【正文】 取速率比磁盤略低，基本速率（單倍速）、只寫一次型和可擦寫型。固定性和只寫一次型讀寫原理相同，都是采用存儲介質(zhì)狀態(tài)不可逆的性質(zhì)，區(qū)別是前者由廠家寫入，后者可以由用戶寫入?？刹翆懶椭饕遣捎脿顟B(tài)可逆的存儲介質(zhì)，分為磁光型和相變型兩種。磁光型光盤比相變型訪問信息處理技術(shù)員://速度慢，但可擦洗次數(shù)可達100萬次以上，相變光盤只有1000次左右。數(shù)字光盤誕生以來，出現(xiàn)了多種廠商標準和國際標準，主要的規(guī)范及格式，包括CDDA、CDROM、CDI、CDR、VCD、DVD、藍光光盤和HDDVD等。 高速緩沖存儲器CPU訪問存儲器時，無論是取指令還是取數(shù)據(jù)，所訪問的存儲單元都趨于聚集在一個較小的連續(xù)區(qū)域中。這種對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍之外的地址單元則訪問甚少的現(xiàn)象就稱為程序訪問的局部性原理。這種局部性既表現(xiàn)在時間上，也表現(xiàn)在空間上。時間局部性是指如果一個信息項正在被訪問，那么在近期它很可能還會被再次訪問?？臻g局部性是指在最近的將來將用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在空間地址上是臨近的。根據(jù)程序訪問的局部性原理，可以在主存和CPU之間設置一個高速的、容量相對較小的存儲器，如果當前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)存放在這個存儲器中，當程序運行時，不必從主存中取指令和數(shù)據(jù)，只需訪問這個高速存儲器，以提高程序運行速度?！盋ache主存“存儲體系，整個存儲器的容量及單位成本能夠與主存相當，而存取速度可以與Cache的讀寫速度相當，這就很好地解決了存儲器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本三個方面性能之間的矛盾。圖18 Cache存儲系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 信息處理技術(shù)員://管理”主存Cache“存儲體系的部件稱為Cache控制器，如圖18所示。CPU與主存之間的數(shù)據(jù)傳輸必須通過Cache控制器進行。當CPU發(fā)出讀請求時，Cache 控制器將來自CPU的數(shù)據(jù)讀/寫請求轉(zhuǎn)向Cache存儲器，將主存地址的m位于Cache塊中的標記在地址變換機構(gòu)中相比較，根據(jù)其比較結(jié)果是否相等而分成兩種情況。當比較結(jié)果相等時，說明需要的數(shù)據(jù)已在Cache中，稱為”命中“,那么直接訪問Cache就行了。當比較結(jié)果不相等時，說明需要的數(shù)據(jù)尚未調(diào)入Cache,稱為”未命中“.則CPU需要對主存操作，那么就要把該數(shù)據(jù)所在的整個字塊從主存一次調(diào)入Cache中。Cache容量很小，它所保存的僅是主存內(nèi)容的一個子集，為了把主存塊放到Cache中，必須采用地址映射機制把主存地址定位到Cache中，這一過程稱為地址映射，全由硬件來實現(xiàn)。這樣當CPU訪問內(nèi)存時，它所給出的一個字的內(nèi)存地址就會自動轉(zhuǎn)換成Cache的地址。常用下述地址映射方式。（1）直接映射方式。主存中的每一個塊只能被放置到Cache中惟一的一個指定位置，若這個位置已有內(nèi)容，則產(chǎn)生塊沖突，原來的塊將無條件地被替換出去。這種方式塊沖突概率最高，空間利用率最低。（2）全相聯(lián)映射方式。允許主存中任意一個塊映射到Cache存儲器的任何一個字塊位置上，也允許從已被占滿的Cache存儲器中替換出任何一個舊塊，當訪問一個塊中的數(shù)據(jù)時，塊地址要與Cache塊表中的所有地址標記進行比較以確定是否命中，調(diào)入數(shù)據(jù)塊時，替換策略也比較復雜。這種方式優(yōu)點是靈活，Cache的塊沖突概率小，空間利用率高，但是地址變換速度慢，而且成本高，僅是一個理想方案，實際上很少使用。（3）組相聯(lián)映射方式。將主存空間按Cache大小等分成區(qū)后，再將Cache空間和主存信息處理技術(shù)員://空間中的每一區(qū)都等分成大小相同的組。讓主存各區(qū)某組中的任何一塊，均可直接映射到Cache中對應組的任何一塊位置上，即組間采取直接映射，而組內(nèi)采取全相聯(lián)映射。這種方式實際是全相聯(lián)映射和直接映射的折衷方案，也可以說是上述兩種方式的一般形式，所以其優(yōu)缺點介于它們的優(yōu)缺點之間。每一次訪問Cache都有”命中“或”不命中“兩種可能性，如果”不命中“的話，必須采用適當?shù)奶鎿Q策略，用新塊替換Cache中的舊塊。在直接映射方式中，可以被置換的舊塊只有一個，只有唯一的選擇。全相聯(lián)映射和組相聯(lián)映射則存在多中選一的情況，常用下述替換策略。①先進先出（FIFO）策略。把一組中最先調(diào)入Cache中的字塊替換出去，實現(xiàn)容易，開銷小，缺點是此策略效果不佳。②使用次數(shù)最少（LFU）策略。將迄今為止使用次數(shù)最少的字塊作為被替換的舊塊，需要較多硬件資源，效果比FIFO略好。③近期最少使用（LRU）策略。把一組中近期最少使用的字塊替換出去，需要較多的硬件資源，記錄的信息量也比較多，平均命中率比FIFO和LFU要高。CPU對Cache的寫入更改了Cache內(nèi)容，有多種寫操作方式可以保證與主存內(nèi)容一致，統(tǒng)稱為Cache的更新策略，主要有如下方式。（1）寫直達法。CPU執(zhí)行寫操作時，必須把數(shù)據(jù)同時寫入主存和緩存，這種方式保證主存與緩存數(shù)據(jù)一致性，但增加了訪問主存的次數(shù)，降低了存取速度。（2）寫回法。CPU執(zhí)行寫操作時，只把數(shù)據(jù)寫入Cache而不寫入主存，一直到此塊被換出時才把內(nèi)容寫入主存，實現(xiàn)時需要借助標志位信息。這種方式減少了主存訪問次數(shù)，還可以保證數(shù)據(jù)一致性，使用范圍比較廣。信息處理技術(shù)員://（3）寫一次法?；趯懟胤ㄓ纸Y(jié)合了寫直達法，寫命中和未命中時處理與寫回法基本相同，只是第一次寫命中時還需要同時寫入主存， 常用I/O接口與設備在計算機系統(tǒng)中，”接口“是指中央處理器（CPU）、內(nèi)存和外部設備，兩種外部設備間或兩種機器之間通過總線連接的邏輯部件。接口部件在它所連接的兩部件之間起著”轉(zhuǎn)換器“的作用，以便實現(xiàn)彼此之間的信息傳送。外部設備有自己的設備控制器，它一方面通過接口接收CPU傳送的信息，并把這些信息傳送到設備。另一方面從設備讀出信息傳送給接口，所以每種設備都有適應它自己工作特點的設備控制器。為了使所有的外部設備能夠兼容，并能在一起工作，通常在總線和每個外部設備的設備控制器之間使用一個適配器（接口）電路，從而保證外部設備用計算機系統(tǒng)特性所要求的形式發(fā)送和接收信息。接口邏輯通常做成標準化，對應不同的輸入輸出控制方式，由不同的標準接口。 I/O接口管理CPU與I/O設備進行數(shù)據(jù)交換時往往存在速度、時序、信息格式和信息類型的不匹配，接口的作用是彌補這些不匹配，所以必須具備下述功能。（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。不同類型的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換過程才能被對方識別和接收。（2）數(shù)據(jù)緩沖與時序配合。在接口電路中，一般設置幾個數(shù)據(jù)緩沖寄存器，從而使接口具備一定的緩沖存儲能力，以補償各種設備在速度上與CPU的差異。信息處理技術(shù)員://（3）提供外部設備和接口的狀態(tài)。在接口線路中設置設備和接口狀態(tài)寄存器，CPU可以通過讀取其內(nèi)容了解外部設備和接口線路的工作狀態(tài)，調(diào)整對外部設備及數(shù)據(jù)接口的指令。狀態(tài)信息包括”準備就緒“、”忙“及”錯誤“等，供CPU詢問外部設備進行分析。（4）實現(xiàn)主機與外部設備之間的通信聯(lián)絡控制。包括設備選擇、操作時序的控制與協(xié)調(diào)、中斷的請求與批準、主機命令與I/O設備狀態(tài)的交換與傳遞。因此每個接口電路都有一個專門的設備選擇電路和中斷控制線路。（5）電平匹配和負載匹配。總線信號電平通常是與TTL兼容的，而外設的I/O信號有TTL電平和其它規(guī)格電平。當電平不同時，需經(jīng)過接口電路進行電平轉(zhuǎn)換。在信號電平相同的情況下，若總線負載能力不足，需經(jīng)過接口電路增強總線的驅(qū)動能力達到負載匹配，系統(tǒng)才能正常工作。（6）程序中斷。主要包括向處理器申請中斷，向處理器發(fā)出中斷類型號，中斷優(yōu)先權(quán)的管理等。不同外設對應的接口是不同的，但不論哪種接口，都必須具有以下基本部件。（1）數(shù)據(jù)緩沖寄存器。用來暫時存放輸入設備輸入的數(shù)據(jù)或CPU輸出的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)輸入緩沖寄存器和數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器兩種。利用這種寄存器，可以在高速工作的CPU和慢速工作的外設之間起協(xié)調(diào)、緩沖和控制作用。（2）控制寄存器。用于存放處理器發(fā)過來的控制命令和其它信息，以確定接口電路的工作方式和功能?？刂萍拇嫫魇菍懠拇嫫鳎鋬?nèi)容只能由處理器寫入，而不能讀出。（3）狀態(tài)寄存器。用于保存外設或接口本身的當前工作狀態(tài)信息，每一種狀態(tài)通常在狀態(tài)寄存器中占一位，該寄存器的內(nèi)容一般只能被CPU讀出。信息處理技術(shù)員://（4）內(nèi)部定時與控制邏輯。用來產(chǎn)生內(nèi)部工作所需的定時信號，并根據(jù)CPU的命令產(chǎn)生控制外設實現(xiàn)具體操作的控制信號。圖19 I/O接口的基本組成圖19是接口電路的基本結(jié)構(gòu)框圖。由于接口電路介于CPU和外設之間，它既要面對CPU又要面對外設。因此，在邏輯結(jié)構(gòu)上分為兩部分，一部分與CPU相連接，這部分面向主機的邏輯是標準的邏輯，不同的接口差異不是很大。另一部分與外設相連接，這部分是非標準的，隨所連接的外設不同而差異較大。此外，為了支持接口邏輯，系統(tǒng)要設置總線收發(fā)器增加總線驅(qū)動能力。接口芯片工作時需要先選中芯片，所以系統(tǒng)還應設置地址譯碼電路，將系統(tǒng)提供的地址翻譯成對接口的片選信號。接口的類型取決于I/O設備的類型、I/O設備對接口的要求和CPU與I/O接口之間信息交換的方式等因素。（1）按照數(shù)據(jù)傳輸寬度分類。①并行接口。各位數(shù)據(jù)都是并行傳送，它以字節(jié)（字）為單位與I/O設備或被控對象進行信息交換。一般當I/O設備本身是按照并行方式工作，并且主機與外部設備之間距離較近時，選用并行接口。信息處理技術(shù)員://②串行接口。在接口與I/O設備之間按照每次傳送一位的方式進行數(shù)據(jù)傳遞，該接口必須設置具有移位功能的數(shù)據(jù)緩沖器，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的并串轉(zhuǎn)換。一般的低速I/O設備、計算機網(wǎng)絡的遠程終端設備以及通信系統(tǒng)的終端采用串行接口。（2）按操作的節(jié)拍分類。①同步接口。CPU與接口之間，接口與外設之間的數(shù)據(jù)交換都由CPU控制節(jié)拍的協(xié)調(diào)，與CPU的節(jié)拍同步。這種接口控制簡單，但其操作時間必須與CPU時鐘同步。②異步接口。CPU與I/O設備之間采用應答形式交換信息。連接在總線上的任何兩個設備均可交換信息，其中，負責控制和支配總線控制權(quán)的設備叫主設備，和主設備交換信息的設備叫從設備。在信息交換時，主設備發(fā)出交換信息的”請求“信號，從設備完成操作后向主設備發(fā)出”應答“信號。通過這種一問一答的方式逐步完成信息的交換，其中從”請求“到”回答“之間的時間由完成操作所需的實際時間來決定，與CPU的時鐘節(jié)拍無關。（3）按信息傳送的控制方式分類?？梢苑譃槌绦蚩刂艻/O接口、程序中斷I/O接口和直接存儲器存取（DMA）接口。 輸入設備輸入設備用于從外界將數(shù)據(jù)、程序輸入到計算機內(nèi)存，供計算機處理。主要包括鍵盤、鼠標、筆輸入設備、掃描儀、數(shù)碼相機、聲音輸入設備及視頻輸入設備等。（1）鍵盤。通過鍵盤可以將字母、數(shù)字等信息輸入到計算機中，控制計算機執(zhí)行相關的操作。PC機鍵盤可以分為外殼、按鍵和電路板三部分。按鍵的結(jié)構(gòu)可分為觸點式（機械式）和無觸點式（電容式）兩大類，早期鍵盤都屬于機械式，手感差、手指易疲勞、鍵盤磨損快、故障率高，現(xiàn)已不多見。目前常用鍵盤都屬于電容式，手感好、擊鍵聲音小、無接觸、壽命較長。信息處理技術(shù)員://（2）鼠標。一種指示設備，能方便地控制屏幕上的鼠標箭頭準確地定位在指定的位置處，并通過按鈕完成各種操作。鼠標的主要技術(shù)指標是分辨率，用dpi（dot per inch）表示，它指鼠標每移動一英寸時光標在屏幕上所通過的像素數(shù)目，分辨率越高，性能就越好。常用鼠標器按照結(jié)構(gòu)可分為機械式鼠標、光電式鼠標和光機式鼠標三類，它們的價格逐漸提升，但性能、精度逐漸提高。（3）筆輸入設備。俗稱”手寫筆“,一般由兩部分組成，一部分是與主機相連接的基板，上面有連接線，接在主機的串行口（或PS/2口、USB口）。另一部分是在基板上寫字的”筆“.用戶用筆在基板上寫字、畫畫，可以完成信息的輸入工作，用筆在基板上控制鼠標箭頭，則可以完成相關的命令操作。手寫筆可以分為電阻式手寫筆、電磁感應式手寫筆和電容觸控式手寫筆三大類。電阻式分辨率低、穩(wěn)定性差。電磁感應式真實感強，但容易受周圍電器設備干擾。電容觸控式使用手指和筆都能操作，使用方便，性能穩(wěn)定。（4）掃描儀。一種將原稿（圖片、照片、底片及書稿）輸入計算機的設備。掃描儀種類繁多，按照不同的準則，可分為不同的類型。按掃描儀處理對象分，有反射式和投射式兩種。按掃描儀結(jié)構(gòu)來分，有手持式、平板式、膠片專用和滾筒式等。掃描儀的性能指標，包括分辨率、色彩位數(shù)、感光器件、掃描幅面和與主機的接口等。（5）數(shù)碼相機。又稱數(shù)字相機，是一種介于傳統(tǒng)相機和掃描儀之間的產(chǎn)品，它不需要膠卷和暗房，就能直接將二維/三維景物進行數(shù)字化。數(shù)碼相機的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)相機有很多相似之處，不同之處在于它不使用光敏鹵化銀膠片成像，而是直接在成像芯片上成像。成像芯片是數(shù)碼相機的核心，常用的成像芯片有CCD和CMOS兩種。數(shù)碼相機的存儲器都是用閃存做成，稱為閃存卡或存儲卡，包括SM卡、CF卡、MMC卡、SD卡和XD卡等，它們一般不能互相通用。信息處理技術(shù)員://（6）聲音輸入設備。包括前端設備和后端設備兩部分，前端設備包括麥克風和MIDI輸入設備等，用于采集聲音信號，后端設備包括聲音卡等，它對聲音信號進行采樣和量化，轉(zhuǎn)換成為二進制的數(shù)字形式。（7）視頻輸入設備。包括前端設備和后端設備兩部分，前端設備包括數(shù)字攝像頭（機），用于采集視頻信號，后端設備包括視頻卡等，它對視頻信號進行采樣和量化，轉(zhuǎn)換成為二進制的數(shù)字形式。 輸出設備輸出設備用以將計算機處理后的結(jié)果信息，轉(zhuǎn)換成外界能夠識別和使用的數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音及電壓等信息形式。主要包括顯示器、打印機、繪圖儀、聲音輸出設備、和視頻輸出設備等。（1）顯示器。其功能是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為光信號，最終將文字與圖形顯示出來。PC機顯示器由監(jiān)視器和顯示控制卡兩部分組成。顯示器的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。球面CRT顯示器、純平CRT顯示器和液晶顯示器。顯示器的主要性能參數(shù)，包括像素與點距、顯示屏的尺寸、顯示器的分辨率、掃描方式和刷新頻率、視頻帶寬、像素的顏色范圍、輻射和環(huán)保、調(diào)節(jié)與控制等。（2）打印機。它能把主機輸出的程序、數(shù)據(jù)、字符及圖形打印在紙上。常用的打印機包括針式打印機、噴墨打印機和激光打印機三種，其價格逐漸增加，但打印質(zhì)量也逐漸增強。打印機的性能指標主要包括打印精度（分辨率）、打印速度、色彩速度