第7章：外围设备

Note

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外围设备（Peripheral Equipment）是计算机系统的重要组成部分，负责与外部世界进行数据交互。本章主要介绍常见的输入设备、输出设备以及外存储器的原理和特点，帮助读者全面了解计算机系统的外围设备技术。

本章要点：

输入设备的类型与工作原理
输出设备的类型与工作原理
硬盘存储器的结构与原理
固态存储技术
光盘与新型存储技术

7.1 概述

7.1.1 外围设备的作用

外围设备是计算机系统与外部世界交互的桥梁。虽然CPU和内存是计算机的核心，但如果没有外围设备，计算机将无法获取外界信息，也无法将处理结果呈现给用户。

可以将计算机系统想象成一个人：CPU是大脑，负责思考和计算；内存是记忆，负责临时存储信息；而外围设备就是人的感官（输入设备）和表达方式（输出设备），以及记录文字的本子（外存储器）。

7.1.2 外围设备的分类

1. 输入设备

输入设备将外部信息转换为计算机能够处理的数字信号。常见的输入设备包括：

键盘：最传统的文本输入设备
鼠标：图形界面操作的主要设备
触摸屏：直观的交互设备
扫描仪：将纸质文档转换为数字图像
麦克风：将声音转换为数字信号

2. 输出设备

输出设备将计算机处理后的信息转换为人类能够感知的形式。常见的输出设备包括：

显示器：将数字信号转换为视觉图像
打印机：将数字文档打印到纸张上
扬声器：将数字音频信号转换为声音

3. 外存储器

外存储器用于永久存储大量数据，即使断电也不会丢失数据。常见的外存储器包括：

硬盘驱动器（HDD）
固态硬盘（SSD）
光盘（CD、DVD、蓝光光盘）
磁带
U盘和存储卡

7.1.3 外围设备的发展趋势

1. 智能化

现代外围设备越来越多地内置智能控制器，能够独立完成部分处理工作，减轻主机负担。例如，智能打印机可以独立完成图像处理和色彩管理。

2. 高速化

数据传输接口不断升级，从早期的并口、串口发展到USB、Thunderbolt等高速接口，大大提升了数据传输速度。

3. 小型化与便携化

移动设备的发展推动了外围设备的小型化，U盘、无线鼠标、移动硬盘等便携设备越来越普及。

4. 多功能整合

单一设备集成多种功能成为趋势，如多功能一体机集合了打印、复印、扫描功能。

7.2 输入设备

7.2.1 键盘

键盘是最基本也是最重要的输入设备，负责将用户的按键操作转换为计算机能够识别的电信号。

1. 键盘的工作原理

键盘内部有一个由行线和列线组成的矩阵电路。每个按键位于某一行和某一列的交叉点。当按下某个按键时，对应的行线和列线被连通，键盘控制器检测到这个连通事件后，通过扫描确定具体位置，并将按键编码通过接口发送给计算机。

键盘的工作过程可以想象成一个二维坐标系统：行就像X轴，列就像Y轴。当按下某个键时，相当于确定了坐标（行号，列号），控制器查找这个坐标对应的字符编码并发送出去。

2. 键盘接口

PS/2接口：早期的键盘接口，现在较少使用
USB接口：现代计算机的标准接口，支持热插拔
蓝牙：无线键盘使用的连接方式

3. 键盘类型

机械键盘：每个按键使用独立的机械开关，寿命长，手感好
薄膜键盘：按键通过按压薄膜电路接触，造价低，但手感较差
电容键盘：利用电容变化检测按键，寿命极长，手感出色

7.2.2 鼠标

鼠标是图形用户界面的主要操作工具，通过移动光标和点击操作来控制计算机。

1. 鼠标的工作原理

机械鼠标：底部有一个滚球，移动时滚球带动两个相互垂直的轴转动，轴上的编码盘转动产生脉冲信号，通过计算脉冲数量和方向确定移动距离。

光电鼠标：使用发光二极管照射鼠标垫表面，通过检测表面反射光的变化来计算移动方向和距离。高端光电鼠标使用激光技术，更加精确。

2. 鼠标的性能指标

分辨率（DPI）：每英寸对应的像素数，DPI越高移动越精确
采样率：每秒报告位置的次数，通常以Hz为单位
加速度：鼠标移动速度与光标移动速度的比例关系

3. 鼠标接口

USB接口：现代鼠标的标准接口
蓝牙：无线鼠标的常用连接方式
PS/2：早期接口，已基本淘汰

7.2.3 触摸屏

触摸屏是一种直观的输入设备，用户直接在屏幕上进行触摸操作来控制计算机。

1. 触摸屏的类型

电阻式触摸屏：由两层透明导电薄膜组成，中间有绝缘点。触摸时两层薄膜接触，形成电信号，通过检测接触位置确定触摸点。优点是成本低、可使用任何物体触摸，缺点是透光率低、硬度有限。

电容式触摸屏：利用人体电场产生的电容变化来检测触摸位置。当手指接触屏幕时，会改变触点处的电容值，控制器检测这个变化并计算触摸位置。优点是透光率高、支持多点触控，缺点是需要导体触摸。

红外式触摸屏：在屏幕边缘安装红外发射管和接收管，形成红外线网格。手指遮挡红外线时，通过被遮挡的光束位置确定触摸点。优点是寿命长、可做大尺寸，缺点是易受干扰。

表面声波触摸屏：利用超声波在玻璃表面的传播特性，触摸时吸收部分声波，通过检测吸收位置确定触摸点。精度高、透光好，但成本较高。

2. 多点触控

现代触摸屏支持多点触控，可以同时检测多个手指的触摸位置和动作。手势识别技术使得缩放、旋转、滑动等操作成为可能。

7.2.4 其他输入设备

1. 扫描仪

扫描仪将纸质文档、照片或实物转换为数字图像。主要技术指标包括：

光学分辨率：每英寸的像素数，如300dpi、600dpi
色彩深度：表示颜色的位数，如24位真彩色、48位色深
扫描速度：每页所需时间

工作原理：扫描仪使用光源照射文档，反射光通过光学系统聚焦到CCD（电荷耦合器件）或CIS（接触式图像传感器）上，将光信号转换为电信号，再经过模数转换变成数字图像。

2. 数码相机

数码相机使用图像传感器（CCD或CMOS）将光学图像转换为数字信号。关键参数包括：

像素数：传感器的像素总数
传感器尺寸：对角线长度，越大画质越好
ISO感光度：传感器对光的敏感程度
光学变焦：镜头物理变焦倍数

3. 麦克风

麦克风将声音信号转换为电信号，再通过模数转换变成数字信号。主要类型包括：

动圈式麦克风：结构简单、耐用，频响特性好
电容式麦克风：灵敏度高、频响宽
驻极体麦克风：体积小、成本低，广泛应用于手机和电脑

7.3 输出设备

7.3.1 显示器

显示器是将数字信号转换为人眼可见图像的输出设备，是计算机最重要的输出设备之一。

1. 显示系统的组成

显示系统由显示器和显示适配器（显卡）组成。显卡负责将计算机内部的数字信号转换为显示器能够识别的信号，显示器负责将电信号转换为光图像。

2. 显示器的工作原理

CRT显示器（阴极射线管）：使用电子枪发射电子束，轰击荧光屏发光。每个像素点由红、绿、蓝三种荧光粉构成，电子束按顺序逐点扫描整个屏幕，通过控制电子束的强度来控制每个像素的亮度。

工作原理类似于在一张纸上用笔画画：电子枪就像笔，荧光屏就像纸，不同的是电子束每秒钟要重复扫描整个屏幕几十次，形成稳定的图像。

LCD显示器（液晶显示器）：利用液晶分子在电场作用下的排列变化来控制光线通过。屏幕由大量液晶像素组成，每个像素后面有背光源，前面有彩色滤光片。通过控制每个像素液晶分子的排列，可以调节该像素的亮度和颜色。

LED显示器：实质上也是液晶显示器，但使用LED作为背光源。相比传统CCFL背光，LED更节能、寿命更长、色域更广。

OLED显示器：采用有机发光材料，每个像素自发光的显示器。不需要背光源，因此可以做得更薄、对比度更高、可视角度更大。

3. 显示器的主要参数

分辨率：屏幕上像素的数量，如1920×1080、3840×2160（4K）
像素间距：相邻像素中心的距离，越小越清晰
刷新率：每秒钟画面更新次数，如60Hz、144Hz
响应时间：像素从一种颜色变换到另一种颜色所需时间，越小越好
对比度：最亮与最暗的亮度比值
色域：显示器能够显示的颜色范围

7.3.2 显卡

显示适配器（显卡）负责处理图形数据并输出到显示器。

1. 显卡的组成

GPU（图形处理器）：专门处理图形运算的处理器
显存：存储显示数据的高速内存
数模转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟信号（针对模拟输出）
输出接口：连接显示器的接口

2. 显卡的分类

集成显卡：集成在芯片组或CPU中，共享系统内存，性能较低但省电
独立显卡：独立的图形处理器，拥有独立的显存，性能较强
专业显卡：针对专业应用优化，驱动和硬件都针对特定软件优化

3. 图形处理流水线

现代GPU采用可编程的渲染流水线：

顶点处理：处理3D模型的顶点坐标变换
图元装配：将顶点组合成几何图元
光栅化：将几何图元转换为像素
片元处理：对每个像素进行着色计算
输出合并：处理透明度、深度测试等，输出最终像素颜色

7.3.3 打印机

打印机是将数字文档输出到纸张上的设备。

1. 打印机的类型

针式打印机：使用打印针击打色带将墨水转移到纸上。优点是耗材成本低、可打印多层复写纸，缺点是噪音大、精度低、速度慢。现在主要用于发票、收据等特殊场景。

喷墨打印机：将墨水微粒喷射到纸上形成图像。优点是彩色效果好、噪音低、相对便宜，缺点是耗材成本高、打印速度较慢。适合家庭和小型办公使用。

激光打印机：使用激光束在感光鼓上形成静电潜像，吸附碳粉后转印到纸上并加热定影。优点是速度快、打印质量高、耗材成本低，缺点是设备成本较高、彩色效果不如喷墨。适合办公环境使用。

2. 打印机的主要参数

分辨率：每英寸的打印点数（dpi），常见有300、600、1200dpi
打印速度：每分钟打印页数（PPM）
月打印负荷：厂家建议的每月最大打印量
内存容量：影响打印大数据量时的性能

7.3.4 其他输出设备

1. 扬声器与耳机

扬声器将电信号转换为声音。系统组成包括：

数模转换器（DAC）：将数字音频信号转换为模拟信号
放大器：放大信号以驱动扬声器
扬声器单元：将电信号转换为声波

2. 投影仪

投影仪将图像放大投影到幕布上。常见技术：

LCD投影：使用液晶光阀控制光线通过
DLP投影：使用数字微镜器件反射光线
LCOS投影：结合LCD和DLP技术

3. 3D打印机

3D打印机通过逐层堆积材料来制造三维物体。常见技术：

FDM（熔融沉积）：加热并挤出塑料丝
SLA（立体光刻）：使用激光固化光敏树脂
SLS（选择性激光烧结）：使用激光烧结粉末材料

7.4 外存储器

7.4.1 硬盘存储器

硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）是计算机最主要的外部存储设备，以其大容量和低成本成为数据存储的核心。

1. 硬盘的结构

硬盘由多个涂有磁性材料的盘片组成，数据就存储在这些盘片表面。每个盘片被分为同心圆轨道（磁道），每个磁道又分为扇区。盘片高速旋转，磁头在磁臂的控制下移动到不同的磁道进行读写。

可以想象成一个唱片机：盘片就像唱片，磁道就像唱片上的音轨。不同的是，唱片机用唱针读取声音，而硬盘用磁头读写数据；唱片是连续的音乐，硬盘的数据是分成扇区存储的。

2. 硬盘的工作原理

硬盘采用磁记录技术存储数据。盘片表面的每个微小区域都可以被磁化为南、北极两种状态，分别代表二进制数据的0和1。写入数据时，磁头产生磁场改变盘片上相应区域的磁极化方向；读取数据时，磁头感应盘片表面的磁场变化，将其转换为电信号。

3. 硬盘的主要性能指标

容量：存储数据的总量，从几百GB到数十TB
转速：盘片每分钟旋转次数，常见有5400RPM、7200RPM、10000RPM
平均寻道时间：磁头移动到指定磁道所需的平均时间，通常为几毫秒
平均延迟时间：等待盘片旋转到正确位置的时间
缓存：内置的高速缓存，提高读写效率，通常为64MB~256MB
接口类型：SATA、USB等，决定数据传输速度

4. 硬盘的接口

IDE（PATA）：早期接口，已淘汰
SATA：串行ATA，当前主流的硬盘接口
SAS：面向服务器的接口，可靠性更高
USB：外接硬盘的常用接口

7.4.2 固态硬盘

固态硬盘（Solid State Drive，SSD）使用闪存芯片存储数据，没有机械部件，在速度、功耗、抗震性等方面全面超越传统硬盘。

1. 固态硬盘的结构

固态硬盘由NAND Flash闪存芯片、主控芯片和缓存组成。数据存储在NAND Flash中，主控芯片负责数据的读写管理和磨损均衡。

2. NAND Flash的工作原理

NAND Flash使用浮栅晶体管存储电荷。每个存储单元可以存储1位（SLC）、2位（MLC）、3位（TLC）或4位（QLC）数据。单元中充电表示1，放电表示0（或反之），通过检测阈值电压来确定存储的数据。

3. 固态硬盘的性能优势

速度极快：读写速度可达数GB/s，是机械硬盘的10倍以上
延迟极低：无寻道时间，延迟在微秒级
无噪音：没有机械部件
功耗低：闲置时几乎不耗电
抗震：可承受较大的冲击和振动

4. 固态硬盘的缺点

成本高：每GB价格仍高于机械硬盘
寿命有限：闪存单元有写入次数限制
数据恢复困难：损坏后数据基本无法恢复

5. SSD的术语解释

TRIM：操作系统告诉SSD哪些数据已删除，可以擦除
磨损均衡：将写入操作分散到不同区块，延长寿命
垃圾回收：后台整理闪存空间
SLC/MLC/TLC/QLC：不同级别的单元密度

7.4.3 混合硬盘与存储加速

1. 混合硬盘

混合硬盘（SSHD）将小容量SSD作为缓存与大容量机械硬盘结合。常用数据自动缓存到SSD中，提高启动和常用程序的加载速度，成本介于纯SSD和纯HDD之间。

2. 缓存加速

Intel Optane Memory使用3D XPoint技术作为缓存，加速机械硬盘的性能接近SSD。

7.4.4 光盘存储器

光盘利用激光技术在光盘片上存储数据。

1. 光盘的分类

CD（光盘）：容量约700MB，波长780nm红外激光
DVD（数字视频光盘）：单面4.7GB，双面8.5GB，波长650nm红光
蓝光光盘：容量25GB~128GB，波长405nm蓝光

2. 光盘的工作原理

只读光盘（CD-ROM、DVD-ROM）：在生产时在光盘表面压制凹坑和平坦区域。读取时，激光照射在光盘表面，利用光的反射差异检测凹坑和平坦区域，从而读取数据。

可记录光盘（CD-R、DVD-R）：使用有机染料作为记录层，激光照射使染料发生不可逆变化来记录数据。只能写一次。

可重写光盘（CD-RW、DVD-RW）：使用相变材料，可以通过激光加热改变材料晶体状态来反复读写。

3. 光驱的类型

只读光驱：只能读取光盘
康宝（COMBO）：可读光盘和VCD/DVD，可刻CD
蓝光光驱：可以读取和刻写蓝光光盘

7.4.5 磁带存储器

磁带是一种古老的存储介质，至今仍在特定领域使用。

1. 特点

容量大：单卷磁带可达数十TB
成本低：每GB成本最低
寿命长：可保存30年以上
速度慢：随机访问性能差
可靠性高：不易受电磁干扰

2. 应用场景

主要用于数据备份和归档，尤其适合长期保存不经常访问的"冷数据"。企业级备份系统、影视后期制作等领域广泛应用。

7.4.6 存储卡与U盘

1. 存储卡

各种存储卡用于手机、相机、游戏机等设备：

SD卡：最常见的存储卡类型
Micro SD卡：手机和平板常用
CF卡：早期专业相机使用

2. U盘

使用USB接口的闪存盘，便携、、即插即用。容量从几GB到数百GB不等。

7.4.7 新型存储技术

1. 3D XPoint

Intel和Micron开发的革命性存储技术，性能介于DRAM和NAND Flash之间。现已推出Optane Persistent Memory产品。

2. MRAM

磁阻随机存取存储器，使用磁性存储单元，非易失性、读写速度快、寿命无限。

3. ReRAM

阻变存储器，通过改变材料的电阻来存储数据。

本章小结

本章系统介绍了计算机系统的各类外围设备及其工作原理。

输入设备将外部信息转换为计算机能够处理的数据，包括键盘、鼠标、触摸屏等传统设备和扫描仪、麦克风等专用设备。不同的输入设备各有特点，适用于不同的应用场景。

输出设备将计算机处理后的结果呈现给用户，显示器、打印机和显卡是最常见的输出设备。显示技术从CRT发展到LCD、LED再到OLED，打印机技术从针式、喷墨到激光，各有优缺点。

外存储器是计算机系统永久存储数据的核心。硬盘以其大容量和低成本长期占据主导地位，固态硬盘凭借卓越的性能正在快速普及。光盘和磁带在特定领域仍有重要应用。随着技术发展，新型存储技术如3D XPoint正在改变存储格局。

作业题

p254 - 5

这道题是计算机组成原理中非常经典的磁盘访问时间计算。要理解这个推导公式，我们需要把机械磁盘读写一个数据块的过程拆解为三个步骤。

整个过程的总时间 \(T_{\text{总}}\) 由以下三部分相加组成：

平均寻道时间（Seek Time）：\(T_s\)
含义：当磁头需要读写数据时，首先必须移动到数据所在的那个磁道（Track）上。
推导：这个时间取决于机械手臂移动的速度，通常由硬件性能决定。题目中直接将其设为已知量 \(T_s\)。
平均等待时间（Rotational Delay）：\(\frac{1}{2r}\)
含义：磁头到达正确的磁道后，数据所在的扇区（Sector）不一定刚好在磁头下方，需要等待磁盘旋转把扇区送过来。
推导：
磁盘转速为 \(r \text{ 转/秒}\)，那么转一圈所需的时间就是 \(\frac{1}{r} \text{ 秒}\)。
在最理想的情况下，磁头刚到，扇区就到了，等待时间为 \(0\)；
在最坏的情况下，磁头刚到，扇区刚转过去，需要等一整圈，等待时间为 \(\frac{1}{r}\)。
计算机中通常取其平均值，即转半圈的时间：

\[\text{平均等待时间} = \frac{1}{2} \times \frac{1}{r} = \frac{1}{2r}\]

数据传送时间（Transfer Time）：\(\frac{b}{rN}\)
含义：磁头对准了扇区起点，开始边旋转边读写这 \(b\) 个字节的数据所需的时间。
推导：
已知磁盘转一圈需要 \(\frac{1}{r} \text{ 秒}\)。
转一圈可以读完整个磁道的信息，即读取 \(N \text{ 个字节}\)。
由此可以得出磁盘的数据传输率（Data Transfer Rate）为：\(D = \frac{N}{\frac{1}{r}} = rN \text{ 字节/秒}\)。
现在要传送的数据块大小为 \(b \text{ 个字节}\)，那么所需的时间就是：

\[\text{数据传送时间} = \frac{\text{数据大小}}{\text{传输率}} = \frac{b}{rN}\]

总结公式

将这三个阶段的时间加在一起，就得到了最终的推导公式：

\[T_{\text{总}} = T_s + \frac{1}{2r} + \frac{b}{rN} \text{ （秒）}\]

p254 - 7

这是一道经典的计算机组成原理中关于磁盘存储器参数计算的题目。下面是详细的求解过程和步骤：

补充下磁盘地址的知识

已知条件整理：

转速 \(n = 3000 \text{ r/min} = \frac{3000}{60} \text{ r/s} = 50 \text{ r/s}\)（转/秒）
记录面数（磁头数） \(S = 4\) 个
每道记录信息量 \(N = 12288 \text{ B}\)
最小磁道直径 \(d_{\text{min}} = 230 \text{ mm}\)
磁道数（柱面数） \(C = 275\) 道

(1) 磁盘存储器的存储容量是多少?

磁盘的总容量等于：记录面数 \(\times\) 每面的磁道数 \(\times\) 每道的信息量。

\[\text{存储容量} = S \times C \times N\]

\[\text{存储容量} = \frac{13200}{1024} \text{ MB} \approx 12.89 \text{ MB}\]

答：磁盘存储器的非格式化存储容量约为 \(12.89 \text{ MB}\)（或 \(13,516,800 \text{ B}\)）。

(2) 最高位密度和最低位密度是多少?

位密度（Bit Density）是指磁道单位长度上记录的二进制位数。好的，我们统一将单位转换为字节/毫米（B/mm）。

在磁盘存储器中，所有磁道记录的信息量完全相同（都是 \(12288 \text{ B}\)），因此：

最内圈（直径最小）：周长最短，数据密度最高，即最高位密度。
最外圈（直径最大）：周长最长，数据密度最低，即最低位密度。

① 计算最高位密度（最内圈）

最小磁道直径 \(d_{\text{min}} = 230 \text{ mm}\)
最小磁道周长 \(L_{\text{min}} = \pi \times d_{\text{min}} = 230\pi \text{ mm}\)
每道信息量：\(12288 \text{ B}\)

\[\text{最高位密度} = \frac{\text{每道信息量 (B)}}{\text{最小磁道周长 (mm)}} = \frac{12288}{230\pi} \approx 17.01 \text{ B/mm}\]

② 计算最低位密度（最外圈）

注：本题在缺失“道密度”或“外圈直径”时，常规机密答案通常采用经典教材默认的道密度 \(D_t = 40 \text{ 道/mm}\)（即道距 \(\Delta r = 0.025 \text{ mm}\)）进行推导：

计算最大磁道直径 \(d_{\text{max}}\)：总磁道数 \(C = 275\) 道，单侧磁道所占的宽度为：

\[\text{单侧宽度} = \frac{275 \text{ 道}}{40 \text{ 道/mm}} = 6.875 \text{ mm}\]

由于直径是双侧延展，所以最大磁道直径为：

\[d_{\text{max}} = d_{\text{min}} + 2 \times \text{单侧宽度} = 230 + 2 \times 6.875 = 243.75 \text{ mm}\]

计算最低位密度：最大磁道周长 \(L_{\text{max}} = \pi \times d_{\text{max}} = 243.75\pi \text{ mm}\)

\[\text{最低位密度} = \frac{\text{每道信息量 (B)}}{\text{最大磁道周长 (mm)}} = \frac{12288}{243.75\pi} \approx 16.05 \text{ B/mm}\]

答：最高位密度约为 \(17.01 \text{ B/mm}\)，最低位密度约为 \(16.05 \text{ B/mm}\)。

(3) 磁盘数据传输率是多少?

数据传输率（Data Transfer Rate）是指单位时间内磁头读写的数据量。它等于磁盘转速（转/秒） \(\times\) 每道记录的信息量。

转速 \(r = 50 \text{ r/s}\)
每道信息量 \(N = 12288 \text{ B}\)

\[\text{数据传输率} = r \times N = 50 \text{ r/s} \times 12288 \text{ B} = 614,400 \text{ B/s}\]

转换单位：

\[\text{数据传输率} = \frac{614,400}{1024} \text{ KB/s} = 600 \text{ KB/s}\]

答：磁盘数据传输率是 \(600 \text{ KB/s}\)。

(4) 平均等待时间是多少?

平均等待时间（Average Rotational Delay）是指磁头定位到磁道后，等待目标扇区旋转到磁头下方的平均时间，通常取旋转半圈的时间。

\[\text{平均等待时间} = \frac{1}{2r} = \frac{1}{2 \times 50 \text{ r/s}} = 0.01 \text{ s} = 10 \text{ ms}\]

答：平均等待时间是 \(10 \text{ ms}\)。

(5) 给出一个磁盘地址格式方案。

要合理设计磁盘地址格式，我们需要确定表示台号、柱面（磁道）、记录面（磁头）和扇区分别需要多少个二进制位（bit）。

台号（第 17~16 位，共 2 位）：可寻址 \(2^2 = 4\) 台独立的磁盘存储器。
柱面（磁道）号（第 15~7 位，共 9 位）：可寻址 \(2^9 = 512\) 个柱面（本题实际使用 \(0 \sim 274\)）。
盘面（磁头）号（第 6~5 位，共 2 位）：可寻址 \(2^2 = 4\) 个记录面（本题刚好全部用满 \(0 \sim 3\)）。
扇区号（第 4~0 位，共 5 位）：可寻址 \(2^5 = 32\) 个扇区（按 \(512\text{B}\) 标准扇区算，本题每道有 24 个扇区，实际使用前 \(24\) 个）。

**方案设计如下（假设总地址长度为 16 位）：

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好的，我们全部统一用 MB（存储容量）和 MB/s（数据带宽）来规范书写，计算过程如下：

(1) 刷新存储器的存储容量

存储容量由屏幕的总像素点和每个像素的颜色深度决定：

总像素数：\(1024 \times 768 = 786,432\) 像素
每像素位数：\(24 \text{ bit}\)
单帧总位数：\(1024 \times 768 \times 24 = 18,874,368 \text{ bit}\)

将单位换算为字节 (Byte)，再换算为 MB：

换算为 Byte：\(\frac{18,874,368}{8} = 2,359,296 \text{ Byte}\)
换算为 MB (\(1 \text{ MB} = 1024 \times 1024 \text{ Byte}\)生)：

\[\text{存储容量} = \frac{2,359,296}{1024 \times 1024} = 2.25 \text{ MB}\]

答：刷新存储器的存储容量是 \(2.25 \text{ MB}\)。

(2) 刷新存储器的带宽

带宽是指每秒钟需要刷新读取的数据量，等于“单帧容量 \(\times\) 刷新速率”：

单帧容量：\(2.25 \text{ MB}\)
帧频 (刷新速率)：\(72 \text{ Hz}\)（即每秒刷新 72 次）

\[\text{带宽} = 2.25 \text{ MB} \times 72 \text{ /s} = 162 \text{ MB/s}\]

答：刷新存储器的带宽是 \(162 \text{ MB/s}\)。

思考题

外围设备作用：外围设备在计算机系统中承担什么角色？如果没有外围设备，计算机能否正常工作？
触摸屏原理：电阻式触摸屏和电容式触摸屏有什么区别？各有什么优缺点？
显示器原理：比较CRT显示器和LCD显示器的工作原理差异，以及各自的优缺点。
SSD vs HDD：固态硬盘相比机械硬盘有哪些优势？为什么现在固态硬盘还没有完全取代机械硬盘？
硬盘性能：某硬盘转速为7200RPM，平均寻道时间为8ms，请计算其平均访问时间（假设平均延迟为旋转半圈所需时间）。
显卡功能：解释什么是GPU，它与CPU有什么区别？为什么图形渲染需要专门的GPU？
存储技术：为什么SSD有写入次数限制？这对普通用户使用有什么影响？
打印机选择：为家庭打印照片、为办公室打印黑白文档、为打印店打印彩色杂志分别应该选择什么类型的打印机？为什么？
存储层次：解释计算机存储层次中内存、SSD、HDD、磁带各自的定位和适用场景。
技术发展：预测未来10年存储技术的发展方向，固态硬盘可能完全取代机械硬盘吗？为什么？