【正文】 取速率比磁盤(pán)略低，基本速率（單倍速）、只寫(xiě)一次型和可擦寫(xiě)型。固定性和只寫(xiě)一次型讀寫(xiě)原理相同，都是采用存儲(chǔ)介質(zhì)狀態(tài)不可逆的性質(zhì)，區(qū)別是前者由廠家寫(xiě)入，后者可以由用戶(hù)寫(xiě)入?？刹翆?xiě)型主要是采用狀態(tài)可逆的存儲(chǔ)介質(zhì)，分為磁光型和相變型兩種。磁光型光盤(pán)比相變型訪問(wèn)信息處理技術(shù)員://速度慢，但可擦洗次數(shù)可達(dá)100萬(wàn)次以上，相變光盤(pán)只有1000次左右。數(shù)字光盤(pán)誕生以來(lái)，出現(xiàn)了多種廠商標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要的規(guī)范及格式，包括CDDA、CDROM、CDI、CDR、VCD、DVD、藍(lán)光光盤(pán)和HDDVD等。 高速緩沖存儲(chǔ)器CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，無(wú)論是取指令還是取數(shù)據(jù)，所訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元都趨于聚集在一個(gè)較小的連續(xù)區(qū)域中。這種對(duì)局部范圍的存儲(chǔ)器地址頻繁訪問(wèn)，而對(duì)此范圍之外的地址單元?jiǎng)t訪問(wèn)甚少的現(xiàn)象就稱(chēng)為程序訪問(wèn)的局部性原理。這種局部性既表現(xiàn)在時(shí)間上，也表現(xiàn)在空間上。時(shí)間局部性是指如果一個(gè)信息項(xiàng)正在被訪問(wèn)，那么在近期它很可能還會(huì)被再次訪問(wèn)?？臻g局部性是指在最近的將來(lái)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(wèn)的局部性原理，可以在主存和CPU之間設(shè)置一個(gè)高速的、容量相對(duì)較小的存儲(chǔ)器，如果當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)存放在這個(gè)存儲(chǔ)器中，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，不必從主存中取指令和數(shù)據(jù)，只需訪問(wèn)這個(gè)高速存儲(chǔ)器，以提高程序運(yùn)行速度?！盋ache主存“存儲(chǔ)體系，整個(gè)存儲(chǔ)器的容量及單位成本能夠與主存相當(dāng)，而存取速度可以與Cache的讀寫(xiě)速度相當(dāng)，這就很好地解決了存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本三個(gè)方面性能之間的矛盾。圖18 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 信息處理技術(shù)員://管理”主存Cache“存儲(chǔ)體系的部件稱(chēng)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(guò)Cache控制器進(jìn)行。當(dāng)CPU發(fā)出讀請(qǐng)求時(shí)，Cache 控制器將來(lái)自CPU的數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)請(qǐng)求轉(zhuǎn)向Cache存儲(chǔ)器，將主存地址的m位于Cache塊中的標(biāo)記在地址變換機(jī)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(dāng)比較結(jié)果相等時(shí)，說(shuō)明需要的數(shù)據(jù)已在Cache中，稱(chēng)為”命中“,那么直接訪問(wèn)Cache就行了。當(dāng)比較結(jié)果不相等時(shí)，說(shuō)明需要的數(shù)據(jù)尚未調(diào)入Cache,稱(chēng)為”未命中“.則CPU需要對(duì)主存操作，那么就要把該數(shù)據(jù)所在的整個(gè)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(gè)子集，為了把主存塊放到Cache中，必須采用地址映射機(jī)制把主存地址定位到Cache中，這一過(guò)程稱(chēng)為地址映射，全由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣當(dāng)CPU訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，它所給出的一個(gè)字的內(nèi)存地址就會(huì)自動(dòng)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(gè)塊只能被放置到Cache中惟一的一個(gè)指定位置，若這個(gè)位置已有內(nèi)容，則產(chǎn)生塊沖突，原來(lái)的塊將無(wú)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(gè)塊映射到Cache存儲(chǔ)器的任何一個(gè)字塊位置上，也允許從已被占滿(mǎn)的Cache存儲(chǔ)器中替換出任何一個(gè)舊塊，當(dāng)訪問(wèn)一個(gè)塊中的數(shù)據(jù)時(shí)，塊地址要與Cache塊表中的所有地址標(biāo)記進(jìn)行比較以確定是否命中，調(diào)入數(shù)據(jù)塊時(shí)，替換策略也比較復(fù)雜。這種方式優(yōu)點(diǎn)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(gè)理想方案，實(shí)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(duì)應(yīng)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(shí)際是全相聯(lián)映射和直接映射的折衷方案，也可以說(shuō)是上述兩種方式的一般形式，所以其優(yōu)缺點(diǎn)介于它們的優(yōu)缺點(diǎn)之間。每一次訪問(wèn)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(dāng)?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(gè)，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(jìn)先出（FIFO）策略。把一組中最先調(diào)入Cache中的字塊替換出去，實(shí)現(xiàn)容易，開(kāi)銷(xiāo)小，缺點(diǎn)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(duì)Cache的寫(xiě)入更改了Cache內(nèi)容，有多種寫(xiě)操作方式可以保證與主存內(nèi)容一致，統(tǒng)稱(chēng)為Cache的更新策略，主要有如下方式。（1）寫(xiě)直達(dá)法。CPU執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)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(wèn)主存的次數(shù)，降低了存取速度。（2）寫(xiě)回法。CPU執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，只把數(shù)據(jù)寫(xiě)入Cache而不寫(xiě)入主存，一直到此塊被換出時(shí)才把內(nèi)容寫(xiě)入主存，實(shí)現(xiàn)時(shí)需要借助標(biāo)志位信息。這種方式減少了主存訪問(wèn)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(xiě)一次法?；趯?xiě)回法又結(jié)合了寫(xiě)直達(dá)法，寫(xiě)命中和未命中時(shí)處理與寫(xiě)回法基本相同，只是第一次寫(xiě)命中時(shí)還需要同時(shí)寫(xiě)入主存， 常用I/O接口與設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，”接口“是指中央處理器（CPU）、內(nèi)存和外部設(shè)備，兩種外部設(shè)備間或兩種機(jī)器之間通過(guò)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(shí)現(xiàn)彼此之間的信息傳送。外部設(shè)備有自己的設(shè)備控制器，它一方面通過(guò)接口接收CPU傳送的信息，并把這些信息傳送到設(shè)備。另一方面從設(shè)備讀出信息傳送給接口，所以每種設(shè)備都有適應(yīng)它自己工作特點(diǎn)的設(shè)備控制器。為了使所有的外部設(shè)備能夠兼容，并能在一起工作，通常在總線和每個(gè)外部設(shè)備的設(shè)備控制器之間使用一個(gè)適配器（接口）電路，從而保證外部設(shè)備用計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)應(yīng)不同的輸入輸出控制方式，由不同的標(biāo)準(zhǔn)接口。 I/O接口管理CPU與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)往往存在速度、時(shí)序、信息格式和信息類(lèi)型的不匹配，接口的作用是彌補(bǔ)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(lèi)型的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換過(guò)程才能被對(duì)方識(shí)別和接收。（2）數(shù)據(jù)緩沖與時(shí)序配合。在接口電路中，一般設(shè)置幾個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，從而使接口具備一定的緩沖存儲(chǔ)能力，以補(bǔ)償各種設(shè)備在速度上與CPU的差異。信息處理技術(shù)員://（3）提供外部設(shè)備和接口的狀態(tài)。在接口線路中設(shè)置設(shè)備和接口狀態(tài)寄存器，CPU可以通過(guò)讀取其內(nèi)容了解外部設(shè)備和接口線路的工作狀態(tài)，調(diào)整對(duì)外部設(shè)備及數(shù)據(jù)接口的指令。狀態(tài)信息包括”準(zhǔn)備就緒“、”忙“及”錯(cuò)誤“等，供CPU詢(xún)問(wèn)外部設(shè)備進(jìn)行分析。（4）實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備之間的通信聯(lián)絡(luò)控制。包括設(shè)備選擇、操作時(shí)序的控制與協(xié)調(diào)、中斷的請(qǐng)求與批準(zhǔn)、主機(jī)命令與I/O設(shè)備狀態(tài)的交換與傳遞。因此每個(gè)接口電路都有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備選擇電路和中斷控制線路。（5）電平匹配和負(fù)載匹配?？偩€信號(hào)電平通常是與TTL兼容的，而外設(shè)的I/O信號(hào)有TTL電平和其它規(guī)格電平。當(dāng)電平不同時(shí)，需經(jīng)過(guò)接口電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在信號(hào)電平相同的情況下，若總線負(fù)載能力不足，需經(jīng)過(guò)接口電路增強(qiáng)總線的驅(qū)動(dòng)能力達(dá)到負(fù)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(qǐng)中斷，向處理器發(fā)出中斷類(lèi)型號(hào)，中斷優(yōu)先權(quán)的管理等。不同外設(shè)對(duì)應(yīng)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(lái)暫時(shí)存放輸入設(shè)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(shè)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(guò)來(lái)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?xiě)寄存器，其內(nèi)容只能由處理器寫(xiě)入，而不能讀出。（3）狀態(tài)寄存器。用于保存外設(shè)或接口本身的當(dāng)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(shí)與控制邏輯。用來(lái)產(chǎn)生內(nèi)部工作所需的定時(shí)信號(hào)，并根據(jù)CPU的命令產(chǎn)生控制外設(shè)實(shí)現(xiàn)具體操作的控制信號(hào)。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(shè)之間，它既要面對(duì)CPU又要面對(duì)外設(shè)。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(jī)的邏輯是標(biāo)準(zhǔn)的邏輯，不同的接口差異不是很大。另一部分與外設(shè)相連接，這部分是非標(biāo)準(zhǔn)的，隨所連接的外設(shè)不同而差異較大。此外，為了支持接口邏輯，系統(tǒng)要設(shè)置總線收發(fā)器增加總線驅(qū)動(dòng)能力。接口芯片工作時(shí)需要先選中芯片，所以系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置地址譯碼電路，將系統(tǒng)提供的地址翻譯成對(duì)接口的片選信號(hào)。接口的類(lèi)型取決于I/O設(shè)備的類(lèi)型、I/O設(shè)備對(duì)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(lèi)。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(shè)備或被控對(duì)象進(jìn)行信息交換。一般當(dāng)I/O設(shè)備本身是按照并行方式工作，并且主機(jī)與外部設(shè)備之間距離較近時(shí)，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(shè)備之間按照每次傳送一位的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，該接口必須設(shè)置具有移位功能的數(shù)據(jù)緩沖器，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的并串轉(zhuǎn)換。一般的低速I(mǎi)/O設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程終端設(shè)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(lèi)。①同步接口。CPU與接口之間，接口與外設(shè)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(jiǎn)單，但其操作時(shí)間必須與CPU時(shí)鐘同步。②異步接口。CPU與I/O設(shè)備之間采用應(yīng)答形式交換信息。連接在總線上的任何兩個(gè)設(shè)備均可交換信息，其中，負(fù)責(zé)控制和支配總線控制權(quán)的設(shè)備叫主設(shè)備，和主設(shè)備交換信息的設(shè)備叫從設(shè)備。在信息交換時(shí)，主設(shè)備發(fā)出交換信息的”請(qǐng)求“信號(hào)，從設(shè)備完成操作后向主設(shè)備發(fā)出”應(yīng)答“信號(hào)。通過(guò)這種一問(wèn)一答的方式逐步完成信息的交換，其中從”請(qǐng)求“到”回答“之間的時(shí)間由完成操作所需的實(shí)際時(shí)間來(lái)決定，與CPU的時(shí)鐘節(jié)拍無(wú)關(guān)。（3）按信息傳送的控制方式分類(lèi)?？梢苑譃槌绦蚩刂艻/O接口、程序中斷I/O接口和直接存儲(chǔ)器存?。―MA）接口。 輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于從外界將數(shù)據(jù)、程序輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，供計(jì)算機(jī)處理。主要包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、筆輸入設(shè)備、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、聲音輸入設(shè)備及視頻輸入設(shè)備等。（1）鍵盤(pán)。通過(guò)鍵盤(pán)可以將字母、數(shù)字等信息輸入到計(jì)算機(jī)中，控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行相關(guān)的操作。PC機(jī)鍵盤(pán)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(diǎn)式（機(jī)械式）和無(wú)觸點(diǎn)式（電容式）兩大類(lèi)，早期鍵盤(pán)都屬于機(jī)械式，手感差、手指易疲勞、鍵盤(pán)磨損快、故障率高，現(xiàn)已不多見(jiàn)。目前常用鍵盤(pán)都屬于電容式，手感好、擊鍵聲音小、無(wú)接觸、壽命較長(zhǎng)。信息處理技術(shù)員://（2）鼠標(biāo)。一種指示設(shè)備，能方便地控制屏幕上的鼠標(biāo)箭頭準(zhǔn)確地定位在指定的位置處，并通過(guò)按鈕完成各種操作。鼠標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)是分辨率，用dpi（dot per inch）表示，它指鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸時(shí)光標(biāo)在屏幕上所通過(guò)的像素?cái)?shù)目，分辨率越高，性能就越好。常用鼠標(biāo)器按照結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械式鼠標(biāo)、光電式鼠標(biāo)和光機(jī)式鼠標(biāo)三類(lèi)，它們的價(jià)格逐漸提升，但性能、精度逐漸提高。（3）筆輸入設(shè)備。俗稱(chēng)”手寫(xiě)筆“,一般由兩部分組成，一部分是與主機(jī)相連接的基板，上面有連接線，接在主機(jī)的串行口（或PS/2口、USB口）。另一部分是在基板上寫(xiě)字的”筆“.用戶(hù)用筆在基板上寫(xiě)字、畫(huà)畫(huà)，可以完成信息的輸入工作，用筆在基板上控制鼠標(biāo)箭頭，則可以完成相關(guān)的命令操作。手寫(xiě)筆可以分為電阻式手寫(xiě)筆、電磁感應(yīng)式手寫(xiě)筆和電容觸控式手寫(xiě)筆三大類(lèi)。電阻式分辨率低、穩(wěn)定性差。電磁感應(yīng)式真實(shí)感強(qiáng)，但容易受周?chē)娖髟O(shè)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(shū)稿）輸入計(jì)算機(jī)的設(shè)備。掃描儀種類(lèi)繁多，按照不同的準(zhǔn)則，可分為不同的類(lèi)型。按掃描儀處理對(duì)象分，有反射式和投射式兩種。按掃描儀結(jié)構(gòu)來(lái)分，有手持式、平板式、膠片專(zhuān)用和滾筒式等。掃描儀的性能指標(biāo)，包括分辨率、色彩位數(shù)、感光器件、掃描幅面和與主機(jī)的接口等。（5）數(shù)碼相機(jī)。又稱(chēng)數(shù)字相機(jī)，是一種介于傳統(tǒng)相機(jī)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(jìn)行數(shù)字化。數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)相機(jī)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(jī)的核心，常用的成像芯片有CCD和CMOS兩種。數(shù)碼相機(jī)的存儲(chǔ)器都是用閃存做成，稱(chēng)為閃存卡或存儲(chǔ)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(shè)備。包括前端設(shè)備和后端設(shè)備兩部分，前端設(shè)備包括麥克風(fēng)和MIDI輸入設(shè)備等，用于采集聲音信號(hào)，后端設(shè)備包括聲音卡等，它對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制的數(shù)字形式。（7）視頻輸入設(shè)備。包括前端設(shè)備和后端設(shè)備兩部分，前端設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像頭（機(jī)），用于采集視頻信號(hào)，后端設(shè)備包括視頻卡等，它對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制的數(shù)字形式。 輸出設(shè)備輸出設(shè)備用以將計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果信息，轉(zhuǎn)換成外界能夠識(shí)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(jī)、繪圖儀、聲音輸出設(shè)備、和視頻輸出設(shè)備等。（1）顯示器。其功能是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，最終將文字與圖形顯示出來(lái)。PC機(jī)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(gè)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(diǎn)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(jī)。它能把主機(jī)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(jī)包括針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)三種，其價(jià)格逐漸增加，但打印質(zhì)量也逐漸增強(qiáng)。打印機(jī)的性能指標(biāo)主要包括打印精度（分辨率）、打印速度、色彩速度