计算机基础学习记录2-2

内存储器

存储器的层次结构

典型存取时间	用途	存储容量
1ns	寄存器	KB
2ns	cache存储器	MB
10ns	主存储器（RAM和ROM）	GB
10ms	辅助存储器（闪存、硬盘、U盘）	100GB~几个T
10s	后备存储器（磁带库、光盘库）	10~100TB

内存储器：寄存器、cache存储器、主存储器
辅助存储器：闪存、硬盘、U盘、磁带库、光盘库

DRAM、SRAM、ROM

内存储器由半导体集成电路构成，具有高速读写和按字节随机存取的特性，也称随机存储器（RAM），断电即失，属于易失性存储器。RAM根据保存数据的机理分为DRAM和SRAM。
DRAM：动态随机存储器（主存储器），芯片单路简单，集成度高，功耗小，成本较低，适合用作内存储器的主体部分，即主存。其运行速度比CPU慢，为了匹配CPU速度，出现了多种不同结构的DRAM，以改善其性能。
SRAM：静态随机存储器（cache存储器），与DRAM相比，电路复杂，集成度低，功耗大，制造成本高，价格贵，但运行速度快，与CPU相差不多，用于高速缓冲存储器cache，目前大多与CPU集成在同一芯片中。

除了易失性的RAM存储器外，还有非易失性存储器。其中EEPROM(可电擦可编程只读存储器)按“位”擦写信息，但速度慢，容量小，价格便宜，一般用于IC卡中。另一种flash memory（快速擦除存储器，或者闪速存储器，简称闪存）是EEPROM的改进版，速度快，容量大，能像RAM一样写入信息，工作原理：在低电压下，存储的信息可读但不可写，这时类似于ROM，在高电压下，存储信息可以删改，这时类似于RAM。
flash存储器还有两类：或非型（NOR flash）和与非型（NAND flash）。
NOR flash以字节为单位进行随机存放，存储在其中的程序可以直接被CPU执行，可用作内存储器（例如存储BIOS程序的flash存储器）。
NAND flash以页（块）为单位进行存取，读出速度较慢，通常将程序或数据先读入到RAM中再进行处理，但它在使用寿命和成本方面有较大的优势。，大多用作存储卡、U盘或固态硬盘（SSD）等辅助存储器，智能手机的辅助存储器都是NAND型闪速存储器。

主存储器

主存储器主要由DRAM芯片组成，包含大量的单元，每个单元可以存放一个字节，存储容量就是它包含存储单元的总和，单位是MB(1MB=2²⁰字节)或GB（1GB=2³⁰字节）。
存储器的存取时间是指从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送到CPU所需要的时间。主存储器的单位是ns，1ns=10^-9s。

解决主存储器与CPU速度相差较大的方法。
1）采用cache（高速缓冲存储器）。cache是制作的CPU芯片内的一种小容量高速存储器，其存取速度几乎与CPU一样快，在计算机启动执行程序时，预先将数据和指令从主存中成批读出存入cache。当CPU需要读取数据或者指令时，先检查cache中有没有，如果有，直接读取，而不用访问主存，这就大大的提高了CPU的效率。
2）改进存储器芯片的结构和控制。
3）改进CPU与主存芯片的连接，加快了CPU与主存之间的数据传输。

I/O总线与I/O接口

I/O操作和I/O总线

I/O操作的任务是将输入设备输入的数据送入计算机内存，或者将数据从内存中读出送到输出设备。I/O操作是CPU执行I/O指令启动I/O控制器完成的。I/O指令指出启动哪个设备，执行上面操作，数据传输到什么位置，输出多少数据等等。辅助存储器与内存储器之间的数据传输也属于I/O操作，硬盘、U盘、光盘、通信网络也可以看作I/O设备。
在CPU的指挥下，计算机的I/O设备可以同时工作，即多个I/O设备可以同时与内存进行数据传输，这样的部件称为I/O总线。I/O总线主要完成高速传输，总线的带宽是衡量I/O总线的重要指标。
PCI-E是PCI总线的改进版，以点对点的方式进行串行传输，PCI-E包括X1，X4，X8，X16等规格，表示有1，4，8，16个传输通道。
PCI-E总线呈现树状结构，有若干分支，主控制器是“树根”，通过树根与CPU芯片相连，将整个I/O统一起来，增加了计算机是可移植性和模块化。PCI-E主控制器集成在CPU芯片中，支持高级电源管理和热插拔。目前流行PCI-EX1和PCI-EX16成为电脑的主配。

I/O接口

用于连接I/O设备的连接器也称为插头/插座。主机上一般是插座，通过数据线与I/O设备连接，也可以通过WIFI、蓝牙或红外线连接。用于I/O设备的连接器以及用于实现I/O通信规程的控制电路称为I/O设备接口，简称I/O接口。
USB是一种通过总线式串行传输接口，USB接口借助USB集线器（hub）以树状方式可以连接多个设备同时进行I/O操作，它们以主从方式进行工作，由主设备发起，从设备负责应答。最大特点是即插即用和热插拔。

输入设备

键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、数码相机、摄像头、传感器

输出设备

显示器

CRT显示器：笨重、耗电、还有辐射
液晶显示器（LCD）：借助液晶对光线进行调制而现实图像的一种显示器，液晶是介于固态和液态之间的一种物质，具有液体的流动性和固态晶体排列的有向性。特点：工作电压低、电磁辐射小、功耗少、不闪烁、轻薄。
LCD显示器的性能指标：显示屏的尺寸，显示器的分辨率，刷新速率，响应时间，色彩、亮度和对比度，背光源类型、辐射和环保。

显示卡（显示控制器）

显示卡主要由显示控制电路、图形处理器（GPU）、显示存储器和接口电路四个部分组成。显示控制电路负责对显示卡的操作进行控制，包括对液晶显示器进行控制，如光栅扫描、同步、和画面刷新等。主机接口电路负责显示卡与CPU和内存进行数据传输，接口一般采用PCI-EX16高速接口。
显示器接口：VGA接口（模拟接口）、DVI接口（数字接口）、HDMI（全高清多媒体接口）

打印机

针式打印机

类型：属于击打式打印机
优点：耗材成本低、能多层套打、适合票据打印
缺点：打印质量不高、工作噪声大、速度慢
应用：银行、证券、邮电等

激光打印机

类型：非打击式打印机
原理：激光技术与复印技术的结合
优点：分辨率较高、打印质量好、速度高、噪音低、价格适中
缺点：彩色输出价格较高
接口：过去是并行接口，目前流行USB接口
应用：办公室和家庭应用
工作原理：计算机输出的二进制信号在激光二极管上，得到脉冲式激光经反射聚焦到感光鼓并记录在表面，感光鼓表面吸上不同厚度的碳粉，最后通过温度与压力的联合作用，把表面的文字或图像的碳粉粘附在纸上。

喷墨打印机

类型：非打击式打印机，大多数为彩打
优点：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，噪音低，使用低电压环保
缺点：墨水成本高、消耗快
应用：家庭、办公

打印机的性能指标

打印精度（分辨率），打印速度，色彩表现能力，其他（成本，功耗，噪音，主机接口）

声音输出

智能手机大多内置双扬声器，打电话使用前置扬声器，听歌看电视使用后置扬声器。普通音箱，数字音箱（避免干扰）。

力反馈输出

手机中有一个微型马达，它在虚拟键盘输入，来电等场合，会产生力反馈使手机震动，提醒用户知晓。

辅助存储器

硬盘存储器

组成：磁盘盘片（存储介质）、主轴与主轴电机、移动臂、磁头和控制电路等组成，全部密封于一个盒状装置内。
原理：盘片两面涂有一层磁性材料，通过磁性材料粒子的磁化来记录数据。
接口：PC机箱中的是串行ATA（简称SATA）接口

移动硬盘

接口：USB接口
优点：容量大，兼容性好，速度快，体积小、重量轻，安全可靠

使用注意事项

硬盘正在读写时不能关掉电源，保持使用环境的清洁卫生，注意防尘，防止硬盘受震动，及时对硬盘数据进行整理，防止计算机病毒对硬盘的破坏，定期检测备份数据。

U盘

广泛使用的移动存储器之一，通过USB接口与电脑连接，安全可靠。

固态硬盘（SSD）

接口：SATA-2、STAT-3或PCI-E接口，也可以使用USB3.0连接
优点：速度快、功耗低、无噪音、抗震
缺点：价格贵、容量低、一旦损坏难以恢复、寿命短

光盘存储

组成：光盘片和光盘驱动
接口：SATA接口，外接光驱使用USB接口与主机相连
分类：

CD光盘: 只读（DVD-ROM）; 可写一次（CD-R）; 可多次读写（CD-RW）
DVD光盘: 只读（DVD-ROM）; 一次性（DVD-R、DVD+R）; 可复写光盘（DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW）
蓝光光盘: 只读（BD-ROM）; 一次性（BD-R）; 可复写光盘（BD-RE）

蓝光光盘的容量：单层25G，双层50G。新的3层和4层分别达到100G和128G。