動器還是以恆定的速度旋轉，但是由於外層的有更多的扇區，所以數據傳輸速度就要更快一些。

8.3.6 硬盤的NCQ技術

磁盤尋址的過程爲：
（1）.尋找目標圓柱面
（2）.尋找目標磁道
（3）.尋找目標扇區
以前沒有這種技術的時候，大多數的硬盤都是機械地按照提供給的命令先後順序去尋找，從而造成了磁頭反覆移動。NCQ技術就是先將提供的命令按照他們訪問地址的距離進行重新排列，減少磁頭來回移動的時間。

8.3.7 軟磁盤存儲器

軟磁盤存儲器由：軟盤片、軟盤驅動器、和軟盤控制器組成
工作原理和硬盤基本相同；但是結構和磁頭不同。

訪問軟盤的時候需要提供：驅動器號、磁道號(由於沒有圓柱面)、磁頭號(由於有多個磁頭)、扇區號。

8.4 磁盤陣列

磁盤陣列，說白了就是有組織的把一些硬盤驅動器給組裝在一起。這樣做的好處是能夠提升容量、速度，並且可靠性更高

8.4.1 RAID簡介

RAID一般長這樣：

RAID的優點：
（1）.成本低、功耗小，傳輸速率高
（2）.提供容錯功能
（3）.RAID比大直徑的磁盤驅動器的價格更低

8.4.2 RAID的分級

簡單說幾個RAID：
（1）.RAID0：假如我們的磁盤陣列由N塊磁盤組成的，我們在寫入數據的時候就將數據分成N份，同時寫入N塊磁盤中。這樣做可以極大的提升速度，但是一旦一塊硬盤出錯了，由於缺少校錯能力，那麼恭喜你，整個磁盤陣列歇逼了。
（2）.RAID1：這個是個奇葩，他將硬盤分爲兩部分，每個數據寫兩遍。這樣雖然效率不高，但是有校錯能力。
（3）.RAID3：按照RAID0的方式寫入的同時，專門留一個寫奇偶校驗碼的區域。

8.5 光盤存儲器

與磁盤存儲器不同的是，光盤是用光學方式讀寫信息的。
以光盤爲存儲介質的存儲器稱爲光盤存儲器。

8.5.1 光盤存儲器的類型

1. CD光盤：存儲容量大概爲700MB左右
2.DVD光盤：存儲容量大概爲4.7GB
3.藍光盤：存儲容量可達25GB，波長越短，存儲容量越大。

8.5.2 光盤存儲器的組成以及工作原理

1.光盤存儲器的組成
光盤存儲器主要由光盤控制器和光盤驅動器以及接口組成。
光盤驅動器主要包括：主軸電機驅動機構、定位機構、光頭(類似磁頭)裝置以及電路，其中光頭最爲複雜。
2.光盤的工作原理
寫入：大多都是在上面打孔，只不過區別是，有些打的孔是可逆的，有些是不可逆的。
讀出：由於打孔的地方和沒打孔的地方在光照射下，反射的光信號不同，可以用一個光檢測器來區分信號，然後將其轉換爲01信號。
3.光盤讀取技術
（1）.CLV：恆定線速度，數據傳輸速率一樣，在內圈的旋轉速度更快。
（2）.CAV：恆定角速度，讀取速度一樣，但是數據傳輸速率外圈更高(同樣時間轉同樣角度，弧長不一樣)。

8.6 新型輔助存儲器

新型輔助存儲器的特點就是容量大、可移動、使用方便。常見的可移動存儲器使用磁介質、磁光介質或電子器件來存儲信息。

8.6.1 基於磁或磁光介質的可移動存儲器

1.移動硬盤
2.大容量軟盤
3.磁光盤
4.磁帶

8.6.2 基於電子器件的存儲器

1.閃存卡
2.固態硬盤
3.U盤

8.7 鍵盤輸入設備

8.7.1 鍵開關與鍵盤類型

鍵盤上每個按鍵起一個開關作用，所以稱他爲鍵開關。鍵開關分爲兩類：接觸式和非接觸式的。
按照鍵碼的識別方式，鍵盤可以分爲：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。
（1）.編碼鍵盤：在鍵按下之後，硬件電路給出編碼信息（如ASCII），直接送到CPU去識別是哪個鍵。
（2）.非編碼鍵盤：在鍵按下之後，提供一箇中間代碼，可以通過這個中間代碼去寄存器中轉換成對應ASCII碼，從而識別是哪個鍵。

8.7.2 鍵盤掃描

1.逐行掃描
（1）.查詢是否有鍵按下，初始數組全是1，有鍵按下，讓那個鍵變0，然後檢查這個數組，是否有0，有的話就證明有鍵按下。
（2）.查詢已按下鍵的位置，一行一行掃描，掃到哪一行就讓哪一行的X=0，同時讀取所有列，不全爲1，則可以確定鍵的行號和列號
（3）.按行號和列號求鍵的位置碼
2.行列掃描
相當於執行兩次，一次是逐行掃描，找到之後，立馬進行逐列掃描，通過兩次掃描，對比結果，如果兩次得到的行號和列號都相同，則確定是這個鍵無疑。

8.8 其他輸入設備

計算機常用的輸入設備除了鍵盤之外，還有一些，例如：鼠標、掃描儀、光筆等。其中鍵盤就是輸入字符和數字信息；鼠標主要輸入矢量信息和座標信息；掃描儀主要輸入圖形、圖像信息。

8.8.1 鼠標器

鼠標器就算控制顯示器上光標移動的輸入設備。主要分爲：機械式鼠標、光機鼠標以及光電式鼠標。他們的基本原理相同：都是講鼠標器的移動距離和方向變爲脈衝信號發送給計算機，計算機再把這些信號轉換爲顯示器光標的座標信息。

8.8.2 其他定位設備

1.軌跡球
2.跟蹤點：我印象中記得以前的筆記本電腦鍵盤中間有個小紅點，好像就是這玩意，他像個小搖柄一樣，可以轉動。
3.觸摸板

8.8.3 掃描儀

1.掃描儀的組成部分以及工作原理
掃描儀是光、機、點一體化的高科技產品。其工作原理利用自然界每一種物體都會吸收特定的光波，沒有吸收的光波就會反射出去這一特性，給稿件添加強光，沒有吸收的光波就會反射到光學感應器上，最後通過一系列的轉換，就轉變爲我們顯示器上能看到的正確圖像。目前掃描儀常採用兩種光學讀取裝置：CCD和CIS
2.掃描儀的主要性能指標
（1）.分辨率
（2）.色彩深度值
（3）.灰度值

8.9 打印輸出設備

打印機是計算機的主要輸出設備，他的主要功能是將計算機的處理結果以字符或圖形的形式印刷到紙上，由於打印輸出結構能永久性保存，所以又稱爲硬拷貝輸出設備。

8.9.1 打印機概述

按照打印工作原理區分的話：打印機分爲擊打式和非擊打式兩大類。
按照輸出工作方式：串式打印機(一個字一個字打印)、行式打印機(一行一行打印)、頁式打印機(一頁一頁打印)
按照打印字機構不同：固定字模式(類似活字印刷)和點陣式打印(靠若干點陣來構成字符)

打印機通常有兩種工作模式：文本模式和圖形模式
1.文本模式
主機向打印機輸出字符代碼（ASCII碼）或漢字代碼（國標碼），打印機根據代碼從字符庫或漢字庫中取出點陣數據，然後再紙上打印出字符或漢字。
2.圖形模式
主機向打印機直接輸出點陣圖數據，有一個1就打一個點。

8.9.2 打印機的主要性能指標

（1）.分辨率
（2）.打印速度和打印幅面
（3）.接口方式
（4）.緩衝區

8.9.3 針式打印機工作原理

針式打印機一般是由一列或幾列n根打印針用來打印m×n點陣的字符或漢字、圖形的，就好比9針打印機，他執行了m步之後，就能打印出一個大小爲m×9的點陣，這個點陣有可能是字符或漢字等。

8.9.4 噴墨打印機工作原理

噴墨打印機的打印原理是，使墨水在壓力的作用下，從尺寸很小的噴嘴中噴出，形成飛行速度很高的墨滴，然後這些墨滴帶電，在偏移電場的控制下就會發生偏轉，跑到固定的位置，使其形成文字或圖形(有沒有想起高三學物理的時候經常做的題，那些題就是以噴墨打印機的工作原理爲難點出題的)。

8.9.5 激光打印機工作原理

打印過程：
（1）.充電：對硒鼓進行充電，使其表面均勻地帶上正(負)電荷。
（2）.掃描曝光：在不需要打印的地方打開激光束，這樣會讓硒鼓表面上的電荷移動，讓電荷移動到需要打印的地方。而不需要打印內容的地方關閉激光束，這樣就會在需要打印的地方形成”潛像“。
（3）.顯影：讓硒鼓通過碳粉盒，由於需要打印的地方聚集了電荷，也就是”潛像“，所以會吸附碳粉。
（4）.轉印：將硒鼓上的碳粉在外電場作用下，給轉移到打印紙上。
（5）.定影：通過加熱，碳粉在高溫和高壓下熔化而永久性黏在紙上
（6）.消除殘像：最後清除硒鼓上的參與的碳粉盒電荷，中和電荷，掃去碳粉

8.10 顯示設備

顯示設備是將電信號轉換成視覺信號的一種裝置。他不同於打印機等硬拷貝輸出設備，顯示器輸出不能長期保存，關機就消失了，所以顯示設備屬於軟拷貝輸出設備。

8.10.1 CRT顯示器

CRT顯示器由顯示適配器(顯卡)和顯示器(監視器)兩部分組成。
CRT的技術指標
（1）.點距
（2）.行頻和場頻
（3）.視頻帶寬
（4）.最高分辨率
（5）.刷新率
（6）.屏幕尺寸
CRT顯示原理
（1）.CRT顯示器的掃描方式
類似於電視接收機，普遍採用光柵掃描方式。電子束從左上角開始沿水平方向從左向右有規律地掃描整個屏幕，掃描到右下角的時候重新從左上角開始掃描。
（2）.顯示器的顯示模式
顯示模式分爲兩大類：字符模式和圖形模式
字符模式A/N：字符模式CRT控制的不是點，而是塊，例如8×8的一片區域，由一個8位代碼（ASCII）控制着。
圖形模式APA：對所有點都可以控制，屏幕上每個像素都對應現實緩衝區中的一位或多位。
（3）.顯示緩衝區
爲了不斷提供刷新畫面的信號，必須把字符或圖形信息存儲在一個現實緩衝區中，這個緩衝區稱爲視頻存儲器(VRAM)。

8.10.2 LCD顯示器

LCD是液晶顯示器，他的顯示原理：
利用偏光板的特性，利用上下兩盤柵欄之間互相垂直的偏光板之間充滿液晶，而這其中的液晶起到了改變偏振角和控制通過的光數量的作用，總而言之一句話，不加電壓，光源可以通過，加了電壓，光源不能通過，利用電場控制液晶轉動，從而形成不同的亮度。
LCD的技術指標：
（1）.像素間距
（2）.分辨率
（3）.可視角度
（4）.亮度
（5）.對比度
（6）.響應時間
（7）.色彩數

8.10.3 微型計算機的顯示適配器

1.獨立顯卡和集成顯卡
獨立顯卡是指獨立於CPU之外的顯卡，性能一般比較強悍，他有自己的顯示核心(GPU)和顯存。
集成顯卡一般集成在CPU內部，使用的時候佔用CPU和主存，影響整個系統。
2.顯卡性能三要素：1.顯示芯片 2.顯存帶寬 3.顯存容量

參考學習資料：《計算機組成原理(蔣本珊編著) 第三版》

後話

首先給大家說一下，博主經常在線，如果有什麼問題或者想法，可以在下方評論，我會積極反饋的。
其次還是要請大家能夠多多指出問題，我也會在評論區等候大家！
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計算機組成原理學習-第八章外部設備(詳細，人話，系統，看得懂)

須知

第八章 外部設備

8.1 外部設備的分類

8.1.1 外部設備的分類